第二节 植物细胞工程的应用
1．简述应用植物细胞工程技术的植物繁殖新途径。
2．简述植物细胞工程技术在作物新品种培育中的应用。(重、难点) 3．列表比较作物繁殖的几种新途径。(重点) 4．列表比较单倍体育种与其他一些育种方式。(重点) 5．简述细胞产物的工厂化生产。
植物组织培养技术的应用
1．快速繁殖
(1)植物组织培养技术的优点：①可以保持优良植物品种的遗传特性；②实现种苗高效、快速繁殖，被称为“快速繁殖技术”；③不受季节和恶劣天气影响。
(2)微型繁殖技术的概念
植物组织培养时，需严格执行一定的程序，幼苗在实验室的培养瓶中生长发育，整个生产过程实现微型化、精密化，所以又被称为“微型繁殖技术”。
2．培育无病毒植物
(1)病毒危害：病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量和品质下降。
(2)方法：采用培养茎尖生长点的方法或结合热处理法，通过组织培养除去绝大多数植物的病毒，可以大量繁殖无病毒植物。原因是植物分生组织细胞中极少含有病毒甚至不含病毒。
3．人工种子
(1)概念：将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包埋在具有养分和保护功能的包被中，得到的在适宜条件下能生根发芽的颗粒体。
??人工种皮：要有韧性、透气，对胚状体无毒 （2）组成? 害作用
人工胚乳：成分包括无机盐、糖类和蛋白?? 质等营养物质
(3)生产过程。
①植物组织培养诱导胚状体的发生； ②胚胎发育同步化的控制； ③人工种皮的包埋。
1
胚状体
(4)优点。
①不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产； ②繁殖速度快，可短时间内提供大量种苗； ③有利于保存该品系的优良性状。
[合作探讨]
资料1 目前，一些优良的观赏植物、经济林木等都已经实现了利用微型繁殖技术来提供苗木。兰花、生菜、杨树以及无子西瓜的试管苗，都已形成一定规模的产业化生产。
资料2 作物感染病毒后，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。20世纪50年代，科学家切取一定大小的植物分生区(如茎尖)进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
资料3 20世纪80年代，科学家利用植物的组织培养技术制造出了神奇的人工种子。目前，我国的科学工作者已经成功地把芹菜、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。
探讨1：从所需条件上来看，微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点？
提示：微型繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制。
探讨2：对作物脱毒，选择分生区的原因是什么？
提示：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。
探讨3：人工种子的胚状体和植物种子的胚在来源上有何区别？
提示：人工种子的胚状体是无性生殖的结果，种子中的胚是有性生殖的结果。 探讨4：人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分。人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？
提示：(1)针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂(人工种皮)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。
(2)为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。 [思维升华] 1．微型繁殖技术 (1)优点
①植物组织培养技术是无性繁殖技术，新植株含有的遗传物质与亲本一样，因而能保持亲本的优良性状。
②利用这种技术可以迅速大量地培育新个体，有利于进行工厂化生产。
2
③选材少、培养周期短、繁殖率高，便于自动化管理。 (2)获取方法：植物组织培养。
(3)本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。
(4)实例：优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物。 2．培育无病毒植物
(1)病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。
(2)原理：生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染，从而导致品种的严重退化、减产和品质降低。利用植物分生组织(刚刚产生，病毒很少甚至无病毒)进行植物组织培养可以使新长成的植株脱去病毒。
(3)材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般不含病毒或病毒极少。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量和品质。
(4)优点：获得高产、优质的无病毒植株。 (5)获取方法：植物组织培养。
(6)实例：脱毒马铃薯比未经脱毒的马铃薯增产50%以上。 3．人工种子 (1)组成图示：
①胚状体：人工种子的主要成分，也可以是不定芽、顶芽和腋芽等。 ②人工种皮的要求。
a．能保持胚状体的活力，即要能透气、透水，含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。
b．有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性，耐压，对胚状体无毒害。 c．应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。
d．还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。 ③人工胚乳的要求。
主要成分应该含有无机盐、糖类和蛋白质等营养物质。 (2)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
3
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。
(3)获取方法：植物组织培养。
(4)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。
[特别提醒]
(1)人工种子中，只有胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽)部分是植物组织培养的产物。 (2)天然种子会因有性生殖而引起基因重组，造成某些遗传性状的改变，而人工种子实际是无性繁殖，所以可以保持优良品种的遗传特性。
1．下面为人工种子图示，下列与其培育过程有关的叙述中，错误的是( )
A．人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得
B．胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性 C．同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型 D．胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的
【解析】 人工种子是通过植物组织培养到胚状体阶段，再经过人工薄膜包装得到的。由于植物组织培养属于无性繁殖，因此同一批次生产的人工种子基因型相同。胚状体已具有根、芽的分化，但仍具有分裂能力。
【答案】 D
2．下面为番茄植物组织培养过程的流程图解。以下相关叙述不正确的是( ) 【导学号：10210048】
abcd植物叶片――→叶组织块――→愈伤组织――→有生根发芽能力的胚状体――→e人工种子――→种苗
A．脱分化发生在b步骤，形成愈伤组织，在此过程中植物激素发挥了重要作用 B．再分化发生在d步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
4
C．从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性
D．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题 【解析】 从图中分析可知，b代表的是脱分化，在此过程中发挥作用的植物激素有生长素和细胞分裂素，A正确；c表示再分化，即由愈伤组织形成胚状体，B错误；由体细胞形成完整的植株，体现了植物细胞的全能性，因为其具有本物种全部的遗传信息，C正确；人工种子是一种人工制造的代替天然种子的颗粒体，可以直接播种于田间。特点：周期短，易储存和运输，完全保持优良品种的遗传特性，不受气候和地域的限制。D正确。
【答案】 B
5