第2章細胞工程第1節

植物細胞工程的應用01植物繁殖的新途徑一、植物繁殖的新途徑—快速繁殖

20世紀60年代，荷蘭科學家成功地利用植物組織培養技術來培育蘭花。目前，荷蘭的蘭花生產已發展成舉世聞名的蘭花產業。

我國組織培養技術也已經廣泛應用于蘭花種苗的規模化繁殖，使得名貴蘭花的價格大幅下降，普通百姓也能購買和觀賞。【資料一】結合上述資料和閱讀教材39頁，回答以下問題：1.資料中的蘭花繁殖利用了什么技術大量規模化生產？2.什么是快速繁殖技術？3.快速繁殖技術有哪些優點？4.快速繁殖技術用于產業化生產的實例有哪些？一、植物繁殖的新途徑—快速繁殖用于快速繁殖優良品種的植物組織培養技術，稱為快速繁殖技術，也叫微型繁殖技術。1.概念：外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗2.優點：①高效、快速地實現種苗的大量繁殖；②無性繁殖，保持優良品種的遺傳特性；③可實現產業化生產。一些優良的觀賞植物、經濟林木、無性繁殖作物和瀕危植物等都實現了利用快速繁殖技術來提供苗木。3.實例：鐵皮石斛甘蔗、桉樹和鐵皮石斛等試管苗的產生已形成一定規模。思考：1.快速繁殖中能否用花粉作為外植體？不能，因為用花粉作外植體會出現性狀分離。一、植物繁殖的新途徑—快速繁殖

思考：2.快速繁殖得到的產物會不會出現性狀分離？為什么？不會。快速繁殖利用的是植物組織培養技術，屬于無性繁殖，可以保持親本的優良性狀。一、植物繁殖的新途徑—作物脫毒

馬鈴薯、草莓和香蕉等通常是用無性繁殖的方式進行繁殖的，它們感染的病毒很容易傳給后代。病毒在作物體內逐年積累，就會導致作物產量降低，品質變差。采取怎樣的措施能避免這些情況發生?

脫毒馬鈴薯田和被病毒感染的未脫毒的馬鈴薯葉片（左上）

科學家發現植物頂端分生區附近（如莖尖）的病毒極少，甚至無病毒。你有什么啟發？【資料二】選材原因：_________________________________1.選用材料：___________________________________________該部位的病毒極少，甚至無病毒植物頂端分生區附近（如莖尖、芽尖、根尖）2.脫毒過程：莖尖脫分化愈傷組織再分化芽、根脫毒苗3.實例：馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等。一、植物繁殖的新途徑—作物脫毒脫毒苗是選擇植物的莖尖進行組織培養而獲得的，只是體內不含病毒，不能抵抗病毒侵染，屬于細胞工程的范疇；抗毒苗是把某抗病基因導入植物細胞，屬于基因工程的范疇；脫毒苗≠抗毒苗

一、植物繁殖的新途徑—作物脫毒思考：經植物組織培養培育出的脫毒苗抗病毒嗎？為什么?以植物組織培養得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經過人工薄膜包裝得到的種子。人工種皮：保持胚狀體的活力和有利于人工種子萌發。胚狀體：相當于天然種子的胚，是有生命的物質結構。人工胚乳：供胚狀體維持生命力、保證其在適宜的環境條件下生長發育。概念：組成及作用：一、植物繁殖的新途徑—人工種子人工種子外植體愈傷組織胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽等包裹人工種皮和胚乳人工種子脫分化再分化①繁殖周期短。②后代不發生性狀分離，能夠保持親本的優良性狀。③不受季節、氣候和地域的限制，并可節約土地。芹菜、花椰菜、桉樹、水稻。制備過程：優點實例：一、植物繁殖的新途徑—人工種子人工種子02作物新品種的培育PDDBBddbbF1DdBbF2D_B_D_bbddB_ddbb高莖抗病矮莖不抗病F3連續的自交直至不發生性狀分離選出ddBB

用高桿抗病（DDTT）和矮桿不抗病（ddtt）小麥品種培育矮桿抗病小麥（ddTT），如果要篩選出純合的矮莖抗病的優良性狀的小麥，你可以想到幾種育種方法？雜交育種缺點：獲得新品種的周期長

選育出需要的矮抗純種生長F4缺點：不定向性二、作物新品種的培育誘變育種PDDTT

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ddttF1DdTtDdTtDTDtdTdtDTDtdTdtDDTTDDttddTTddtt（種子）第一年（植物體）

減數分裂

（花粉）花藥離體培養

（單倍體幼苗）

秋水仙素處理

（二倍體純合植株）第二年播種單倍體育種:花藥的離體培養獲得單倍體植株，染色體加倍選擇優良品種二、作物新品種的培育—單倍體育種二、作物新品種的培育—單倍體育種1.過程：秋水仙素單倍體幼苗優良品種愈傷組織純合二倍體植株花藥（花粉）染色體數目加倍脫分化再分化秋水仙素處理花藥離體培養（原理：植物細胞的全能性）（原理：染色體數目變異）選擇單倍體育種:明顯縮短育種年限，節約大量人力物力；可獲得純合子，后代不發生性狀分離，能穩定遺傳。技術相對比較復雜，需要與雜交育種結合，其中的花藥培養需要組織培養技術的支持。2.優點：3.缺點：是作物育種的有效途徑；為體細胞誘變育種和研究遺傳突變提供理想材料。4.應用：二、作物新品種的培育—單倍體育種單倍體育種:因為大多數單倍體植株的細胞中只含有一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現。

我國科學家在1974年成功培育出世界上第一個單倍體作物新品種——單育1號煙草。5.實例：

把單倍體育種與常規育種結合起來，培育成了水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物的新品種。二、作物新品種的培育—單倍體育種單倍體育種:二、作物新品種的培育—突變體的利用

彩色馬鈴薯不僅營養成分高，且含多酚類化合物，有較強的保健功能和藥用價值。我國通過品種引進等方式獲得的彩色馬鈴薯品種數量有限，且多為晚熟品種，產量和品質較低。所以通過誘變途徑獲得新的彩色馬鈴薯品種可以豐富馬鈴薯市場，滿足人們的需要。【資料三】突變體的利用1.來源：在植物的組織培養過程中，由于培養細胞一直處于不斷增殖的狀態，因此它們容易受到培養條件和誘變因素（射線、化學物質等）的影響而產生突變，從產生突變的個體中可以篩選出人們有用的突變體，進而培育成新品種。3.原理：基因突變和植物細胞的全能性2.過程：外植體突變體新品種篩選培育脫分化愈傷組織再分化誘變處理二、作物新品種的培育—突變體的利用可產生新基因，大幅度改良某些性狀。基因突變具有不定向性和多害少利性，需要處理大量的突變材料。4.優點：5.缺點：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草等。6.實例：二、作物新品種的培育—突變體的利用抗花葉病毒的甘蔗抗鹽堿的煙草03細胞產物的工廠化生產三、細胞產物的工廠化生產

紅豆杉，又名紫杉。1971年，科學家從紅豆杉樹皮中分離出了紫杉醇，發現它具有獨特的抗腫瘤作用。2000年國際市場上優質紫杉醇的售價已高達每千克18萬美元。1994-1996年，在紅豆杉分布最多、最集中的云南，紅豆杉遭受了一場浩劫。盜伐者大量砍伐紅豆杉，使大大小小的山溝里，躺滿了被剝光樹皮的裸樹，溪河里浸出鮮血般的紅色樹汁……野生紅豆杉是瀕危植物，直接從它的樹皮和樹葉中提取紫杉醇的傳統生產方式，不僅產量低，還會對野生紅豆杉資源造成嚴重破壞，這種方法不利于對它們的保護。【資料四】能不能運用植物細胞工程技術來生產紫杉醇？①是生物生長和生存所必需的代謝活動；②在整個生命過程中一直進行；③初生代謝物有糖類、脂質、蛋白質、核酸等。①概念：植物代謝產生的，不是植物基本生命活動所必需的產物。

一類小分子有機化合物（如酚類、萜類和含氮化合物等）②用途：在植物抗病、抗蟲等方面發揮作用，也是很多藥物、香料

和色素等的重要來源。紅豆杉→紫杉醇紫草→紫草寧（1）初生代謝：（2）次生代謝物：三、細胞產物的工廠化生產植物的代謝產物①植物次生代謝物含量很低；②從植物組織提取會大量破壞植物資源；③有些產物又不能或難以通過化學合成途徑得到。因此，人們期望利用植物細胞培養來獲得目標產物，這個過程就是細胞產物的工廠化生產。植物細胞培養反應器三、細胞產物的工廠化生產思考：為什么要進行細胞產物工廠化生產？細胞產物的工廠化生產的流程：外植體細胞懸浮細胞產物培養提取脫分化愈傷組織分散開細胞產物的工廠化生產的優點和意義：不占用耕地、幾乎不受季節、天氣等的限制，因此對于社會、經濟、環境保護具有重要意義。三、細胞產物的工廠化生產植物細胞培養是指離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養使其增殖的技術。原理：細胞增殖該過程不能體現植物細胞的全能性世界上首例藥用植物細胞工程新產品紫草

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紫草寧（具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性