人教版选修一专题 《植物的组织培养技术》word教案.docx

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人教版选修一专题《植物的组织培养技术》word教案

专题3植物的组织培养技术

课题1菊花的组织培养

相关知识链接

1958年，美国科学家斯图乐德取胡萝卜韧皮部的一些细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，结果这些细胞旺盛地分裂和生长，形成一个细胞团块，继而分化出根、茎和叶，移栽到花盆后，长成了一株新的植物。

教材内容全解

要点一植物组织培养的基本过程

1.基本知识

概念：

植物的细胞分化是指在植物个体发育过程中，细胞在形态、结构和生理上都会出现稳定性的差异，形成这些差异的过程叫做细胞分化

特点：

细胞分化具有持久性、稳定必和不可逆性。

细胞分化发生在生物整个生命活动过程中，胚胎时期分化程度达到最大，这是其持久性；在胚胎发育早期，细胞在外观上尚未出现明显变化前，细胞分化的前途就已决定，以后依次渐变，不能逆转，这是其不可逆性；在整个分裂、分化过程中，细胞内遗传物质是不变的、稳定的，这是其稳定性

原因：

细胞分化是细胞对环境变化的一种反应，是特定基因在一定时间、空间条件下特定表达的结果，即细胞分化是基因选择性表达的结果

意义：

在多细胞生物中，细胞通过分裂而增殖，使细胞数目增多，通过分化而形成生物体内各种组织，进而形成器官、系统，共同完成生物体的各项生命活动，因此细胞的分裂、生长、分化是生物个体发育的基础

提示

①由于细胞分化导致组织形成和器官成熟，因此，细胞的分化是生物体发育的细胞学基础。

②分化的细胞所呈现出的形态、结构和生理功能的变化，源于细胞内化学物质的变化，如组成结构的蛋白质和催化化学反应的酶。

③细胞分化的实质是不同部位的细胞内的基因在一定因素的影响下，在特定时间和特定空间条件下的选择性表达。

④细胞分化后，细胞内的遗传物质并未改变，但形成了不同的RNA和蛋白质。

概念：

高度分化的植物细胞，仍具有发育为完整个体的潜能，植物细胞的这种特性，叫做植物细胞的全能性。

这是美国生物学家斯图尔德通过胡萝卜韧皮部细胞的培养实验而得以验证的

特点：

理论上讲，每一个生物细胞都具有全能性，但细胞全能性大小随分化程度的不同而不同，随生物种类不同而不同。

一般情况下，受精卵全能性最高，其次是生殖细胞，体细胞也具有全能性，在体细胞中，分生区细胞比成熟区细胞的全能性更易表达。

在不同生物中，植物体细胞比动物体细胞全能性易表达。

高度分化的动物细胞全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性。

原因：

体细胞一般都是通过有丝分裂，由同一个受精卵增殖而来，已分化的细胞中都具有一整套和受精卵相同的染色体，携带有本物种全部的遗传信息，因此，在适宜的条件下，分化后的细胞都具有恢复分裂、重新分化发育成完整植株的潜能

意义：

植物细胞全能性是植物组织培养的理论基础，为植物组织培养技术成为现实而提供了理论上的依据和支持

拓展

①动物体细胞随着分化程度的提高，细胞的全能性逐渐受到了限制，分化潜能变窄，但其细胞核仍具有全能性。

例如，克隆羊就是将乳腺细胞核取出放入去核的卵细胞内，使体细胞的细胞核表现出全能性而得到的。

②在生物体的所有细胞中，受精卵的全能性是最高的。

进行有性生殖的生物体的任何一个细胞，都是由受精卵分裂、分化而成的。

生殖细胞，尤其是卵细胞，虽然分化程度很高，但是仍然较高的潜在的全能性。

在某些条件下，卵细胞可以进行孤雌生殖，由一个卵细胞分化形成各种类型的细胞。

例如，蜜蜂中的雄蜂，蚂蚁中的雄蚁，都是由卵细胞孤雌生殖产生的后代。

体细胞的全能性比生殖细胞低得多。

③细胞全能性的物质基础：

生物体的每一个细胞都含有本物种所特有的全套遗传物质，都有发育成完整新个体所必需的全套基因。

植物组织培养：

指离体的植物器官、组织或细胞，在无菌条件下，通过脱分化和再分化形成完整植株的过程，是植物细胞工程研究较早，应用比较成熟的技术手段。

脱分化：

由高度分化的植物器官、组织或细胞，在离体状态下产生愈伤组织的过程，又叫去分化。

愈伤组织是离体器官、组织、细胞在培养过程中，通过细胞分裂而形成的，其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。

、

再分化：

脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化为根、芽等器官，这个过程叫再分化。

再分化形成的试管苗移栽后，就可发育为完整的植株。

2.植物细胞培养的过程

离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织根、芽植物体

要点二影响植物组织培养的因素【重点】

材料：

种类、年龄、保存时间长短等

大量元素：

N、P、K、Ca、Mg、S等

无机物

营养微量元素：

B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co等

有机物：

维生素、甘氨酸、烟酸、肌醇、蔗糖等

常用植物激素：

生长素、细胞分裂素等

高：

利于根分化，抑制芽形成

激素生长素与细胞分裂低：

利于芽分化，抑制根形成

素用量的比值适中：

促进愈伤组织生长

pH：

5.8左右

温度：

18℃~22℃

光照：

每日用日光灯照射12h

1.材料

不同的植物组织，培养的难易程度差别很大。

例如，烟草和胡萝卜组织培养较为容易，而枸杞愈伤组织的芽诱导就比较难。

因此，植物材料的选择直接关系到实验的成败。

对于同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。

2.MS培养基

植物组织培养常用的一种培养基是MS培养基，其主要成分包括以下几个：

（1）无机营养

①大量元素：

除碳（C）、氢、氧外，还有氮、磷、钾、钙、镁、硫等元素。

氮常用的是硝态氮（如硝酸钾等）和铵态氮（如硫酸铵等），但大多数的培养基以硝态氮为主，MS培养基和B5培养基则既含硝态氮，又含铵态氮。

通常铵的含量超过8mmol·L-1，对培养物就有毒害作用，但在愈伤组织和细胞悬浮培养中，硝态氮加上铵态氮的物质的量浓度可以提高到60mmol·L-1。

所以一些在含硝态氮的培养基上生长良好的植物材料，加铵态氮后生长效果更好。

在胡萝卜胚状体的分化中，若培养基中仅含硝酸盐则不能分化，只有铵盐同时存在时才会产生胚状体的分化。

②微量元素：

包括铁（Fe）、铜（Cu）、钼（Mo）、锌（Zn）、锰（Mn）、钴（Co）、硼（B）和碘（I）等。

在植物组织弹头中需要量甚微，过量就会引起植物细胞的酶系失活、代谢障碍、蛋白质变性以及组织死亡等毒害现象，物质的量浓度为10-7~10-5mmol·L-1就可满足需要。

（2）有机营养

①维生素类：

植物组织培养中经常使用维生素C、维生素B1（盐酸硫胺素）、维生素B6（盐酸吡哆素）、维生素H（生物素）、叶酸和烟酸等，一般使用质量浓度为0.1~10mg·L-1。

有的外植物体、愈伤组织会合成维生素，可以不必添加，但生长早期往往为缺乏。

②氨基酸：

有甘氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、水解酪蛋白（CH）和水解乳蛋白（LH）等，是重要的有机氮源。

③有要添加物：

是一些成分比较复杂，大多含氨基酸、激素、酶等的复杂化合物，它们对细胞和组织的增殖与分化有明显的促进作用，但成分大多不清楚，含量也不稳定，所以一般应发行量避免使用，特别是新的生长调节物质不断产生，更缩小了它们的使用范围。

但因其对一些难以培养的材料具有的特殊作用，故在一些实验中还常应用。

例如：

香蕉、马铃薯、酵母菌提取液等。

④琼脂：

是一种从海藻中提取出来的凝胶状物质，作为凝固剂，一般使用浓度为0.6%~1%。

琼脂在植物组织培养中除固化作为培养材料的支持物外，还具有吸附能力，对组织培养是有利的，它能像活性炭一样除去细胞代谢废物。

但因是天然产物，牌号、批号不同，品质会有差别，用量也有所不同，有时还可能含有一些有害物质，使用前要浸洗。

琼脂以色白、洁净的为佳。

⑤活性炭：

加入活性炭的目的是除去琼脂中的有毒物或培养物产生的芳香族代谢废物。

活性炭可防止组织变褐并刺激胚的发生与生根。

活性炭因制造方法和来源不同，差异较大，更换牌号时应注意。

（3）植物生长调节物质

植物生长调节物质是培养基中的关键物质，对植物组织培养起着重要、明显的调节作用。

植物生长调节物质包括生长素、细胞分裂素及赤霉素等。

生长素类常用的有2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）、萘乙酸（NAA）、吲哚丁酸（IBA）、吲哚乙酸（IAA）等。

它们作用的强弱顺序为2，4-D＞萘乙酸≥吲哚丁酸＞吲哚乙酸。

吲哚乙酸为天然植物生长素，也可用化学方法合成，但它见光易分解，高温高压时也易被破坏，故应置于棕色瓶中，放在4℃~5℃下保存。

萘乙酸和2，4-D都是人工合成的物质，它们在120℃下仍然稳定。

细胞分裂素常用的有激动素（KT）、6-苄基嘌呤（6-BA）、玉米素（ZT）和2-异戊烯腺嘌呤等。

它们作用强弱的顺序为玉米素=2-异戊烯腺嘌呤＞6-苄基嘌呤＞激动素。

它们经高温高压灭菌后性能仍稳定，只是激动素受光易分解，故应在4℃~5℃低温、黑暗下保存。

细胞分裂素有促进细胞分裂和分化、延迟组织衰老、增强蛋白质合成、抑制顶端优势、促进合侧芽生长及显著地改变其他激素作用的特点。

赤霉素在组织培养中使用的只有GA3一种，它是一种天然产物，能促进已分化的芽伸长生长。

其他如脱落酸（ABA）、乙烯利及三十烷醇也有使用。

通常认为生长素和细胞分裂素的比值大时有利于要的形成；比值小时，则有利于芽的形成。

低浓度2，4-D有利于胚状体的分化，但妨碍胚状体进一步发育。

萘乙酸有利于单子叶植物的分化。

吲哚丁酸诱导生根效果最好。

故应根据植物的种类和培养部位，选择适宜的生长调节物质的种类和浓度，才能有效地控制器官的分化。

常用的生长抑制剂有矮壮素（CCC,2-氯乙基三甲基氯化铵）、B9（比玖，N,N-二甲琥珀酰胺酸）、多效唑（PP333）、优康唑（S3307）等，用于种质保存和块茎的诱导。

（4）能源和渗透压

通常植物本身进行光合作用而产生糖类，不需要外部供给糖，但在植物组织培养时行异养的状况下，大多不能进行光合作用来合成糖类，因此必须在培养基中添加糖，作为碳元素来源和能量物质，同时糖对促进培养基的渗透压（一般需在1.5×105~4.1×105Pa）也有重要作用。

糖的使用浓度大多为2%~3%，花药培养和胚培养则采用3%~15%高浓度糖溶液。

使用最普遍的是蔗糖，此外还有葡萄糖和果糖。

3.温度

温度是植物组织培养成功的重要条件。

（1）最适温度：

在植物组织培养中大多采用最适温度，并保持恒温培养，以加速生长。

通常采用25℃±2℃的温度，对大多数植物来讲是合适的，但也因种类不同而有差异。

进行菊花组织培养，温度控制在18℃~22℃。

（2）温度预处理的影响：

在进行植物组织培养以前先对培养材料进行低温或高温处理，往往有促进诱导生长的作用。

胡萝卜切片在4℃下处理16~32min，比未处理的可大大加快生长速度。

天竺葵茎尖在10℃低温处理1~4周，其茎尖繁殖数比在20℃和30℃条件下处理的大大提高。

菊花块茎组织低温或高温预处理均可促进生根。

4.光照

植物组织培养中光照也是重要条件，它对细胞的生长和分化有很大影响。

当然这也与材料的性质、培养基情况以及由于光照而引起的温度上升等因素有关。

菊花组织培养的光照强度为1000~4000lx，每天用日光灯照射12h。

5.pH

进行菊花组织培养的pH一般控制在5.8左右。

6.氧气

氧气是植物组织培养所必需的因素，瓶盖封闭时要考虑通气问题，可用附有滤气膜的封口材料。

通气最好是用棉塞封闭瓶口，但棉塞易使培养基干燥，夏季易引起污染。

固体培养基可加活性炭来增加通气度，以利于生根。

培养室要经常换气，改善室内的通气状况。

液体振荡培养时，要考虑振荡的次数、振幅等，同时要考虑窗口的类型、培养基等。

要点三菊花的组织培养实验操作

流程：

制备MS固体培养基外植体消毒接种培养移栽栽培。

1.制备MS固体培养基

包括无机盐母液、激素类母液、维生素类母液、有机物类母液等。

配制母液时，无机物中大量元素浓缩10倍，微量元素浓