课件40张PPT。专题3 植物的组织培养技术
课题1 菊花的组织培养一、植物组织培养
1.原理:
(1)细胞全能性:具有某种生物全套_________的任何一个活细
胞,都具有发育成_________的能力,即每个生物细胞都具有
_______。
(2)细胞分化:在植物的个体发育过程中,细胞在_____、_____
和_________上出现_______差异,形成这些差异的过程叫做细
胞分化。遗传信息完整个体全能性形态结构生理功能稳定性_______脱分化2.植物组织培养的过程:离体的植物组织或细胞 愈伤
组织 根或芽 完整植株
(1)脱分化:又叫去分化,是由_________的植物组织或细胞产生
_________的过程。
(2)再分化:_________继续培养,重新分化成_______等器官的
过程。
(3)愈伤组织的特点:细胞_________而无规则,是一种_______
_____的呈无定形状态的薄壁细胞。_______再分化高度分化愈伤组织愈伤组织根或芽排列疏松高度液泡化3.繁殖方式:植物组织培养属于_________。
4.优点:保持亲本的_________。无性繁殖优良特性二、影响植物组织培养的因素
1.材料选取:
(1)不同的植物组织,培养的难易程度_________。
(2)同一种植物材料,材料的_____、保存时间的_____等也会影
响实验结果。
2.营养成分:
常用的一种培养基是_________,主要成分包括:
(1)大量元素,如___________________。
(2)微量元素,如_____________________________。
(3)有机物,如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素,以及_____等。差别很大年龄长短MS培养基N、P、K、Ca、Mg、SB、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co蔗糖3.植物激素:关键性激素是_______和细胞分裂素,二者的浓度、
使用的_________及用量的比例等都会影响实验结果。
4.环境因素:环境因素是指pH、_____、光照等环境条件。一般
而言,菊花的组织培养所需pH为____左右,温度为___________,
光照条件为每日用日光灯照射12 h。生长素先后顺序温度5.818℃～22℃三、实验操作
1.制备MS固体培养基:
(1)配制各种母液:无机物中_____元素浓缩10倍;_____元素浓
缩100倍;_____类、维生素类以及用量较小的_______一般可按
1 mg/mL的质量浓度单独配制成母液。大量微量激素有机物(2)配制培养基:应加入的物质有琼脂、_____、大量元素、微
量元素、有机物和植物激素的母液,并加_______定容到
______mL,调节pH并分装。在菊花组织培养中,可以不添加
_________,原因是菊花茎段的组织培养比较容易。
(3)灭菌:将分装好的培养基连同其他器械一起进行_________
灭菌。蔗糖蒸馏水1 000植物激素高压蒸汽2.外植体消毒:(氯化汞)70%的酒精3.接种:
(1)前期准备:用体积分数为____的酒精消毒工作台后,点燃酒
精灯。注意所有接种操作都必须在_______旁进行,并且每次使
用器械后,都要用_________灭菌。
(2)接种操作:接种过程中插入外植体时形态学上端朝___,每个
锥形瓶接种_____块外植体。70%酒精灯火焰灼烧上6～84.培养:培养过程应该放在_______中进行,并定期进行_____,
保持适宜的_____和_____。
5.移栽:移栽前应先打开培养瓶的_______,让试管苗在培养间
生长几日,然后用流水清洗根部的培养基。最后将幼苗移植到
消过毒的_____或珍珠岩等环境中生活一段时间,等幼苗长壮后
再移栽到_____中。
6.栽培:将幼苗移栽后,每天观察并记录幼苗的_____情况,适时
浇水、施肥,直至_____。无菌箱消毒温度光照封口膜蛭石土壤生长开花【思考辨析】
1.判断正误
(1)菊花茎段组织培养时不必添加植物激素。( )
(2)植物组织培养过程中无需从外部供糖。( )
【分析】由于幼小的外植体不能进行光合作用产生有机
物,需从MS培养基中吸收少量有机物,所以MS培养基中须含有
少量的糖类有机物。√×(3)植物组织培养时菊花茎段的任意端插入培养基都可以。
( )
【分析】菊花茎段插入培养基中时,应将其形态学的下端插入
培养基中,因为在茎段中生长素、有机物都是由形态学的上端
向下端运输。
(4)实验室一般使用4℃保存的配制好的培养基母液制备MS培养
基。( )×√2.问题思考
(1)在植物体内细胞不表现出全能性,而是分化为不同的组织、器官的原因是什么?
提示：植物细胞全能性表达的条件之一是离体状态,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,但不能表达出全能性。
(2)为什么选取菊花茎尖分生区作为外植体进行离体培养?
提示：分生区细胞分裂旺盛,生长状况好,容易诱导脱分化和再分化。 一、植物组织培养的理解
1.理论基础:细胞的全能性。
2.细胞具有全能性的原因:所有体细胞均来自受精卵的有丝分裂,都具有和受精卵相同的一整套遗传基因。
3.植物体细胞表现出全能性的条件:脱离原来所在植物体(离体培养)、营养供给、激素控制、无菌条件、适宜的温度、pH和光照等外界条件。 4.植物组织培养的过程:
(1)植物组织培养的一般过程分析:(2)根尖分生组织和愈伤组织的异同:5.植物激素在组织培养过程中的重要作用:
(1)在配制好的MS培养基中,常常需要添加植物激素。植物激素中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。(2)激素使用的先后顺序及其用量的比例对细胞分裂和分化的影响。
①激素使用的先后顺序产生的影响:②激素用量比例产生的影响: 【思维拓展】(1)细胞全能性大小的比较:受精卵>生殖细胞>体细胞;幼嫩组织细胞>成熟组织细胞;分化程度低的细胞>分化程度高的细胞。
(2)脱分化的结果形成了愈伤组织,愈伤组织细胞的分化程度降低了,但全能性提高了。 【典例训练1】如图是基因型为AaBb的菊花茎尖离体培养示意图,据图回答下列问题:(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。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12 h,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【互动探究】
(1)上题中对外植体需要做什么处理?原因是什么?
提示：消毒。外植体体积小,抗逆性差,容易被杂菌感染。
(2)上题图示中的愈伤组织有何特点?
提示：A为愈伤组织,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。二、无菌操作的分析
1.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。2.污染原因与处理:【典例训练2】(2013·宜春高二检测)某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染,为查找污染原因设计了四个实验,实验条件除图示外其他均相同。下列各图表示实验结果,据图不能得出的初步结论是( )A.污染主要不是培养基灭菌时间短造成的
B.污染不可能来源于组织培养所用的离体组织
C.调节培养基pH不能解决污染问题
D.调节培养温度不能解决污染问题【解题关键】解答本题应注意以下关键点:
(1)注意不同因素对植物组织培养的影响,如温度、培养基pH、灭菌时间等。
(2)理解坐标图:
①关注横坐标(影响因素)与纵坐标(污染率);
②理解曲线图走势,并联系相关选项作出正确的判断。【解析】选B。本题主要考查图文转换能力。A、C、D图解所示的信息是随培养基灭菌时间、培养基pH和培养温度的增加,污染率在90%上下波动,说明污染源不是这三方面的原因;而B图解中随外植体消毒时间的延长,污染率急剧下降,因而,该曲线表明组织培养所用的离体组织是污染的主要原因。【变式训练】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.①②③④⑥ D.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。课件35张PPT。课题2 月季的花药培养一、被子植物的花粉发育
1.花粉的概念:由___________经过_____分裂形成的_______的
生殖细胞。花粉母细胞减数单倍体2.花粉发育的基本过程:减数四分体单倍体居中原生质中央靠边有丝双核生殖细胞有丝花粉管细胞精子二、产生花粉植株的两种途径
1.两种途径:
2.形成原因:主要取决于培养基中_____的种类及其_________。脱分化再分化生根激素浓度配比三、影响花药培养的因素
1.主要因素:
(1)材料的选择:
①不同植物的诱导成功率_________。
②就同一种植物来说,花期早期的花药比_____的更容易产生花
粉植株。
③一般来说,在单核期,细胞核由_____移向细胞一侧的时期,花
药培养成功率最高。
(2)_______的组成。 很不相同后期中央培养基2.其他因素:
(1)亲本植株的_________。
(2)_________________、接种密度等。生长条件材料的低温预处理四、实验操作
1.材料的选取:
(1)花药的选择:一般通过_____来确定其中的花粉是否处于适
宜的发育期。
(2)镜检醋酸洋红法2.材料的消毒:通常先将花蕾用体积分数为__________浸泡大
约30 s,立即取出,在无菌水中清洗。取出后再用无菌吸水纸吸
干花蕾表面的水分,放入质量分数为0.1%的_______溶液中
2 min～4 min(也可用质量分数为1%的_________溶液或饱和漂
白粉溶液),取出后再用无菌水冲洗3次～5次。70%的酒精氯化汞次氯酸钙3.接种和培养:
(1)接种要求:在无菌条件下除去_____和_____,并立即将花药
接种到培养基上。
(2)培养过程:温度在___℃左右且无需光照情况下培养_____
_______,长出_________或释放出_______后及时将其转移到分
化培养基上,幼苗形成后需要_____。
(3)鉴定和筛选:在花药培养中,特别是通过愈伤组织形成的花
粉植株,_________的数目常常会发生变化,因此还需要对培养
出来的植株作进一步的鉴定和筛选。 萼片花瓣2520天～30天愈伤组织胚状体光照染色体组【思考辨析】
1.判断正误
(1)月季花粉是由花粉母细胞经过减数分裂形成的单倍体生
殖细胞。( )
(2)花粉在发育过程中,核先位于细胞一侧,再移到细胞中央。
( )
【分析】花粉发育过程中,在四分体时期,4个单倍体细胞连
在一起,进入单核期时,四分体的4个单倍体细胞彼此分离称
为单核期。随着细胞不断长大,细胞核由中央移向细胞一侧
称为单核靠边期。√×(3)花粉经脱分化形成胚状体,分化出根,然后诱导生芽。( )
【分析】花粉经脱分化形成胚状体,分化出丛芽,然后诱导生根。
(4)选择适宜的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素。
( )×√2.问题思考
(1)被子植物花粉发育的“四分体时期”与高等动物细胞减数分裂过程中的“四分体时期”是否完全相同?
提示：被子植物的花粉母细胞经减数分裂形成4个小孢子,这4个单倍体细胞连在一起称四分体时期;高等动物精子、卵细胞形成过程中在减数第一次分裂的前期,同源染色体联会形成四分体,每个四分体内含有4条染色单体。(2)花粉植株弱小且高度不育,因此它在作物育种方面就没有可利用的价值吗?
提示：尽管花粉植株弱小且高度不育,但可以利用其进行单倍体育种,能够明显缩短育种年限。一、花药培养与单倍体育种
1.花药培养过程:
(1)过程:
材料的选取:选单核期花粉,常用醋酸洋红法和焙花青-铬矾法
镜检
材料的消毒:用体积分数为70%的酒精和质量分数为0.1%的氯化
汞溶液消毒
接种和培养:形成幼苗前不需要光照,形成幼苗后需要光照 (2)流程解读:
①进行组织培养时要配备三种培养基,期间进行两次转接。
a.脱分化培养基:生长素与细胞分裂素比例适中,促进愈伤组织的形成;
b.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;
c.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。
②若培养的外植体含有叶绿体,则培养过程中要提供充足光照,让其自养;若培养的组织或细胞不含叶绿体,则培养过程中不进行光照,以免光线对其造成损伤。2.单倍体育种的过程:
(1)在花药培养的基础上,用秋水仙素继续处理单倍体幼苗。
(2)染色体加倍,重新恢复为二倍体。因为此二倍体是由单倍体的染色体本身加倍而来的,所以是纯合子,不会发生性状分离。详见下图:3.比较:尽管花药离体培养是单倍体育种的首要环节,但二者的步骤和结果是不同的。一定注意看清楚是培养过程还是育种过程,花药离体培养只涉及上图图解中的①②③④,而单倍体育种则包括①②③④⑤。【易错提醒】(1)经花药离体培养得到的植株并非全为高度不育的单倍体植株,因为花药壁细胞为体细胞。
(2)花药离体培养得到的往往是高度不育的单倍体植株,单倍体育种是将花药离体培养得到的高度不育的单倍体植株进行染色体加倍得到可育的植株。【典例训练1】基因型为AaBb的水稻(含24条染色体)的花药通过无菌操作接种到试管后,在一定条件下形成试管苗,则:(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)要促进花粉细胞的分裂和生长,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 。【解题关键】解答本题需要明确以下两点:
(1)掌握植物组织培养的基础知识,如原理、操作条件等。
(2)植物组织培养实验过程分析:
①植物激素的比例;②生物体基因型的变化。 【解析】(1)愈伤组织在形成过程中,自身不能制造有机物,因此需不断地从培养基中吸取无机物(水、无机盐)、有机物(糖类、维生素)等营养物质。
(2)植物激素的种类很多,要促进花粉细胞的分裂和生长,培养基中应有细胞分裂素和生长素两类激素。
(3)试管苗属于单倍体植株,属于自养型生物,需要通过光照进行光合作用。(4)水稻的基因型为AaBb(二倍体),其体细胞中含有24条染色体,则单倍体细胞中含有12条染色体,12个DNA分子。每个DNA分子由2条平行的脱氧核糖核苷酸链盘旋而成,所以试管苗的细胞核中含有24条脱氧核糖核苷酸链。
(5)基因型为AaBb的水稻产生配子时,依据基因自由组合定律可知,配子的基因型为AB、aB、Ab、ab。答案：(1)水、无机盐、维生素和小分子有机物
(2)细胞分裂素 生长素 (3)叶绿体
(4)24 (5)AB、aB、Ab、ab【互动探究】
(1)上题中得到的试管苗是否可育?为什么?
提示：不育。因为得到的都是单倍体植株,细胞内不含成对的同源染色体,不能产生正常的生殖细胞。
(2)影响上述操作是否成功的主要因素是什么?
提示：花药的选择和培养基的组成。二、花药培养与植物组织培养的比较【思维拓展】(1)花药的全能性高于植物组织。
(2)植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差,对培养条件要求较高,一旦被微生物污染就会导致实验失败。【典例训练2】植物组织培养和花药离体培养都是在实验室条
件下快速得到大量幼苗的两种方法。下列关于二者的比较中,
错误的是( )
A.植物组织培养和花药离体培养的理论前提都是细胞具有全能性
B.花药能诱导为单倍体植株的原因是花药细胞中含有本物种的
全部遗传信息,尽管遗传物质是体细胞的一半,但仍具有全能性
C.植物组织培养获得的试管苗必须经过移栽炼苗后,才能移到
大田栽培,而花药离体培养不需要
D.植物组织培养中若发生突变,则其后代可表现出突变性状,但
是花药离体培养中的突变,一定表现相应突变性状【解题关键】组织培养的理论依据是细胞的全能性,原因是细胞中含有完成个体发育所需的全部遗传信息。 【解析】选C。花药离体培养和植物组织培养的理论依据都是细胞的全能性,尽管花药细胞中遗传物质是体细胞的一半,但仍含有本物种生长发育所需的全部基因(或遗传信息),因此仍具有全能性。在组织培养过程中,若发生隐性的基因突变,由于基因成对存在,所以后代不一定表现其突变性状,但仍能保持亲代的性状;而花药中的基因单个存在,若有突变,性状就发生变化。两种方法所得到的试管苗,都必须通过移栽炼苗后才可进行大田栽培。【变式训练】某名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离,为了防止性状分离并快速繁殖,可以利用该植物的一部分器官或组织进行培育,发育成完整植株。进行组织培养时不应采用该植株的( )
A.茎尖 B.子房壁 C.叶片 D.花粉粒
【解析】选D。花粉粒是由花粉母细胞经减数分裂形成的。由于基因重组,细胞内的遗传物质与亲本相比发生了很大变化,所以繁殖名贵花卉时,为了防止性状分离,既不能用种子繁殖,也不能用花粉粒进行组织培养。
