高中生物选修一3.1《菊花的组织培养》人教版(56张PPT)

(共56张PPT)
预习问题
1、细胞分化的概念、特点？
2、什么是愈伤组织？
3、什么是植物细胞的脱分化、再分化？
4、细胞全能性的概念、原因、表现条件、大小差异及应用？
细胞分化及其特点
细胞的全能性
细胞分裂
细胞分化
增加细胞的数目
改变细胞的形态、结构、功能
细胞分化
概念：
在个体发育中，相同细胞的后代在形态、结构、生理功能上发生稳定性差异的过程。
结果：
形成不同的细胞和组织
原因：
基因的选择性表达
特点：
（1）持久性：是一种持久性的变化，它发生在生物体的整个生命过程中。
（2）稳定性：细胞分化是稳定的，遗传物质不变。
（3）不可逆性：分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。
思考：
已经高度分化的细胞能不能再分化形成完整个体呢？
资料：
1958年，美国科学家斯图尔德取胡萝卜韧皮部的一些细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，结果这些细胞旺盛地分裂和生长，形成一个细胞团块，继而分化出根、茎和叶，移栽到花盆后，长成了一株新的植株。
证明：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，这就是细胞的全能性。
——指植物的组织、器官、细胞等在离体条件下，通过无菌操作，在人工控制条件下（一定的营养物质、激素、温度等其他外界条件）进行培养以获得再生的完整植株的技术。
这种繁殖方式属于无性繁殖还是有性繁殖？
课题1
菊花的组织培养
课题目标：
1、植物组织培养的原理
2、植物组织培养的基本过程和必要条件
3、影响植物组织培养的因素
4、具体的实验操作过程及注意事项
5、结果分析与评价
一、植物组织培养的原理
原理——植物细胞具有全能性
概念：
已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
原因：
生物体的每一个细胞都是由同一个受精卵通过有丝分裂形成的，都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。
课题目标：
1、植物组织培养的原理
2、植物组织培养的基本过程和必要条件
3、影响植物组织培养的因素
4、具体的实验操作过程及注意事项
5、结果分析与评价
植物组织培养的基本过程
脱分化
再分化
植物组织
愈伤组织
长出丛芽
生根
移栽成活
相关概念：
从活植物体上切下用于培养的那部分器官、组织或细胞。
外植体：
由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。
脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
外植体在培养过程中，通过细胞分裂所产生的、排列疏松无规则、高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞群。
脱分化：
再分化：
愈伤组织：
人参的愈伤组织
菠萝的愈伤组织
植物组织培养的必要条件：
（1）离体
（2）一定的营养物质、激素和其他外界条件
在生物体内，细胞为什么不能表现出全能性？
课题目标：
1、植物组织培养的原理
2、植物组织培养的基本过程和必要条件
3、影响植物组织培养的因素
4、具体的实验操作过程及注意事项
5、结果分析与评价
三、影响植物组织培养的因素
1、植物材料的选择
（1）不同的植物材料，培养的难易程度差别很大。
例如：烟草和胡萝卜的组织培养较为容易，而枸杞愈伤组织的芽诱导比较难。
（2）同种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。
一般来说，容易进行无性生殖的植物容易培养。
一般来说，幼龄、保存时间短的植物更容易培养。
菊花的组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。
2、培养基的营养成分
常用的一种培养基是MS培养基。
主要成分
无机物
大量元素：N、P、
S、Ｋ、Ca
、Mg
微量元素：B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co等
有机物：
甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等
思考：你能说出该培养基各成分提供的什么营养物质吗？
主要成分
无机物
大量元素：N、P、Ｋ、Ca
、Mg、S
微量元素：B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co等
有机物：
甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等
无机盐
碳源
特殊的营养物质
维持细胞的渗透压
讨论：你能说出各种营养物质的作用吗？
答：微量元素和大量元素：
蔗糖：
甘氨酸、维生素等：
提供植物细胞生活所必需的无机盐
提供碳源，同时能够维持细胞的渗透压
满足离体植物细胞特殊营养需求
微生物培养基:
MS培养基:
同专题2中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？
以有机营养为主
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。
请回答：
在MS培养基配制好之后，常常需要加入_____________
植物激素
C.蔗糖：离体组织赖以生存的重要营养成分。
用蔗糖的原因：
1.同样做碳源和能源，蔗糖较葡萄糖能更好的维持培养基内的低渗环境，若用葡萄糖，可能会使细胞失水。同时植物细胞吸收蔗糖的速率要明显慢于葡萄糖，所以蔗糖形成的渗透压可以较长时间保持相对稳定。
2.防污染：葡萄糖是微生物最合适的碳源，而较少利用蔗糖，所以可一定程度上减少微生物污染。
3.从能源角度讲，相同质量浓度下蔗糖比葡萄糖供能多。
高等植物是光能自养型生物，为什么在植物组织培养过程中还需要提供有机物培养基？
此时的组织或细胞为离体的，即细胞所生活的环境为液体有机物营养环境，而不是能体现其整个植物体的光能自养
D.维生素：在植物细胞中主要以各种辅酶的形式参与多种代谢活动，对生长分化等有很好的促进作用。尽管植物自身能合成所必需的维生素，但数量不足，需要额外添加。如烟酸，肌醇等。
E.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。
思考：同专题2中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？
MS培养基
牛肉膏蛋白胨培养基
无机物
有机物
微生物培养基以有机营养为主。植物组织培养MS培养基则以无机营养为主。
3、植物激素
与植物组织培养相关的两种主要激素：生长素和细胞分裂素。它们是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。
1）促进扦插的枝条生根。
2）促进果实发育。
3）防止落花落果。
促进细胞分裂
协同作用
回忆：
生长素的作用：
细胞分裂素的作用：
两者关系：
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，但不利分化
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
分化频率高
资料一：两种激素的使用顺序对结果的影响
结论：不同的使用顺序会导致不同的结果。
资料二：两种激素的用量对结果的影响
用量
实验结果
生长素＞细胞分裂素
促根分化，抑芽形成
生长素＜细胞分裂素
促芽分化，抑根形成
生长素≈细胞分裂素
促进愈伤组织生长
结论：不同的用量会导致不同的结果。
要促进愈伤组织形成，需生长素≈细胞分裂素
要促进根的形成，需生长素＞细胞分裂素
要促进芽的形成，需生长素＜细胞分裂素
激素配比和使用顺序对组织培养的影响
高
利于芽的分化，抑制根的形成
细胞分裂素/生长素
适中
促进愈伤组织形成
低
利于根的分化，抑制芽的形成
高利芽低利根中愈伤
思考：以下培养基出现的现象反应了什么问题？
生长素＞细胞分裂素
生长素＜细胞分裂素
4、pH、温度、光照等条件
菊花的组织培养：pH：5.8左右
温度：18－22℃
光照：每日12h
影响植物组织培养的因素
植物材料的选择
培养基
植物激素
pH、温度、光照等条件
植物组织培养过程
离体组织或细胞
植物体
脱分化
生长素≈细胞分裂素
愈伤组织
芽
根
生长素<
细胞分裂素
生长素>细胞分裂素
再分化
不需要光
需要光
脱分化培养阶段：由于光会阻碍组织的脱分化，所以脱分化培养阶段应避光培养，在无光的条件下愈伤组织长得更快。脱分化培养阶段一般为2周，然后必须更换培养基进行培养，因为2周后培养基中的营养成分已接近耗尽。
?????
?愈伤组织的形成需要避光培养。?有光时愈伤组织的形成变慢的原因：?
植物细胞在光照条件下会自发进行光合作用，这样的同时还要完成修复，所以比较慢。光合作用结果是生成糖类，但其过程中必然需要分流出一部分物质和能量参与进去，从而使完成修复过程的物质和能量的总量减少，因而变慢。
??????再分化培养阶段：将良好的愈伤组织转接至分化培养基上进行再分化培养。这时应见光，愈伤组织见光后，颜色可以转为绿色。
课题目标：
1、植物组织培养的原理
2、植物组织培养的基本过程和必要条件
3、影响植物组织培养的因素
4、具体的实验操作过程及注意事项
5、结果分析与评价
四、实验操作
制备MS固体培养基
外植体消毒
接种
培养
栽培
移栽
实验流程：
1、制备MS固体培养基
MS培养基包括20多种营养成分，实验室一般使用4℃保存配制好的培养基母液来制备。
1）配制各种母液
①无机物：大量元素浓缩10倍，
微量元素浓缩100倍，
常温保存
②有机物：激素类、维生素类以及用量较小的有机物一般可按1mg/ml的质量浓度单独配制成母液
③用母液配制培养基时，需要根据各种母液的浓缩倍数，计算用量
2）配制培养基
分装到锥形瓶中，每瓶分装50ml或100ml。
①
配制培养基
②
调PH
③
分装
注意：由于菊花的茎段的组织培养比较容易，因此不必添加植物激素。
琼脂融化
蔗糖
无机物、有机物的母液
蒸馏水
+
+
+
3）灭菌
分装好的培养基连同其他器械一起进行高压蒸汽灭菌。
1）选材：选取菊花茎段时，要取生长旺盛的嫩枝
2、外植体消毒
2）消毒：
①流水冲洗
②酒精处理
③消毒液处理
流水冲洗
+
洗衣粉刷洗
流水冲洗20min左右
+
无菌吸水纸吸干
70%酒精中2~3次，6~7s
无菌水清洗
+
+
无菌吸水纸吸干
0.1%氯化汞中1~2min
无菌水清洗至少3次
+
+
3、接种
空气消毒——70％的酒精喷雾
工作台——70％的酒精擦拭
1）接种室消毒
2）无菌操作要求
①所有接种操作都必须在酒精灯火焰旁进行。
②每次使用器械后，都需要用火焰灼烧灭菌。
3）材料的切取和接种
将装有培养基的锥形瓶整齐地排列在酒精灯左侧。将消过毒的菊花茎段在无菌培养皿中切成小段（长约0.5-1cm）。左手持锥形瓶，右手拉开捆扎锥形瓶的绳子，并将封口膜攥在右手手心，以避免封口膜接触瓶口的一面被污染。左手持瓶，使瓶口旋转通过火焰，右手用镊子夹取菊花茎段，放入培养基中。插入时应注意不要倒插。每瓶接种6－8块外植体。接种后，将封口膜重新扎好。
4、接种注意事项
①每接种一块外植体前，镊子需放入体积分数为75％的酒精溶液中消毒一次，然后在酒精灯火焰上烧一遍，冷却后再接种.
②外植体在培养基中要分布均匀，放置外植体数量根据锥形瓶的大小确定，一般胡萝卜3－4块，菊的茎或叶6－8块，也不要太少，以充分利用培养基中的营养成分和光照条件.
③插入时应注意方向，不要倒插。茎段、茎尖基部插入培养基利于吸收水分和养分.
思考：你打算做几组重复？你打算设置对照实验吗？
每种材料或配方至少要做一组以上的重复。设置对照实验可以取用一个未接种的装有培养基的锥形瓶，与实验组一同培养，以检测培养基是否制作合格，有无被杂菌污染。
4、培养
接种后的锥形瓶最好放在无菌箱中培养，培养期间应定期消毒。培养温度控制在18-22℃，并且每日用日光灯光照12h。
5、移栽
移栽生根的菊花试管苗之前，应先打开培养瓶的封口膜，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，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境下生活一段时间，等幼苗长壮后，移栽到土壤中。
幼苗移栽后，每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
6、栽培
1、外植体带菌
2、培养基及接种器具灭菌不彻底
3、接种操作时带入
4、环境不清洁
思考：在整个操作过程中都要确保无菌，想一想哪些因素可能带入杂菌？
1.接种室、工作台
2.培养基的灭菌
3.外植体的消毒
4.接种的无菌操作
5.无菌箱中的培养
6.移栽到消过毒的环境中生存一段时间。
思考：在整个操作过程中，应如何实现无菌环境呢？
——高压蒸汽灭菌
——酒精、氯化汞
——酒精、酒精灯灼烧
——酒精
课题目标：
1、植物组织培养的原理
2、植物组织培养的基本过程和必要条件
3、影响植物组织培养的因素
4、具体的实验操作过程及注意事项
5、结果分析与评价
（一）对接种操作中污染情况的分析
（二）是否完成了对植物组织的脱分化和再分化
（三）是否进行了统计、对照与记录
（四）生根苗的移栽是否合格
五、结果分析与评价
思考：下面的示意图中还有什么地方不够完善的？
　　没有进行灭菌处理，试管也没有做密封等。
六、课题延伸
一般来说，容易进行无性繁殖的植物，也容易进行组织培养。
实例：芦荟、豆瓣绿、秋海棠、月季
　　同常规的无性繁殖方法相比，组织培养主要具有以下优点：
（1）繁殖快速。
采用常规的方法如分株法，一棵花卉一年一般只能生产几株或几十株，但用组织培养的方法则每年可以繁殖出几万甚至数百万的小植株。
（2）周年生产。
花卉组织培养快速繁殖是在实验室中进行，因条件可控，所以不受季节限制，可以全年进行连续生产。而常规的无性繁殖则受季节限制，只能在花卉生长季节进行繁殖。
（3）经济效益高。
花卉组织培养快速繁殖所需要的空间小，在一个200平方米的培养室内一年可生产试管苗上百万株。如按每株1元计算，每年产值上百万元。
（4）以组织培养繁殖的种苗与母株有著相同的遗传基因。所以使用这项技术可让优良的品种不断地延续。
组织培养优点
应用领域
1、快速繁殖
运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株。例如一株兰花一年繁殖到400万株。
　　2、培育无病毒植株
为了保留某些植物的优良性状而长期采用无性繁殖，但是经过长期的无性繁殖会在植物体内积累大量的病毒，但是在根尖和茎尖的分生区却不存在病毒，所以可以采用这些区域的细胞作为组培的材料，既保留了优良性状，又剔除了病毒。
应用领域
3、人工种子：用植物组织培养的方法,诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构,包裹上人造种皮,制成人工种子,可以解决有些作物品种繁殖能力差,结子困难或发芽率低等问题.
　　4、生物制品:
通过大规模的植物细胞培养来生产药物,食品添加剂,香料,色素和杀虫剂等.例如,从大量培养的紫草愈伤组织中提取的紫草素,是制造治疗烫伤和割伤的药物以及染料和化妆品的原料.
5.转基因植物的培育,也要用到植物组织培养的方法.
无性繁殖是指不经生殖细胞结合的受精过程，由母体的一部分直接产生子代的繁殖方法。
包括扦插、嫁接、压条等等。
由亲本产生的有性生殖细胞，经过两性生殖细胞(例如精子和卵细胞)的结合，成为受精卵，再由受精卵发育成为新的个体的生殖方式
。
无性繁殖
有性繁殖
本课题内容小结
菊花组织培养
基础知识
实验操作
植物体的组织培养
影响组织培养的因素
细胞分化
细胞全能性
组织培养过程
营养
激素
环境条件
MS固体培养基制备
外植体消毒
接种
培养
移栽
栽培
练习（课本P36）
1.答：植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，对培养条件的要求较高。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、真菌等的生长。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.答：外植体的生理状态是成功进行组织培养的重要条件之一。生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化。