第1节 植物细胞工程（第3课时）
【学习目标】
1.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。
2.尝试进行植物组织培养。
【知识梳理】
1．单倍体育种
(1)原理：细胞的全能性和染色体变异。
(2)过程：花药(或花粉)――――→离体培养单倍体植株―――――→人工诱导染色体加倍纯合二倍体植株――→选择优良品种。
(3)优点
①子代是能稳定遗传的纯合子。
②极大地缩短了育种的年限。
③是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
(4)实例
①世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。
②单倍体育种与常规育种相结合的新品种：水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等。
2．突变体的利用
(1)原理：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们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。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
(2)过程
(3)利用：筛选出有用的突变体，培育新品种。如培育抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。
(4)实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
3．细胞产物的工厂化生产
(1)细胞产物类型
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，在整个生命过程中一直进行着。初生代谢物是通过初生代谢产生的，自身生长繁殖所必需的物质，如糖类、脂质、蛋白质和核酸等。
②次生代谢物：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下进行，在该过程中产生的一类小分子有机化合物就是次生代谢物，如酚类、萜类和含氮化合物等。
(2)技术：植物细胞培养，指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。
(3)过程
(4)实例：人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已实现工厂化生产。
(5)意义：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
植物细胞工程
主讲：黄冈中学优秀生物教师 严贻兰
一、知识概述
1、细胞全能性；
2、植物组织培养和植物体细胞杂交；
3、植物细胞工程的实际应用。
二、重点知识归纳及讲解
（一）对细胞全能性的理解
1、概念：已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。
2、细胞全能性大小：受精卵>生殖细胞>体细胞；
植物细胞>动物细胞；
分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞。
3、细胞全能性表达的条件：
（二）植物组织培养
1、原理：植物细胞的全能性，即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。
2、过程
3、生物的体细胞不能表达全能性的原因：基因选择性表达。
（三）植物体细胞杂交技术
1、概念：将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
2、过程
3、融合成功的标志：杂种细胞再生出细胞壁。
4、意义：在克服不同种生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲本组合。
5、未能解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状。
主要原因是：生物体基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。
6、植物组织培养与植物体细胞杂交的比较
植物组织培养 植物体细胞杂交
所属范畴 无性繁殖 染色体变异、基因重组
原理 细胞全能性 膜流动性、细胞全能性
步骤 ①脱分化
②再分化 ①去除细胞壁 ②融合形成杂种细胞
③组织培养
意义 保持优良性状、繁殖速度快、大规模生产、提高经济效益 克服不同种生物远源杂交的障碍
联系 杂交技术应用了组织培养
（四）植物细胞工程的实际应用
1、植物繁殖的新途径
（1）微型繁殖
植物细胞工程-课件 (一)
植物细胞工程是一门集合了细胞学、生物学、生物技术及其他关联学科的前沿科学，它已进入到实际应用的阶段，为人们生活、生产的各个领域带来贡献。下面我们将从植物细胞工程的概念、技术及应用来分别阐述。
一、植物细胞工程的概念
植物细胞工程是指通过基因工程技术对植物细胞进行加工和改造，使其产生异于自然的基因型与表型。
二、植物细胞工程的技术
1.基因工程技术
基因工程技术是指通过分子生物学和细胞生物学相结合的手段，直接对生物基因进行改造，从而实现生物的性状优化、遗传渐变、生长发育调控等各种目的。获得了重组DNA则进而可利用媒介将其转化到植物细胞内，使之与正常基因融合在一起。
2.细胞培养技术
细胞培养技术是指在无菌条件下，将植物细胞及其组织团块移植到植物培养基上，使其在控制的条件下达到生长、分化及细胞增殖等各种目的。细胞培养通常用于表观性状的改良。
3.基因载体
基因载体在基因工程中通常指载体DNA，是传递外源DNA进入细胞的“连接装置”，也称质粒。常见的载体包括病毒、细菌、酵母等。
三、植物细胞工程的应用
植物细胞工程技术尤其在以下领域有着广泛的应用：
1.转基因植物的研发
转基因植物是指在基因工程技术的帮助下，将一些人工对植物具有独特功能的基因或性状转移到植物中，从而使之具有特殊的性状，提高其品质。
2.特殊功能的植物细胞株的研究
植物细胞培养有助于创造具有生药学、植物生化学、生理学等功能特性的植物细胞株。
3.植物遗传可变性及繁殖方式的调控研究
通过在基因水平上对植物的遗传可变性与繁殖方式调控，使普通植物的遗传可变程度及繁殖周期有所改善。
总之，植物细胞工程的发展离不开科学家们对其的不懈努力，它的应用将会越来越广泛，对社会的发展及生产领域带来不小的贡献，也必将助力于植物基因的深度研究与开发。
6/9 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。
6/9 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。
