学年浙科版生物选修一新素养同步学案实验11 植物的组织培养 Word版含答案.docx

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学年浙科版生物选修一新素养同步学案实验11植物的组织培养Word版含答案

实验11　植物的组织培养

[学考报告]

知识内容

考试属性

考情解读

植物的组织培养

加试

1.进行菊花的组织培养。

2.尝试植物激素的应用。

3.说明植物组织培养的原理

一、植物组织培养

概念

组织培养就是取一部分植物组织，如叶、芽、茎、根、花瓣或花粉等，在无菌条件下接种在三角瓶中的琼脂培养基上，给予一定的温度和光照，使之产生愈伤组织，或进而生根发芽。

原理

植物细胞具有全能性，即生物体的细胞，具有使后代细胞形成完整个体的能力。

基本过程

外植体

愈伤组织

胚状体―→新植物体

培养条件

（1）含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的pH、适时光照等。

（2）

二、菊花的组织培养

材料：

MS培养基（用于配置发芽和生根的培养基）；萘乙酸用少量0.1mol/LNaOH溶液溶解；苄基腺嘌呤用少量0.1mol/LHCl溶解；发芽培养基（灭菌）；生根培养基（灭菌）。

步骤

（1）无菌幼苗进行组织培养

取外植体

超净台上将无菌幼苗切段，每段至少1张叶片

生芽培养

生芽培养基中，放入1～3段切段，茎部插入培养基，盖上封口膜，日光灯下保持18～25℃的温度培养，每天光照不少于14.5h

生根培养

2～3周后，将丛状苗在无菌条件下转入生根培养基中，在上述条件下继续培养

适应锻炼

（炼苗）

将苗转移至草炭土或蛭石中，用玻璃罩或塑料布保持80%以上的湿度，2～3天后打开降低湿度进行锻炼，直到将罩全部打开处于自然湿度下为止

定植

将苗转移到土中培养

（2）自然生长的茎进行组织培养

→

→

→

→

1．不同植物、不同组织的生根和生芽是否都可使用与本实验相同的生长素和细胞分裂素浓度？

提示：

不同植物、不同组织，植物组织培养的难易程度不同，因此不可贸然使用与本实验相同的生长素和细胞分裂素浓度，要探索使用何种激素（合成激素）以及激素的浓度才行。

2．本实验用人工合成的激素，而不用植物中存在的天然激素，为什么？

提示：

植物中存在的天然激素都有相应的使之分解的酶，这样，天然激素在植物体内作用和存在的时间就较短，而人工合成的激素在植物中没有相应分解它的酶，所以作用和存在的时间长，作用效果明显。

3．如果在自然界取植物样本进行组织培养，你认为应采取什么措施保证样本不被污染？

提示：

（1）操作环境洁净；

（2）植物样本洁净；（3）操作敏捷迅速。

　植物组织培养的基本过程

条件：

植物细胞必须在离体状态下，在一定营养和植物激素条件下才能表现出全能性。

脱分化：

由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程。

再分化：

愈伤组织继续培养又可以重新分化形成根或芽等器官的过程。

愈伤组织的特点：

细胞排列疏松而无规则、高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。

　根尖分生组织和愈伤组织的异同：

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

1．下图为植物组织培养的流程图。

据图分析下列说法正确的是（　　）

A．将配制好的培养基在灭菌后要及时分装避免冷却凝固

B．图中三种培养基的差异主要表现在植物激素含量方面

C．整个培养过程中需要适宜的温度和不间断的人工光照

D．长出丛芽和生根的过程中细胞的遗传物质会发生改变

解析：

选B。

将配制好的培养基在灭菌前要及时分装避免冷却凝固，A错误；图中三种培养基的差异主要表现在植物激素的含量上，B正确；脱分化过程要避光处理，C错误；长出丛芽和生根的过程是细胞分裂和分化的过程，遗传物质不会发生改变，D错误。

2．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______。

用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是________和纤维素酶。

解析：

植物组织培养的关键过程包括脱分化和再分化，由形成的愈伤组织再分化成具根和芽的试管苗。

在组织培养过程中，需要无菌无毒条件、一定的营养条件、激素条件和适宜的环境条件等。

生长素含量低于细胞分裂素时，愈伤组织先分化出芽，反之，则先分化出根。

将愈伤组织分离成单个细胞时需要酶解植物细胞壁，植物细胞壁的成分为纤维素和果胶，故需用纤维素酶和果胶酶。

制作植物组织培养等培养基时，需向培养基中加入琼脂进行凝固，并采用高压蒸汽法进行灭菌；对植物外植体进行消毒，消毒所用的酒精体积分数为70%。

答案：

（1）脱分化　再分化

（2）琼脂　低　高压蒸汽灭菌

（3）70%　果胶酶

　植物组织培养的条件

条件：

无菌环境、一定的温度、一定的光照、含有全部营养成分的培养基、适量空气、适宜的pH、植物激素（细胞分裂素和生长素）比例合适、适宜的外植体。

激素使用的先后顺序（表一）及其用量比例（表二）对细胞分裂和分化的影响

表一

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

表二

生长素与细胞

分裂素比值

实验结果

比值高时

促进根分化，抑制芽形成

比值低时

促进芽分化，抑制根形成

比值适中

促进愈伤组织生长

（1）整个操作过程中应防止外植体带菌、保证培养基及接种器具彻底灭菌、严格遵守无菌操作流程。

（2）菊花的组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌发的侧枝。

（3）菊花的组织培养，一般将温度控制在18～25℃，pH控制在5.8左右，并且每日用日光照射14.5小时。

1．某同学在进行组织培养过程中，发现只分裂而不分化出芽和根，可能原因是（　　）

A．未见阳光

B．培养时间不到

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。

愈伤组织产生根或芽，取决于生长素和细胞分裂素的浓度比值，当细胞分裂素/生长素的比值低时，诱导根的分化；两者比值处于中间水平，愈伤组织只生长不分化；两者比值高时，诱导芽的形成。

2．试管苗的光合作用能力较弱，需要逐步适应外界环境才能往大田移栽。

研究人员进行了“改变植物组织培养条件缩短试管苗适应过程”的实验，实验在适宜温度下进行，图甲和图乙表示其中的两个实验结果。

请回答：

（1）图甲的实验是在大气CO2浓度下进行的。

据图分析，试管苗在不加蔗糖的培养基中________和________更高。

（2）图乙是试管苗在密闭、无糖培养基条件下测得的24h内CO2浓度变化曲线。

图中b～c段CO2浓度升高缓慢是因为______________________________________________________，

c～d段CO2浓度急剧下降是因为试管苗__________________________________________

________________________________________________________________________。

若d点时打开培养瓶，试管苗的光合速率________________________________________________________________________。

（3）根据上述实验结果推知，采用无糖培养基、________和________可缩短试管苗的适应过程。

解析：

甲曲线上反映出的信息有两方面：

光合速率和光饱和点，所以

（1）应该填写光合速率和光饱和点。

b～c段上升缓慢的原因是凌晨温度较低，呼吸速率较慢所致；c～d段急剧下降是因为光合作用消耗大量CO2所致，d点时大气CO2比瓶内高，所以此时打开培养瓶有利于提高光合速率。

答案：

（1）光合速率　光饱和点

（2）温度较低，细胞呼吸较弱，产生的CO2较少　随光照的增强，消耗CO2进行光合作用　升高

（3）延长光照时间　增加光照强度

　植物组织培养过程中无菌操作要求

无菌操作的必要性

培养材料一旦被微生物（如细菌）污染，因微生物分裂快、生长迅速，会争夺培养基中的营养，还会产生代谢废物毒害培养材料，导致实验失败。

无菌操作

（1）培养材料消毒

①消毒剂：

一般用70%的酒精和5%的次氯酸钠溶液。

②既要考虑消毒效果也要考虑材料的耐受力。

（2）培养基、所用操作器材均应进行灭菌处理。

培养基常采用高压蒸汽灭菌，操作器材可采取干热灭菌。

（3）操作室、工作台要进行消毒，一般使用紫外线或消毒药品消毒。

（4）接种操作应在酒精灯火焰旁进行，接种后的锥形瓶最好放在无菌箱中培养。

（5）操作人员要消毒、戴口罩、穿工作服等，操作时禁止说话。

1．外植体接种前，需要将接种室、接种箱灭菌和对外植体消毒，某同学依次进行了如下操作：

①接种前一天，将接种室的四个角用甲醛溶液和高锰酸钾熏蒸。

②将接种室和接种箱内用紫外灯灭菌。

③接种前，操作者用肥皂清洗双手，擦干，再用酒精棉球擦拭双手。

④接种前1小时，在接种室内用喷雾器喷洒来苏水；桌椅也用来苏水擦拭；接种箱内用甲醛溶液和高锰酸钾熏蒸。

⑤用次氯酸钠溶液将外植体消毒。

你认为合理的操作步骤依次是（　　）

A．①④②③⑤

B．①②④③⑤

C．①④③②⑤

D．①②③④⑤

解析：

选A。

在组织培养过程中，要进行无菌操作，方法的选择既要考虑消毒效果也要考虑材料的耐受力。

无菌操作过程中，要选择适当的消毒灭菌方法，消毒顺序是接种室→接种箱→操作者→外植体。

2．某植物组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重感染，为查找污染原因设计了4个实验，实验条件除图示以外其他均相同。

下列各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是（　　）

A．污染主要是由培养基灭菌时间长短造成的

B．污染主要来源于组织培养所用的离体组织

C．调节培养基pH能解决污染问题

D．调节培养温度能解决污染问题

解析：

选B。

通过4个实验结果可以看出培养基灭菌时间、培养基pH、培养温度对污染率没有太大的影响，由离体组织灭菌时间越长污染率越低可知，污染主要来源于组织培养所用的离体组织。

一、选择题

目前，观赏植物、园艺作物、经济林木等无性繁殖作物等部分或大部分都用离体快速繁殖提供苗木，试管苗已出现在国际市场上并形成产业化。

下列属于植物组织培养技术的是（　　）

A．将幼苗放入营养液中培养

B．将马铃薯块茎种在土中培养

C．将花药放在培养基中培养

D．将γ射线照射过的种子进行播种培养

解析：

选C。

植物组织培养技术是在实验室条件下进行的，利用的原理是植物细胞的全能性，自然状态下的生殖与培养不是组织培养技术。

下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是（　　）

A．玉米种子萌发长成新植株

B．小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞

C．小麦花粉经离体培养发育为单倍体植株

D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株

解析：

选D。

上述各过程均发生了细胞分化，玉米种子萌发长成新植株、小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞均未体现体细胞的全能性，小麦花粉经离体培养发育为单倍体植株体现的是生殖细胞的全能性。

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的卵细胞内

解析：

选C。

植物组织培养需要的条件有：

离体（完整细胞）、一定的营养物质、激素、无菌等其他的外界条件。

植物组织培养的过程是（　　）

①离体的植物器官、组织或细胞　②愈伤组织

③形成根、芽　④脱分化　⑤再分化　⑥植物体

A．①②③④⑤⑥

B．①④②⑤③⑥

C．①③④⑤②⑥

D．①④⑤②③⑥

解析：

选B。

植物组织培养的过程是离体的植物器官、组织或细胞经脱分化形成愈伤组织，再分化形成根、芽，进一步发育成植株。

在植物组织培养中，切取胡萝卜的外植体时一般选择（　　）

A．具有木质部的部分

B．具有韧皮部的部分

C．具有形成层的部分

D．具有髓的部分

解析：

选C。

在植物组织培养中，用具有分裂能力的细胞作为外植体容易成功。

影响植物组织培养的因素包括以下哪些（　　）

A．培养植物

B．培养基组成部分

C．激素和环境因素

D．以上全部

解析：

选D。

不同的植物组织培养的难易程度差别很大，同一种植物，幼嫩的材料容易培养，植物激素的种类、浓度、使用先后顺序、培养基中的营养物质、pH、温度、光照等条件对植物的组织培养都有影响。

菊花的花粉经组织培养可发育成一株幼苗，这一过程不涉及下列哪一项（　　）

A．有丝分裂、细胞分化、组织器官的形成

B．呼吸作用、光合作用、相关激素的调控

C．DNA的复制、转录、蛋白质的生物合成

D．等位基因的分离、非等位基因的自由组合

解析：

选D。

等位基因的分离、非等位基因的自由组合发生在减数第一次分裂的过程中，菊花的花粉经组织培养发育成幼苗的分裂方式中只进行有丝分裂。

下列关于植物组织培养中灭菌操作的叙述，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．操作前操作者的手需酒精消毒

D．培养基需高压蒸汽灭菌

解析：

选B。

植物组织培养需严格的无菌操作，包括：

培养基需高压蒸汽灭菌；操作者的手需酒精消毒；外植体应浸泡在酒精中消毒；整个操作过程在酒精灯火焰旁进行，同时对镊子等器械灼烧灭菌。

用菊花的茎尖组织培养可培育出试管苗。

下面关于这一过程的说法正确的是（　　）

A．进行培养时，一次性加足营养物质以防止污染

B．整个培养过程应在光下进行，有利于长叶

C．要根据培养过程的实际情况，更换培养基

D．整个培养过程都应在密闭条件下进行，以免杂菌的污染

解析：

选C。

一般来说，从接种外植体到出现愈伤组织时，由于培养基中的营养成分已接近耗尽，必须更换培养基。

脱分化培养时不必见光，因为在无光条件下愈伤组织长得更快。

再分化时可见光，试管苗应该进行见光培养。

植物组织培养过程中的再分化是指（　　）

A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新的细胞

B．愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程

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．取下植物的枝芽培育成一株植物的过程

解析：

选B。

再分化指脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官的过程。

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

解析：

选B。

愈伤组织没有发生分化，只是一团薄壁细胞，因此不能进行光合作用。

下列关于植物组织培养的说法中错误的是（　　）

A．植物细胞进行组织培养时需要无机养料

B．植物细胞进行组织培养时不需要有机养料

C．离体的植物组织细胞的脱分化和再分化主要受激素的影响

D．温度、培养基的渗透压等也影响植物组织培养

解析：

选B。

植物组织培养过程中，离体的植物组织和细胞，对营养、环境等条件要求相对特殊，除需要无机养料和生长调节物质外，还需要有机养料，如蔗糖等，并且需要一定的外界条件。

在植物组织培养过程中，生长素和细胞分裂素的使用会影响实验结果。

下列说法正确的是（　　）

A．两种激素用量的比例影响实验结果

B．两种激素使用的先后顺序影响实验结果

C．两种激素使用时的浓度影响实验结果

D．以上说法全部正确

解析：

选D。

生长素用量与细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化，抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。

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；同时使用两种激素，分化频率提高。

在菊花的组织培养操作完成了3～4天后，观察同一温室中的外植体，发现有的瓶内外植体正常生长，有的瓶内外植体死亡，你认为外植体死亡的原因不可能是（　　）

A．培养条件，比如pH、温度等不适宜

B．接种时外植体未消毒

C．接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体

D．将外植体倒插入培养基中

解析：

选A。

一般来讲，进行植物组织培养时，培养条件应是相同的，但接种过程是否严格在无菌条件下进行，外植体是否倒置等因素都会影响外植体的生长。

美国科学家斯图尔德应用植物组织培养技术，将二倍体胡萝卜韧皮部的一些细胞进行离体培养，最终发育成完整的新植株（如图）。

关于这一科学事实，下列叙述中错误的是（　　）

①该实验证明了植物细胞具有全能性

②此种生殖产生的后代有广泛的变异

③韧皮部细胞通过减数分裂增加数目

④此种生殖产生的后代能保持亲本的性状

A．②　　　B．②③

C．②④D．③④

解析：

选B。

植物组织培养是一种无性生殖方式，能保持亲本的性状，不会产生广泛的变异；该过程中细胞分裂方式是有丝分裂。

下列关于影响植物组织培养的因素，说法正确的是（　　）

A．不同植物组织培养的难易程度不同，同一种植物材料培养的难易程度相同

B．植物激素中生长素和细胞分裂素的关系是拮抗作用

C．植物激素中生长素和细胞分裂素的作用是互相独立的

D．pH、温度、光照条件等对植物组织培养也特别重要

解析：

选D。

在植物组织培养中，生长素和细胞分裂素之间的关系是协同，温度、光照条件及pH等对植物组织培养都有影响。

下列关于植物组织培养中植物激素使用的说法中，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。

植物组织培养过程中，植物激素的使用顺序和配比都会影响培养过程，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。

将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是（　　）

解析：

选B。

幼苗虽然没根，但能产生一定的生长素，能生根，故选B。

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培养基中培养，获得了许多完整的植株，最重要的原因是（　　）

A．细胞分裂B．细胞特化

C．细胞分化D．细胞增殖

解析：

选C。

胡萝卜韧皮部细胞属于已分化的植物体细胞，利用韧皮部细胞通过组织培养的方法来获得完整的植株，关键是诱导细胞的脱分化和进行再分化。

关于植物组织培养的接种过程中应注意的事项全部正确的是（　　）

①接种室要消毒

②无菌操作

③接种时可以谈话

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．③④⑤⑥

D．①②⑤⑥

解析：

选D。

在植物组织培养过程中，整个接种过程必须在严格的无菌条件下进行，不能谈话，防止呼吸产生的污染。

接种的外植体放入培养基时应注意从下端插入，而且分布均匀，不能随机放入，以保证必要的营养面积和光照条件。

二、非选择题

科学家将分离得到的成熟的胡萝卜韧皮部细胞进行如下处理，最终由单个细胞发育成了完整的新植株。

请回答下列问题：

（1）科学家所用的这种生物技术叫做________。

该项技术表明，当植物细胞处于________状态时，在一定的营养物质、________和其他外界条件的作用下，可能表现出全能性，发育成完整植株。

（2）图中B过程称为________，通过B过程产生的愈伤组织细胞与根韧皮部细胞形态结构不同，其根本原因是__________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

植物组织培养技术可以将单个的离体植物组织或细胞培养成完整的个体，这说明了离体的植物细胞可以在适宜条件下表现全能性；由离体植物细胞培养成愈伤组织时，需先使细胞脱分化；细胞的形态结构不同，是细胞分化的结果，根本原因在于细胞中的基因执行功能的区别，即基因的选择性表达。

答案：

（1）植物组织培养　离体　植物激素

（2）脱分化　基因的选择性表达

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”）。

解析：

（1）根据植物的需求量，元素可以分为大量元素和微量元素，6BA属于细胞分裂素类的生长调节剂。

（2）根据实验目的和实验结果中的数据，可以看出IAA的浓度是自变量，菊花再生丛芽外植体的比率和外植体上的丛芽平均数是因变量；由图表数据可以看出IAA的浓度范围是0～0.5mg·L－1。

（3）再生丛芽的外植体数乘以外植体上丛芽平均数即为丛芽总数，所以最少的是1号培养基。

（4）诱导试管苗生根需要生长素用量和细胞分裂素用量的比值比较高，所以培养基中不需要加6BA。

答案：

（1）大量元素　微量元素　细胞分裂素

（2）IAA的浓度　菊花再生丛芽外植体的比率和外植体上的丛芽平均数　0～0.5mg·L－1

（3）1　（4）6BA

草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低，品质变差。

运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。

草莓微型繁殖的基本过程如下：

外植体

愈伤组织

芽、根―→植株

请回答：

（1）微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取___