学年人教版选修1 专题3 课题1 菊花的组织培养 学案.docx

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学年人教版选修1专题3课题1菊花的组织培养学案

课题1　菊花的组织培养

1．知道细胞分化、细胞的全能性、组织培养流程及影响组织培养的因素。

（重点）

2．识记MS培养基的营养要素及功能。

（重点）

3．尝试植物组织培养的实验操作过程。

（难点）

植物组织培养的基本过程及影响因素

1．植物组织培养的基本过程

（1）概念：

指在人工培养基上，离体培养植物的器官、组织、细胞，并使其生长、增殖、分化以及再生植株的技术。

（2）原理：

植物细胞的全能性。

（3）基本过程

①B是愈伤组织，其特点是：

细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。

②A过程是脱分化，是指由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，又叫去分化。

③C过程是再分化，是指愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程。

2．植物细胞的全能性

（1）概念：

生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。

（2）原因：

生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。

（3）全能性大小：

一般分化程度越低的细胞，全能性越高。

特例：

卵细胞的分化程度和全能性都比较高。

3．影响植物组织培养的因素

（1）内因

①植物的种类、材料的年龄和保存时间的长短等都会影响实验结果。

一般来说，容易进行无性繁殖的植物容易进行组织培养。

②菊花的组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝作材料。

选取生长旺盛嫩枝进行组织培养的原因是嫩枝生理状态好，容易诱导脱分化和再分化。

（2）外因

探讨

：

植物组织培养的基本过程是怎样的？

提示：

→

探讨

：

在生物体内，细胞并不表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官的原因是什么？

提示：

细胞全能性表达的基本条件之一是离体状态。

例如：

植株上的分生组织细胞在体内只能进行分裂分化，形成不同的组织，但不能表现出全能性，这是生物体内基因程序性表达的结果。

1．细胞的全能性

（1）概念：

指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。

（2）原因：

生物体的每个细胞都含有本物种生长、发育、遗传和变异的全部遗传信息。

（3）体现条件：

①离体状态；②一定的营养物质；③植物激素；④其他适宜的外界条件（温度、pH、氧气、光照、无菌等）。

（4）细胞全能性大小与细胞种类的关系：

①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。

②一般地说，离体后的植物细胞的全能性在一定条件下可充分体现。

③离体的动物细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性可借助卵细胞的细胞质体现出来。

④未离体的细胞的全能性不能表达，只是在机体的调控下进行定向分化。

2．植物组织培养的过程

过程名称

过程

形成体特点

条件

脱分化

由外植体形成愈伤组织

排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团

①离体

②提供营养物质（有机物、无机物）

③提供激素

④提供其他适宜条件

再分化

由愈伤组织形成幼苗或胚状体结构

有根、芽或有生根发芽的能力

营养生长

生殖生长

发育成完整的植物体

由根、茎、叶、花、果实、种子组成

栽培

3.MS培养基中各成分的作用

成分

作用

微量和大量元素

提供植物细胞生活所必需的无机盐

蔗糖

提供碳源，维持细胞渗透压

甘氨酸、维生素、烟酸、肌醇等

满足离体植物细胞在正常代谢途径受一定影响后所产生的特殊营养需求

4.植物激素在组织培养过程中的重要作用

（1）在配制好的MS培养基中，常常需要添加植物激素。

植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。

（2）激素使用的先后顺序及其用量的比例对细胞分裂和分化的影响。

①激素使用的先后顺序产生的影响：

使用顺序

实验结果

先使用生长素，后使用细胞分裂素

有利于细胞分裂，但细胞不分化

先使用细胞分裂素，后使用生长素

细胞既分裂也分化

同时使用

分化频率提高

②激素用量比例产生的影响：

生长素/细胞分裂素比值

结果

比值高时

促根分化，抑芽形成

比值低时

促芽分化，抑根形成

比值适中

促进愈伤组织的形成

1．科学家将胡萝卜根韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入特定的培养基中培养，获得了许多完整的植株，此过程依据的原理和技术是

（　　）【导学号：

05520020】

A．细胞的分裂和细胞工程

B．细胞的分化和基因工程

C．细胞的全能性和组织培养

D．花药离体培养和单倍体育种

【解析】　由单个细胞发育成许多完整个体，尽管涉及细胞的分裂、细胞的脱分化和再分化等，但其原理仍然是细胞的全能性。

要完成植物外植体的脱分化、再分化等，必须进行植物组织培养，当然从工程技术的分类范畴分析，组织培养技术属于细胞工程。

故选C。

【答案】　C

2．下面是基因型为AaBb的菊花茎尖离体培养示意图，据图回答下列问题：

菊花茎尖

培养基中培养

―→植物体（幼苗）

（1）图中A和B分别表示________和________。

菊花茎尖培养成植物体的根本原因是________________。

（2）菊花的组织培养形成试管苗的过程中，其中应大量供给的矿质元素是

_______________。

试管苗形成过程中要给予一定光照，其原因是________

________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

（3）脱分化是指____________，脱分化和再分化这两个过程的进行除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，还要保证________。

否则植物组织培养就不能成功。

（4）这样培养成的试管苗的基因型是________。

【解析】　

（1）离体的植物组织或细胞，在培养了一段时间以后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织，这个过程叫脱分化。

产生的愈伤组织继续培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。

菊花茎尖能培养成植物体的根本原因是植物细胞具有全能性。

（2）离体的植物组织和细胞，常用MS培养基培养，其主要成分包括：

大量元素，如N、P、K、Ca、Mg、S；微量元素，如Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Co、I，以及植物激素等。

在试管苗形成过程中

要每日给予日照12h，其目的是促使试管苗合成叶绿素，进行光合作用合成有机物。

（3）脱分化和再分化这两个过程的进行除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，还要保证无菌，原因是杂菌产生的毒素等物质会影响或阻碍植物组织脱分化形成愈伤组织或再分化为根和芽，且杂菌的繁殖能力很强，会与植物组织争夺培养基中的营养物质，使植物得不到营养，同时杂菌还能侵染植株，使之受到损害。

（4）由于植物组织培养过程中细胞进行有丝分裂，这样培养成的试管苗的基因型是AaBb。

【答案】　

（1）脱分化　再分化　植物细胞具有全能性

（2）N、S、P、K、Ca、Mg　促使试管苗合成叶绿素，进行光合作用合成有机物

（3）高度分化的植物组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程　无菌

（4）AaBb

菊花组织培养的实验操作

菊花组织培养的操作过程

（3）接种

（4）培养：

最好在无菌箱中培养。

培养期间应定期消毒，培养温度控制

在18～22℃，且每日用日光灯光照12h,,　　

（5）移栽：

移栽前应先打开培养瓶的封口膜，让试管苗在培养间生长几

日。

然后用流水清洗根部的培养基，将幼苗移植到消过毒的

蛭石或珍珠岩等环境下生活一段时间，等幼苗长壮后再移栽

到土壤中

（6）栽培：

将幼苗移栽后，每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇

水、施肥，直至开花

探讨

：

MS培养基中各营养物质的作用是什么？

提示：

微量元素和大量元素提供植物细胞生活所必需的无机盐；蔗糖提供碳源，同时维持细胞的渗透压；甘氨酸、维生素等物质，主要是满足离体植物细胞的特殊营养要求。

探讨

：

外植体为什么要经过消毒才能接种？

提示：

外植体上残留的杂菌会和外植体争夺培养基中的营养物质，并且产生大量对外植体有害的物质，导致外植体死亡，所以要先消毒再接种。

1．无菌技术是植物组织培养获得成功的关键

（1）严格的无菌操作：

由于植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，所以对培养条件的要求高。

用于植物组织培养的培养基同样适合于某些微生物的生长，如一些细菌、真菌的生长。

而培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。

（2）无菌技术包括对培养基、器械和植物材料（外植体）的灭菌消毒。

对培养材料进行表面消毒时，一方面要考虑药剂的消毒效果，另一方面要考虑植物材料的耐受性。

（3）妥善处理被污染的培养物：

一旦发现培养材料被污染，特别是真菌污染，一定要先灭菌然后再打开清洗。

（4）有毒物质用后要妥善处理，以免造成环境污染。

2．造成培养物污染的原因与处理

污染种类

细菌污染

真菌污染

污染原因

可能是由操作人员造成的，如未戴口罩、接种时说话、手未消毒或器械灭菌不彻底等

可能是由植物材料消毒不当引起的

处理措施

将被污染的培养瓶统一放在高压蒸汽锅内进行高压蒸汽灭菌，然后再打开培养瓶进行清洗

3.试管苗培养过程中应注意的问题

（1）培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，然后进行生根培养，如果顺序颠倒，就不好诱导生芽了。

（2）试管苗应该进行见光培养。

（3）试管苗一般在高湿、弱光、恒温下异养生长，移出瓶后一定要保温、保湿。

（4）试管苗光合作用能力低，在移栽前应给予较强光照且进行闭瓶炼苗，以促进小苗向自养转化。

1．下列哪组符合菊花组织培养的基本步骤（　　）

A．制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培

B．制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→栽培→移栽

C．制备MS培养基→外植体消毒→接种→栽培→培养→移栽

D．制备MS培养基→外植体消毒→接种→移栽→培养→栽培

【解析】　移栽是指培养基上培养的幼苗长壮后移栽到土壤中，栽培是对移栽后的幼苗进行精心管理培养的过程，应先移栽后栽培。

故正确答案为A。

【答案】　A

2．试管苗在移栽前进行一系列操作，使幼苗生长健壮，耐环境变化能力增强，这一过程叫炼苗。

下列关于移栽的叙述，正确的是（　　）

A．培养的试管苗打开封口膜后，可直接移栽至大田

B．试管苗在移栽时不需要在培养间进一步培养

C．试管苗在培养间培养一段时间后，用无菌水清洗掉根部培养基后，移栽入大田

D．试管苗在培养间培养一段时间后，最好用无菌水清洗根部培养基，再移入消过毒的蛭石、珍珠岩等环境中炼苗

【解析】　试管苗光合作用能力弱，对不良环境的耐受能力差，一定要保温、保湿。

在培养一段时间后，逐渐由异养苗向自养苗转化，并且要在蛭石、珍珠岩等无毒的环境中培养一段时间，待适应外界环境后，再移栽至大田。

故选D。

【答案】　D

3．下列关于接种时注意事项的叙述，全部正确的是

（　　）【导学号：

05520021】

①接种室要消毒　②无菌操作　③接种时可以随便交谈　④外植体如茎段、茎尖可随机放入培养基　⑤接种时要防止交叉污染　⑥接种完立刻盖好瓶口

A．①②③④　　　　　　B．①②③④⑤⑥

C．③④⑤⑥D．①②⑤⑥

【解析】　在接种时，整个过程必须在无菌条件下进行，不能随便谈话，防止呼吸气流产生污染，因此操作过程应禁止谈话，并戴口罩；接种外植体时注意将形态学下端插入培养基，而且分布均匀，以保证必要的营养面积和光照条件。

故选D。

【答案】　D

1．植物细胞表现出全能性的必要条件是（　　）

A．给予适宜的营养和外界条件

B．导入其他植物细胞的基因

C．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件

D．将成熟筛管的细胞核移植到去核卵细胞中

【解析】　在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官，这是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。

当植物细胞脱离母体后，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，植物细胞就可以表现出全能性。

【答案】　C

2．植物材料的选择直接关系到实验的成败，菊花选材一般选择的是（　　）

A．未开花植株的茎上部新萌生的侧枝

B．开花植株的茎上部枝条

C．开花植株上的花药

D．未开花植株的茎下部的枝条

【解析】　进行组织培养一般选用幼嫩部分。

【答案】　A

3．在下列选项中，需要采用植物组织培养技术的是（　　）

①利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株　②获取大量的脱毒苗　③利用基因工程培育抗棉铃虫的植株　④单倍体育种　⑤无子西瓜的快速大量繁殖

A．①②③　　　　　　　　B．②③④⑤

C．①②④⑤D．②③④

【解析】　植物组织培养是指从植物体分离出符合需要的组织、器官或细胞、原生质体等，通过无菌操作，在人工控制条件下进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术，主要用于获取脱毒苗、培育转基因的植株、单倍体育种、快速大量繁殖植株等方面。

利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株属于多倍体育种，不需要植物组织培养技术。

【答案】　B

4．某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。

下列有关叙述，错误的是（　　）

A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害

B．愈伤组织是由高度液泡化的呈特定形态的薄壁细胞组成

C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控

D．生根时，培养基通常应含α－萘乙酸等生长素类调节剂

【解析】　本题以植物组织培养为背景材料，对植物组织培养、植物体细胞杂交、细胞分化以及植物的激素调节等知识进行综合考查。

消毒主要是为了杀死材料表面的微生物，同时要注意减少对植物细胞的伤害，A项正确；愈伤组织是一种高度液泡化的呈无定形态的薄壁细胞，B项错误；出芽从细胞水平上看，是细胞分化的结果，从分子水平上看，是基因选择性表达的结果，C项正确；生长素类调节剂可促进愈伤组织生根，因此生根时，培养基中应含有生长素类调节剂，D项正确。

【答案】　B

5．在植物组织培养再分化阶段中，逐渐改变培养基中植物激素X和植物激素Y的浓度比，细胞群的变化情况如图所示。

若培养基中植物激素X的浓度为a、植物激素Y的浓度为a＋0.2，则细胞群分化的结果最可能是试管（　　）

【解析】　从图中可以看出，植物激素比例适中时有利于愈伤组织的形成，而当植物激素X多于植物激素Y时有利于芽的分化，反之则有利于根的分化，所以当植物激素X的浓度为a，而植物激素Y比X多0.2时的培养结果应为C试管。

【答案】　C

课堂小结：

网络构建

核心回扣

1.植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。

2.植物组织培养的基本过程是：

外植体

愈伤组织

胚状体―→新植物体。

3.影响植物组织培养的因素包括材料选择、培养基的成分及配比、pH、温度、光照等。

4.组织培养中，生长素的使用量大于细胞分裂素，有利于根的分化，抑制芽的形成；反之，则利于芽的分化，抵制根的形成。

5.菊花组织培养的实验操作流程：

制备MS固体培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培。