植物細胞工程的實際應(yīng)用(一人一課)

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1、 實際問題：經(jīng)濟苗木、名貴花卉、珍稀植物等實際問題：經(jīng)濟苗木、名貴花卉、珍稀植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持保持植物細胞工程的基本技術(shù)包括植物細胞工程的基本技術(shù)包括植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物組織培養(yǎng)技術(shù)和和植物體細植物體細胞雜交技術(shù)胞雜交技術(shù)。原理？原理？過程？過程？植物組織植物組織培養(yǎng)車間培養(yǎng)車間（一）植物繁殖新途徑：（一）植物繁殖新途徑：討論：該技術(shù)與傳統(tǒng)繁殖技術(shù)相比，有何特點？討論：該技術(shù)與傳統(tǒng)繁殖技術(shù)相比，有何特點？愈傷組織可以傳代培養(yǎng)，獲得大量愈傷愈傷組織可以傳代培養(yǎng)，獲得大量愈傷組織，所以繁殖快速；（組織，所以繁殖快速；（

2、繁殖繁殖速度快速度快）全過程中細胞進行有絲分裂，不涉及減全過程中細胞進行有絲分裂，不涉及減數(shù)分裂和受精作用，可以保持親本優(yōu)良特性；數(shù)分裂和受精作用，可以保持親本優(yōu)良特性；（高保真高保真-無性繁殖無性繁殖）在室內(nèi)生產(chǎn)，在室內(nèi)生產(chǎn)，不受自然環(huán)境條件限制不受自然環(huán)境條件限制。概念概念:是快速高效實現(xiàn)種苗繁植培育優(yōu)良植物是快速高效實現(xiàn)種苗繁植培育優(yōu)良植物品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物微型繁殖技術(shù)（快速繁殖技術(shù)）植物微型繁殖技術(shù)（快速繁殖技術(shù)）微型繁殖的應(yīng)用的實例：微型繁殖的應(yīng)用的實例：蘭花楊樹生菜無籽西瓜工業(yè)化生產(chǎn)作物栽培荷蘭花卉 優(yōu)點：優(yōu)點：快速高效地實現(xiàn)種苗的大量繁殖；快速高效地

3、實現(xiàn)種苗的大量繁殖；保持優(yōu)良品種的遺傳特性；保持優(yōu)良品種的遺傳特性；繁殖速度快，周期短；繁殖速度快，周期短；不受自然生長季節(jié)的限制不受自然生長季節(jié)的限制;可以有效挽救珍稀瀕危的植物可以有效挽救珍稀瀕危的植物 可以進行工廠化生產(chǎn)可以進行工廠化生產(chǎn)蘭州晨報訊：有人戲稱“洋芋、土豆、馬鈴薯”是甘肅三寶，現(xiàn)在這“三寶”又要為咱甘肅揚名了。甘肅省專家成功培育出的黑色土豆，一改土豆白色、灰色、紫色的“老面孔”，成為了土豆家族中的新貴。這種黑色土豆將在7月10日開幕的蘭州高原夏菜貿(mào)洽會上首次亮相。但是，薯類同大蒜一樣，由于同屬營養(yǎng)體但是，薯類同大蒜一樣，由于同屬營養(yǎng)體繁殖，在每年的繁殖過程中，病毒侵染并逐繁

4、殖，在每年的繁殖過程中，病毒侵染并逐代累積，致使種薯退化嚴重，造成馬鈴薯植代累積，致使種薯退化嚴重，造成馬鈴薯植株變矮小，葉片翻卷或花葉、皺縮，產(chǎn)量低株變矮小，葉片翻卷或花葉、皺縮，產(chǎn)量低而不穩(wěn)。而不穩(wěn)。病毒容易沿植物體的維管組織傳播，而分生病毒容易沿植物體的維管組織傳播，而分生組織區(qū)中缺乏維管系統(tǒng)，因此不含病毒。組織區(qū)中缺乏維管系統(tǒng)，因此不含病毒。用做組用做組織培養(yǎng)的植物材料可以是植物體任何類型的組織織培養(yǎng)的植物材料可以是植物體任何類型的組織細胞。怎樣利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)解決？細胞。怎樣利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)解決？材材 料料:分生區(qū)（如莖尖）的細胞分生區(qū)（如莖尖）的細胞脫毒苗脫毒苗:切取莖尖進

5、行組織培養(yǎng)獲得切取莖尖進行組織培養(yǎng)獲得 資料資料 科學家應(yīng)用多倍體育種的方法，科學家應(yīng)用多倍體育種的方法，培育出的三倍體無子西瓜，具有無子、培育出的三倍體無子西瓜，具有無子、含糖高、口感好等特點。含糖高、口感好等特點。但因其不結(jié)種子，但因其不結(jié)種子，每年必須用四倍體和每年必須用四倍體和二倍體西瓜雜交培育二倍體西瓜雜交培育種子，不僅增加了生種子，不僅增加了生產(chǎn)成本，也給無籽西產(chǎn)成本，也給無籽西瓜的普及帶來困難。瓜的普及帶來困難。實際問題：但是微型繁殖試管苗的大量貯藏和運輸實際問題：但是微型繁殖試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的。也是相當困難的。樹木需生長數(shù)年樹木需生長數(shù)年才能結(jié)出種子。才能結(jié)出

6、種子。優(yōu)良雜交種后代會優(yōu)良雜交種后代會因發(fā)生性狀分離而因發(fā)生性狀分離而喪失優(yōu)良特性。喪失優(yōu)良特性。受季節(jié)、氣候和受季節(jié)、氣候和地域的限制。地域的限制。制種時需要占用制種時需要占用大量土地。大量土地。能否找到天然種子的替代品？能否找到天然種子的替代品？種種 子子 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)自然種子自然種子胚胚種皮種皮胚乳胚乳產(chǎn)生途徑產(chǎn)生途徑：外植體外植體愈傷組織愈傷組織胚狀體胚狀體人工種子的結(jié)構(gòu)人工種子的結(jié)構(gòu)區(qū)別：區(qū)別：人工種子的形成屬人工種子的形成屬無性生殖無性生殖，不發(fā)生性狀分離。，不發(fā)生性狀分離。天然種子的形成屬天然種子的形成屬有性生殖有性生殖，發(fā)生性狀分離。，發(fā)生性狀分離。區(qū)別：區(qū)別：人工種子的生

7、產(chǎn)不受季節(jié)、氣候和地域的限制。人工種子的生產(chǎn)不受季節(jié)、氣候和地域的限制。天然種子的生產(chǎn)受季節(jié)、氣候和地域的限制。天然種子的生產(chǎn)受季節(jié)、氣候和地域的限制。3.3.神奇的人工種子神奇的人工種子胚胚胚乳胚乳種皮種皮特點特點:后代無性狀分離，保留優(yōu)良特性；后代無性狀分離，保留優(yōu)良特性；不受氣候不受氣候,季節(jié)和地域限制。季節(jié)和地域限制。貯藏運輸方便貯藏運輸方便小結(jié)：上述應(yīng)用采用的都是上述應(yīng)用采用的都是植物組織培養(yǎng)技植物組織培養(yǎng)技術(shù)術(shù)，都屬于，都屬于無性生殖無性生殖，得到的個體都能，得到的個體都能保保持親代的優(yōu)良性狀持親代的優(yōu)良性狀（性狀與親代相同，即（性狀與親代相同，即不發(fā)生性狀分離不發(fā)生性狀分離）。只

8、涉及到有絲分裂，）。只涉及到有絲分裂，不涉及減數(shù)分裂。不涉及減數(shù)分裂。小結(jié)：只利用植物組織培養(yǎng)，只能得小結(jié)：只利用植物組織培養(yǎng)，只能得到與親代一樣的個體，即進行植物的繁殖。到與親代一樣的個體，即進行植物的繁殖。如何才能得到新品種呢？如何才能得到新品種呢？分析：在植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，再分析：在植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，再額外增加一些手段。額外增加一些手段。二、作物新品種的培育二、作物新品種的培育P：高桿抗病高桿抗病 DDTT矮桿感病矮桿感病 ddttF1高桿抗病高桿抗病 DdTt第第1年年選育出需要選育出需要的矮抗純種的矮抗純種F2D_T_ D_tt ddT_ddtt矮抗矮抗傳統(tǒng)方法：傳統(tǒng)方法：雜

9、交育種雜交育種第第2年年第第3年年生長生長ddTTF3第第4年年復(fù)習復(fù)習:原理原理:基因重組基因重組結(jié)果結(jié)果:把兩親本的優(yōu)良性狀組合把兩親本的優(yōu)良性狀組合 在同一后代中在同一后代中 缺點缺點:要不斷進行要不斷進行(多年多年)純化和純化和選擇，才得到一種符合理想要求選擇，才得到一種符合理想要求的新品種的新品種 配子：配子：DTDtdTdt單倍體單倍體幼苗幼苗：DTDtdTdt花藥離體培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)秋水秋水 仙素仙素第第2年年DDttddTT ddtt純合體純合體:DDTT矮抗矮抗 P高桿抗病高桿抗病 DDTT矮桿感病矮桿感病 ddttF1高桿抗病高桿抗病 DdTt單倍體育種單倍體育種第第1年年

10、選擇矮稈抗病選擇矮稈抗病即為新品種即為新品種單倍體單倍體的概念的概念:是指由是指由配子配子發(fā)育成的個體發(fā)育成的個體 例子例子:蜜蜂中的雄蜂是由未受精的蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵卵發(fā)育來發(fā)育來的單倍體的單倍體 多數(shù)植物都可通過多數(shù)植物都可通過花藥或花粉花藥或花粉來獲得來獲得單倍體單倍體優(yōu)點：優(yōu)點：明顯縮短育種年限明顯縮短育種年限、單倍體育種、單倍體育種過程：過程：在利用在利用植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，的基礎(chǔ)上，再額外增加一些手段再額外增加一些手段加秋水仙素加秋水仙素。（1 1）突變體的產(chǎn)生）突變體的產(chǎn)生 在植物組織培養(yǎng)的過程中，由于培養(yǎng)的細胞一直在植物組織培養(yǎng)的過程中，由于培養(yǎng)的細胞一直

11、處于不斷的處于不斷的分生分生狀態(tài)，因此容易受到培養(yǎng)條件和外界狀態(tài)，因此容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線、化學物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。壓力（如射線、化學物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。產(chǎn)生的突變屬于什么？產(chǎn)生的突變屬于什么？為什么不斷分生的細胞容易突變？為什么不斷分生的細胞容易突變？（2 2）利用：）利用：篩選對人們有利突變體篩選對人們有利突變體,進而培育新品種進而培育新品種2.2.突變體的利用突變體的利用在利用在利用植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，的基礎(chǔ)上，再額外增加一些手段再額外增加一些手段輻射等輻射等。比較：比較：單倍體育種：單倍體育種：突變體的利用：突變體的利用：植物體細胞雜交育種植物體

12、細胞雜交育種優(yōu)點：優(yōu)點：育種原理：育種原理：優(yōu)點：優(yōu)點：育種原理：育種原理：優(yōu)點：優(yōu)點：育種原理：育種原理：明顯縮短育種年限明顯縮短育種年限染色體變異染色體變異能夠產(chǎn)生新性狀能夠產(chǎn)生新性狀基因突變基因突變克服遠緣雜交不親和障礙克服遠緣雜交不親和障礙染色體變異染色體變異三三 細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn) 工廠化生產(chǎn)人參皂甙干粉的基本流程：工廠化生產(chǎn)人參皂甙干粉的基本流程：人參根人參根 愈傷組織愈傷組織 增長速度快而且細增長速度快而且細胞內(nèi)人參皂甙干粉含量高的細胞胞內(nèi)人參皂甙干粉含量高的細胞細胞增殖細胞增殖 提取人參皂甙干粉提取人參皂甙干粉 脫分化脫分化培養(yǎng)選擇培養(yǎng)選擇破碎細胞破碎細胞

13、放入發(fā)酵罐放入發(fā)酵罐 提示：提示：可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)紫杉可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)紫杉醇?，F(xiàn)在國內(nèi)外的科學家們正在研究利用植物細胞培養(yǎng)醇。現(xiàn)在國內(nèi)外的科學家們正在研究利用植物細胞培養(yǎng)技術(shù)來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這種方法來大量技術(shù)來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這種方法來大量生產(chǎn)紫杉醇。國內(nèi)外許多實驗室開展了用組織培養(yǎng)法生生產(chǎn)紫杉醇。國內(nèi)外許多實驗室開展了用組織培養(yǎng)法生產(chǎn)紫杉醇的研究，紅豆杉屬的產(chǎn)紫杉醇的研究，紅豆杉屬的1111種植物現(xiàn)都在進行組織種植物現(xiàn)都在進行組織培養(yǎng)。培養(yǎng)。ESC AgeneticsESC Agenetics公司宣布他們用細胞培養(yǎng)法所得公司宣布他

14、們用細胞培養(yǎng)法所得紫杉醇的含量是樹皮的紫杉醇的含量是樹皮的2 25 5倍。國內(nèi)外在分化細胞株系倍。國內(nèi)外在分化細胞株系和培養(yǎng)條件方面做了不少工作，摸索了外植體、光照、和培養(yǎng)條件方面做了不少工作，摸索了外植體、光照、培養(yǎng)基組成等因素對細胞培養(yǎng)及紫杉醇生成的影響?，F(xiàn)培養(yǎng)基組成等因素對細胞培養(yǎng)及紫杉醇生成的影響?，F(xiàn)在工藝條件已基本摸清，正研究反應(yīng)的放大技術(shù)等，有在工藝條件已基本摸清，正研究反應(yīng)的放大技術(shù)等，有望實現(xiàn)通過細胞培養(yǎng)進行工業(yè)化生產(chǎn)紫杉醇的目標。望實現(xiàn)通過細胞培養(yǎng)進行工業(yè)化生產(chǎn)紫杉醇的目標。植物細胞工程的實際應(yīng)用 繁殖植物的新途徑繁殖植物的新途徑 微型育種微型育種 作物脫毒作物脫毒 人工種子

15、人工種子 育種新方法育種新方法 單倍體育種單倍體育種 誘導突變體誘導突變體 細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)小結(jié)小結(jié)1 1、植物的微型繁殖技術(shù)是指、植物的微型繁殖技術(shù)是指（）A A植物體細胞雜交技術(shù)植物體細胞雜交技術(shù) B B嫁接嫁接 C C營養(yǎng)繁殖營養(yǎng)繁殖 2 2、科學工作者把胡蘿卜的韌皮部細胞分離出、科學工作者把胡蘿卜的韌皮部細胞分離出來，將單個細胞放入培養(yǎng)基中培養(yǎng)，獲得了來，將單個細胞放入培養(yǎng)基中培養(yǎng)，獲得了許多完整的植株，這些植株的特點是許多完整的植株，這些植株的特點是 ）A A彼此性狀相似彼此性狀相似 B B變異頻率較高變異頻率較高 C C單倍體單倍體 D D都是純合子都是純合

16、子課堂演練課堂演練3 3用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，可以培養(yǎng)或生產(chǎn)（用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，可以培養(yǎng)或生產(chǎn)（）A A食品添加劑食品添加劑 B B無病毒植物無病毒植物 C.C.人工種子人工種子 D D前三項都是前三項都是4 4下列四個選項中沒有采取植物組織培養(yǎng)技術(shù)的是下列四個選項中沒有采取植物組織培養(yǎng)技術(shù)的是（）A A花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株 B.B.秋水仙素處理幼苗獲得多倍體植株秋水仙素處理幼苗獲得多倍體植株 C C人工種子的培育人工種子的培育 D D“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”雜種植株的培育過程雜種植株的培育過程 5 5、馬鈴薯利用它的塊莖進行無性繁殖，種植的世代多了以后、馬鈴薯

17、利用它的塊莖進行無性繁殖，種植的世代多了以后往往會感染病毒而減產(chǎn)，為此農(nóng)戶都希望得到無病毒的幼苗往往會感染病毒而減產(chǎn)，為此農(nóng)戶都希望得到無病毒的幼苗進行種植。獲得無病毒幼苗的最佳辦法是（進行種植。獲得無病毒幼苗的最佳辦法是（）A A選擇優(yōu)良品種進行雜交選擇優(yōu)良品種進行雜交 B B進行遠緣植物體細胞雜交進行遠緣植物體細胞雜交 C C利有芽尖進行組織培養(yǎng)利有芽尖進行組織培養(yǎng) D D人工誘導基因突變?nèi)斯ふT導基因突變6.6.甘薯種植多年后易積累病毒而導致品種退化。目前生產(chǎn)上采甘薯種植多年后易積累病毒而導致品種退化。目前生產(chǎn)上采用莖尖分生組織離體培養(yǎng)的方法快速繁殖脫毒的種苗，以保用莖尖分生組織離體培養(yǎng)的方法快速繁殖脫毒的種苗，以保證該品種的品質(zhì)和產(chǎn)量水平。這種通過分生組織離體培養(yǎng)獲證該品種的品質(zhì)和產(chǎn)量水平。這種通過分生組織離體培養(yǎng)獲得種苗的過程不涉及細胞的（）得種苗的過程不涉及細胞的（）A.A.有絲分裂有絲分裂 B.B.分化分化 C.C.減數(shù)分裂減數(shù)分裂 D.D.全能性全能性