2017-2018年高中生物 第5章 植物的組織培養(yǎng)技術(shù) 第1節(jié) 植物快速繁殖技術(shù)學(xué)案 中圖版選修1

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1、 第一節(jié) 植物快速繁殖技術(shù) 一、植物組織培養(yǎng)簡介 1．理論基礎(chǔ)：植物細胞的全能性。 (1)愈傷組織的特點：細胞是一種高度液泡化的薄壁細胞，呈無定形狀態(tài)，排列疏松而無規(guī)則，具有很強的分生能力。 (2)脫分化：由高度分化的細胞重新恢復(fù)到未分化的狀態(tài)。 (3)再分化：愈傷組織在適當(dāng)?shù)娜斯づ囵B(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)又可以重新分化成芽、根等器官，進而發(fā)育成一棵完整的植株。 3．培養(yǎng)基 (1)成分：除含外植體所需的各種營養(yǎng)物質(zhì)外，還需添加生長素和細胞分裂素兩種植物激素。 (2)類型：據(jù)外植體在不同發(fā)育階段的要求，需配制“脫分化培養(yǎng)基”、“生芽培養(yǎng)基”、“生根培養(yǎng)基”。 4．無菌條件：培養(yǎng)

2、基的滅菌要徹底、外植體的消毒要充分、接種時的無菌操作要嚴(yán)格。 二、月季的快速繁殖程序 1．配制培養(yǎng)基 先將各種營養(yǎng)成分按比例配制成MS培養(yǎng)基母液，再利用母液配制所需的三種培養(yǎng)基。 (1)脫分化培養(yǎng)基：母液中加入質(zhì)量濃度為0.1 mg/L的6－BA和IAA。 (2)生芽培養(yǎng)基：去掉脫分化培養(yǎng)基中的IAA即可。 (3)生根培養(yǎng)基：無機鹽濃度為MS的，另外添加質(zhì)量濃度均為0.1 mg/L的NAA和IAA。 2．外植體消毒 清水洗凈→體積分數(shù)為70%的酒精浸5 s→質(zhì)量分數(shù)為2%的次氯酸鈉溶液中浸泡6 min～10 min→用無菌水清洗至少3次，漂凈消毒液→用無菌濾紙吸干。 3．接種

3、：將已消毒的月季嫩莖接種到脫分化培養(yǎng)基上，使嫩莖的形態(tài)學(xué)下端接觸培養(yǎng)基。 4．培養(yǎng)：接種后的錐形瓶放在恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，將愈傷組織接種到生芽培養(yǎng)基上，每天用日光燈光照12 h，培養(yǎng)10 d左右長出小芽，小芽繼續(xù)長成枝條。待枝條長到3 cm左右時，將它切下后插在生根培養(yǎng)基上誘導(dǎo)生根。 5．馴化試管苗 6．移栽 預(yù)習(xí)完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中 問題1 問題2 問題3 問題4 一、植物組織培養(yǎng) 1．原理——細胞的全能性 (1)原因：生物體的每個細胞都含有本物種生長、發(fā)育、遺傳和變異的全部遺傳信息。 (2)實現(xiàn)全能性的條件

4、：離體狀態(tài)和適宜的環(huán)境條件(如營養(yǎng)物質(zhì)、激素、溫度等)。 2．過程 植物組織(外植體)或細胞愈傷組織 根芽―→植物體 3．培養(yǎng)基 (1)脫分化培養(yǎng)基：生長素與細胞分裂素比例適中。 (2)生芽培養(yǎng)基：生長素與細胞分裂素比例偏低。 (3)生根培養(yǎng)基：生長素與細胞分裂素比例偏高。 二、試管苗的培養(yǎng)過程中應(yīng)注意的問題 1．培養(yǎng)一株完整的試管苗，必須先進行生芽培養(yǎng)，然后進行生根培養(yǎng)，如果順序顛倒，先誘導(dǎo)生根，就不好誘導(dǎo)生芽了。 2．試管苗應(yīng)該進行見光培養(yǎng)。 3．試管苗一般在高濕、弱光、恒溫下異養(yǎng)生長，出瓶后一定要保溫、保濕。 4．試管苗光合作用能力低，在移栽前給予較強光照閉瓶煉苗

5、，以促進小苗向自養(yǎng)轉(zhuǎn)化。 植物組織培養(yǎng)的過程及應(yīng)用 　為提高玉米產(chǎn)量，科學(xué)家在育種和栽培中進行大量實驗研究。下面是科學(xué)家關(guān)于玉米培養(yǎng)的實驗過程，請回答： 玉米種子―→幼苗―→取莖尖①②―→移栽 (1)選取玉米幼苗莖尖進行脫分化處理，是因為莖尖細胞_________________。 (2)①表示________，它能被再次培養(yǎng)成為幼苗的根本原因是___________。 (3)若想制作人工種子，應(yīng)選用________，若利用此項技術(shù)來獲取細胞的代謝產(chǎn)物，培養(yǎng)將進行到________。(填編號) 【審題導(dǎo)析】　解答此題應(yīng)注意：(1)掌握植物組織培養(yǎng)的過程，(2)了解各步驟的

6、注意事項，(3)了解植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用。 【精講精析】　莖尖細胞是具有旺盛分裂能力的細胞，更容易通過培養(yǎng)表達出全能性，同時由于細胞剛剛分裂產(chǎn)生，還沒有被病毒或細菌感染，可以直接培養(yǎng)出無病毒植株。植物組織培養(yǎng)的原理是細胞具有全能性。在人工種子的制作中，必須培養(yǎng)到具有根、芽分化的胚狀體方可進行，而要獲取細胞代謝產(chǎn)物則應(yīng)在愈傷組織階段。 【答案】　(1)分裂旺盛且沒有被病毒或細菌感染 (2)愈傷組織　植物細胞具有全能性 (3)②?、? 植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用 (1)快速繁殖、培養(yǎng)無病毒植株。病毒在植株上的分布是不均勻的，老葉、老的組織和器官中病毒含量高，幼嫩的未成熟的組織和器官中病毒含

7、量較低，莖尖、根尖生長點幾乎不含病毒或病毒較少。 (2)組織培養(yǎng)除了在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用外，目前世界各國都在重視另一個方面，即有用化合物的工業(yè)化生產(chǎn)。有用化合物包括藥物、橡膠、香精油、色素……這些化合物許多都是高等植物的次生代謝物。 (3)制作“人工種子”。所謂“人工種子”，是指以胚狀體為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝的種子。在適宜條件下它能萌發(fā)長成幼苗。 (4)轉(zhuǎn)基因植物的培養(yǎng)也要利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)。 1．利用植物的莖尖或葉片、莖段等，在無菌條件下，培養(yǎng)在玻璃器皿中人工配制的培養(yǎng)基上，使它發(fā)育成完整的植株，這種技術(shù)可以用來培育植物新品種，可以在較短的時間內(nèi)大量繁殖植物，可以防止病毒的侵害。下

8、列關(guān)于這種技術(shù)的敘述，正確的是(　　) ①這種技術(shù)利用了植物細胞的全能性 ②這種技術(shù)叫做組織培養(yǎng)，可以克隆生物體 ③這種技術(shù)屬于細胞工程的應(yīng)用領(lǐng)域之一 ④這種技術(shù)是一種無性繁殖的方式 A．①　　 B．①②③　 C．①②　 D．①②③④ 【答案】　D 植物組織培養(yǎng)的影響因素 　植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中加有激素。下表是培養(yǎng)基中兩種植物激素在不同比例時的實驗結(jié)果。請分析回答：(其中6－BA是一種細胞分裂素，IAA是一種生長素) 實驗組別 1 2 3 4 激素種類及激 素含量關(guān)系 6－BA 6－BA ＞IAA 6－BA ＝IAA 6－BA ＜IAA

9、 結(jié)果 組織塊 產(chǎn)生愈 傷組織 組織塊分 化出芽 愈傷組織 不斷生長 愈傷組 織有生根 趨勢 (1)促進愈傷組織產(chǎn)生的條件是________，愈傷組織生長的條件是________。 (2)芽的分化條件是______，根的分化條件是________。 (3)在植物組織培養(yǎng)中，脫分化可用的激素組合是實驗________和實驗________中的激素含量關(guān)系，再分化時可用的激素組合是實驗________和實驗________中的激素含量關(guān)系。整個實驗表明，植物的生根、發(fā)芽等生命活動是________的結(jié)果。 (4)植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中，除激素外，還必須含有______，

10、它的成分至少應(yīng)該含有______、______等。 (5)判斷愈傷組織的依據(jù)是_____________________________。 【審題導(dǎo)析】　(1)根據(jù)實驗結(jié)果尋找條件，判斷不同組織分化所需的條件。(2)掌握植物組織培養(yǎng)的條件。 【精講精析】　從表中數(shù)據(jù)可以看出，只有靠細胞分裂素和生長素的共同作用及適當(dāng)?shù)谋壤?，才能使組織培養(yǎng)過程順利進行。培養(yǎng)基中必須具備植物激素、無機物(礦質(zhì)元素)、有機物等營養(yǎng)物質(zhì)。而愈傷組織的特點是細胞排列疏松而無規(guī)則，呈無定形狀態(tài)。 【答案】　(1)必須有細胞分裂素　細胞分裂素和生長素含量相等 (2)細胞分裂素的含量大于生長素　生長素的含量大于細胞分

11、裂素 (3)1　3　2　4　多種激素共同作用 (4)營養(yǎng)物質(zhì)　無機物(礦質(zhì)元素)　有機物 (5)細胞排列疏松而無規(guī)則，呈無定形狀態(tài) 生長素和細胞分裂素的使用對分化的影響 使用順序 實驗結(jié)果 先使用生長素，后使用細胞分裂素 有利于細胞分裂，但細胞不分化 先使用細胞分裂素，后使用生長素 細胞既分裂也分化 同時使用 分化頻率提高 生長素量與細胞分裂素量比值高 有利于根的分化 生長素量與細胞分裂素量比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成 生長素量與細胞分裂素量比值適中 促進愈傷組織的生長 2．為了探究6—BA和IAA對某菊花品種莖尖外植體再生叢芽的影響，某研

12、究小組在MS培養(yǎng)基中加入6—BA和IAA，配制成四種培養(yǎng)基(見下表)，滅菌后分別接種數(shù)量相同、生長狀態(tài)一致、消毒后的莖尖外植體，在適宜條件下培養(yǎng)一段時間后，統(tǒng)計再生叢芽外植體的比率(m)，以及再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)(n)，結(jié)果如下表。 回答下列問題： (1)按照植物的需求量，培養(yǎng)基中無機鹽的元素可分為________和________兩類。上述培養(yǎng)基中，6—BA屬于________類生長調(diào)節(jié)劑。 (2)在該實驗中，自變量是______________，因變量是______________，自變量的取值范圍是________________。 (3)從實驗結(jié)果可知，誘導(dǎo)叢芽總數(shù)

13、最少的培養(yǎng)基是________號培養(yǎng)基。 (4)為了誘導(dǎo)該菊花試管苗生根，培養(yǎng)基中一般不加入________(填“6—BA”或“IAA”)。 【解析】　按照植物的需求量，在培養(yǎng)基中加入的無機鹽的元素可分為大量元素和微量元素。6—BA是細胞分裂素類生長調(diào)節(jié)劑，由于該實驗探究的是6—BA和IAA對菊花品種莖尖外植體再生叢芽的影響，而6—BA的濃度在各實驗組中相同，因此實驗的自變量是IAA濃度，取值范圍是0～0.5 mg·L－1，因變量是再生叢芽外植體的比率及再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)，即表中的m和n。再生外植體數(shù)乘以外植體上的叢芽平均數(shù)即為叢芽總數(shù)，計算可知誘導(dǎo)叢芽總數(shù)最少的是1號培養(yǎng)基。在

14、植物組織培養(yǎng)中，生長素用于誘導(dǎo)細胞的分裂和根的分化，細胞分裂素主要促進細胞分裂和分化出不定芽，因此為了誘導(dǎo)生根，培養(yǎng)基中一般不加6—BA(細胞分裂素類生長調(diào)節(jié)劑)而加入IAA(生長素類生長調(diào)節(jié)劑)。 【答案】　(1)大量元素　微量元素　細胞分裂素　(2)IAA濃度　再生叢芽外植體的比率(m)和再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)(n)　0～0.5 mg·L－1 (3)1　(4)6—BA 1．下列實例中能體現(xiàn)細胞全能性的是(　　) ①用懸浮培養(yǎng)的胡蘿卜單個細胞培養(yǎng)成可育的植株 ②植物用種子繁殖后代 ③用煙草組織的單個細胞培養(yǎng)出可育的完整植株 A．①②　　　　　　　 B．①③ C．②③

15、 D．①②③ 【解析】　細胞全能性是指已經(jīng)分化的細胞仍然具有發(fā)育的潛能。其中①和③都是屬于由分化的細胞經(jīng)過培養(yǎng)形成可育的植株，體現(xiàn)了細胞的全能性。植物用種子繁殖后代，實際上就是由一個受精卵，通過細胞的增殖和分化發(fā)育成新個體，所以是由未經(jīng)分化的細胞(受精卵)發(fā)育成新個體的過程，因此不能體現(xiàn)細胞的全能性。 【答案】　B 2．在工業(yè)化大量培養(yǎng)植物試管苗的過程中，一般進行如下操作，則正確的操作順序是(　　) ①誘導(dǎo)形成芽 ②取合適外植體 ③誘導(dǎo)形成愈傷組織 ④誘導(dǎo)形成未分化狀態(tài)的細胞 ⑤誘導(dǎo)形成根 A．②①③④⑤ B．②④③①⑤ C．②③④①⑤ D．②⑤①④③ 【解析】　外

16、植體經(jīng)過誘導(dǎo)脫分化，形成未分化狀態(tài)的細胞，進而形成愈傷組織。再分化的誘導(dǎo)應(yīng)該先誘導(dǎo)生芽，再誘導(dǎo)生根。 【答案】　B 3．如圖所示為胡蘿卜的韌皮部細胞通過無菌操作，接入試管后，在一定的條件下，形成試管苗的培育過程，請據(jù)圖回答下列問題： (1)要促進細胞分裂生長，培養(yǎng)基中應(yīng)有營養(yǎng)物質(zhì)和激素，營養(yǎng)物質(zhì)包括________和小分子有機物；激素包括細胞分裂素和________兩類植物激素。 (2)此過程要無菌操作，主要是指對__________進行滅菌消毒。B階段需要光照，原因是________。 (3)試管苗的根細胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細胞具有葉綠素，這是基因________的結(jié)果。 【解析】此題綜合考查了植物組織培養(yǎng)過程、所需條件等方面的知識。植物組織培養(yǎng)是用離體的植物組織片段或器官接種到經(jīng)消毒滅菌的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基含有供組織細胞生長發(fā)育所需要的無機物和小分子有機物，還有供調(diào)節(jié)細胞分化和再分化的細胞分裂素和生長素。由外植體發(fā)育到試管苗，脫分化階段細胞進行有絲分裂，再分化階段愈傷組織經(jīng)細胞有絲分裂和分化形成試管苗，此階段需要光照，原因是葉中葉綠素的合成需要光照條件。 【答案】　(1)無機物(或礦質(zhì)元素)　生長素　(2)培養(yǎng)基　 葉綠素的形成需要光照條件　(3)選擇性表達 7