1、植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？植物细胞工程的基本技术 CONTENTS 目录 植物繁殖的新途径 A new way for plants to reproduce01 作物新品种的培育 Breeding of new crop varieties02 细胞产物的工厂化生产 Factory production of cell products03 习题巩固 Exercises to consolidate04 植物繁殖的新途径 A new way for plants to reproducePART 01 A new way for plan
2、ts to reproduce01 植物繁殖的新途径 1.快速繁殖（1）概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖。20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业。我国组织培养技术已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵的兰花价格大幅下降。A new way for plants to reproduceRapid propagation01 植物繁殖的新途径快速繁殖（2）生殖方式：（3）原理：一般为无性生殖 植物细胞的全能性（4）优点：高效、快速地实现种苗的大量繁殖。保持优良品种的遗传特性。不受自然生长季节
3、的限制，培养周期短。选材少，繁殖率高，便于自动化管理。其细胞分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。A new way for plants to reproduce Rapid propagation01 植物繁殖的新途径快速繁殖【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行旺盛、快速的有丝分裂，从而获得大量的组织细胞。不断地对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。另外，植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。实际应用：快速繁殖经济苗木、名贵花卉、珍稀濒危植物等自然繁殖速度缓慢，
4、繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物。A new way for plants to reproduce01 植物繁殖的新途径 2.作物脱毒马铃薯a.作物病毒积累草莓香蕉感染的病毒很容易传给后代无性繁殖病毒在作物体内积累作物产量降低品质变差b.优点：明显提高农作物的产量和品质A new way for plants to reproduceCrop seedling01 植物繁殖的新途径作物脱毒 c.脱毒方法取材：顶端分生区（如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无毒）组培脱毒苗d.实例：注：脱毒苗不等于抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。作物新品种的培育 Breeding of
5、 new crop varietiesPART 02 02作物新品种的培育 Breeding of new crop varieties单倍体由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体。成因：代表生物：特点：由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成。蜜蜂中的雄蜂枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育（不是全部）。应用：单倍体育种02作物新品种的培育 Breeding of new crop varieties1.单倍体育种DDttDtDdTtDDtt自交选择亲本 有性杂交F1代花粉离体培养 单倍体植株诱变染色体加倍可育纯合子选择所需类型二倍体植株花药离体培养 单倍体植株人
6、工诱导正常植株（纯合子）种子自交萌发新植株（新品种）二倍体植株拥有正常染色体数目染色体数目变异、植物细胞的全能性02作物新品种的培育单倍体育种 Breeding of new crop varietiesHaploid breeding（抗倒伏，不抗病）（抗倒伏抗病）花药（粉）：单倍体幼苗：DT Dt dT dt正常植株：DDTT DDtt ddTT ddtt新品种：DDtt方法：花药离体培养秋水仙素处理2.缺点：操作复杂1.优点：能明显缩短育种年限DDTT（）ddtt（）第一年第二年筛选DdTt（抗倒伏，不抗病）（倒伏，抗病）二倍体生物（组织培养）DdTt植株DT Dt dT dt花药离体培
7、养和人工诱导染色体数目加倍 02作物新品种的培育单倍体育种 Breeding of new crop varieties Haploid breeding我国科学家在1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种单育1号烟草。3.实例我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。02作物新品种的培育单倍体育种 Breeding of new crop varieties Haploid breeding取花药 单倍体幼苗 脱分化 纯合二倍体 人工诱导染色体加倍 优良品种 选择 愈伤组织 再分化 花药离体培养 后代都是纯合子，能稳定遗传；明显缩短育种
8、年限，加速育种进程。02作物新品种的培育单倍体育种 Breeding of new crop varieties Haploid breedingAaAaAAaa单倍体(n)纯合二倍体(2n)二倍体(2n)大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易出现。因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。02作物新品种的培育 Breeding of new crop varieties2.突变体的利用（1）原理：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。（2）过程：外植体
9、 新品种 筛选培育 愈伤组织 脱分化 多种突变体 诱导分化 诱变处理（3）利用：筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。02作物新品种的培育突变体的利用 Breeding of new crop varietiesUse of mutants（5）实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。（3）原理：基因突变和植物细胞的全能性。（4）优点：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。细胞产物的工厂化生产 Factory production of cell productsPART 03 03细胞产物的工厂化生产 Factory production of cell products植
10、物的代谢产物1.初生代谢物：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。2.次生代谢物：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物次生代谢物。（1）含义03细胞产物的工厂化生产 Factory production of cell products糖类、脂质、和核酸等。蛋白质（2）种类化学本质 作用 应用 直接获取困难 化学合成困难 利用植物细胞培养来获得目标产物 细胞产物的工厂化生产 小分子有机物(酚类、萜类和含氮类)植物抗病、抗虫 药物、香料、色素 含量低、从植物组织提取会大量破坏植物资源 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到 03
11、细胞产物的工厂化生产 Factory production of cell products3.细胞产物的工厂化生产 利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。外植体 愈伤组织 细胞悬液 脱分化 振荡分散 细胞悬浮培养 细胞产物 提取 优势 不占用耕地、不受季节、天气的限制，对社会、经济、环保具有重要意义。03细胞产物的工厂化生产 Factory production of cell products紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。实例 紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性 紫杉醇具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗 红豆杉紫杉醇 紫草紫草宁 人参 人参
12、皂苷 03到社会中去 Go out into the world“手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分和营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。“手指植物”的制作方法用到了植物组 织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂。另外，还可以根据个人喜好，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。03课堂总结 Class summary外植体愈伤组织试管苗脱分化再分化植株作物脱毒选择顶端分生组织快速繁殖单倍体育种选择花药进行诱变 突变体的利用分散后悬
13、浮培养3.细胞产物的工厂化生产2.植物新品质的培育1.植物繁殖的新途径筛选习题巩固 Exercises to consolidatePART 04 04习题巩固 Exercises to consolidate1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体 植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。（1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（）（2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（）04习题巩固 Exercises to consolidate2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是（）A.人工诱导基因突变B.选择优良
14、品种进行杂交C.进行远缘植物体细胞杂交D.取茎尖分生组织进行组织培养D04习题巩固 Exercises to consolidate1.紫色非甜玉米（基因型为AASuSu）和白色甜玉米（基因型为aasusu）杂交（Su和su代 表一对等位基因）,得到的F1（AaSusu）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢？请你设计相关实验的思路。04习题巩固 Exercises to consolidateF2中的紫色甜玉米的基因型可能为 Aasusu或 AAsusu。如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米
15、与白色甜玉米(aasusu)进行测交，可以选择出基因型为 AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。04习题巩固 Exercises to consolidate2.甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题，为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。04习题巩固 Exercises to consolidate积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。课时作业 THANK YOU
