2.1.2植物细胞工程的实际应用

离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织根、芽植物体脱分化再分化①无菌②营养：有机物无机盐水分③一定的外界条件④植物激素：细胞分裂素生长素遮光一定的光照芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…植物组织培养技术①②③④⑤融合的原生质体原生质体B原生质体A去壁去壁植物A细胞植物B细胞诱导融合再生出细胞壁杂种细胞脱分化（细胞分裂）愈伤组织再分化杂种植株植物组织培养植物细胞融合植物体细胞杂交2、思考利用这些技术能做哪些工作？资料1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。资料2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3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，在分生区几乎不含病毒。一、植物繁殖的新途径1.概念:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术2.优点:3.成就:1）保持优良品种的遗传特性2）高效快速地实现种苗的大量繁殖3）周期短，不受季节、气候、自然灾害等因素的影响例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出400万株兰花苗。（一）微型繁殖技术兰花杨树生菜无籽西瓜(3)微型繁殖的应用：植物组织培养车间及组培植物（一）微型繁殖繁殖技术（也称快速繁殖技术）讨论P38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%。病毒容易沿植物体的维管组织传播，而分生组织区中缺乏维管系统，因此不含病毒。用做组织培养的植物材料可以是植物体任何类型的组织细胞。怎样利用植物组织培养技术解决？(1)材料:植物的分生区(茎尖)--无病毒或极少(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗（3）优点：使农作物不会或极少感染病毒为什么需进行作物脱毒？2.作物脱毒（培养无病毒植株）作物脱毒的原因:长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，而植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。•说明：病毒在植株上的分布是不均一的，老叶、老的组织和器官病毒含量高，幼嫩的未成熟组织和器官病毒含量较低，生长点几乎不含病毒或病毒较少。因此，作物脱毒主要是强调微型繁殖的取材一定是无毒（的如茎尖、根尖）脱毒草莓没有脱毒的草莓脱毒产品甘蔗香蕉马铃薯菠萝甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。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.全能性实际问题：但是微型繁殖试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。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改变；天然种子在生产上受季节等自然环境条件限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次。能否找到天然种子的替代品？种子的结构自然种子胚乳子叶胚芽胚轴胚根胚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？常规种子植物生产的不足通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。3、神奇的人工种子人工胚乳相当天然种子的胚(由外植体或愈伤组织产生)提供营养保护作用人工种子技术：原理：结构：特性：优点：胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）人工薄膜：加入适量无机盐、有机碳源等养分，农药、抗生素、有益菌及生长调节剂等组织培养细胞全能性与天然种子比：①解决某些作物繁殖力低、结子困难、发芽率低问题②保持优良品种遗传特性③不受气候、季节、地域的限制，时间短，占地少与试管苗比：有人工薄膜保护，方便地贮藏和运输在适宜条件下可以萌发长成幼苗。人工种子自然种子胚状体人工种皮人工胚乳胚种皮胚乳人工种子应用花椰菜桉树水稻芹菜返回2．人工种子与天然种子相比，突出的优点(1)可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖。(2)固定杂种优势。天然种子是有性繁殖，往往杂种优势只能体现在第1代，第2代便参差不齐了。而人工种子在本质上属于无性繁殖，一旦获得优良品种,即可保持杂种优势。(3)快捷高效的繁殖方式。已有研究表明用1个体积为12L的发酵罐在二十几天内生产的胡萝卜体细胞胚可制造1000万粒人工种子，可供种植几百km2地,这样也就节约了大量留种地。返回(4)可人为控制植物的生长发育与抗逆性。人工胚乳除了含有供胚状体发育成植株所必需的营养物质外，还可以在其中加入除草剂、弱病毒、杀菌剂、农药、抑制休眠的物质及对植物生长有益的细菌等,使其具备抗逆性和耐贮性等优良特性，也可添加激素类物质以调节植物的生长发育。与试管苗技术比较，人工种子技术具有成本低、贮藏运输方便、减少了移栽驯化过程和生产周期短等优点。下图为一人工种子。下列与人工种子培育过程的有关叙述中不正确的是（）A．人工种子一般是用离体的植物细胞通过组织培养技术获得B．胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性C．同一批次人工种子可以保证具有相同的基因型D．胚状体是由未分化的，具有分裂能力细胞构成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。讨论：P40二、作物新品种的培育明显缩短育种年限(相对常规选育)后代稳定遗传,都是纯合体正常植物花药愈伤组织单倍体幼苗脱分化再分化染色体加倍秋水仙素处理1.单倍体育种(1)方法:(2)优点:花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍,选择稳定遗传优良品种种子纯合体选优自交P：高杆抗病DDTT矮杆感病ddttF1高杆抗病DdTt↓第1年↓×选育出需要的矮抗纯种F2D_T_D_ttddT_ddtt矮抗杂交育种第2年第3年×生长ddTTF3配子：DTDtdTdt单倍体幼苗：DTDtdTdt花药离体培养秋水仙素第2年第4年DDttddTTddtt纯合体:DDTT矮抗P高杆抗病DDTT×矮杆感病ddttF1高杆抗病DdTt单倍体育种第1年选择矮秆抗病即为新品种举例：利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt品种培育矮杆抗病ddTT品种二、作物新品种的培育应用：柏树小麦烟草水稻（二）突变体的利用植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变产生的突变属于什么？为什么不断分生的细胞容易突变？1.产生：筛选对人们有利突变体,进而培育新品种2.利用：3.成就：20世纪70年代以来，各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、含高蛋白，以及高产的突变体，有的已用于生产。2.突变体的利用对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变处理，促其发生突变，诱导分化成植株，筛选对人们有利突变体,进而培育新品种新品种外植体愈伤组织多种突变体筛选培育脱分化诱导分化诱变处理白三叶草抗病、抗盐、含高蛋白、高产。比较：单倍体育种：突变体的利用：植物体细胞杂交育种优点：育种原理：优点：育种原理：优点：育种原理：明显缩短育种年限染色体变异能够产生新性状基因突变克服远缘杂交不亲和障碍染色体变异3.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.(2)技术:植物的组织培养.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。三、细胞产物的工厂化生产1.种类:2.技术:3.实例：蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.植物的组织培养----愈伤组织细胞培养利用组织培养技术来大量生产人参皂苷干粉注意:一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物!转基因细胞杂种细胞茎尖、根尖等分生区花药（花粉）外植体脱分化愈伤组织再分化丛芽或胚状体工厂化生产药物人工种子转基因植物杂种植物作物脱毒单倍体育种微型繁殖植物体诱变处理突变细胞总结:植物细胞工程的实际应用突变体的利用+人工薄膜培养例1：03江苏用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B.该愈伤组织的细胞没有全能性C.该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成D.该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构典例精析例2：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1）步骤①是__________________________________________最常用的方法是_________.2）步骤②一般常用的化学试剂是______________目的是___________________.3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是___________，其中步骤④相当于_____，步骤⑤相当于_____去掉细胞壁分离出有活力的原生质体酶解法聚乙二醇（PEG）诱导原生质体融合植物组织培养脱分化再分化例2：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使____________能够在新的植物体上有所表现，其根本原因:5）从理论上讲，杂种植株的育性_____。若运用传统有性杂交方法能否实现？_____。并说明理由：因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于：.两个亲本的遗传性状杂种植株获得了双亲的遗传物质可育不能因为不同种生物之间存在生殖隔离克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围1、植物的微型繁殖技术是指（）A．植物体细胞杂交技术B．嫁接C．营养繁殖D．植物组织培养2、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是（）A．彼此性状相似B．变异频率较高C．单倍体D．都是纯合子课堂演练3．用植物组织培养技术，可以培养或生产（）A．食品添加剂B．无病毒植物C.人工种子D．前三项都是4．下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是（）A．花药离体培养得到单倍体植株B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株C．人工种子的培育D．“番茄——马铃薯”杂种植株的培育过程5、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（）A．选择优良品种进行杂交B．进行远缘植物体细胞杂交C．利有芽尖进行组织培养D．人工诱导基因突变6.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。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7.基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得___________________________等营养物质。（2）要促进