2017_2018学年高中生物第一章无茵操作技术实践第二节植物组织培养技术教案苏教版选修1

第三节　植物组织培养技术
1．简述植物组织培养的原理和过程。(重难点)
2．了解MS基本培养基贮备液的配制方法。(重点)
3．举例说出使用的激素及其对脱分化、再分化的作用。(难点)
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。
[合作探讨]
探讨1：同一株植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成一定相同吗？
提示：不一定相同，如取的是花粉，是通过减数分裂形成的，获得的愈伤组织染色体数是体细胞的一半，所以与体细胞形成的愈伤组织基因组成不同。
探讨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。
探讨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。
[思维升华]
1．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
2.生长素和细胞分裂素使用顺序和比例的比较
(1)使用顺序的比较
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)使用比例的比较
使用的量及比例
实验结果
比例适中
促进愈伤组织的生长
生长素>细胞分裂素
有利于根的形成
生长素<细胞分裂素
有利于芽的形成
1．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．两种激素使用的浓度影响实验结果
D．以上说法全部正确
【解析】　生长素和细胞分裂素的作用不同，其浓度、用量比例、使用先后顺序都会影响细胞的分裂和分化。
【答案】　D
2．下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是(　　)
A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成相同
【解析】　同一株绿色开花植物的不同部位的细胞，其基因组成不一定相同，如花药中的配子，是通过减数分裂形成的，染色体数量减半、基因重组等因素都导致与一般的体细胞中的基因组成不同。
【答案】　D
3．植物细胞表现出全能性的必要条件是(　　)
【导学号：67850014】
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．将成熟叶肉细胞的细胞核移植到去核卵细胞内
【解析】　植物细胞只有脱离母体才能不受母体的影响，而自身又无法制造营养，所以还需要给予适宜的营养以及外界条件，这样植物细胞才能表现出全能性。
【答案】　C
天
竺
葵
的
组
织
培
养
一、组织培养
1．准备
实验器材和药品。
2．配制
配制MS培养基。分别向MS基本培养基中添加所需的植物激素，配制诱导愈伤组织形成的培养基、诱导分化芽的培养基、诱导生根的培养基。将添加植物激素后的培养基搅拌均匀，再次定容并调节pH。
3．灭菌
将培养基于121
℃温度下湿热灭菌20
min。灭菌彻底的培养基用于天竺葵的组织培养。
4．取材与接种
(1)植物组织培养的各项操作均需在无菌室中或超净工作台上进行。
(2)取天竺葵幼嫩的叶，流水冲净后，消毒并切成约0.5
cm2的小块。
(3)接种于已经配制好的诱导愈伤组织形成的培养基上，做好标记放在适宜条件下培养。
5．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。
6．转接培养
将增长至一定体积的愈伤组织转接到诱导分化芽的培养基上，在15～25
℃、光照强度为1_000～2000_lx的光照培养箱内继续培养。分化出幼芽后，再转接至诱导生根的培养基上继续培养。生根后，将试管苗先炼苗，再移栽于大田中。
二、露地栽培
1．一般要经过炼苗驯化的原因
组织培养得到的试管苗植株特点是非常嫩弱，所处的环境是恒温、高湿、弱光、无菌和有完全营养的条件，植株表面没有蜡质和角质层等保护组织，气孔没有关闭功能，有叶绿体但光合能力差。
2．炼苗驯化的步骤
培育壮苗―→洗净琼脂培养基―→选用合适的移植基质―→移栽后的条件控制
[合作探讨]
探讨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。
探讨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。
[思维升华]
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．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。
3．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灭菌锅内进行高压蒸汽灭菌，然后再打开培养瓶进行清洗
1．下列哪组符合天竺葵组织培养的基本步骤(　　)
A．制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培
B．制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→栽培→移栽
C．制备MS培养基→外植体消毒→接种→栽培→培养→移栽
D．制备MS培养基→外植体消毒→接种→移栽→培养→栽培
【解析】　移栽是指将培养基上培养的幼苗长壮后移栽到土壤中，栽培是对移栽后的幼苗进行精细管理培养的过程，应先移栽后栽培。
【答案】　A
2．下图是胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管内的培养基后，在一定的条件下形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题：
(1)要促进植物细胞分裂生长，培养基中应含有营养物质和植物激素，营养物质包括________和小分子有机物；植物激素包括细胞分裂素和________两类。
(2)此过程依据的原理是________________________。A阶段和B阶段细胞进行的分裂方式主要是______，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________。
(3)此过程要无菌操作，主要是指对________进行灭菌。B阶段需要光照，原因是____________________________________________。
(4)试管苗的根细胞中没有叶绿素，而叶的叶肉细胞中具有叶绿素，这是________________的结果。
(5)将胡萝卜韧皮部组织块接种到培养基上时，为防止杂菌污染，应如何操作？________________________。
【解析】　(1)植物组织培养使用的培养基中应含有供植物组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还需有调节细胞发育方向的细胞分裂素和生长素等植物激素。(2)植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础，脱分化和再分化阶段中细胞的增殖方式均为有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗。(3)植物组织培养过程一定要做到无菌操作，包括外植体、培养基、容器、接种工具等均应消毒灭菌，其中培养基的灭菌最为重要；再分化阶段需要光照，因为幼叶中叶绿素的合成需要光照条件。(4)同一植株的所有体细胞所含有的遗传信息相同，但表达不同，故形态、功能存在差异。(5)酒精灯火焰旁温度较高，可有效杀死空气中的细菌。
【答案】　(1)无机物　生长素　(2)植物细胞的全能性　有丝分裂　分化　(3)培养基　芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的形成需要光照条件　(4)基因选择性表达　(5)接种要在酒精灯火焰旁进行
1．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】　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。
【答案】　B
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．①②③④
D．①②③⑤
【解析】　植物组织培养过程受多种外界因素的影响，其中包括温度、光照、pH等，而培养基的成分、外植体的选取和消毒是否严格等也影响植物组织培养。
【答案】　A
3．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(　　)
【导学号：67850015】
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】　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。
【答案】　C
4．如图表示花药培养及单倍体育种的大致过程，据图回答下列问题：
(1)过程①是把幼小的花药分离出来，在无菌条件下放在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脱分化，发生多次细胞分裂，形成________________，此过程进行细胞分裂的方式是____________。
(3)过程③是诱导再分化出芽和根，最后长成植株，长成的植株(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，生产上无推广应用的价值，若要使其结子结果，可在移栽后在幼苗茎尖滴加适宜浓度的B物质，通常用到的B物质是________________。
(4)过程②与过程③所用培养基有差异，主要是______的差异。
【解析】　(1)植物组织培养需要营养物质，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(或去分化)是由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，此过程细胞进行有丝分裂。(3)经过花药培养得到的植株为单倍体，表现为高度不育，对茎尖或花粉用秋水仙素处理，染色体加倍后，则恢复可育性。(4)生长素和细胞分裂素的比值高时，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。
【答案】　(1)水、大量元素、微量元素、蔗糖、琼脂、植物激素、有机物等(任答三种即可)　(2)愈伤组织或胚状体　有丝分裂　(3)单倍体　秋水仙素　(4)植物激素
课堂小结：
网络构建
核心回扣
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：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽―→植物体。　　　　(外植体)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。6.进行组织培养时要配备三种培养基，分别是诱导愈伤组织形成的培养基、诱导生根的培养基和诱导分化芽培养基，期间进行两次转接。