1、二二 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，并且取得了显著的社会效益和经济效益植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径快速繁殖快速繁殖20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用 来培育兰花在我国，组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，这使得名贵兰花的价格大幅下降植物的快速繁殖技术植物的快速繁殖技术（微型繁殖技术微型繁殖技术）用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术组织培养技术组织培养技术快速繁殖快速繁殖作物脱毒作物脱毒植物的快速繁殖技术植物的快速繁殖技术（微型繁殖技术微型繁殖技术）的优点：的优点：高效、快速地实现种苗的大量繁殖保持优良品种的遗传特性
2、不受自然生长季节的限制培养周期短植物的快速繁殖技术植物的快速繁殖技术（微型繁殖技术微型繁殖技术）的实际应用：的实际应用：快速繁殖经济苗木、名贵花卉、珍稀濒危植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模铁皮石斛的产业化育苗相关信息相关信息铁皮石斛，兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形，花期3-6月，生于海拔1600m左右的山地半阴湿的岩石上。铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可以用来提取药物作物脱毒作物脱毒马铃薯、草莓和香蕉等通常用无性繁殖的方式进行繁殖，它们感染的病毒很容易传染给后代。病毒在作物体内逐年积累，导致作物产量降低、品质变差植物
3、顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗马铃薯草莓香蕉脱毒草莓脱毒草莓普通草莓普通草莓脱毒苗不等于抗毒苗，与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同甘蔗香蕉马铃薯菠萝脱毒产品脱毒产品全全P481利用植物的茎尖或叶片、茎段等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人利用植物的茎尖或叶片、茎段等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株，这种技术可以用来培育植物新工配制的培养基上，使它发育成完整的植株，这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危
4、害。下品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是列关于这种技术的叙述，正确的是()这种技术利用了植物细胞的全能性这种技术利用了植物细胞的全能性这种技术叫作植物组织培养，仅用它就可以得到抗病毒植株这种技术叫作植物组织培养，仅用它就可以得到抗病毒植株这种技术属于细胞工程的应用领域之一这种技术属于细胞工程的应用领域之一这种技术是一种无性繁殖新技术这种技术是一种无性繁殖新技术ABCD【答案】【答案】D全全P482甘薯由于能增强免疫功能、防癌抗癌、抗衰老、防止动脉硬化等，越来甘薯由于能增强免疫功能、防癌抗癌、抗衰老、防止动脉硬化等，越来越被人们喜爱。
5、但甘薯属无性繁殖作物，同时又是同源六倍体，具有自交不越被人们喜爱。但甘薯属无性繁殖作物，同时又是同源六倍体，具有自交不育和杂交不亲和性，这使甘薯生产和育种存在诸多常规方法难于解决的问题。育和杂交不亲和性，这使甘薯生产和育种存在诸多常规方法难于解决的问题。下列相关操作不合理的是下列相关操作不合理的是()A利用组织培养进行快速繁殖，可以实现甘薯种苗的大量繁殖利用组织培养进行快速繁殖，可以实现甘薯种苗的大量繁殖B利用茎尖分生组织培养脱毒苗，使植株具备抗病毒的能力，产品质量得利用茎尖分生组织培养脱毒苗，使植株具备抗病毒的能力，产品质量得到提高到提高C利用原生质体融合实现体细胞杂交，可以克服杂交不亲和，
6、充分利用遗利用原生质体融合实现体细胞杂交，可以克服杂交不亲和，充分利用遗传资源传资源D利用培养的愈伤组织容易受到培养条件和诱变因素的影响而发生突变利用培养的愈伤组织容易受到培养条件和诱变因素的影响而发生突变【答案】【答案】B作物新品种的培育作物新品种的培育单倍体育种单倍体育种常规育种出一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般要经过56年连续筛选单倍体育种方法：单倍体育种方法：先通过花药（或花粉）的离体培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍,当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株选择亲本有性有性杂交杂交F1代花粉离花粉离体培养体培养单倍体植 株 诱诱 变变染色体加倍染色体加倍可 育纯合子
7、选择所需类型配子：配子：DTDtdTdt单倍体幼苗：单倍体幼苗：DTDtdTdt花药离体培养花药离体培养秋水仙素秋水仙素DDttddTTddtt纯合体纯合体:DDTT矮抗矮抗 P高杆抗病高杆抗病 DDTTDDTT矮杆感病矮杆感病 ddttddttF1高杆抗病高杆抗病 DdTt单倍体育种单倍体育种选择矮秆抗病即为新品种选择矮秆抗病即为新品种单倍体育种优点单倍体育种优点:明显缩短育种年限，加速育种进程，节约大量的人力和物力后代都是纯合子，能稳定遗传单倍体育种已成为作物育种的一条有效途径由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，因此它也是进行体细胞诱变育种
8、和研究遗传突变的理想材料在单倍体育种领域，我国科学家作出了突出贡献1974年成功培养出世界上第一个单倍体作物新品种单育1号烟草单倍体育种 常规育种水稻玉米油菜甘蓝甜椒突变体的利用突变体的利用在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于 的状态，因此它们容易受 和 （如射线、化学物质等）的影响而产生突变不断增殖不断增殖培养条件培养条件诱变因素诱变因素外植体外植体新新品种品种筛选筛选培育培育愈伤组织愈伤组织 脱分化脱分化 多种多种突变体突变体诱导分化诱导分化诱变处理诱变处理抗病、抗盐、抗病、抗盐、蛋白质含量高、高产蛋白质含量高、高产原理：原理：基因突变和植物细胞的全能性基因突变和植物细胞的全能性抗
9、花叶病毒的甘蔗抗盐碱的烟草优优点点：提高变异的频率，加速育种进程提高变异的频率，加速育种进程，大幅度地改良某些性状大幅度地改良某些性状缺点：缺点：难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产植物代谢初生代谢次生代谢初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。次生代谢物次生代谢物一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物是一类小分子 化
10、合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源有机有机由于植物细胞的次生代谢物含量很 ，从植物组织提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到植物细胞培养植物细胞培养指在 条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术细胞产物的工厂化生产的优点：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义护具有重要意义低低期望利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产离体离体紫草提取紫草宁具有抗菌、消炎和抗
11、肿瘤等活性20世纪80年代，利用植物细胞培养生产的紫草宁投入市场，成为世界上首例药用植物细胞工程产品红豆杉提取植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗生产紫杉醇的传统方法是从红豆杉的树皮和树叶中提取，但野生红豆杉是濒危植物，这种方法不利于对它们的保护。我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞目前，我国在人参、三七等植物细胞的大规模培养领域也取得了很大的进展。以人参为例，我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织;后来又实现了利用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分-人参皂苷全全P491下图是利用某植物下图是利用某植物(基因型为基因型为AaBb
12、)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，产生的花粉进行单倍体育种的示意图，下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A过程过程通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前的间期通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前的间期B植株植株A的基因型为的基因型为aaBB的可能性为的可能性为1/4C过程过程是植物组织培养，此过程需一定量的植物激素是植物组织培养，此过程需一定量的植物激素D植株植株A高度不育，说明生殖细胞不具有全能性高度不育，说明生殖细胞不具有全能性【答案】【答案】C2植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植
13、物细胞培养的叙述不正确的是物细胞培养的叙述不正确的是()A植物细胞培养技术的目的是获得大量有生理活性的次级代谢物植物细胞培养技术的目的是获得大量有生理活性的次级代谢物B植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制C利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂苷，用于生产保健药品利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂苷，用于生产保健药品和美容护肤用品和美容护肤用品D植物细胞培养需要在一定的温度、植物细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行，但不需要进行无菌等条件下进行，但不需要进行无菌操作操作【答案】【答案】D全全P50
14、例例1科研工作者将基因型为Bb的某植物幼苗用秋水仙素处理，使其成为四倍体；再将该四倍体产生的配子进行离体培养成幼苗后再用秋水仙素处理使之染色体加倍。依据上述材料，你认为正确的判断组合是最终获得的后代有2种表型和3种基因型上述育种方式包含了多倍体育种和单倍体育种最终获得的后代都是纯合子第二次秋水仙素处理后得到的植株是可育的ABCD【答案】【答案】B例例2植物细胞工程包括植物组织培养和植物体细胞杂交等技术。植物组织植物细胞工程包括植物组织培养和植物体细胞杂交等技术。植物组织培养是克隆植物的一种方法，在植物组织培养过程中，愈伤组织的成功诱导培养是克隆植物的一种方法，在植物组织培养过程中，愈伤组织的成
15、功诱导至关重要，科学家研究了植物生长调节剂对某药用植株愈伤组织的影响，实至关重要，科学家研究了植物生长调节剂对某药用植株愈伤组织的影响，实验结果如下表：验结果如下表：培养基代号2，4D/mgL-16BA/mgL-1愈伤组织诱导率/%L11.0065.41L22.0068.76L33.0091.01L43.00.254.48L53.00.557.35L63.01.051.71注：愈伤组织诱导率(%)产生愈伤组织的外植体数/接种外植体总数100%。从上表可以得出的结论是从上表可以得出的结论是_。【答案】【答案】在基本培养基中添加较高浓度的在基本培养基中添加较高浓度的2，4D有利于形成愈伤组织，有利
16、于形成愈伤组织，而添加而添加6BA则不利于形成愈伤组织则不利于形成愈伤组织一、概念检测一、概念检测1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。(1)用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。()(2)细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。()2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是()A.人工诱导基因突变B.选择优良品种进行杂交 C.进行远细杂D.取茎尖分生组织进行组织培养二、拓展应用1.紫色非甜玉米(基因型为AASuSu)和白色甜玉米(基因型为aasusu)杂交(Su和su代表一对等位基
17、因)，得到的F(AaSusu)再进行自交，F 会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米?如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢?请你提出相关实验的设计思路。F F2 2中的紫色甜玉米的基因型可能为中的紫色甜玉米的基因型可能为AasusuAasusu或或AAsusuAAsusu。在常规育种工作中，一。在常规育种工作中，一般将获得紫色甜玉米进行般将获得紫色甜玉米进行连续自交连续自交，即将每次自交后代中的紫色甜玉米选育，即将每次自交后代中的紫色甜玉米选育后再进行自交，直至自交后代中不再出现白色甜玉米为止。这种方法比较烦后再进行自交，直至自交后代中不再出现白色甜玉
18、米为止。这种方法比较烦琐，耗时也较长。其实在琐，耗时也较长。其实在F F1 1产生的花粉中就可能有产生的花粉中就可能有Asu Asu 的组合，如果利用花的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期2.甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定;而扦插植株的根系弱，且需要原
19、始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题。为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产实现甜叶菊种苗的产业化生产甜叶菊
