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高中生物专题2 2.1.2《植物细胞工程的实际应用》(选修3)

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课程内容:
《植物细胞工程的实际应用》
    随着生物科技的进步,生活中处处可以发现生物技术的踪影。植物细胞工程作为一门新兴的生物技术,已经普遍应用于社会生产的方方面面。
    植物繁殖的新途径
    微型繁殖
    植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖,因此人们形象地把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,叫做植物的微型繁殖技术,也叫快速繁殖技术。
    目前,一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物等都已经实现了利用快速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。早在20世纪60年代,荷兰的科学家就成功地实现了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工业,每年为荷兰创造了巨额的外汇收入。
    作物脱毒
    马铃薯和草莓都是无性繁殖的作物,它们感染的病毒很容易传播给后代。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。早在20世纪50年代,科学家们就发现植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒。因此,切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖,种植的作物就不会或极少感染病毒。
    目前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获得成功。人们用组织培养技术脱毒培育出的马铃薯,要比未经脱毒的增产约50%以上。
    神奇的人工种子
    农业、林业生产离不开种子,但不少树木需要生长数年后才能结出种子;一些作物优良杂种的后代也会因发生性状分离而丧失其优良特性。另外,常规种子的生产还会受到季节、气候和地域的限制,并且需要占用大量的土地来实现制种。所以人们就产生了这样的想法,是否可以找出一种天然种子的替代品,来克服这些缺陷呢?
    科学家们经过大量的研究,终于在20世纪80年代,利用植物的组织培养技术制造出了神奇的人工种子。所谓人工种子,就是以植物组织培养得到的胚状体、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。人工种子在适宜条件下同样能够萌发长成幼苗。
    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。
    作物新品种的培育
    单倍体育种
    常规选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种,一般要经过5-6年的连续筛选。而单倍体育种则是通过花药培养获得单倍体植株,染色体加倍后当年便可得到稳定遗传的优良品种,这样就极大地缩短了育种的年限,节约了大量的人力物力。单倍体育种已成为作物育种的一条新途径。
    目前全世界已经有40多种植物获得了单倍体植株。我国在水稻、小麦、烟草、柏、橡胶和辣椒等植物的单倍体育种上,处于世界领先地位。在单倍体育种领域,我国科学家作出了突出贡献,早在1974年就成功地培育出世界上第一个作物新品种——单育1号烟草品种。随后又成功地培育出中花8号、11号水稻和京花1号小麦等作物新品种。
    突变体的利用
    在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断的分生状态,因此容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。从这些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。
    20世纪70年代以来,世界各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、含高蛋白,以及高产的突变体,有些品种已经用于生产,如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等。
    细胞产物的工厂化生产
    组织培养技术除了在农业上的应用外,还广泛应用于另一个重要的领域,即细胞产物的工厂化生产。这些细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
    人参为我国名贵药材,现今因野生资源缺少,多用人工栽培,但人工栽培生长缓慢,6年才能生成10g左右(干重)人参根。我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织。近年来又实现了利用组织培养技术来大量生产人参皂甙干粉。用组织培养技术生产的人参,生长速度比栽培人参约快100倍以上,其药用成分和药理活性与栽培人参相似,甚至更加优良。这项技术目前已经投入规模化生产。
    三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。目前世界各国的科学家正在深入研究,是否可以通过组织培养技术来大量生产抗癌物质——紫杉醇。
    

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李老师

女,中教中级职称

课堂上善于激发学生的情感,注重培养学生的兴趣。

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