高中生物专题3植物的组织培养技术第9课时月季的花药培养同步备课教学案新人教版.docx
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高中生物专题3植物的组织培养技术第9课时月季的花药培养同步备课教学案新人教版
第9课时 月季的花药培养
[学习导航] 1.阅读教材P37“
（一）被子植物的花粉发育”，理解被子植物花粉发育的过程。
2.阅读教材P38“
（二）产生花粉植株的两种途径和（三）影响花药培养的因素”，掌握产生花粉植株的两种途径及影响因素。
3.通过阅读教材P39“实验操作”，掌握花药培养的选材方法、材料的消毒及接种和培养。
[重难点击] 1.说出被子植物花粉发育的过程及花药培养产生花粉植株的两种途径。
2.说出影响花药培养的因素，学习花药培养的基本技术。
3.尝试用月季或其他植物的花药进行培养。
一、影响花药培养的因素
1.被子植物的花粉发育
（1）花粉的概念：
由花粉母细胞经过减数分裂形成的单倍体的生殖细胞。
（2）花粉发育的基本过程
花粉母细胞（小孢子母细胞）
↓减数分裂
小孢子四分体时期：
4个单倍体细胞连在一起
↓
单核期
↓有丝分裂
双核期
2.产生花粉植株的两种途径及影响因素
（1）产生花粉植株的两种途径
（2）影响两种途径的因素
①培养基中激素的种类。
②培养基中激素的浓度配比。
3.影响花药培养的因素
（1）内因：
材料的选择。
①从花期来看，应当选择初花期的植株。
②从花药来看，应当选择单核期的花药。
③从花蕾来看，应当选择完全未开放的花蕾。
（2）外因
①培养基的组成。
②亲本植株的生长条件、材料的低温预处理以及接种密度等。
1.被子植物的花粉发育
观察被子植物的花粉发育过程图，并阅读教材P37
（一）相关内容，归纳并回答下列问题：
（1）运用文字和箭头表示出被子植物花粉发育的过程。
答案 小孢子母细胞
小孢子四分体时期―→单核居中期―→单核靠边期―→双核期（花粉管细胞核、生殖细胞核）。
（2）花粉发育过程中的四分体时期与减数分裂过程中的四分体是同一个概念吗？
有什么不同？
答案 不是。
减数分裂过程中的四分体是指配对的一对同源染色体含有四条染色单体；花粉发育过程中的四分体时期是指小孢子母细胞经减数分裂后形成的连在一起的4个小孢子。
（3）每个小孢子细胞内的染色体数与小孢子母细胞内的染色体数有何差异？
答案 小孢子是由小孢子母细胞经过减数分裂而形成的，所以小孢子细胞内的染色体数是小孢子母细胞内的染色体数目的一半。
（4）花粉发育时期的单核期细胞具有什么特征？
答案 细胞含有浓厚的原生质，核位于细胞的中央；随着细胞不断长大，细胞核由中央移向细胞一侧，并分裂成1个生殖细胞核和1个花粉管细胞核，进而形成两个细胞——营养细胞和生殖细胞。
（5）结合上图，分析一个小孢子母细胞产生的花粉粒、花粉管细胞核、生殖细胞核和精子的数目分别是________。
答案 4、4、4、8
（6）营养细胞在花粉萌发过程中的作用是控制花粉的萌发并提供营养。
2.花粉植株形成的过程
阅读教材P38
（二）产生花粉植株的两种途径的相关内容，回答下列问题：
（1）产生花粉植株的两种途径都需要经过的过程是脱分化。
（2）产生花粉植株的两种途径是否完全不同？
其原因是什么？
答案 两种途径之间并没有严格的界限，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。
（3）进行花粉植株培养时要配制3种培养基，说出每种培养基中激素的比例和目的。
①诱导愈伤组织培养基：
生长素与细胞分裂素比例适中，促进愈伤组织的形成。
②生芽培养基：
生长素与细胞分裂素比值较低，促进芽的分化，抑制根的形成。
③生根培养基：
生长素与细胞分裂素比值较高，促进根的分化，抑制芽的形成。
（4）愈伤组织与胚状体有何差异？
答案 愈伤组织的细胞是未分化的细胞，需经再分化生根发芽，胚状体的细胞已经经过了再分化，具有了生根发芽的能力，可以直接通过分化形成根、芽结构。
3.培养材料的选择
（1）影响花粉植株诱导成功率的主要因素有哪些？
答案 ①植物种类；②亲本植株的生理状况；③合适的花粉发育时期；④亲本植株的生长条件、材料的低温预处理、接种密度等。
（2）为提高花粉植株的诱导成功率，应选择哪个时期的花粉最适宜？
答案 初花期的、发育到单核期的花药中的花粉。
1.如图是花药培养产生花粉植株的两种途径。
下列相关判断错误的是（ ）
生根―→移栽
A.图中的A和B分别是胚状体和愈伤组织
B.C和D过程的实质相同
C.选择的花药在花粉发育过程中越早越好
D.整个培养过程中的细胞增殖方式只有有丝分裂
问题导析
（1）两种途径中，脱分化的结果不同，一个是形成愈伤组织，一个是形成胚状体。
（2）细胞分化的实质是基因的选择性表达。
（3）选择的培养材料处于单核期最好，尤其是处于单核靠边期的花药最好。
答案 C
解析 图中A和B分别是胚状体和愈伤组织，C和D表示分化和再分化。
无论是再分化还是分化，它们的实质都是基因的选择性表达。
选择的花药太早或太晚都不利于培养，处于单核期的最好，尤其是单核靠边期，故C错误。
整个培养过程中无减数分裂，所以细胞增殖方式只有有丝分裂。
一题多变
（1）图中用于培养的“花药中的花粉”选择单核期以前或单核期以后，均不利于培养，为什么？
答案 选择单核期以前的花药质地幼嫩，极易破碎；选择单核期以后的花药花瓣有些松动，给消毒带来困难。
（2）两种形成花粉植株的途径基本相同，主要区别在于脱分化的结果不同，决定两种途径的决定性因素是什么？
答案 培养基中植物激素的种类及其浓度配比。
2.选择合适的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素之一，下列说法正确的是（ ）
A.任何时期的花粉都可经过培养产生愈伤组织或胚状体
B.对所有植物来说，在单核期，细胞核由中央移向细胞一侧的时期，花药培养成功率最高
C.对一般植物而言，单核期花药培养成功率最高
D.为挑选到单核期的花药，通常选择部分开放的花朵
答案 C
解析 花粉的发育时期对花药培养的成功率有重要的影响，一般在单核期，细胞核由中央移向一侧的时期，花药的培养成功率最高，但并不是所有的植物都是这样的，A、B项错误，C项正确；为挑选到单核期的花药，通常选用完全未开放的花蕾，D项错误。
二、尝试用月季的花药进行培养
1.材料的选取
（1）花粉发育时期的确定：
一般通过镜检来确定花粉是否处于适宜的发育期。
（2）花粉染色法
①醋酸洋红法：
最常用的方法，能将花粉细胞核染成红色。
②焙花青－铬矾法：
当花粉细胞不易着色时采用此法，能将花粉细胞核染成蓝黑色。
2.材料的消毒
选取花蕾
↓
初步消毒：
通常先将花蕾用体积分数为70%的酒精浸泡约30s
↓
冲洗：
在无菌水中清洗，并用无菌吸水纸吸干花蕾表面的水分
↓
彻底消毒：
放入质量分数为0.1%的氯化汞溶液中2～4min（也可用质量分数为1%的
次氯酸钙溶液或饱和漂白粉溶液）
↓
再冲洗：
再用无菌水冲洗3～5次
3.接种
（1）剥离花药
（2）接种花药：
立即将花药接种到培养基上。
4.培养
（1）培养条件：
温度为25℃，前期不需要光照，幼小植株形成后需要光照。
（2）培养过程：
先进行脱分化培养，当花药开裂长出愈伤组织后及时转移到分化培养基上；若花药开裂释放出胚状体则要尽快将幼小植株分开。
5.鉴定和筛选
通过愈伤组织形成的花粉植株，染色体组的数目常常会发生变化。
1.培养材料的选择方法
（1）醋酸洋红法和焙花青－铬矾法染色的目的是使细胞核着色，以便观察细胞核的位置，以确定花粉发育的适宜时期。
（2）月季花蕾的消毒与菊花外植体的消毒相比较，二者有何不同？
答案 在酒精消毒前，花药不需要预先用流水冲洗、洗衣粉洗涤和软刷刷洗。
（3）用于培养的花药，只要将整个花蕾或幼穗消毒即可，原因是完全未开放的花蕾中，花药实际上多数未成熟，由于它的外面有花萼、花瓣或颖片保护，通常处于无菌状态。
（4）在菊花的组织培养和月季的花药培养过程中，对光照的要求是否相同？
答案 不相同。
在菊花的组织培养过程中每日用日光灯光照12h，但是月季的花药培养过程中，初期不需要光照，幼小植株形成后才需要光照。
2.花药离体培养在育种上的应用
（1）在花药离体培养中，特别是通过愈伤组织形成的花粉植株，为什么常常会出现染色体加倍的变化？
答案 主要是由花粉管细胞核和生殖细胞核融合造成的，有些是由花粉壁细胞发育形成的二倍体花粉壁植株。
（2）植物花药离体培养得到的单倍体植株是不可育的，如何能使其具有正常的繁殖能力呢？
此育种方法有哪些优点？
答案 花粉粒发育为单倍体植株，再经过人工诱导使染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。
这样得到的植株能够正常生殖，而且每对染色体上成对的基因都是纯合的，自交的后代不会发生性状分离。
单倍体育种不仅缩短了育种周期，也为新品种的培育开辟了新途径。
3.育种工作者常采用花药培养的方法，使花粉粒发育为单倍体植株。
下面过程是采用水稻的花药进行培养的步骤。
请据此回答下面的问题：
选取水稻花药―→对花药消毒―→接种和培养―→植物体
（1）诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低，受多种因素的影响，其中__________、__________是主要的影响因素；选择合适的______________也是提高诱导成功率的重要因素。
（2）花粉在发育过程中要经历__________、__________、__________等阶段，选取的水稻花药应为__________期的花药，此时细胞核由中央移向细胞一侧，花药培养成功率最高。
（3）在剥离花药时，要尽量不损伤花药，原因是______________________________________；同时还要彻底去除花丝，原因是_____________________________________________。
（4）通过花药培养产生单倍体植株一般有两种途径：
一种是花粉通过__________阶段发育为植株；另一种是在诱导培养基上先形成__________，再将其诱导分化成植株。
（5）试管苗形成过程中，必须从培养基中获得无机盐或矿质元素和小分子有机物等营养物质。
要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应有__________和__________两类激素。
答案
（1）材料的选择 培养基的组成 花粉发育时期
（2）小孢子四分体时期 单核期 双核期 单核靠边
（3）如果花药受损，接种后容易从受损伤的部位产生愈伤组织 与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成 （4）胚状体 愈伤组织 （5）细胞分裂素 生长素
解析 诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低，受多种因素的影响，其中材料的选择与培养基的组成是主要的影响因素；选择合适的花粉发育时期也是提高诱导成功率的重要因素。
花粉在发育过程中要经历小孢子四分体时期、单核期、双核期等阶段，选取的水稻花药应为单核靠边期的花药；在剥离花药时要尽量不损伤花药，否则接种后容易从受伤的部位产生愈伤组织；同时还要彻底去除花丝，因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成；通过花药培养产生单倍体植株一般有两种途径：
一种是通过胚状体阶段发育为植株；一种是先形成愈伤组织再将其诱导分化成植株。
一题多变
（1）选择材料时，需要使用显微镜对花药进行观察，对花药进行染色的方法有哪些？
答案 醋酸洋红法和焙花青－铬矾法。
（2）是否整个培养过程都需要光照？
答案 不是，在幼小植株形成以后才需要光照。
（3）使用细胞分裂素和生长素时，哪些方面会影响培养的结果？
答案 使用的顺序和用量的比例。
1.花药培养与植物组织培养的主要不同之处在于（ ）
A.培养基配制方法B.无菌技术
C.接种操作D.选材
答案 D
解析 花药培养技术选取的材料为植物体细胞减数分裂形成的花药；而植物组织培养技术利用的材料为植物的体细胞。
2.月季的花药培养过程中的难点之一是材料的选择，下列有关材料选择的叙述，正确的是（ ）
A.从花药来看，应当选择盛花期的花药
B.从花粉来看，应当选择小孢子四分体时期的花粉
C.从花蕾来看，应当选择略微开放的花蕾
D.从检测花粉的实验方法看，应该用显微镜观察已染色的花粉样品临时装片
答案 D
解析 从花药来看，应当选择初花期的花药；从花粉来看，应当选择单核期的花粉；从花蕾来看，应当选择完全未开放的花蕾；用已染色的花粉样品作临时装片，才能观察到细胞核的位置，以确定花粉发育的时期。
3.接种和培养花药时应注意的事项全对的一组是（ ）
①不损伤花药 ②彻底去除花丝 ③幼小植株形成后需要光照 ④花药开裂释放出的幼小植株会分别发育成单倍体，无需分开
A.①②③B.①②④C.②③④D.①③④
答案 A
解析 本题中若花药受损，易从受损部位产生愈伤组织；与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成，因此要彻底去除花丝；幼小植株形成后需要光照，由异养转化为自养；花药开裂释放出的胚状体要尽快分开，分别移植到新培养基上，否则这些植株将难以分开。
4.植物的花药培养在育种上有特殊的意义。
植物组织培养可用于无病毒植株及细胞产物的工厂化生产等方面。
请回答相关问题：
（1）利用月季的花药离体培养产生单倍体时，选材非常重要。
一般来说，选择________期的花药进行培养的成功率最高。
为了选择该期的花药，通常选择__________的花蕾。
确定花粉发育时期最常用的方法有__________，但是对于花粉细胞核不易着色的植物，需采用____________法，该法能将花粉细胞核染成________色。
（2）进行组织培养需配制MS培养基，在该培养基中常需要添加_________、________等激素。
欲利于根的分化，植物激素的用量比例应为_______________________。
（3）无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素，下列各项中属于使用化学药剂进行消毒的是________，属于采用灼烧方法进行灭菌的是________。
（填序号）
①培养皿 ②培养基 ③实验操作者的双手 ④三角锥形瓶 ⑤接种环 ⑥花蕾
答案
（1）单核 完全未开放 醋酸洋红法 焙花青－铬矾 蓝黑
（2）生长素 细胞分裂素 生长素多于细胞分裂素 （3）③⑥ ⑤
解析
（1）花期早期时的花药比后期的更容易产生花粉植株。
一般来说，在单核期，细胞核由中央移向细胞一侧的时期，花药培养成功率最高。
该时期的花药通常存在于完全未开放的花蕾中。
（2）生长素与细胞分裂素等植物激素可调节脱分化和再分化。
当生长素含量多于细胞分裂素时，利于先形成根。
（3）对实验器具进行灭菌处理，对实验过程中的具有生物活性的材料或用具进行消毒处理。
课时作业
[学考达标]
1.被子植物花粉发育经历的阶段顺序正确的是（ ）
A.小孢子四分体时期→双核期→单核居中期→单核靠边期→花粉粒
B.小孢子母细胞→单核靠边期→单核居中期→双核期→花粉粒
C.小孢子母细胞→小孢子四分体时期→单核居中期→单核靠边期→花粉粒
D.小孢子四分体时期→小孢子母细胞→双核期→单核期→花粉粒
答案 C
解析 小孢子母细胞经减数分裂形成四个小孢子，经历小孢子四分体时期、单核居中期、单核靠边期、双核期发育成花粉粒。
2.下列说法错误的是（ ）
A.被子植物的花粉发育过程依次经历了小孢子四分体时期、单核期、双核期
B.被子植物的花粉是由花粉母细胞经有丝分裂而形成的，因而含有与体细胞中数目相同的染色体
C.花粉是单倍体的生殖细胞
D.花粉粒内有两个精子
答案 B
解析 被子植物的花粉是由花粉母细胞经减数分裂而形成的，因而花粉是单倍体的生殖细胞，含有比体细胞中数目减半的染色体。
3.下列有关花药培养的说法，正确的是（ ）
A.花期后期时的花药比前期更容易产生花粉植株
B.月季的花药培养一般选择在月季盛开期
C.选择合适的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素
D.选择单核期以前的花药接种，培养成功率更高
答案 C
解析 花粉植株的获取中选择合适的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素，花药培养需选择花蕾期的花粉发育至单核期进行培养，过早或过晚都不易培养成功。
4.产生花粉植株的两种途径中，得到胚状体和愈伤组织都是通过下列选项中的哪个过程（ ）
A.分化B.脱分化C.再分化D.诱导
答案 B
解析 产生花粉植株的两种途径中，胚状体和愈伤组织都是经过花粉脱分化产生的，两种途径之间没有绝对界限，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。
5.下列关于月季花药培养的叙述中，错误的是（ ）
A.材料的选择与培养基的组成影响花药培养的成功率
B.通常选择完全未开放的花蕾
C.选取材料时一定要进行消毒
D.培养形成的胚状体可继续在原培养基中分化形成植株
答案 D
解析 培养基的组成和材料的选择是影响花药培养能否成功的主要因素，为了检测花粉是否处于适宜的发育期，常选择完全未开放的花蕾以便找到单核期花粉。
为了避免微生物使花药腐烂，需对材料进行消毒。
在培养过程中，若花药开裂释放出胚状体，则一个花药内就会产生大量幼小植株，因此，必须在花药开裂后尽快将幼小植株分开，分别移植到新的培养基上，否则这些植株将很难分开。
6.单倍体育种的常用方法是花药离体培养，为了促进花粉迅速生长发育为单倍体植株，培养基中除必需的营养物质外，还需加入（ ）
A.秋水仙素B.三磷酸腺苷
C.植物激素D.纤维素酶
答案 C
[高考提能]
7.四倍体水稻的花药通过无菌操作接入试管，经培养形成试管苗，下列叙述中不正确的是（ ）
A.用花药离体培养法获得的植株是二倍体
B.诱导产生愈伤组织的分裂方式为有丝分裂
C.培养基中应有无机养料、有机养料以及生长素和细胞分裂素
D.试管苗的生长发育需要光照
答案 A
解析 四倍体水稻的花药离体培养获得的是含有2个染色体组的单倍体植株，不能叫做二倍体；花药通过培养诱导产生愈伤组织的分裂方式是有丝分裂，同时，培养过程中要加入无机营养、有机营养、生长素和细胞分裂素等物质。
培育成试管苗需通过光照进行光合作用，产生糖类，以满足自身生长需求。
8.下图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米的过程。
对此过程的描述错误的是（ ）
A.试管苗培养过程必须在无菌条件下进行
B.D试管中组织分化的调控与激素配比有关
C.培养成的试管苗即可用于推广种植
D.在培养基中加入病原体的致病毒素，可筛选出抗病突变体
答案 C
解析 由于外植体和愈伤组织的生活能力较弱，微生物的生活能力较强，不灭菌处理容易导致组织培养失败。
组织培养中激素种类和比例不同会导致愈伤组织产生不同的分化结果；培养成的试管苗需要经过一定浓度的秋水仙素处理之后才可以用于推广种植；要筛选出抗病突变体，就要制作对应的选择培养基。
9.下图是水稻的花药通过无菌操作，培养产生花粉植株的两种途径的示意图。
下列相关叙述中错误的是（ ）
A.无论哪条途径都要经过脱分化和再分化过程
B.A是胚状体，C是诱导，B是生根
C.两种培养途径的理论基础都是植物细胞的全能性
D.A和种子的结构相同，都具有种皮、胚芽、胚根、胚轴等结构
答案 D
解析 图中的A是胚状体，C是诱导，B是生根。
两种途径都要经过脱分化和再分化过程。
植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。
胚状体中有胚轴、胚根和胚芽，但无种皮，故答案选D。
10.有关月季花药培养的叙述，正确的是（ ）
A.月季花粉是由花粉母细胞经过减数分裂而形成的单倍体生殖细胞
B.被子植物花粉形成过程中的四分体与高等动物精子形成过程中的四分体概念相同
C.被子植物一个小孢子母细胞经过减数分裂共形成了4个精子
D.花药培养成幼苗后，不需分瓶培养
答案 A
解析 月季花粉是由花粉母细胞经过减数分裂而形成的单倍体生殖细胞，A正确；被子植物花粉形成过程中的四分体表示4个小孢子，高等动物精子形成过程中的四分体是一对同源染色体联会形成的，二者是不同的概念，B错误；被子植物一个小孢子母细胞经过减数分裂形成4个小孢子，每个小孢子发育成一个花粉粒，每个花粉粒中能够形成2个精子，因此每个小孢子母细胞经过减数分裂共形成了8个精子，C错误；在获得愈伤组织或幼小植株时，要及时分瓶，以便于诱导愈伤组织再分化或幼苗分开，D项错误。
11.下图表示菊花的嫩枝和月季的花药离体培养的过程，请据图回答下面的问题：
（1）对菊花来说，要选择生长旺盛的嫩枝来进行组织培养，其原因是________________
_______________________________________________；对月季来说，适宜花药培养的时期是__________期，为确定花粉是否处于该时期，最常用的镜检方法是______________。
（2）在培养嫩枝组织和花药的培养基中都要加入一定的植物激素，常用的植物激素有________________________________________________________________________。
（3）两种植物材料的培养在进行接种时应注意：
①接种室要消毒；②材料可用____________________进行浸泡，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；③接种操作要在________________进行；④接种完毕后立即盖好瓶盖。
（4）月季的花药培养过程中，花粉植株的形成除图中所示途径外，还可以通过__________阶段发育而来，这两种途径的差别主要取决于____________________________________。
（5）图中花粉植株属于_________倍体，要使其能繁殖后代可采取措施是___________。
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 单核 醋酸洋红法
（2）生长素和细胞分裂素
（3）体积分数为70%的酒精 酒精灯火焰旁
（4）胚状体 培养基中激素的种类及其浓度配比
（5）单 用一定浓度的秋水仙素处理幼苗
解析 菊花的组织培养，一般选取未开花植株的茎上部新萌生的侧枝，主要是因为其分裂能力强。
被子植物花粉的发育要经历小孢子四分体时期、单核期和双核期等阶段，其中单核期是绝大多数植物花药培养的适宜时期。
在组织培养中常要加入一些植物激素如生长素和细胞分裂素，在培养的不同时期加入激素的比例不同。
组织培养过程中要求进行严格的无菌操作，因为一旦出现细菌和真菌污染，就会导致实验失败。
花粉植株也可以通过胚状体诱导而成。
12.如图表示花药离体培养及单倍体育种的大致过程，请据图回答下列问题：
（1）过程①是把幼小的花药分离出来，并在无菌条件下将其放在MS培养基上进行培养，配制该培养基时，需要的物质应该有__________________________（至少答三种）。
（2）过程②是花药在MS培养基所提供的特定条件下经脱分化形成________________，此过程细胞分裂的方式是________________________。
（3）经过过程③产生的植株（不考虑核与核之间融合）是__________植株，其特点是植株弱小，高度不育，在生产上无推广应用的价值，若要使其正常结果，可在移栽后在幼苗__________滴加适宜浓度的__________。
（4）过程②与过程③所用培养基有差异，主要是__________方面的差异。
答案
（1）水、大量元素、微量元素、有机物、琼脂、植物激素等（任答三种即可）
（2）愈伤组织或胚状体 有丝分裂
（3）单倍体 茎尖 秋水仙素
（4）植物激素
解析
（1）植物组织培养需要的物质主要包括大量元素、微量元素、有机物（如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等）等。
（2）脱分化是由高度分化的植物组织或
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