植物细胞工程的应用
植物细胞工程技术的应用
植物细胞工程技术的应用植物细胞工程技术是指通过体外培养植物细胞、组织和器官，并利用生物功效物质转运或者遗传工程技术改变生物的遗传性状的一种综合性科学技术。
它的应用领域广泛，包括农业生产、食品工业、药品工业等。
下面，就让我们来了解一下植物细胞工程技术的应用。
一、农业生产由于其高效、经济的特点，植物细胞工程技术在农业生产中得到广泛应用。
例如，在作物育种中，人们可以通过外源基因转化来构建耐盐、耐热、抗虫等功能强大的高产作物。
另外，在植物组织培养中，还可以通过植物植物生长因子的人工调控促进抗旱、抗寒、提高产量等方面研究。
此外，植物细胞工程技术还可以用于制造一些有益的生物化学物质，如蔗糖、维生素C等。
二、食品工业植物细胞工程技术在食品工业中也有广泛的应用。
例如，人们可以通过外源基因转化来提高食用植物中的营养成分含量，例如维生素、蛋白质等。
此外，通过植物细胞培养技术还可以制造细菌外组蛋白，将其作为饮料和食品的防腐剂，并且可以将其用于生产抗生素和食品调味品等。
三、药品工业植物细胞工程技术在药品工业中的应用早已见到其成效。
它可以用于合成一些传统药物和新型药物。
如，从植物细胞中提取大量天然药物，如阿斯匹林，可达到减少天然物源短缺的功能。
此外，植物细胞工程技术还可以研究生产新型药物，如重组DNA和蛋白质药物等。
结语植物细胞工程技术的应用广泛，不仅可以改变植物的遗传性状，提高农业生产效率，而且可以生产具有药理学意义的天然产物和高效新型药物，还可为食品工业提供新产品。
虽然面临着一些技术难点和挑战，但是随着科技的不断发展，植物细胞工程技术的应用前景也变得愈加广阔。
希望未来能够有更多的植物细胞工程技术应用，让我们的生活更加美好。
植物细胞工程技术
植物细胞工程技术植物细胞工程技术是一种利用基因工程技术对植物进行改造的方法，通过人为地改变植物细胞内部的基因组，从而实现对植物性状的改善和优化。
植物细胞工程技术已经成为现代农业发展中的重要手段之一，被广泛应用于农业、食品、医药等各个领域。
下面我们就来了解一下植物细胞工程技术的具体内容以及应用。
一、植物细胞培养技术植物细胞培养是指通过在无菌状态下，将植物细胞放入富含营养物质的培养基中，来促进细胞分裂、再生和生长的过程。
这种技术可以被应用于不同种类的植物，包括水稻、玉米、烟草等，在生产、质量控制和繁殖等方面都有着广泛的应用。
二、基因转移技术基因转移技术是指将需要转移的基因序列，通过基因枪或农杆菌等手段，从其他植物或细菌等生物体中提取出来，然后将其导入到细胞内部。
这个过程也被称为遗传转化。
通过这种技术，可以对植物进行基因改造，从而实现对其产量、品质、耐性以及根系和开花先后顺序等性状的调整和优化。
三、细胞选择技术细胞选择技术是指通过对植物细胞进行筛选和选育，来寻找目标细胞，并对其进行扩增和培养。
很多情况下，目标细胞需要拥有特定的基因、调节机制或代谢途径。
通过细胞选择技术，可以提高目标性状的频率和新品种的生成效率，也可以协助植物地质控制和繁殖管理，从而加快新品种的开发和发布。
四、植物转基因技术植物转基因技术是指将不同种系中的优良性状和符合人类需求的各种有益基因，转化到需要面对特定环境条件的植物种系中，实现植物遗传材料和其他植物种系的交配。
通过转基因技术，可以实现对植物性状的精确调整，也可以对植物进行基因治疗，改善其抗性和抵御能力，提高其产量、质量等各种综合性状。
五、应用于植物生产的植物细胞工程植物细胞工程技术可以被广泛应用于植物生产的各个环节，包括种植、繁育、种子生产、质控等。
这种技术能够帮助植物在各种压力环境下更好地生长和发展，提高植物的产量、增加其对寒冷、干旱、病虫害等压力的耐受能力，并为我们提供更安全和健康的农产品。
植物细胞工程的实际应用
1.百合通过它的球茎进行无性繁殖，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。在最短时间内获得大量无病毒幼苗的 最佳方案是( C )A．花药离体培养B．选取成熟组织进行培养 C．利用茎尖进行组织培养D．人工诱导基因突变 2.(2010· 高考浙江卷)将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温 度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是( B )
• 工厂化生产人参皂甙的基本过程？
1.利用人参根作外植体培养，得到愈伤组织， 选出人参皂甙含量高的细胞株 2.利用发酵罐生产更多的细胞 3.将细胞进行破碎、提取。
如下图表示基因型AaBb的小稻（2n=24）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的培育过程。 (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。在 愈伤组织形成中，必须从培养基中获得_____和小分子有机物等 营养物质。 (2)要促进花粉细胞分裂生成，培养基中应有_____两类激素。 (3)愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和 茎。这一过程必须给予光照，其原因是_____利用光能制造有机 物，供试管苗生长发育。 (4)试管苗的细胞核中含有______条脱氧核苷酸链。 (5)培育成的试管苗可能出现的基因型有_______________。
例1
(1)人工种子的制备是依据什么原理进行的？ 细胞的全能性 胚乳 (2)包埋胚状体的胶质可看做是种子的哪部分结构________ 。在植物的个体发 受精极核 育中这种结构来自 ________。(3)某二倍体植物基因型为DdTt，利用这种生物 技术采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子。 DT 、Dt、dT、dt ，从 这种种子萌发形成的个体称为单倍体 __________，基因型为 ________________ 有性 生殖类型看属于________ 生殖。 (4)如果获取的外植体为植物的茎尖，通过① 的处理可使细胞彼此分离，可加入 ( ) C A．15%的盐酸 B．淀粉酶 C．果胶酶 D．胰蛋白酶 使细胞恢复分裂能力 ③表示再分化的过 (5)②表示脱分化的过程，其实质是________________ 基因的选择性表达，导致了细胞形态、结构和功能的改变 程，其实质是________________
植物细胞工程的应用
银杏
细胞产物： 蛋白质、脂肪、糖类、药物、 香料、生物碱等。
6～7年
人参皂甙干粉
20～30天 发酵罐
利用植物组织培养技术生产细胞产物
植物细胞工程的优点： 取材少、繁殖快，生产周期短， 后代变异性低，能保持亲本的一 切优良性状
开辟植物繁殖新途径
1.微型繁殖技术
快速繁殖优良品种的植物组织培养技术
优点:
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）不受自然生长季节的限制
例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出
400万株兰花苗。
非常适合于大规模产业化生产
产业化育苗
微型繁殖 的应用：
生菜
杨树
兰花
无籽西瓜
荷兰花卉
作物栽培
工业化生产
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
长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病
2.作物脱毒
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。
组织培 受外界影响 养过程
突变
筛选有利 突变体
培育新 抗病、抗盐、 含高蛋白、高产。 品种
白三叶草
用于细胞产物的工业化生产
人参
人参皂苷：具有增加白细胞数量、提高人体免 疫力、促进物质代谢、抗疲劳、抗衰老等作用
紫杉
紫杉醇：具有特的抗肿瘤作有用
紫草
紫草素：是治疗烫伤的特效药物
三七
具有显著的活血化瘀、消肿定痛功效来自用物农作物新品种的培育
单倍体育种
优点： 明显缩短 育种年限
P F1
配子
高杆抗病 DDTT
×矮杆感病
↓ ↓
ddtt
第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用 讲义【新教材】人教版(2019)高中生物选择性必修3
第2课时植物细胞工程的应用课标内容要求核心素养对接举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种等方式有效提高了生产效率。
社会责任：列举植物组织培养技术在生产实践中的应用，说明植物细胞工程对生产的影响。
一、植物繁殖的新途径1．快速繁殖(1)快速繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
(2)特点⎩⎨⎧①无性繁殖，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可实现工厂化生产2．作物脱毒(1)选材部位：植物的分生区附近。
(2)选材原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。
(3)实例：目前采用茎尖组织培养技术来脱去病毒，在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。
二、作物新品种的培育1．单倍体育种(1)过程：花药离体培养―→单倍体植株―――――→染色体加倍纯合子植株。
(2)优点①后代是纯合子，能稳定遗传。
②明显缩短了育种的年限。
2．突变体的利用(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受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)利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
三、细胞产物的工厂化生产1．次生代谢物(1)概念：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。
(2)作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
2．生产技术手段：植物组织培养技术。
3．优点：生产速度快。
4．实例：利用紫草细胞的组织培养生产的紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。
利用红豆杉细胞的组织培养生产的紫杉醇具有高抗癌活性。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。
(×) 提示：题述繁殖方式属于无性繁殖，不属于微型繁殖。
微型繁殖是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
2．脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。
(×)提示：培育脱毒苗时选用的通常是茎尖等分生组织，原因是该组织附近的病毒极少，甚至无病毒。
植物细胞工程的实际应用
植物细胞工程的实际应用概述植物细胞工程是一种利用现代生物技术手段来改良和利用植物，以满足农业、工业、科学等各方面需要的新技术和新方法。
它包括组织培养、基因工程、遗传转化等领域。
植物细胞工程的应用领域非常广泛，以下将对一些实际应用进行介绍。
植物生长调节剂的合成植物生长调节剂对植物的生长发育起到了十分重要的作用。
利用植物细胞工程技术，可以通过对反应物和酶进行细胞表达或通过质粒转化等方式，合成多种有机植物生长调节剂，如IAA、AHA、GA3等。
植物生长调节剂在农业生产中应用非常广泛，可以促进种子萌发、幼苗生长、花芽分化、果实成熟等过程，同时也可以提高作物产量和品质。
此外，生长调节剂还可以使非食用作物的木本植物具有食用性，增加食品来源。
抗病植物的培育使用植物细胞工程技术可以构建抗病植物，提高病害防治的效果。
例如，已经成功培育出多种可以抵抗病菌攻击的转基因植物，如抗病毒的水稻、抗虫害的玉米和棉花等。
这些植物在农业生产中的应用可以帮助农民减少农药使用，降低生产成本，同时也减轻环境负担。
遗传转化植物的育种利用遗传转化技术，可以将目标基因导入到植物种子中，实现基因的无性传递、选择性筛选和后代的稳定遗传等功能。
这种方法相较于传统的选育方法，可以更加精细、快速地培育出理想的优良植物品种，例如杂交水稻、高产油菜等。
此外，利用遗传转化技术还可以提高植物的抗性、耐受性、抗逆性等性状，增加环境适应性，提高植物的生存能力。
这些优良品种在农业生产中的应用也能够提高生产量和品质。
线粒体和叶绿体组织的修复线粒体和叶绿体是植物细胞中非常重要的组织，它们不仅支持植物的正常生理机能，还参与植物适应环境的调节过程。
然而，在长期的生长过程中，线粒体和叶绿体很容易受到环境、病毒等因素的影响而受损。
使用植物细胞工程技术，可以修复受损的线粒体和叶绿体组织。
通过异常基因的剥离、修饰和替换，或将正常基因导入组织中进行修复，最终实现组织的再生和调节功能。
细胞工程在植物方面的应用
细胞工程在植物方面的应用⑴微繁殖技术（Micropropagation）的应用微繁殖技术，即以植物的器官、组织、细胞或原生质体为外植体，在离体培养条件下进行植株再生的技术。
应用微繁殖技术既可用于克服高度杂合物种因有性繁殖而引起的后代严重分离，如澳大利亚的番木瓜；有可用于名优或濒危物种的快速繁殖，如凤梨、草莓。
通过微繁技术已获再生植株的树种主要有番木瓜、柑橘、龙眼、荔枝、苹果、梨、葡萄等，草莓、香蕉等以实现了商品化生产。
通过茎尖培养或微嫁接技术，可以脱去植物体内的病毒，获得无病毒苗木，如苹果、草莓等。
另外，在组织培养过程中，如愈伤组织培养、细胞悬浮培养、原生质体培养等，通过pH值、温度、离子浓度等条件的变化，可增加其变异，从中可筛选出优良的突变体，从而为新品种的选育开辟一条崭新的途径。
愈伤组织、悬浮细胞、原生质体等是基因转化的良好受体材料，并且在离体培养条件下进行植株再生也是实现植物遗传转化的重要环节。
此外，微繁技术为种质的保存（germplasm storage）提供了新方法。
很多种质资源在离体培养条件下，通过减缓生长和低温处理而达到长期保存目的，并可进行不同国家、地区间的种质资源收集、互换、保存和应用，即建立“基因银行”（gene bank），实现种质资源的全球共享。
例如，在比利时Catholic University的Leuven研究中心有大量离体保存的香蕉种质库。
⑵细胞大量培养与有用次生代谢产物生产细胞大量培养有用次生代谢产物是植物细胞工程另一个重要应用领域。
通过细胞工程技术，刺激植物体内某些重要次生代谢产物的合成和积累，然后进行分离、提纯，如某些名贵药物、香精、色素等，实现植物产品的工业化生产。
早在1964年我国就开始进行人参细胞培养。
1980年以后，我国研究者相继开展了紫草、三七、红豆杉、青蒿、红景天和水母雪莲等植物的细胞大量培养和研究，并利用生物反应器进行药用植物的细胞大量培养的小试和中试。
植物细胞工程的实际应用 课件
(5)优点。 ①解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。 ②固定杂种优势。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,而人工种子则可以完全保持优良品 种的遗传特性。 ③快捷高效的繁殖方式。天然种子在生产上受季节的限制,一般每年只 能繁殖 1~2 次,有些甚至十几年才繁殖一次,而人工种子生产不受季节限制, 且快捷高效。 ④可控制植物的生长发育与抗逆性。针对植物种类和土壤条件,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,可控制植物的生长发育和增强抗逆性。 (6)获取方法:植物组织培养。 (7)实例:已成功把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工 种子,并得到了较高的发芽率。
物脱毒的优点。 ④根据植物组织培养“在实验室或工厂进行,可人工控制,不受季节限
制”的特点,理解微型繁殖、人工种子的优点。
【例题 1】 植物的微型繁殖的优点是( )
A.取材少
B.培养周期短
C.繁殖率高 D.以上都是
解析:微型繁殖也叫快速繁殖技术,利用的技术手段就是植物组织培养,
该繁殖充分发挥了植物组织培养的优势,例如取材少、培养周期短、繁殖率
植物繁殖的新途径
●问题导引●
如果你是一家花卉繁育基地的老板,当然期望你的花卉大量和快速繁 殖,以获取较大的经济效益。思考:(1)哪一生物工程技术能大量和快速地繁 殖花卉?简述该技术的大体操作过程。(2)常规种子的生产存在哪些缺陷? 人工种子是天然种子的替代品,人工种子由哪几部分构成?
提示:(1)植物组织培养,该技术的大体操作过程是:获取大量的外植体 →消毒处理→接种→脱分化形成愈伤组织→再分化出根、芽→形成幼苗。 (2)常规种子的生产存在的缺陷包括:受季节、气候和地域的限制,生产周期 长,数量有限等。人工种子主要由胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽等)、人工 薄膜等几部分构成。
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抗毒苗：是把某抗病基因导入到受体植 株中，并通过一定的方法培养形成的，属于 基因工程的范畴。
【实例2】如何利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt品种培育
矮杆抗病ddTT品种？
杂交育种
单倍体育种
P 高杆抗病 ×矮杆感病
DDTT ↓ ddtt
1第 年PFra bibliotek高杆抗病× 矮杆感病
DDTT ↓ ddtt
1
第 年
F1
高杆抗病 DdTt
↓×
F2 D_T_
D_tt ddT_
矮抗
第 F1
2
年
ddtt
配子
高杆抗病
DdTt
↓
DT Dt dT
↓ 花药离体培养→
第单倍体幼苗DT
↓
Dt
↓
dT
dt
↓
dt
2
第 年
3~6
×
ddTT
↑
矮抗品种
年 ↓ 秋水仙素→ ↓ ↓ ↓
3、实例 教材P39
（二）作物脱毒
1.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
2.作物脱毒的材料:分生区细胞 3.作物脱毒的方法:植物组织培养 4.作物脱毒的结果：获得脱毒苗 5.作物脱毒的优点：提高作物的产量和品质。
• [思维激活] 脱毒苗与抗毒苗有何区别？
三、细胞产物的工厂化生产
1、细胞产物类型 P41 相关信息
2、过程
脱分化
外植体
愈伤组织
分散开 细胞悬液
发酵、 细胞 提取 产物
3、优点 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。
小结
快速繁殖 植物繁殖的新途径
作物脱毒
单倍体育种 植物细胞工程的应用 作物新品种的培育
突变体的利用
细胞产物的工厂化生产
紫草宁 紫杉醇 人参皂苷
（二）突变体的利用
1、原理： 基因突变、植物细胞的全能性
2、过程：
诱变处理
脱分化
再分化
外植体
愈伤组织
多种 突变体
筛选
新 品种
【实例3】 我国的植物药药材生产长期存在许多问题：
（1）我国有一万多种植物药品种大部分是来自野生。由于一些 药用植物生长于半干旱的荒漠地带，本身就是防风、保土的植被 ，过量采挖不仅使这些物种濒于灭绝，更是破坏了当地植被，致 使环境恶化。 （2）一些植物生长周期长、自然繁殖率低、生境独特，难以满 足日益增长的市场需要。 （3）有些人工种植的药用植物由于生产种植人员过分追求药材 产量、数量，致使种质资源逐渐退化，得到的药材之中的药用成 分含量很低。 （4）经过长期种植的药用植物许多野生的自然抗性减弱甚至消 失，导致病虫害严重，而有些过分追求经济利益的药农往往会大 量使用农药，甚至是被禁止使用的、污染程度严重的农药，致使 收获的药材中农药残留严重超标。
纯合体 DDTT DDtt ddTT ddtt
↑
矮抗品种
二、作物新品种的培育
（一）单倍体育种
1、原理：染色体变异、植物细胞的全能性
2、过程：花粉(花药) 离体培养 单倍体植株
3、优点： ①子代是能稳定遗传的纯合子
人工诱导 染色体加倍
②极大地缩短了育种年限
纯合二倍体植株
③是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料
植物细胞工程 植物细胞工程的应用
本节聚焦： 1、植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？ 2、植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？
【实例1】
思考： 没有种子，如何繁殖？
植物组织培养技术
一、植物繁殖的新途径 （一）快速繁殖技术(微型繁殖技术)
1、概念： 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术
2、特点： ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 ②保持优良品种的遗传特性。 ③可实现产业化生产。