学年高中生物选修一教学案第一章 第三节.docx

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学年高中生物选修一教学案第一章第三节

第三节

植物组织培养技术

1.植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。

2．植物组织培养的一般过程为：

愈伤组织根、芽―→植物体。

3．影响植物组织培养的因素有：

植物材料、营养物质、植物激素及pH、温度、光照等。

4．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。

5．植物组织培养的实验操作流程：

准备―→配制MS培养基―→灭菌―→取材与接种―→观察与记录―→转接培养―→炼苗―→移栽。

植物组织培养及过程

1．植物组织培养

（1）概念：

在无菌和人工控制的条件下，诱导离体的植物器官、组织等在适宜的培养条件下发育成完整植株的技术。

（2）原理：

植物细胞的全能性，是指植物体的每个体细胞都携带来自受精卵的完整基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力。

2．植物组织培养的过程

（1）脱分化：

由已经分化的植物细胞或组织产生愈伤组织的过程。

（2）再分化：

在一定条件下继续培养脱分化的愈伤组织，可以重新诱导根、芽等器官的分化。

1．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。

2．同微生物培养基的配方相比，MS培养基的配方有哪些明显的不同？

提示：

微生物培养基以有机营养为主。

而MS培养基则需提供大量无机营养，主要包括植物生长必需的大量元素和微量元素两大类。

3．马铃薯长期种植，产量会降低而且易感染病毒，要想提高马铃薯的产量，应该怎样培育无病毒的马铃薯？

提示：

长期进行无性繁殖的植物，只有根尖和茎尖中几乎无病毒，因此可利用马铃薯的茎尖或根尖进行植物组织培养获得无病毒的马铃薯植株。

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

离体的植物组织、器官或细胞（外植体）

愈伤组织

根、芽或胚状体―→新个体。

（1）愈伤组织与根尖分生组织的异同：

组织类型

细胞来源

细胞形态

细胞结构

细胞排列

细胞去向

根尖分生

组织

受精卵

正方形

无液泡

紧密

分化成多种细

胞组织

愈伤组织

高度分化细胞

无定形

高度液泡化

疏松

再分化成新个体

相同点

都通过有丝分裂进行细胞增殖

（2）植物组织培养过程中脱分化与再分化的比较：

过程

特点

条件

脱分化

外植体成为愈伤组织

排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团

离体、营养物质、植物激素、其他适宜条件

再分化

由愈伤组织成为幼苗或胚状体结构

有根、芽或有生根发芽的能力

植物组织培养技术的操作流程（以天竺葵的组织培养为例）

1．操作流程

准备：

实验器具和试剂

灭菌：

将培养基于121_℃温度下湿热灭菌20min

观察与记录：

每天观察外植体的生长情况，并记录其变化情况

转接培养：

愈伤组织―→分化芽的培养基―→生根的培养基

炼苗、移栽

2．影响植物组织培养的因素

（1）植物激素：

生长素、细胞分裂素是启动生长、细胞分裂、脱分化、再分化的关键激素。

（2）环境因素：

对植物组织培养有较大影响的环境因素有pH、温度、光照等。

1．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。

2．在进行天竺葵培养时，需更换培养基吗？

若需要，需更换几次？

提示：

需要，三次。

1．影响植物组织培养的因素

（1）内因：

外植体的选取。

①不同植物的组织培养难度不同。

②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。

生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化。

（2）外因

2．植物激素在组织培养过程中的重要作用

（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

[特别提醒]　此内容可巧记为“高根低芽中愈伤”。

3．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。

[特别提醒]　对所培养的植物材料也可用体积分数为70%的酒精进行消毒。

4．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

以流程图为载体综合考查植物组织培养的过程

[例1]　（山东高考改编）辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。

辣椒素的获得途径如下图：

（1）图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的________和________过程。

（2）图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是________。

培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值________（填“高”或“低”）时，有利于芽的分化。

对培养基彻底灭菌时，应采取的灭菌方法是_________________________________________________________。

（3）图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是________。

[思路点拨]　

[精讲精析]　

（1）由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化，或者叫做去分化。

对脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，其又可重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。

（2）培养基中常用的凝固剂是琼脂。

使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比值影响植物细胞的发育方向。

生长素和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化；反之，则有利于根的分化。

培养基应用高压蒸汽灭菌法灭菌。

（3）外植体消毒所用酒精的体积分数是70%。

[答案]　

（1）脱分化（或去分化）　再分化　

（2）琼脂　低　高压蒸汽灭菌　（3）70%

以实验探究为载体，考查植物组织培养中激素的用量比例及实验结果的分析

[例2]　（新课标全国卷）为了探究6BA和IAA对某菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，某研究小组在MS培养基中加入6BA和IAA，配制成四种培养基（见下表），灭菌后分别接种数量相同、生长状态一致、消毒后的茎尖外植体，在适宜条件下培养一段时间后，统计再生丛芽外植体的比率（m），以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数（n），结果如下表。

培养基编号

浓度/mg·L－1

m/%

n/个

6BA

IAA

1

0.5

0

76.7

3.1

2

0.1

77.4

6.1

3

0.2

66.7

5.3

4

0.5

60.0

5.0

回答下列问题：

（1）按照植物的需求量，培养基中无机盐的元素可分为________和________两类。

上述培养基中，6BA属于________类生长调节剂。

（2）在该实验中，自变量是________，因变量是___________________________，自变量的取值范围是________。

（3）从实验结果可知，诱导丛芽总数最少的培养基是________号培养基。

（4）为了诱导该菊花试管苗生根，培养基中一般不加入________（填“6BA”或“IAA”）。

[思路点拨]

[精讲精析]　植物组织培养所用的培养基的主要成分有无机盐（大量元素和微量元素）、有机物，常常还需要添加植物激素。

根据实验结果可知，本实验所用培养基中加入的6BA属于细胞分裂素类生长调节剂。

根据表中所列数据及实验结果可知，本实验自变量是IAA浓度，其取值范围是0～0.5mg·L－1，因变量是再生丛芽外植体的比率（m）和再生丛芽外植体上的丛芽平均数（n）。

当生长素用量与细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化，所以为了诱导菊花试管苗生根，培养基中一般不加入6BA。

[答案]　

（1）大量元素　微量元素　细胞分裂素　

（2）IAA浓度　再生丛芽外植体的比率（m）和再生丛芽外植体上的丛芽平均数（n）　0～0.5mg·L－1　

（3）1　（4）6BA

巧记生长素与细胞分裂素的比值与生根、发芽的关系。

由生长素能促进扦插枝条生根，可记为当生长素含量高时，可促进根分化。

[课堂回扣练习]

1．植物学家将胡萝卜的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分别是（　　）

A．细胞分裂和细胞工程

B．细胞的分化和基因工程

C．植物细胞的全能性和植物组织培养

D．花药离体培养和单倍体育种

解析：

选C　胡萝卜的韧皮部细胞为体细胞，其经过培养得到完整植株的过程既有细胞分裂又有细胞分化，即需要通过植物组织培养技术，该技术依据的原理是植物细胞的全能性。

2．影响植物组织培养的因素包括（　　）

①培养基的配制　②外植体的选取　③激素的运用

④消毒　⑤温度、pH、光照

A．①②③④⑤　　　　　　　B．①②③

C．①②③④D．①②③⑤

解析：

选A　培养基是组织培养的营养来源；外植体的选取决定培养的难易程度；激素决定培养物的生长及发育情况；消毒是否成功决定培养的成败；温度、pH、光照决定植物组织的生长状况。

3．某同学在进行植物组织培养的过程中，发现愈伤组织只分裂而不分化出芽和根，可能原因是（　　）

A．未见阳光

B．培养时间不够

C．培养基营养过多

D．细胞分裂素和生长素配比不对

解析：

选D　植物组织培养的过程中，激素的种类和比例直接影响培养的细胞的分裂、脱分化和再分化的过程。

4．植物组织培养过程中的再分化是指（　　）

A．愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程

B．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新的细胞

C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程

D．取下植物的枝条培育成一株植物的过程

解析：

选A　再分化即已实现脱分化的愈伤组织，经诱导重新分化成根或芽等器官的过程。

5．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，其原因是试管苗形成过程中要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　试管苗形成过程中要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

[课下综合检测]

一、选择题

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．将成熟植物的细胞核移到去核的卵细胞中

解析：

选C　植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性，而全能性表达的条件是脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件。

组织细胞脱离母体就会脱离母体的调控机制，这是全能性表现的前提；适宜的营养和外界条件为全能性的表现提供了物质保证和环境条件。

2．下列关于植物组织培养中无菌操作的叙述，错误的是（　　）

A．外植体可以用酒精消毒

B．镊子等器械需酒精灭菌

C．操作前手需酒精消毒

D．培养基需高压蒸汽灭菌

解析：

选B　植物组织培养需要严格的无菌操作，包括：

培养基需要用高压蒸汽灭菌；操作前手需用酒精消毒，外植体应浸泡在酒精中杀菌；整个操作过程应在酒精灯火焰旁进行，同时对镊子等器械要进行灼烧灭菌。

3．MS培养基与微生物培养基相比，需要提供大量的（　　）

A．无机营养　　　　　　　　B．有机营养

C．甘氨酸和维生素D．激素

解析：

选A　微生物培养基以有机营养为主。

与微生物的培养不同，用于植物组织培养的MS培养基需提供大量的无机营养。

4．下列关于植物组织培养中植物激素使用的说法，不正确的是（　　）

A．植物组织培养中关键性激素是生长素和细胞分裂素

B．先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂和分化

C．先使用细胞分裂素，后使用生长素，细胞既分裂也分化

D．同时使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向

解析：

选B　在植物组织培养中，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，对细胞的分裂和分化均有利。

5．下列有关植物组织培养所需营养的叙述，错误的是（　　）

A．MS培养基既含硝态氮有含铵态氮

B．维生素以辅酶的形式参与生物催化剂酶的活动

C．植物生长调节物质包括生长素、细胞分裂素及赤霉素等

D．植物组织培养过程中无需从外部供糖

解析：

选D　在植物组织培养进行异养的状况下，组织细胞不能进行光合作用，因此在培养基中必须添加糖，以作为细胞的碳素来源和能量来源。

6．无菌技术是植物组织培养能否获得成功的关键，以下说法正确的是（　　）

①由于植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差，对无菌操作的要求非常严格

②对培养基用高压蒸汽灭菌

③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，另一方面还要考虑植物材料的耐受能力

④培养中不同药剂、不同植物材料，甚至不同器官要区别对待

⑤对培养材料可用高压蒸汽灭菌

⑥如果不小心引起污染，可能将造成培养工作前功尽弃

A．①②③④⑤　　　　　　　　B．①②③④

C．①②③④⑥D．①②③④⑤⑥

解析：

选C　不同的材料或对象，所采用的灭菌或消毒方法不同；对培养材料不能采用高压蒸汽灭菌，否则会导致培养材料死亡；在操作过程中一定要严格遵守无菌操作，以免污染，前功尽弃。

7．（重庆高考）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．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞

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：

选B　植物组织培养中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对培养材料的伤害；植物体细胞的杂交需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞；细胞分化的实质是基因的选择性表达；植物组织培养过程中，在生根阶段培养基中通常应含有生长素类调节剂。

8．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．①②③B．②③④⑤

C．①②④⑤D．②③④

解析：

选B　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。

二、非选择题

9．下图表示菊花嫩枝的离体培养过程，请据图回答下面的问题：

（1）对菊花来说，要选取生长旺盛的嫩枝来进行组织培养，其原因是

________________________________________________________________________。

（2）菊花组织培养过程中，启动细胞分裂、A________（填名称）、再分化的关键激素是________________________________________________________________________。

通过A过程产生的愈伤组织细胞与枝条韧皮部细胞形态结构________（填“相同”或“不同”），其根本原因是

_______________________________________________________________________。

（3）菊花组织培养需要接种，在进行接种时应注意（　　）

①接种室要消毒

②只要戴口罩，操作时便可说话

③外植体可预先用体积分数为70%的酒精浸泡，取出用无菌水冲洗后，再用质量分数为0.1%的氯化汞溶液消毒，并用无菌水冲洗干净

④接种操作要在酒精灯火焰旁进行

⑤接种完毕应立即盖好瓶盖

A．①②③④⑤B．①②③④

C．①③④⑤D．②③④⑤

（4）图中的B过程都需要________，因为愈伤组织形成幼小植株后，植物需要进行光合作用。

解析：

（1）菊花的嫩枝组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝，主要因为其分裂、分化能力强。

（2）在菊花组织培养过程中，形成愈伤组织的过程是脱分化（A过程），启动脱分化和再分化过程的激素主要是生长素和细胞分裂素。

愈伤组织和外植体的细胞形态、结构差别很大，根本原因在于不同细胞内基因的选择性表达。

（3）组织培养中要求进行严格的无菌操作，因为一旦出现细菌或真菌污染，就会导致实验失败，其要求除题目中提到的①③④⑤项外，还有工作人员即使戴上口罩，也不许说话、咳嗽等。

（4）B过程表示愈伤组织经再分化形成试管苗，幼苗进行光合作用需要一定的光照。

答案：

（1）生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化　

（2）脱分化　细胞分裂素、生长素　不同　基因选择性表达　（3）C　（4）光照

10．阅读下列材料，并回答相关问题。

材料1　微型繁殖技术又称快速繁殖技术，就是将植物体的一部分组织小块进行离体培养，并诱导分化成大量的小植株，从而达到快速无性繁殖的目的。

20m2的培养室内最多可容纳100万株试管苗。

这一技术已有几十年的历史，现已基本成熟，并形成诸如工厂化生产兰花这样产值巨大的工业生产体系。

材料2　植物的脱毒技术是微型繁殖技术的一个分支。

植物病毒严重地影响着农业生产。

对于无性繁殖的植株来说，一旦感染上病毒就会代代相传，日益严重。

但在茎尖分生组织中，细胞增殖十分迅速，病毒来不及侵入，因此其就成为植物体相对无病毒的特殊区域。

（1）材料中用到的技术称为

________________________________________________________________________。

（2）材料中技术操作过程可以用下图简略表示：

―→

在上述过程中，尤其是脱分化、再分化过程中，植物生长素和细胞分裂素的使用量非常关键。

为分析两种激素的用量比例对实验结果的影响，几位同学做了实验，其结果如下，试根据结果回答：

（6BA：

细胞分裂素类，IBA：

生长素类）

组别

项目　　　

1

2

3

4

激素种类及浓度关系

6BA

6BA>IBA

6BA＝IBA

6BA

结果

组织块产生愈伤组织

愈伤组织分化出芽

愈伤组织不断生长

愈伤组织有长根趋势

在植物组织培养中，脱分化可用的激素组合是实验________和实验________中的激素浓度关系，再分化可用的激素组合是实验________和实验________中的激素浓度关系。

整个实验表明，植物的生根、发芽等生命活动是__________________的结果。

（3）要培养脱毒苗，应选用________________部分作为培养材料。

（4）