本節聚焦植物細胞工程在生產實踐中有哪些應用？植物細胞工程應用于生產實踐的主要優勢是什么？

第2章

細胞工程第1節植物細胞工程二植物細胞工程的應用

1．快速繁殖

（1）概念

用于快速繁殖優良品種的_________________技術，稱為快速繁殖技術，也叫微型繁殖技術。

（2）特點

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、植物繁殖的新途徑植物組織培養外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗

1．快速繁殖

（3）應用

快速繁殖優良的觀賞植物、經濟林木、無性繁殖作物和瀕危植物等。實例：甘蔗、桉樹和鐵皮石斛等試管苗的生產，已形成一定規模。

一、植物繁殖的新途徑鐵皮石斛的產業化育苗

1．快速繁殖得到的產物會不會出現性狀分離？為什么？

不會?？焖俜敝忱玫氖侵参锝M織培養技術，屬于無性繁殖，可以保持親本的優良性狀。

思考·討論

接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽誘導生根移栽成活

從社會中來

用無性繁殖方式繁殖的作物，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，導致作物產量降低、品質變差。

一、植物繁殖的新途徑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？被感染的馬鈴薯葉片

2．作物脫毒

（1）方法

切取一定大小的植物莖尖進行組織培養，可獲得脫毒苗。

（2）優點

明顯提高農作物的產量和品質。

一、植物繁殖的新途徑莖尖組織脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗(脫毒苗)脫毒馬鈴薯脫毒甘薯苗脫毒草莓

2．經植物組織培養培育出的脫毒苗抗病毒嗎？為什么？

不抗病毒?！懊摱尽迸c“抗病毒”的含義不同，前者為不含病毒或病毒含量很少，后者為能夠抵抗病毒侵染。

思考·討論

脫毒苗≠抗毒苗

從社會中來

常規選育出一個可穩定遺傳的作物優良品種，一般要經過5～6年的連續篩選。

二、作物新品種的培育

1．單倍體育種

（1）單倍體

①概念：體細胞中的染色體數目與____________染色體數目相同的個體，叫作單倍體。

②特點：單倍體植株一般長得_______，而且_____________。

本物種配子弱小高度不育必修2

P89【知識回顧】

二、作物新品種的培育

（2）單倍體育種

①過程

二、作物新品種的培育單倍體純合二倍體人工誘導染色體加倍優良品種選擇離體培養花藥花粉秋水仙素染色體數目加倍篩選再分化花藥（花粉）愈傷組織單倍體幼苗離體培養脫分化純合二倍體優良品種

（2）單倍體育種

②原理：___________________________________

③優點：_________________________________________________

二、作物新品種的培育植物細胞的全能性、染色體數目變異后代是純合子，能穩定遺傳；極大地縮短了育種年限

（2）單倍體育種

二、作物新品種的培育P

高桿抗病

矮桿感病DDTT

ddtt高桿抗病DdTtDDTT

DDtt

ddTT

ddtt矮桿抗病配子F1第一年第二年純合二倍體DT

Dt

dT

dtDT

Dt

dT

dt單倍體幼苗×①②③①______________②______________③______________減數分裂花藥離體培養秋水仙素處理

（2）單倍體育種

④應用我國科學家在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，后來把單倍體育種與常規育種結合起來，育成水稻、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

3．單倍體育種為什么能為體細胞誘變育種和研究遺傳突變提供理想材料？

思考·討論

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隱性性狀容易出現。

2．突變體的利用

下圖表示突變體的利用過程，請據圖分析回答下列問題：

（1）在培養至愈傷組織時進行誘變處理的原因是什么？

因為愈傷組織細胞處在不斷分裂過程中，細胞要進行DNA分子復制，因此更易受到誘變因素的影響而發生突變。

二、作物新品種的培育

2．突變體的利用

下圖表示突變體的利用過程，請據圖分析回答下列問題：

（2）突變體育種的原理是什么？

基因突變和植物細胞的全能性。

二、作物新品種的培育

2．突變體的利用

下圖表示突變體的利用過程，請據圖分析回答下列問題：

（3）誘導分化得到的突變體都可以利用嗎？為什么？

不一定。由于突變是不定向的，所以產生的變異不一定符合需要。

二、作物新品種的培育抗鹽堿的煙草抗花葉病毒的甘蔗

歸納提升——植物體細胞雜交、單倍體育種和突變體的利用的比較項

目原

理主要過程優

點植物體細胞雜交打破____________，實現____________，培育植物新品種單倍體育種所獲植株遺傳性狀相對_____，明顯_____育種年限突變體的利用提高__________，可獲得優良性狀細胞膜的流動性、細胞的全能性原生質體融合、雜種細胞組織培養染色體變異、細胞的全能性花藥離體培養、人工誘導染色體數目加倍生殖隔離遠緣雜交突變率穩定縮短基因突變、細胞的全能性對愈傷組織進行誘變處理后再篩選即時鞏固

1．某株名貴花卉用種子繁殖會發生性狀分離。為了防止性狀分離并快速繁殖，可以利用該植株的一部分器官或組織進行離體培養，培育出完整的植株。進行離體培養時不應采用該植株的（）

A．莖尖

B．子房壁

C．葉片

D．花粉粒D

【解析】花粉粒是經減數分裂形成的，在此過程中發生了基因重組，因而不一定能保持親本的優良性狀，D符合題意。即時鞏固

2．科研人員研究了馬鈴薯莖尖外植體大小對幼苗的成苗率和脫毒率的影響。結果見下圖，下列相關敘述錯誤的是（）

A．培育脫毒苗所依據的原理有基因突變和細胞全能性

B．培育脫毒苗的過程中涉及脫分化和再分化兩個階段

C．實驗結果表明，莖尖越小，脫毒率越高，成苗率越低

D．根據本實驗，培養脫毒苗時莖尖的適宜大小為0．27mmA即時鞏固

3．離子束誘變育種是利用離子束處理植物的種子、細胞或其他器官等，誘發其產生遺傳性改變，從而獲得各種各樣的變異類型，經人工選擇培育新品種的方法。離子束處理具有生理損傷輕、突變頻率高、突變范圍廣等優點。下列敘述正確的是（）

A．離子束誘發基因突變只能發生在細胞分裂前的間期

B．沒有外界因素的誘發，細胞內的基因不發生突變

C．離子束能誘導基因發生定向突變，獲得較多的優良變異類型

D．離子束誘變育種可以改變原有基因的結構而導致新品種出現D

1．植物的代謝產物

（1）初生代謝物

初生代謝是生物生長和生存所必需的代謝活動，在整個生命過程中一直進行著。初生代謝物有_____________________________等。（2）次生代謝物

植物代謝產生的一些一般認為______植物基本的生命活動所必需的產物。如酚類、萜［tiē］類和含氮化合物等小分子有機化合物。

作用：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。

三、細胞產物的工廠化生產糖類、脂質、蛋白質、核酸不是

植物細胞的次生代謝物含量很低，從植物組織提取會大量破壞植物資源，如傳統生產紫杉醇(具有高抗癌活性)是從紅豆杉的樹皮和樹葉中提取，但野生紅豆杉是瀕危植物。

有些產物不能或難以通過化學合成途徑得到。

從社會中來利用植物細胞培養來獲得目標產物。

2．植物細胞培養

（1）概念

植物細胞培養是指在_______條件下對_______________或_________進行培養使其增殖的技術。

（2）過程

三、細胞產物的工廠化生產離體單個植物細胞細胞團大量細胞細胞培養外植體

脫分化提取細胞產物愈傷組織用于植物細胞培養的反應器

（3）優點

不占用耕地，幾乎不受______________等的限制。

（4）意義

對于社會、經濟、____________具有重要意義。季節、天氣環境保護

2．植物細胞培養

（5）實例

三、細胞產物的工廠化生產世界上首例藥用植物細胞工程新產品紫草

→

紫草寧（具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性）紅豆杉

→

紫杉醇

2．植物細胞培養

（5）實例

三、細胞產物的工廠化生產人參→

人參皂苷

歸納提升——植物組織培養與植物細胞培養的比較比較項目植物組織培養植物細胞培養目

的原

理取材過

程應

用獲得完整植物體獲得植物細胞或細胞代謝產物植物細胞的全能性細胞增殖植物體細胞、組織或器官單個植物細胞或細胞團快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等細胞產物的工廠化生產，如紫草寧、人參皂苷、紫杉醇等即時鞏固

4．紫草寧具有抗菌、消炎等效果。在工廠化生產中，取紫草植株部分組織誘導形成紫草愈傷組織，再轉入紫草寧形成培養基，然后再將細胞破碎后提取出紫草寧。下列相關敘述中，錯誤的是（）

A．在紫草寧的工廠化生產過程中，使用的是液體培養基

B．愈傷組織無法進行光合作用，需從培養基中吸收有機物

C．紫草植株組織誘導形成愈傷組織過程中遺傳物質發生改變

D．紫草的愈傷組織細胞在低滲溶液中不會漲破C即時鞏固

5．紫杉醇是存在于紅豆杉屬植物體內的一種次生代謝物，具有良好的抗腫瘤作用。科研人員采用植物細胞培養技術從紅豆杉愈傷組織中提取到大量的紫杉醇。下列操作或敘述錯誤的是（）

A．通常選取紅豆杉植株的莖尖或根尖組織作為外植體

B．外植體脫分化成愈傷組織需要在適宜激素等條件下進行

C．紫杉醇的生產需要經過再分化產生特定的組織細胞后才能產生特定的細胞產物

D．高度液泡化、無定形狀態的愈傷組織細胞經培養能合成紫杉醇C

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練習與應用

一、概念檢測

1．運用植物細胞工程技術可以培育單倍體植株和進行細胞產物的工廠化生產。判斷下列相關表述是否正確。

（1）用花藥培養得到單倍體植株需要用到植物組織培養技術。（）（2）細胞產物的工廠化生產主要是利用促進細胞生長的培養條件，提高了單個細胞中次生代謝物的含量。（）??

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練習與應用

一、概念檢測

2．生產中培育香蕉脫毒苗常用的方法是（）

A．人工誘導基因突變B．選擇優良品種進行雜交C．進行遠緣植物體細胞雜交D．取莖尖分生組織進行組織培養D

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練習與應用

二、拓展應用

1．紫色非甜玉米（基因型為AASuSu）和白色甜玉米（基因型為aasusu）雜交（