植物细胞工程的实际应用
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。
植物细胞工程的实际应用
一 植物繁殖的新途径
二作物脱毒
一.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
二.作物脱毒的材料: 分生区如茎尖的细胞 三.作物脱毒的方法: 进行组织培养 四.作物脱毒的结果: 获得脱毒苗 五.成就:
种子的结构
胚
自然种子 种皮
胚乳
一 植物繁殖的新途径
三神奇的人工种子 一.天然种子的局限
三 细胞产物的工厂化生产
一.细胞产物种类： 蛋白质脂肪糖类药物香料生物碱等
二.技术： 植物的组织培养
三.成就：
工厂化生产人参皂甙的基本过程是什么
❖ 第一步选择人参根作为外植体进行培养产生 愈伤组织经过培养选择找到增殖速度快而且 细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质其 中一部分作为保存用以备下一次生产用一部 分进行发酵生产
资料二 病毒引起的植物病害有五00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
资料三 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
二.一.二 植物细胞工程的实际应用
一、回忆植物组织培养技术的基本原理和过程
脱分化
再分化
外植体
愈伤组织
试管苗
植株
二、思考利用这项技术能做哪些工作
资料一 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
2.1.3 植物细胞工程的实际应用
（1）概念：
利用植物组织培养技术，将来自优良植株的茎 尖、腋芽、叶片、鳞片等器官、组织和细胞进 行离体培养，短时间内获得大量遗传性一致的 植株，这一技术也叫植物快速无性繁殖技术。
运用这一技术，石刁柏一个腋芽半年可以 繁殖1200倍，一年可繁殖7万株；唐菖蒲一个 单株可以生产6.5万株。
（2）优点： 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不受季节、气候、地域的限制; ④可以进行工厂化生产； ⑤可以有效挽救珍稀濒危的植物 。
人工种皮应具有透水、透气的特点。
二、作物新品种的培育 单倍体育种
2 1
１、单倍体育种
（1）优点： a.后代都是纯合子， 稳定遗传;
P 高杆抗病 × 矮杆感病 第
DDTT
ddtt
年
F1
高杆抗病 DdTt
b.明显缩短育种年限； 配子： DT Dt dT dt 第
花药离体培养 年
单倍体 幼苗：
DT
Dt
dT
过再分化过程吗？不需要
练习
• 《能培》25页第 6 题
（2）作用： 筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
请设计出利用诱变育种、组织培养培育 抗除草剂白三叶草的实验流程。
γ射线
白三叶
草组织 细胞 脱
分化照射Fra bibliotek愈伤 组织
再
胚状体
分
化
白三 叶草 幼苗
抗除草 剂白三 叶草
例．下列四个选项中没有采取植物组织培养
技术的是 （ B ）
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
复习转基因抗虫棉的培育流程。
植物细胞工程的实际应用
二、作物新品种的培育
• 1.单倍体育种
• 2.突变体的利用
1.单倍体育种
• （1）单倍体定义：必修IIP87～88。 • 体细胞中含有本物种配子染色体数目的 个体。体细胞染色体数目比正常个体减 少了一半。 • （2）单倍体形成： • 由配子不经过受精作用直接而成的个体。 例蜜蜂中的雄蜂。 • （3）单倍体植株的特点： • 长得弱小，而且高度不育。
• 植物组织培养技术在我们生活中的另 外一些应用 ： • a. 拯救濒危植物； • b. 提供食品制作的原料； • c. 利用愈伤组织进行转基因操作(基 因工程），培育作物新类型。（参阅 必修IP119）
9.通过植物组织培养技术,可以快速繁殖、培育无病
毒的植物。培养过程如下：
离体的植物器官、组织或细胞 ① 愈伤组织 ② 胚状体 萌发 植物体
,基因型为 细胞彼此分离,可加入 A.15%的盐酸 C.果胶酶 。 B.淀粉酶 D.胰蛋白酶 ; 。 ( 。 ) (4)如果外植体为质是 ③表示再分化的过程,其实质是 长成的植株是否可育？
(6)从上面所述胚状体的类型分析,人工种子萌发
。
答案
(1)细胞的全能性
2.作物脱毒
• 生产上许多无性繁殖作物（马铃薯、草莓等）均受 到病毒的侵染,从而导致品种严重退化、产量降低和 品质变差。
• (1)材料:无病毒的分生组织（如茎尖、根尖） • (2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得
3、人工种子
概念： 通过植物组 织培养的方法获得 胚乳或子叶 的胚状体、不定芽、 顶芽、腋芽等为材 料外面包被着特定 的物质，在适宜的 条件下可以萌发成 幼苗的种子。
2.2 植物细胞工程的实际应用
2019/3/5
蝴蝶兰
一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖 概念： P38 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技
术。 原理：植物细胞的全能性
优点：属于无性繁殖，能够保持优良品种的遗传
特性； 高效快速实现种苗的大量繁殖。
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2.作物脱毒
(1)选材: 植物的分生区附近(如茎尖)--无病毒或 极少。 植物组织培养 (2)方法: 无病毒 脱毒苗 的茎尖等 ⑶实例：P39页。采用茎尖组织培养技术来脱 除病毒，在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉 等主要经济作物上已经成功。
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⑶技术：植物组织培养
⑷优点： ①对不结实或种子昂贵的植物进行快 速繁殖； ②属于无性繁殖，可以保持杂种优势； ③可人为控制植物的生长发育和抗逆 性。因为人工胚乳中含有植物激素、 农药等。
④不受季节、气候、地域限制。
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二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
(1)方法: 花药的离体培养获得单倍体植株， 染色体加倍选择优良品种
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3.神奇的人工种子
⑴概念：P39页。用植物组织培养技术获得的 胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经 过人工薄膜包装得到的种子。 ⑵组成：人工种皮、胚状体、人工胚乳
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人工种皮：封闭性，透气性，无毒无害。
人工胚乳：含有营养物质、农药、抗生 素、植物激素、有益菌等促进胚状体生 长发育。
再分化 单倍体 秋水仙素处理 正常 愈伤 纯合体 花药 幼苗 植物 组织 染色体加倍 选优 自交 实质是花粉细胞培养 脱分化 种子
(2)优点:
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二、作物新品种的培育
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________________
17_植物细胞工程的实际应用
物组织培养得到旳胚状 体、不定芽、顶芽和腋 芽等为材料，经过人工 薄膜包装得到旳种子。
人工种子制备旳大致过程
诱导植物愈伤组织 体细胞胚旳诱导 体细胞胚旳成熟
体细胞胚旳机械化包裹 贮藏或种植
人工种子之所以神奇，是因为它具有天然种子 不可比拟旳特点，想一想它们具有哪些优点？
1
天然种子因为在遗传上具有因减数分
裂引起旳重组现象，因而会造成某些遗传性状
旳变化；天然种子在生产上受季节限制，一般
每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一
次。而人工种子则能够完全保持优良品种旳遗
传特征，生产上也不受季节旳限制。
2
试管苗旳大量贮藏和运送也是相当困
难旳。人工种子则克服了这些缺陷，人工种子
外层是起保护作用旳薄膜，类似天然种子旳种
轻易传播给后裔。病毒逐年积累会造成作物 产量降低，品质变差。
植物分生区附近 旳病毒少甚至无 病毒。经过获取 植物分生区部分 组织进行培养取 得旳再生植株就 可能不带病毒， 从而取得脱毒苗。
马铃薯脱毒试管苗
草莓脱毒试管苗
神奇旳人工种子
常规植物种子旳取得受到时间、季节、气候 或地域旳限制，并需要花费大量旳土地来实 现制种。
第二步，将第一步选择到旳细胞株在发酵罐中 旳适合培养液中进行液体培养，增长细胞数量。
第三步，将发酵罐中培养旳细胞进行破碎，从中 提取人参皂甙。
另外，结合细胞工程与基因工程技术还可 将外源基因导入培养细胞或原生质体，取得 抗逆、高产、优质旳转基因植株。
细胞产物旳工厂化生产
红豆衫
注射用紫杉醇脂质体
工厂化生产人参皂甙旳基本过程
第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产 生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且 细胞内人参皂甙含量高旳细胞株作为种质，其中 一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分 进行发酵生产。皮，所以，能够很以便地贮藏和运送。
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。
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2.1.2植物细胞工程的实际应用
教学设计
本节教材在上一节学习了植物细胞工程的基本操作技术的基础上，以必修二学习的单倍体育种与突变的相关内容为基础，是一节综合性较强的理论联系实际的应用课。
本节教材共包含植物细胞工程实际应用的三个方面的内容。
在植物繁殖的新途径的课堂教学中，教材中的思路是先介绍生产实践中遇到的问题，说明社会社会生产的实际需要，再介绍科技人员是如何应用植物组织培养技术解决这些问题的。
这样教学，能够让学生更好的理解先进技术的应用价值，调动学生的学习生物兴趣，同时也有利于培养学生分析问题、解决问题的能力，在作物新品种培育的实际教学中，学生有必修2单倍体育种和基因突变等相关知识的作为基础，通过回顾旧知与阅读教材，在教师问题串的引导下，可以小组为单位自学完成。
这样有利于培养学生知识迁移的能力、自学能力和交流表达等能力。
一、教材分析
《植物细胞工程的实际应用》一节是人教版教材高中生物选修3专题2第1节《植物细胞工程》第2课时的教学内容。
第1节中已经明确了细胞的全能性、植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术等三方面内容。
在此上节的基础上，本节的学习任务是了解植物细胞工程的现实应用，即植物繁殖的新途径、作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产等内容。
二、教学目标
（一）知识目标
理解微型繁殖和植物组织培养的联系;
掌握作物脱毒方法、人工种子的组成和意义;
了解单倍体育种和突变体的利用在植物组织培养上的应用。
（二）情感态度与价值观目标
关注细胞工程研究发展和应用前景，增强环保意识。
（三）能力目标
模型建构提升动手能力，问题引领提升分析问题、解决问题和表达交流能力。
三、教学重点难点
教学重点：植物细胞工程在作物繁殖和育种两方面的应用。
教学难点：植物细胞工程在作物育种上的应用。
四、教学方法
模型构建引领法、问题引领法、小组合作学习法
五、教学过程
【教学准备】磁力板模型。
设计意图：为本节教学作铺垫。
【复习引入】提问上节主要内容并模型构建。
植物细胞工程有哪些技术？
哪位同学上黑板来构建植物组织培养过程图？
设计意图：为本节新课的各个环节作好铺垫。
【新课教学】
（一）植物繁殖的新途径
1.微型繁殖
微型繁殖与传统繁殖技术相比，有何特点？
为什么微型繁殖能保持亲本的优良性状？
为什么无性繁殖能保持亲本的优良性状？
设计意图：通过讨论明确该技术的原理和特点，突出重点，突破难点。
复习旧知领悟新知。
过渡：由生姜无性繁殖易积累病毒资料引入下一个问题。
2.作物脱毒
为什么要进行作物脱毒？
要想使作物脱毒最佳选材部位是哪里？
选择该部位最好的原因？
设计意图：理解脱毒原因，识记脱毒部位。
过渡：由试管苗、脱毒苗的运输问题和自然种子实际问题引出“人工种子”。
3.人工种子
人工种子有哪些优点？
人工种子由哪些结构组成？
人工种皮中应该含有的哪些有效成分？
为了保证胚状体的正常生长发育，我们还在人工种皮中加入什么物质？
天然种子与人工种子的主要区别是什么？
设计意图：了解人工种子结构，理解人工种子特点。
通过讨论提升合作能力，语言表达能力，创造性思维能力等。
过渡：上述三种作物繁殖的新途径都只能生产原有品种，我要通过植物组织培养培育作物新品种应在哪个环节进行操作？
（二）作物新品种的培育
1.突变体利用：师生共同复习基因突变的定义、时期和诱变因素等，然后以黑板上学生构建的模型为载体进行分析，从而获得突变体。
2.单倍体育种
单倍体育种的过程包括几步？
请小组合作设计实验流程？
单倍体育种有哪些优点？
设计意图：明确植物组织培养在作物育种方面的重要应用。
过渡：上述两个大方面最终结果都是到完整植株，植物的组织培养可以不进行到最后，也能为人类创造价值吗？
（三）细胞产物的工厂化生产
利用植物细胞工程可以生产哪些细胞产物？
教师渗透：人参皂甙的工厂化生产过程，蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱的生产，都是应用植物组织培养技术。
人参皂甙的生产过程：
第1步，选取人参的根部作为外植体来进行培养，产生愈伤组织后，经过培养选择找到增殖速度快并且细胞内人参皂甙含量非常高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存，即进行下一次生产用，另一部分进行发酵工厂化生产。
第2步，将第1步中选择到的细胞株在发酵罐中进行液体培养，目的是扩增细胞数量。
第3步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎处理，从中提取人参皂甙即可。
教师渗透：紫杉醇――从红豆杉中提取的抗癌药物。
教师渗透：紫草素――治疗烧伤、烫伤最好的药物。
设计意图：通过介绍典型的细胞产物实例，达成情感态度价值观目标。
【小结】本节独特的板书设计使学生对本节概念图有明确认识。
【课堂练习】
夯实基础
能力提升
高考链接
【板书设计】（如2.1.2）
说明：板书中加粗字体为磁力板模型，在课前提问时由学生构建在黑板上，为教学的各个环节做好准备！
感谢您的阅读，祝您生活愉快。