植物细胞工程实际应用

2.1植物细胞工程1.定义：生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整个体的潜能的特性。2.原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。受精卵生殖细胞体细胞＞＞3.大小：回顾：细胞的全能性植物细胞＞动物细胞细胞全能性是细胞分化的基础和植物组织培养技术的理论依据！细胞分化程度越高，全能性越小离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织根、芽、胚状体植物体脱分化再分化①无菌②营养：有机物无机盐水分③一定适宜的外界条件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…植物组织培养技术植物组织培养技术的原理：细胞的全能性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细胞人工诱导（标志）再生出细胞壁杂种细胞脱分化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植物体细胞杂交技术原理：细胞膜的流动性和细胞的全能性•植物繁殖的新途径–微型繁殖–作物脱毒–神奇的人工种子•作物新品种的培育–单倍体育种–突变体的利用•细胞产物的工厂化生产2.1.2植物细胞工程的实际应用资料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。一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖（属无性繁殖）（1）概念：应用植物组织培养技术，快速繁殖优良品种植物，也叫快速繁殖技术。（2）特点：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）原理：细胞的全能性兰花杨树生菜无子西瓜（4）微型繁殖的应用2.作物脱毒（培养无病毒植株）为什么需进行作物脱毒？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；植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒；用一定大小的茎尖进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。（1）材料：（2）脱毒苗：（3）优点：植物的分生区（茎尖）—无病毒或极少病毒。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。用脱毒苗进行繁殖，使农作物不会或极少感染病毒。脱毒产品甘蔗香蕉马铃薯菠萝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之处有？3.神奇的人工种子采用技术：原理：结构植物组织培养细胞的全能性胚状体（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、有益菌及一些植物生长调节剂等。适宜条件下可以萌发长成幼苗特性：相当于天然种子的胚(由外植体或愈伤组织产生)提供营养保护作用神奇的人工种子（1）与天然种子比：（2）与试管苗比：人工种子的优点：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，占地少有人工薄膜保护，方便贮藏和运输人工种子应用花椰菜桉树水稻芹菜思考：利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt品种如何培育矮杆抗病ddTT品种？P：高杆抗病DDTT矮杆感病ddttF1高杆抗病DdTt↓↓×选育出需要的矮抗纯种F2D_T_D_ttddT_ddtt矮抗杂交育种×生长ddTTF3配子：DTDtdTdt单倍体幼苗：DTDtdTdt花药离体培养秋水仙素DDttddTTddtt纯合体:DDTT矮抗P高杆抗病DDTT×矮杆感病ddttF1高杆抗病DdTt单倍体育种选择矮秆抗病即为新品种利用高杆抗病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1.单倍体育种（1）方法：（2）优点：花药离体培养得单倍体；人工诱导染色体加倍，选择稳定遗传优良品种。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种子纯合子选优自交明显缩短育种年限；后代稳定遗传，都是纯合子。单倍体育种的应用柏树小麦烟草水稻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（物理或化学）处理，促其发生突变，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筛选抗病、抗盐、含高蛋白、高产抗除草剂的白三叶草突变体的应用3.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技术利用组织培养技术来大量生产人参皂甙干粉人参皂甙干粉的生产植物组织培养大量生产紫草素现在已有胡萝卜、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。紫草紫草素愈伤组织注意：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！红豆杉与紫杉醇细胞产物的工厂化生产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1.下列属于植物细胞工程实际应用的是()①制造人工种子②培育抗盐植物③培育抗病毒烟草④培育单倍体⑤生产脱毒植株A.①②③④B.①③④⑤C.①②④⑤D.②③④⑤C反馈练习【解析】选C。植物细胞工程应用范围较广，除①②④⑤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。③中培育抗病毒烟草属于基因工程的操作。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D【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.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C【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。4.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D【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。5.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.植物组织培养C.多倍体育种D.单倍体育种B【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。6.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C【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。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B【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；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。9.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是()A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同D10.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A→C，发育成植株D，取D的花药进行离体培养成幼苗，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G，属于____________；从生殖方式上分析，A→D属于________生殖；从细胞分裂方式上分析，E→F过程中进行了_______分裂。(2)取茎尖进行培养的原因是_____________________________。(3)A→C的过程要严格控制______________。分生区附近病毒极少，甚至无病毒无菌条件组织培养单倍体育种无性有丝(4)用A→D过程获得的植株D，称为________。若用D进行繁殖，种植的植株就_______或_______感染病毒。(5)用E→G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。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植物体细胞杂交脱毒苗诱变基因工程【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。按照研究对象分细胞与组织培养细胞融合细胞核移植等细胞工程2、细胞工程的分类植物细胞工程动物细胞工程按照操作技术分植物细胞工程：（1）1902年，德国科学家哈伯兰特提出细胞全能性理论（2）1937年，美国科学家怀特用烟草茎段在试管中培养了烟草植物（3）1958年，美国科学家斯图尔德利用胡萝卜根组织培养再次证明了植物细胞全能性细胞工程3、细胞工程的发展植物细胞工程（4）1965年，沃索等科学家在培养基上由单个烟草的细胞得到了再生植株。（5）1970年，斯图尔德用悬浮培养的单个细胞也培养了可育的新植株，再次证明了细胞的全能性。细胞工程3、细胞工程的发展动物细胞工程：（1）1907年，美国科学家哈里森蝌蚪神经元的培养，证明了动物组织体外培养的可行性（2）20世纪60年代，中国科学家童第周开展了鱼类的细胞核移植工作，取得了成绩细胞工程3、细胞工程的发展动物细胞工程的诞生：（3）1975年，英、德国科学家将产生抗体的单个细胞与肿瘤细胞杂交，创立了单克隆抗体技术（4）1996年，世界第一只克隆养诞生（5）2001年，我国首例体细胞克隆牛诞生细胞工程3、细胞工程的发展1.植物组织培养依据的原理，培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是（）①体细胞全能性②离体植物器官，组织或细胞③根，芽④生长素和细胞分裂素⑤生长素和乙烯⑥愈伤组织⑦再分化⑧脱分化⑨植物体A.①②⑧⑥⑦③⑨④B.①②⑦⑥⑧③⑨⑤C.①⑥②⑨⑧③⑦⑤D.①②⑨⑧⑥⑦③④A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C（04江苏）（8分）紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。（1）在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”。这些“种子”是应用组