第八节 菊花的组织培养一.docx

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第八节菊花的组织培养一

菊花的组织培养

（一）

主讲：

黄冈中学优秀生物教师　王小敏

★课题目标

1、说明植物组织培养的基本原理；

2、学习植物组织培养的基本技术；

3、进行菊花或其他植物的组织培养。

★课题重难点

植物组织培养过程中使用的无菌技术。

一、植物组织培养的原理

1、植物组织培养的概念

　　组织培养：

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

2、原理：

植物细胞具有全能性。

　　①细胞全能性：

是指已分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能。

　　②细胞全能性的原因：

　　生物体的每个细胞都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。

　　③全能性最高的细胞：

受精卵。

（受精卵>生殖细胞>体细胞）

　　④在生物体内，细胞为什么没表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官呢？

　　这是因为在特定的时间和空间条件下基因是进行选择性地表达。

3、植物细胞表现出全能性需要哪些条件？

　　离体状态；一定的营养物质、激素及其他外界条件等。

4、植物组织培养技术的应用

　　实现优良品种的快速繁殖；培育脱毒作物；制作人工种子；培育作物新品种以及细胞产物的工厂化生产等。

二、植物组织培养的基本过程

1、相关概念

　　①愈伤组织：

是通过细胞分裂形成的，其细胞排列疏松而无规则，高度液泡化呈无定形状态的薄壁细胞。

　　②脱分化：

由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。

　　③再分化：

愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程。

　　注意：

诱导愈伤组织再分化形成芽和根的过程应在光照条件下进行。

原因是植物的形态建成受光照的影响，光照会促使愈伤组织分化成根、芽。

2、决定植物细胞脱分化﹑再分化的关键因素是什么?

　　植物激素。

（生长素和细胞分裂素）

三、影响植物组织培养的因素

材料的选择、营养成分、激素、一定的外界因素（温度、空气、无菌环境、适合的pH、适时光照等）。

1、外植体的选取

　　①不同植物的组织培养难度不同。

　　如：

烟草和胡萝卜的组织培养较容易，而枸杞愈伤组织的芽诱导就比较难。

　　②同一种植物的不同组织培养难度不同。

　　思考：

为什么菊花组织培养一般选择未开化植物的茎上部新萌生的侧枝作材料？

　　原因是嫩枝生理状态好，容易诱导脱分化和再分化。

2、培养基的配制（最常用MS培养基）

　　1962年由Murashige和Skoog为培养烟草细胞而设计的。

特点是无机盐和离子浓度较高，为较稳定的平衡溶液。

其养分的数量和比例较合适，可满足植物的营养和生理需要。

它的硝酸盐含量较其他培养基为高，广泛地用于植物的器官、花药、细胞和原生质体培养，效果良好。

有些培养基是由它演变而来的。

MS固体培养基成分及比例

　　思考：

同微生物培养基相比，MS培养基的配方有哪些明显的不同？

　　微生物培养基以有机营养为主。

与微生物的培养不同，MS培养基则需提供大量无机营养，无机盐混合物包括植物生长必须的大量元素和微量元素两大类。

3、植物激素的使用顺序和比例

（1）生长素的使用顺序

使用顺序

实验结果

先生长素，后细胞分裂素

有利于分裂但不分化

先细胞分裂素，后生长素

细胞既分裂也分化

同时使用

分化频率提高

（2）生长素/细胞分裂素

生长素/细胞分裂素

结果

比值高时

利于根分化，抑芽的形成

比值低时

利于芽分化，抑根的形成

比值适中

促进愈伤组织生长

4、消毒

　　在培养的整个过程中，都需要是一个无菌环境的原因：

　　植物组织培养用的培养基，含有植物生长发育所需要的各种营养物质，这些营养物质同样为微生物提供了适合的营养。

在这种培养基上，微生物比植物细胞具有更强的新陈代谢能力，它们生长、繁殖得更快，而且会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。

5、pH、温度、光照

　　菊花：

pH=5.8；温度控制在18—22℃；每日光照12h。

典型例题

例1、甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。

目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。

这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（　）

A．有丝分裂　　　　　　　　　　B．分化

C．减数分裂　　　　　　　　　　D．全能性

答案：

C

例2、植物细胞表现出全能性的必要条件是（　）

A．导入其他植物细胞的基因

B．将成熟的细胞核移植到去核的卵细胞中

C．用适当浓度的秋水仙素处理

D．脱离母体后，给予适宜的营养和适宜的温度等外界条件

答案：

D

例3、在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（　）

A．消毒灭菌　　　　　　　　B．适宜的温度

C．充足的光照　　　　　　　D．适宜的养料和激素

答案：

C

-返回-

同步测试

一、选择题

1、植物组织培养技术的理论基础之一是（　）

A．植物细胞的完整性　　　　　　　B．植物细胞的多样性

C．植物细胞的全能性　　　　　　　D．植物细胞杂交

2、要大量繁殖用植物体细胞杂交方法获得的植物，应该采用哪种繁殖方式（　）

A．种子繁殖　　　　　　　　　　　B．分裂生殖

C．出芽生殖　　　　　　　　　　　D．营养生殖

3、下列关于愈伤组织的说法中不正确的是（　）

A．愈伤组织的细胞能够进行细胞分裂

B．用叶培养形成的愈伤组织细胞能够进行光合作用

C．培养愈伤组织的培养基中应含有有机养料

D．人们可以从愈伤组织中提取所需物质

4、在一个多细胞生物体内，存在形态、结构和生理功能上具有稳定性差异的细胞，是因为（　）

A．细胞失去全能性

B．不同的细胞，基因是不同的

C．不同细胞中基因选择性表达的结果

D．变异一般是不定向的

5、细胞具有全能性的原因是（　）

A．生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能

B．生物体的每一个细胞都具有全能性

C．生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因

D．生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的

6、植物组织培养过程中的脱分化是指（　）

A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞

B．未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程

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．取植物的枝芽培育成一株新植物的过程

7、下列植物细胞全能性最高的是（　）

A．形成层细胞　　　　　　　　　　B．韧皮部细胞

C．木质部细胞　　　　　　　　　　D．叶肉细胞

8、植物组织培养是指（　）

A．离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织

B．愈伤组织培育成植株

C．离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体

D．愈伤组织形成高度液泡化组织

9、某园艺场经过长期精心选育，培养出一株形态优美的兰花，如果要保持母本的优良性状，并尽快大规模繁殖，最适合的繁殖方式是（　）

A．分裂生殖　　　　　　　　　　　B．有性生殖

C．孢子生殖　　　　　　　　　　　D．组织培养

10、胡萝卜的韧皮部细胞通过组织培养，能发育成新的植株。

下列有关的叙述中，不正确的是（　）

A．说明高度分化的植物细胞具有全能性

B．植物细胞的全能性得以表达要离开母体

C．新植株的形成是细胞分裂和分化的结果

D．高度分化的动物细胞也具有全能性

CDBCCCACDD

二、非选择题

11、基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：

（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得_____________等营养物质。

（2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_____________和_____________两类激素。

　　（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。

这一过程必须给予光照，其原因是_____________能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。

　　（4）试管苗的细胞核中含_________条脱氧核糖核苷酸链。

　　（5）培育成的试管苗可能出现的基因型有_____________。

显示答案

　　11、

（1）水、无机盐、维生素和小分子有机物

（2）细胞分裂素　　　植物生长素

　　（3）叶绿体

　　（4）24

　　（5）AB、aB、Ab、ab

12、回答下列有关植物组织培养的问题。

（1）用于植物组织培养的植物材料称为________。

（2）组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为________。

　　（3）在再分化阶段所用的培养基中，含有植物激素X和植物激素Y，逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如下图所示，据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系：

　　1）当植物激素X与植物激素Y的浓度比等于1时，______________________________；

　　2）________________________________________________________；

　　3）________________________________________________________；

　　（4）若植物激素Y是生长素，在植物组织培养中其主要作用是________；则植物激素X的名称是________________。

　　（5）生产上用试管苗保留植物的优良性状，其原因是________________。

显示答案

　　12、

（1）外植体

（2）去分化（脱分化）

　　（3）1）未分化细胞群经分裂形成愈伤组织；

　　2）当植物激素X与植物激素Y的浓度比大于1时，未分化细胞群分化形成芽；

　　3）当植物激素X与植物激素Y的浓度比小于1时，未分化细胞群分化形成根。

　　（4）促进细胞的生长（伸长）、分裂和分化细胞分裂素

　　（5）组织培养形成试管苗的过程属于无性生殖，后代不发生性状分离。

　　解析：

本题主要考查植物组织培养相关知识。

（1）植物组织培养的材料叫外植体；

（2）植物组织培养的核心过程是脱分化与再分化，脱分化指由分化状态变为未分化状态，再分化指由未分化状态变为分化状态；

　　（3）仔细分析所给示意图，可知植物激素X与植物激素Y浓度比为1时，利于愈伤组织的形成，大于1时利于细胞群分化出芽，小于1时利于细胞群分化出根；

　　（4）生长素在植物组织培养中主要作用是促进细胞生长、分裂和分化，植物组织培养过程中除需要生长素外还必需细胞分裂素，二者共同起作用；

　　（5）植物组织培养是一种无性繁殖技术，利于保持亲本的优良性状。

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课外拓展

植物组织培养技术的发展

　　大自然中存在着许多有趣的植物无性生殖现象。

例如，马铃薯的块茎能够发芽生根，秋海棠的叶片能够长成新植株。

这些现象促发科学家去思考、解释。

1902年，有一位德国的植物学家大胆地预言：

“植物的体细胞在一定条件下，可以如同受精卵一样，具有潜在的发育成植株的能力。

”

　　1958年，美国科学家斯图尔德（F.C.Steward）将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养，由于细胞分化而最终发育成完整的新植株。

这个实验结果在生物学界引起了很大的震动，它表明已经高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。

已经分化的细胞所具有的这种潜在发育能力称作细胞全能性。

　　既然胡萝卜的单个细胞能发育为完整植株，小块的植物组织就更不应该有什么问题。

此后很多年，科学家和技术人员将许多植物进行了组织培养，并获得了成功。

如今，植物组织培养已不再神秘莫测，而发展成为常规技术。

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高考解析

例：

请回答：

（1）植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。

该技术可以保持品种的_____________，繁殖种苗的速度_____________。

离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部_____________。

（2）把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免_____________的污染。

　　（3）微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗_____________，而与_____________配比适宜时可促进芽的增殖。

若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需尊使用的生长调节剂是_____________（脱落酸、2，4-D）。

　　（4）将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。

据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是_____________，单株鲜重的变化趋势是_____________。

据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量_____________（能、不能）满足自身最佳生长的需要。

　　（5）据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应_____________（降低，增加）培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。

答案：

（1）遗传性；快；遗传信息；

（2）微生物；（3）生根；细胞分裂素；2，4-D；（4）逐渐减小；先增加后下降；不能；（5）降低

解析：

　　植物组织培养技术是利用植物细胞全能性的原理进行的，是植物细胞工程的基础。

在操作过程应注意无菌操作，避免杂菌污染，因为培养过程中使用的培养基营养物质丰富，适宜浓度的生长素可以诱导试管苗生根，而如果要促进愈伤组织形成芽，则需要与细胞分裂素配比，促进愈伤组织产生和生长，应使用2，4-D。

-END-