22植物细胞工程的实际应用

植物细胞工程的实际应用一、植物繁殖的新途径概念:快速高效实现种苗繁植培育优良植物品种的植物组织培养技术。也叫快速繁殖技术。1.微型繁殖技术优点：①快速高效地实现种苗的大量繁殖；②保持优良品种的遗传特性；③不受自然生长季节的限制;④可以有效挽救珍稀濒危的植物⑤可以进行工厂化生产产业化育苗2.作物脱毒（1）作物脱毒的原因:长期进行无性繁殖的作物（例如马铃薯），易积累感染的病毒，导致作物产量降低，品质变差。（2）作物脱毒的方法: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。植物分生区（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒脱毒甘蔗（右）与未脱毒甘蔗的对比3.神奇的人工种子人工种子：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的种子。(1)特点:①可以保持优良品种的遗传特性；②不受气候,季节和地域限制。③可以很方便地贮藏和运输(2)技术:植物组织培养。(3)原理:植物细胞的全能性(4)产生途径：①由已脱分化的外植体直接产生；②由愈伤组织产生。(5)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽。（5）优点：①解决了有些某些植物繁殖力差、结籽困难或发芽率低等问题。②可以工业化生产，提高农业的自动化程度。③可在胚乳中添加各种附加成分。如：固氮菌、防病虫农药、除草剂等。④用人工种子播种可节约粮食。如马铃薯,甘蔗的种植二、作物新品种的培育1.单倍体育种（1）方法:花药离体培养（2）优点:①后代能稳定遗传,都是纯合体;②明显缩短育种年限。单倍体育种的原理:•单倍体经过秋水仙素等处理使其染色体加倍以后产生的二倍体，其基因是高度纯合的，单倍体育种就是利用单倍体的这种特性。•单倍体育种只需两年即可得到纯合新品种花药离体培养组织萌发自交人工诱变染色体加倍培养发育单倍体植株正常植株种子(纯合体)新植株(新品种)第一年第二年2.突变体的利用(1)产生:植物组织培养(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种•提问并讨论•哪些外界因素可以使细胞产生突变？细胞在什么时候最容易突变？•组织培养时，细胞分裂情况如何？如果此时认为施加某些（如射线等）处理，结果会怎样？三、细胞产物的工厂化生产1.种类：蛋白质，脂肪，糖类，药物，香料，生物碱等。如人参皂甙，紫杉醇等2.技术：植物的组织培养•讨论：高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以“我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”为题，与同学展开讨论，说出植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。•可以利用植物组织培养技术来大量生产紫杉醇。现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大量生产紫杉醇。国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆杉属的11种植物现都在进行组织培养。ESCAgenetics公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的2～5倍。国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。（1）试管苗的快速繁殖（2）无病毒植物的培育（3）提取原料（4）人工种子（5）转基因植物的培育植物组织培养的应用现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。•练习一•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%。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的•A.有丝分裂Ｂ.分化C.减数分裂D.全能性•[解析]考查植物组织培养的原理、过程。植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。过程是：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体。此过程是一个无性繁殖的过程，细胞数目增多的方式是有丝分裂，并且涉及细胞的分化。•[答案]C•练习二•植物组织培养•①②A→B→C→D•（1）依据的原理是，根本原因。（全能性的概念、比较）•（2）B表示，它与A相比分化程度，全能性。（3）A→B处和C→D处的培养基从形态上是否相同？是否要灭菌？培养基一般含哪几种成分？激素的种类及作用？•（4）若想制作人工种子，应该选用（填字母）。若A是花药，则D是，继续对其使用处理可获得正常植株，该过程称为。（5）若A是胡萝卜根尖细胞，则培养成的D的叶片的颜色是，这说明根尖细胞。（6）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到（填字母）。•师生共同总结：•植物组织培养的概念、原理、过程。•细胞全能性的概念、全能性大小的比较•植物组织培养所需的条件：离体（为什么？）、无菌、培养基（形态、成分）、环境条件。•植物组织培养过程中注意的问题•（1）该过程从繁殖方式上应为无性繁殖，细胞分裂方式为有丝分裂，包含脱分化和再分化两个阶段。•（2）愈伤组织为脱分化后形成的细胞，应视为无分化的细胞•（3）获取细胞产品的时期应为脱分化之后再分化之前的愈伤组织；制作人工种子需再分化后形成的胚状体阶段。•练习三、中科院上海植物生理生态研究所在“神舟四号”飞船进入太空后为一对“新人”——黄花烟草原生质体和革新一号烟草原生质体举办了特殊的“婚礼”。将两个“新人”放入融合器中，当充满液体的融合器加上直流电场，两个原本相互游离的细胞一下子贴到一起，开始了“窃窃私语”。紧接着，在瞬间高压脉冲的作用下，细胞膜被击出了一个小孔，透过这微小的空间，两股细胞质展开了“心灵沟通”。渐渐地，细胞核也扭摆着“亲热”起来，20min后，它们俩已是你中有我，我中有你，一个新生命就这样诞生了。地面实验结果显示：用于融洽的两个“新人”，一个开的是粉花（标记为“一号”），一个开的是黄花（标记为“二号”）融合后的细胞再生植株开的是黄花，但形状却和一号相同（称“一号形状”，另一个称“二号形状”）。这种“太空烟草”比普通烟草个子矮，株秆粗，烟叶多，是我国太空育种试验的一项重大成果。据此回答下列问题：•（1）由于细胞的密度不同，因此在地面上进行细胞融合非常困难。从理论上讲，在太空中细胞更容易融合，可能的原因是。在显微镜下观察，“新人”的细胞膜融合在一起，使细胞呈圆球状，这是因为膜具有特性。“细胞婚礼”中用到的诱导融合技术是。•（2）两种烟草原生质体融合时，类型是我们需要的，这样的细胞经组织培养后，再生的植株属倍体。•（3）植物体细胞融合技术与传统的有性杂交相比，其优点是。•（4）“太空烟草”能稳定遗传吗？为什么？。•答案：（1）重力作用很弱细胞膜有具一定的流动性电刺激诱导融合•（2）自身融合多（或四）（3）克服了远缘杂交不亲和的障碍•（4）如果“太空烟草”为纯合子，无性繁殖和有性繁殖都能稳定遗传；如果为杂合子，无性繁殖能稳定遗传，有性繁殖会出现性状分离。培养过程中也可能会发生基因突变•课外讨论：如何在香蕉组培的各个环节中减少和防止产生变异？•提示：从变异产生的原因及条件结合组织培养的各个环节去思考。