1、2.1.2 植物细胞工程的实际应用,1、回忆植物组织培养技术的基本原理和过程？2、思考利用这项技术能做哪些工作？,资料1 科学家应用多倍体育种的方法，培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、含糖高、口感好等特点。 但因其不结种子，每年必须用四倍体和二倍体西瓜杂交培育种子，不仅增加了生产成本，也给无籽西瓜的普及带来困难。,资料2 病毒引起的植物病害有500多种。受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损失。 病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几
2、乎不含病毒。,资料3 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。,（1）概念： 应用植物组织培养技术，快速繁殖植物 （也叫快速繁殖技术）, 繁殖速度快，可大批量生产；能够保持优良品种的遗传性状；取材少，培养周期短。,（2）优点：,一、植物繁殖的新途径,1、微型繁殖,微型繁殖的应用：,兰花,杨树,无籽西瓜,一、植物繁殖的新途径,组织培养的兰花,工业化生产,作物栽培,荷兰花卉,一、植物繁殖的新途径,一、
3、植物繁殖的新途径,讨论,1.人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？(P38),植物“微型”繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势。工厂化大规模育苗生产正是利用了植物“微型”繁殖技术的这两方面优势。利用植物“微型”繁殖技术我们可以在短时间中获得大量的优质种苗。,生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%50%。,一、植物繁殖的新途径,2、作物脱毒,无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。,病毒积累，导致
4、作物产量降低、品质变差。,植物分生区（如茎尖）病毒极少。切取茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗。,脱毒草莓,（1）作物脱毒材料:（2）作物脱毒方法:（3）作物脱毒结果:（4）优点：,分生区的细胞,植物组织培养,脱毒苗,使农作物不会或极少感染病毒,一、植物繁殖的新途径,2、作物脱毒,一、植物繁殖的新途径,实例：,甘蔗,香蕉,马铃薯,菠萝,一、植物繁殖的新途径,3、神奇的人工种子,树木需生长数年才能结出种子。,优良杂交种后代会因发生性状分离而丧失优良特性。,受季节、气候和地域的限制。,制种时需要占用大量土地。,如何克服缺陷？,以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到
5、的种子。 理解:人工种子的概念中的人工薄膜相当于种皮，包埋胚状体的物质可以看做胚乳,（1）.人工种子的概念：,一、植物繁殖的新途径,3、神奇的人工种子,一、植物繁殖的新途径,（2）技术：植物组织培养。（3）特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗。（4）优点：后代不会发生性状分离，保持亲本优良性状不受季节、气候和地域的限制易于储藏和运输,人工种子应用,花椰菜,桉树,水稻,芹菜,一、植物繁殖的新途径,一、植物繁殖的新途径,讨论,2.人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想它们具有哪些优点?(P40),（1）天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的
6、改变；天然种子在生产上受季节限制，一般每年只繁殖12次，有些甚至十几年才繁殖一次。而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。 （2）试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。,一、植物繁殖的新途径,讨论,3.人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？(P40),针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以
7、及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。,优点： 大大缩短了育种年限,后代稳定遗传.单倍体育种只需两年即可得到纯合新品种,二、作物新品种的培育,常规选育优良品种需56年。,1、单倍体育种,二、作物新品种的培育,应用：,柏树,小麦,烟草,水稻,二、作物新品种的培育,植物组织培养过程,受外界影响,突变,筛选有利突变体,培育新品种,抗除草剂白三叶草,抗病、抗盐、含高蛋白、高产。,2、突变体的利用,三、细胞产物的工厂化生产,细胞产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。,人参皂甙干粉,人参细胞发酵罐,红豆杉与紫杉醇,三、细胞产物的工厂化生产,
8、植物繁殖的新途径,作物新品种的培育,微型繁殖作物脱毒人工种子,植物细胞工程的实际应用,单倍体育种突变体的利用,细胞产物的工厂化生产,本节课内容小结,1.下列哪一项不是植物繁殖的新途径( )A.微型繁殖 B.作物脱毒C.诱变育种 D.人工种子【解析】选C。植物繁殖的新途径包括微型繁殖技术、作物脱毒和人工种子。而诱变育种是培育新品种的方法。,2.植物的微型繁殖技术是指( )A.基因工程育种B.植物体细胞杂交技术C.嫁接D.通过植物组织培养快速繁殖技术【解析】选D。微型繁殖即快速繁殖技术，是通过植物组织培养技术实现的。,3.人参皂甙干粉工厂化生产，下列哪种技术是必需的( )A.杂交育种 B.植物组织
9、培养C.多倍体育种 D.单倍体育种【解析】选B。对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂甙含量高的细胞株，然后进行大规模发酵生产。,4.若用一株郁金香在短时间内培育出成千上万株郁金香苗，最好采用下列哪种技术( )A.扦插 B.嫁接C.植物微型繁殖技术 D.杂交【解析】选C。本题要求在短时间内培育出成千上万株郁金香苗，可借助植物微型繁殖技术培养获得。,5.植物组织培养技术不会用于( )A.培育“番茄马铃薯”B.培育无病毒植株C.扦插繁殖D.培育转基因延熟番茄植株【解析】选C。植物组织培养可培养出无病毒的植株。培育“番茄马铃薯”为植物体细胞杂交，需要对杂交细胞进行组织培养。培
10、育转基因延熟番茄植株时，如果将目的基因转入番茄体细胞中，也需要经过植物组织培养才能获得延熟植株。扦插繁殖不需要经过组织培养过程。,6.要获得脱毒苗，一般选取植物体的哪一部分组织( )A.叶 B.花粉 C.根 D.茎尖【解析】选D。作物脱毒就是把已被病毒感染的植株进行脱毒，采用的技术是微型繁殖技术，但是取材一定是无毒的，一般作物脱毒所用的原料是无病毒的茎尖、根尖等。,7.改良缺乏某种抗病性的水稻品种，不宜采用的方法是( )A.诱变育种 B.单倍体育种C.基因工程育种 D.杂交育种,【解析】选B。A项可通过基因突变产生新基因来达到改良作物品种的目的；C项可通过转入抗病基因，达到改良作物品种的目的；
11、D项可借助杂交育种，并经多次选育，获得抗病性状，达到改良新基因的目的。而单倍体是将已有基因进行分离培养得到新个体的育种过程，不能从缺乏某种抗病性品种中获得抗病性状，因此选B项。,8.下列属于植物细胞工程实际应用的是( )制造人工种子 培育抗盐植物 培育抗病毒烟草培育单倍体 生产脱毒植株A. B.C. D.【解析】选C。植物细胞工程应用范围较广，除外还包括利用植物体细胞杂交生产杂种植物，利用植物细胞培养生产香料、药物等。中培育抗病毒烟草属于基因工程的操作。,9.（2011江苏高考）下列有关植物组织培养的叙述，正确的是( )A.愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞B.二倍体植株的花粉经脱分化与
12、再分化后得到稳定遗传的植株C.用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子D.植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得,【解析】选D。A项，愈伤组织细胞排列疏松而无规则，是一团无定形的薄壁细胞。B项，二倍体植株花粉经脱分化和再分化后形成单倍体植株，要得到稳定遗传的个体要用秋水仙素处理单倍体幼苗。C项，用人工薄膜将胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等分别包装可制成人工种子。D项，加适量NaCl的培养基是选择培养基。,10.人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部件是被外皮包埋的具有类似于胚功能的胚状体，胚状体不同于
13、一般种子的胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以又称“体细胞胚”或“花粉胚”。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。植物甲、乙是两种濒危药用二倍体植物，请完成下列问题。(1)材料中的胚状体是_的产物，培育胚状体利用了_这项生物技术。,非合子细胞分化或无性繁殖,植物组织培养,(2)包埋胚状体的胶质可看做自然种子的哪部分结构?_ 。(3)该项技术的成功应用反映了细胞的_ 性。(4)分别由人工种子萌发成的甲、乙植株是否可育？_。(5)若分别以植物甲、乙的茎尖和叶片为材料，培育获得了再生植株，解决了自然繁殖率低的问题，该项技术为_ ，具有哪些优点? _ 。,种皮
14、和胚乳,全能,不一定,微型繁殖或快速繁殖,快速高效地大量繁殖，保持亲本优良性状,【解析】(1)由材料信息可知，胚状体是由非合子细胞分化形成的，即不经过受精卵发育而成，是植物组织培养获得的。(2)包埋胚状体的胶质可为胚状体继续生长发育提供营养，又能保护胚状体，相当于种子的胚乳和种皮。(3)该项技术属于植物组织培养，体现了植物细胞的全能性。(4)人工种子的胚状体若是体细胞胚，则是可育的，若是花粉胚则不一定可育。(5)以植物茎尖、叶片等培养得到再生植株属微型繁殖或快速繁殖技术，既可快速高效地实现大量繁殖，又可保持亲本的优良性状。,答案：(1)非合子细胞分化或无性繁殖植物组织培养(2)种皮和胚乳 (3
15、)全能 (4)不一定(5)微型繁殖或快速繁殖 快速高效地大量繁殖，保持亲本优良性状,11.A种植物细胞和B种植物细胞染色体如图所示，将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导融合，形成单核杂种细胞，再经过组织培养后得到杂种植株，则该杂种植株是( ),A.二倍体；基因型是DdYyRrB.三倍体；基因型是DdYyRrC.四倍体；基因型是DdYyRrD.八倍体；基因型是DDddYYyyRRrr【解析】选C。植物体细胞杂交过程中，两个物种的染色体共同构成了杂种细胞的染色体组成。本题中，A、B物种均为二倍体，细胞内各有2个染色体组，因此，杂种细胞内含有4个染色体组，为异源四倍体，基因型为DdYyRr。,12
16、.下列哪项属于人工种子的优点(多选)( )A.克服季节、气候、地域的限制B.可培育出前所未有的新品种C.防止性状分离D.得到纯合子,【解析】选A、C。人工种子是通过细胞工程完成的，可使在自然条件下不结果实的珍贵植物得以繁殖。天然种子的大量储藏和运输也是相当困难的，人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地储藏和运输。天然种子在生产上受季节的限制，植物在自然状态下一般每年只能繁殖12次，有些甚至十几年才繁殖1次，而人工种子的生产则不受季节限制，而且快捷高效。培育人工种子的目的主要是为了使在自然条件下不结实或珍贵的植物得以繁殖，不论是纯合子还是
17、,杂合子，都能保持其优良的遗传性状。若想培育出前所未有的新品种，只能采用诱变育种和基因工程的方法等。,13.玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。如图是关于玉米培养的过程，请据图回答：,(1)取玉米幼苗的茎尖进行_，如图AC，发育成植株D，取D的花药进行离体培养成幼苗，如图EF，经秋水仙素处理后发育成植株G，属于_；从生殖方式上分析，AD属于_生殖；从细胞分裂方式上分析，EF过程中进行了_分裂。(2)取茎尖进行培养的原因是_。(3)AC的过程要严格控制_。,组织培养 单倍体育种 无性 有丝,分生区附近病毒极少，甚至无病毒,无菌条件,(4)用AD过程获得的植株D，
18、称为_。若用D进行繁殖，种植的植株就_或_感染病毒。(5)用EG途径育种的优点是_。(6)若想培育出一种新的玉米品种，可以采用_育种方式；若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用_育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用_技术。,(4)脱毒苗 不会 极少,直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限,诱变 基因工程 植物体细胞杂交,【解析】本题综合考查了植物细胞工程及应用、基因工程等知识。取玉米的分生组织，经过组织培养获得的植株称为脱毒苗，用脱毒苗进行繁殖，得到的植株不会或极少感染病毒。在组织培养的过程中，要严格控制无菌条件，单倍体育种能直接得到稳定遗传的优良品种，极
19、大地缩短育种年限。若想获取新的品种，可采取诱变育种、基因工程育种和体细胞杂交技术等。,答案：(1)组织培养 单倍体育种 无性 有丝(2)分生区附近病毒极少，甚至无病毒(3)无菌条件 (4)脱毒苗 不会 极少(5)直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限(6)诱变 基因工程 植物体细胞杂交,思考与探究,1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。,a. 拯救濒危植物； b. 提供食品制作的原料； c. 利用愈伤组织进行转基因操作。,思考与探究,2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。,诱导植物愈伤组织体细胞胚的诱导体细胞胚的成熟
20、体细胞胚的机械化包裹贮藏或种植,3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。花药 花粉细胞培养 愈伤组织 分化出小植物 单倍体植株 正常植株,脱分化,思考与探究,子房壁,果皮,珠被,种皮,胚乳,胚,受精极核,受精卵,种子,果实,一、植物繁殖的新途径,果实和种子的形成,自然种子,一、植物繁殖的新途径,【典例1】科学家从悬浮培养的单细胞、离体花粉或胚囊中，通过植物组织培养技术获得胚状结构(胚状体)，胚状体不同于一般的种子胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以，又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下，可以通过胚胎发育过程形成植株。将其包埋在一个能提
21、供营养的胶质中，外面包裹上人造种皮，便制成了“人工种子”。人工种子的概念是1978年在加拿大举行的第四届国际植物组织、细胞培养会议上首次提出来的。目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出胚状体，而美、日、法等各国正着手将人工种子市场化、商品化。,(1)简要归纳“离体的细胞”进行植物组织培养获得胚状体的过程：_。(2)“人工种子”大体由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人造种皮等3部分组成。包埋胚状体的胶质中富含营养物质，这是因为_。为了满足胚状体代谢的需求，“人造种皮”还必须具有良好的_性能。(3)由“人工种子”萌发出的植株是否可育?_。,(1)离体的细胞 愈
22、伤组织 胚状体,(2)胚状体在萌发初期不能进行光合作用 透水、透气,由花粉培养发育的植株一般不可育，由体细胞经组织培养发育的植株是可育的,(4)写出“人工种子”商品化的意义(两项)：_。(任填两项即可)(5)培育胚状体利用了_这一项生物技术。在该过程中培养基中需要添加_和_两种激素，还需要对培养基进行严格的_。(6)该项技术的成功应用，反映了细胞的_性。,(4)可用于苗木的快速繁育、无病毒植株培养、解决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题,全能,(5)植物组织培养 生长素 细胞分裂素 灭菌,【解题关键】本题可从分析植物组织培养的操作过程出发，分析胚状体的形成过程。另外对人工种子种皮成分
23、的分析和理解也是本题的解题关键。,【标准解答】组织培养的过程包括脱分化和再分化两个阶段。胚状体在萌发初期不能进行光合作用，因此需要给其提供营养，人工种皮要有很好的透气性，保证供给胚足够的氧气。胚状体的培育利用的是组织培养的技术，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，同时要保证无菌条件。,答案：(1)离体的细胞 愈伤组织 胚状体(2)胚状体在萌发初期不能进行光合作用 透水、透气(3)由花粉培养发育的植株一般不可育，由体细胞经组织培养发育的植株是可育的(4)可用于苗木的快速繁育、无病毒植株培养、解决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题(5)植物组织培养 生长素 细胞分裂素 灭菌(6)全能,脱
24、分化,再分化,【互动探究】(1)利用人工种子繁殖后代属于什么生殖？提示：无性生殖。(2)为防治土壤中病菌和病虫的侵害，制作人工种子时可在包埋胚状体的胶质中加入什么物质？提示：可加入抗生素和农药来防治土壤中病菌、病虫的侵害。,【变式训练】人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得到，也可以通过试管培养的花粉或胚囊获得，由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。请据此判断下列说法中不正确的是( ),A.人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难、发芽率低等问题B.培育胚状体利用了植物组织培养技术C.
25、同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为11D.该项技术的成功应用反映了细胞的全能性,【解析】选C。人工种子的培育利用了组织培养技术，在胚状体、不定芽等外部包上人工种皮得到，其原理是细胞的全能性，人工种子在解决繁殖力差、季节、气候等条件限制方面具有重要作用。C项体细胞胚是由植物的体细胞脱分化和再分化形成的，花粉胚是由花粉脱分化和再分化形成的。因此同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为21，所以C项是错误的。,二、作物新品种的培育,1.单倍体育种(1)过程：花药离体培养(对花粉进行组织培养)秋水仙素处理(幼苗期)获得性状稳定遗传的植株。要强调的是：单倍体育种的目的不
26、是获得单倍体本身，因为单倍体是高度不育的，生产上没有实际价值，需诱导单倍体的染色体加倍。,(2)优点单倍体经过染色体加倍，获得的后代为纯合子，可明显缩短育种年限(一般为2年)。用单倍体作为转基因的受体，获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯合，避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。(3)缺点：技术相当复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持，多限于植物。,2.体细胞诱变育种(1)过程,(2)原理：基因突变和植物细胞的全能性。(3)优点：提高愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快了育种进程。(4)缺点：突变不定向，需要
27、处理大量突变材料。突变少利多害，符合人们需要、有利的品种比较少。,单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。,【规律方法】依据不同育种需求选择不同的育种方法(1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体，可利用杂交育种，亦可利用单倍体育种。(2)要求快速育种，则运用单倍体育种。(3)要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。(4)要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。(5)要求短期内大面积繁殖某一品种的植物，可采用植物微型繁殖技术。,
28、【方法技巧】关于育种方案的“选取”(1)单一性状类型：生物的优良性状是由某对基因控制的单一性状，其育种方法、原理及举例列表如下：,(2)两个或多个性状类型：两个或多个性状分散在不同的品种中，首先要实现控制不同性状基因的重组，再选育出人们所需要的品种，这可以从不同的水平加以分析：个体水平上：运用杂交育种方法实现控制不同优良性状基因的重组。为缩短育种年限，可采用单倍体育种的方法。细胞水平上：利用植物体细胞杂交，从而实现遗传物质的重组。分子水平上：应用转基因技术将控制优良性状的基因导入另一生物体内，从而实现基因重组。,【典例2】如图为几种育种方法示意图，据图回答：,(1)方向所示的途径表示_育种方法
29、，过程所示的育种方法叫做_。(2)过程中常用的方法是_，过程中最常采用的药剂是_。(3)过程发生在生物个体发育的_时期，但是，一般发生在_细胞中才具有遗传性。(4)过程叫_。过程中影响植物根、芽发生的两种激素是_。(5)由的过程中涉及的生物技术有_。(6)植物体细胞杂交技术解决了育种过程中的_问题。,【解题关键】解答本题的关键是比较多种育种方法的原理、操作过程及有关要点。,【标准解答】本题中通过过程获得新品种的方法是杂交育种；过程是单倍体育种；过程是诱变育种；过程是多倍体育种；是体细胞杂交育种和植物组织培养得到人工种子的育种方法。(1)图中途径为杂交育种，过程是多倍体育种；(2)过程是花药离体
30、培养；过程都要诱导染色体数目加倍，最常用的药剂是秋水仙素；(3)过程是基因突变，它发生在生物个体发育的各个,时期，一般发生在生殖细胞中才具有遗传性；(4)过程是脱分化操作；过程是再分化过程，其中影响植物根、芽发生的两种激素是生长素和细胞分裂素；(5)由的过程中涉及的生物技术有植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术；(6)体细胞杂交过程中解决了育种过程中远缘杂交不亲和的问题。,答案：(1)杂交 多倍体育种(2)花药离体培养 秋水仙素(3)任何 生殖(4)脱分化 生长素和细胞分裂素(5)植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术(6)远缘杂交不亲和(或生殖隔离),【变式训练】在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是( )A.培养的细胞一直处于不断的分生状态B.培养基营养丰富，易于植物生长C.纺锤丝的形成容易受抑制D.DNA复制容易受抑制【解析】选A。植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是愈伤组织一直处于不断的分生状态，易发生基因突变，获得突变体。,
