北师大版选修一 第4章 第13课时 植物的组织培养 学案.docx

第13课时植物的组织培养学习导航1.阅读教材p68、p72内容，了解植物组织培养的基本过程、影响因素和在生产实践中的应用。2.结合教材p6871内容，尝试胡萝卜的组织培养。重难点击1.理解植物激素对脱分化和再分化过程的影响。2.归纳ms培养基的配制方法，并设计表格比较微生物培养基与ms培养基的配方的异同。一、植物组织培养的基本过程和影响因素我们在必修一中已经学习过一些植物组织培养的知识，请结合探究内容，掌握组织培养的过程。1.原理理论基础：细胞的全能性。(1)概念：已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。(2)原因：具有该种生物全套遗传信息。2.植物组织培养的过程植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，最终诱导产生愈伤组织、丛芽或完整植株的技术。上图中：(1)b是愈伤组织，其特点是：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。(2)a过程是脱分化，是指由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，又叫去分化。(3)c过程是再分化，是指愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程。(4)植物组织培养的过程反映了植物细胞的全能性，证明分化的植物细胞仍具有形成完整植株所需要的全部基因。 3.植物组织培养的影响因素(1)培养基：植物组织培养中常用的基本培养基有ms培养基、怀特培养基、n6培养基等。其中n6培养基常用于植物花药的组织培养。(2)植物生长调节剂对植物组织培养的影响植物生长调节剂的作用类别植物生长调节剂作用生长素类iaa(吲哚乙酸)、iba、naa诱导生根，促进茎的增长2,4d诱导植物愈伤组织，抑制植物形态的发生细胞分裂素类6ba诱导愈伤组织分化出丛芽kt和玉米素刺激培养物的细胞加速分裂，加快培养物的生长速度赤霉素类ag3刺激培养细胞的伸长植物激素用量比例的影响生长素/细胞分裂素比值与结果比值高时诱导植物组织脱分化和根原基的形成比值低时诱导植物组织再分化和芽原基的形成比值适中促进愈伤组织生长(3)其他因素的影响：ph、温度、光照等条件也对植物组织培养有重要的影响。1.植物组织培养的理论基础(1)为什么高度分化的植物细胞还具有全能性？答案因为高度分化的植物细胞中含有该物种的全套遗传物质。(2)高度分化的植物细胞发育成完整的植株需要哪些条件？答案离体条件；充足的营养条件；恰当的激素种类及浓度配比；适宜的环境条件；无菌条件。2.植物组织培养的一般过程分析(1)你认为植物组织培养的核心环节是什么？答案植物组织培养的核心环节为脱分化和再分化。(2)你认为菊花的组织培养的再分化应先诱导生芽还是先诱导生根？答案应先诱导生芽，再诱导生根。(3)植物组织培养的实验操作主要有哪几个步骤？答案主要有6个步骤：制备ms固体培养基；外植体消毒；接种；培养；移栽；栽培。(4)在配制培养基的过程中，ph的调节是在分瓶前还是分瓶后？答案在分瓶前调节ph。3.植物组织培养中应尽量选择什么样的材料？为什么？答案应尽量选择幼嫩的植物组织或器官。因为植物组织或器官年龄越小，分化程度越低，组织培养的成功率就越高。归纳总结植物组织培养的过程分析过程主要变化特点脱分化由外植体形成愈伤组织由高度分化的细胞恢复为具有分裂能力的细胞再分化由愈伤组织形成根、芽等器官重新分化出不同的组织、器官生长发育成完整植物体包括营养生长和生殖生长1.关于植物组织培养技术的叙述正确的是()a.用于培养的材料不一定需要离体b.植物可通过光合作用合成有机物，培养基中不需要加入含碳有机物c.愈伤组织可制造成人工种子d.脱分化和再分化都需要培养基中生长素和细胞分裂素刺激、诱导答案d解析用于培养的材料一定需要离体，否则基因选择性表达会形成组织和器官，a项错误；植物组织培养基中需加入含碳有机物，提供碳源和能源，而完整植株才能进行光合作用，b项错误；胚状体可制成人工种子，c项错误；不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同，可诱导培养物进行分裂和分化，d项正确。2.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为_。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；有机物以及蔗糖等。在试管苗形成过程中要每日给予光照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，同时杂菌还会侵染植株，使之受到伤害。(4)由于植物组织培养过程中细胞进行有丝分裂，所以培养成的试管苗的基因型为aabb。特别提醒植物组织培养的两点误区警示(1)细胞全能性表达的理解细胞全能性的表达是由单个细胞发育成完整个体，发育的终点是完整个体，若发育为某个器官或组织不属于细胞全能性的表达。细胞全能性的大小是自然条件下的，在适宜外界条件下，植物的体细胞培养比生殖细胞的培养更容易。(2)对愈伤组织特点的理解：愈伤组织的细胞是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞，具有旺盛的分裂能力，无中央大液泡。二、胡萝卜的组织培养下面我们以胡萝卜的肉质茎为材料，体验植物组织培养的基本过程和方法。1.配制培养基(1)配制ms培养基预先配制成储备液，储存在4 的冰箱中备用。储备液一般包括10倍的大量元素、100倍的微量元素、100倍的有机成分、100倍的fe盐和0.1 mg/ml的生长激素。蔗糖的用量大多为3%，琼脂用量一般为0.5%1.0%。取少量蒸馏水，按比例加入各种母液和药剂。用0.1mol/l的naoh或hcl调整ph到5.8，定容到设计的最终体积。加入琼脂，加热溶解后分装到试管或锥形瓶中。121高压灭菌20 min。(2)以ms基本培养基为基础配制所需各种培养基诱导培养基(ms培养基1.0 mg/l 2,4d)。继代培养基(ms培养基0.5 mg/l 2,4d)。分化培养基(不添加植物生长调节剂)。生根培养基(1/2ms培养基0.5 mg/l iba)。2.获取培养用胡萝卜组织块(1)将胡萝卜的根用洗涤剂充分洗净，切段。(2)在超净工作台上将胡萝卜段用体积分数为70%的酒精消毒30 s后，立即用无菌水冲洗23次。再用体积分数为20%的次氯酸钠溶液浸泡30 min后，立即用无菌水清洗23次。(3)用无菌的滤纸吸去表面水分，选取有形成层的部位将胡萝卜段切成2_mm2_mm2_mm左右的小块。3.接种培养(1)将组织块接种到无菌的诱导培养基上，封紧瓶口，标记。23 26 恒温避光培养，定期观察记录，计算出愈率。30 d左右后，将愈伤组织分切成小块，然后转接到继代培养基上培养。(2)将愈伤组织转接到分化培养基上，23 26 恒温光照培养，每天光照12 h持续14d后，统计计算分化率。(3)将分化出的幼苗转接到生根培养基上，培养14 d后，统计并计算出生根率。4.移栽：将试管苗移栽到大田栽培。1.营养物质对组织培养的作用(1)ms培养基中各种营养物质有什么作用？答案大量元素和微量元素：提供植物细胞生活所必需的无机盐。蔗糖：提供碳源，同时能够维持细胞的渗透压。甘氨酸、维生素等有机物：主要是为了满足离体植物细胞在正常代谢途径受到一定影响后所产生的特殊营养需求。(2)植物是自养生物，为什么用于植物组织培养的ms培养基中需要加入有机物作为碳源？答案通常植物体本身进行光合作用产生糖类，不需要外部供给糖，但植物组织培养利用的是离体组织或细胞，在其脱分化过程中不能进行光合作用合成糖类，因此必须在培养基中添加糖类，作为碳源和能源物质，同时维持培养基的渗透压。2.在植物组织培养过程中是如何实现无菌操作的？答案(1)对于培养基：用高压蒸汽灭菌法灭菌。(2)对于外植体：用酒精和次氯酸钠溶液消毒，放到无菌箱中培养，移栽到消过毒的环境中生活一段时间。3.植物组织培养技术有哪些用途？答案优良品种的快速繁殖、培育脱毒作物、人工种子、单倍体育种、工厂化生产细胞产物等。归纳总结试管苗培养过程中应注意的问题(1)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，然后进行生根培养，如果顺序颠倒，先诱导生根，就不好诱导生芽了。(2)试管苗应该进行见光培养。(3)试管苗一般在高湿、弱光、恒温下异养生长，出瓶后一定要保温、保湿。(4)试管苗光合作用能力低，在移栽前给予较强光照闭瓶炼苗，以促进小苗向自养转化。(5)无菌技术是植物组织培养成功的关键。植物组织培养不同于扦插、压条等常规的无性繁殖。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较高，对无菌操作的要求非常严格。若不小心引起污染，将可能造成培养工作前功尽弃，因此实验过程始终贯穿着灭菌消毒。对培养材料进行表面灭菌时，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。不同药剂、不同植物材料，甚至不同器官都要区别对待。3.生物工程的研究成果已经广泛应用于各个领域，目前科学家利用植物的茎尖和叶片、茎段等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使之发育成完整的植株。下图是运用该技术培养兰花植株的示意图。下列关于这种生物工程技术的叙述，错误的是()a.这种技术叫做植物组织培养，可以克隆生物体b.过程的单细胞细胞质丰富，液泡小而细胞核大c.用此方法克隆植物要尽量选择优良、细胞全能性表达不充分的材料d.这种技术可与基因工程、航天工程结合培育高产、优质的作物品种问题导析(1)植物组织培养过程中，细胞中的遗传物质一般不会(填“会”或“不会”)发生改变，所以该项技术属于一种克隆技术。(2)通过基因工程将目的基因导入植物细胞后，必须采用植物组织培养技术将植物细胞培养成植株。答案c解析过程的单细胞细胞质丰富，液泡小而细胞核大，这是胚性细胞(类似胚胎细胞)的特征，在适宜的培养基中，这种单细胞可发育成胚状体。要获得植物克隆的成功，应尽量选择优良、细胞全能性表达充分的材料。随着科技的发展，植物组织培养可与基因工程、航天工程结合培育高产、优质的作物品种。4.下列关于ms培养基与微生物培养基的配方相比的不同之处，说法错误的是()a.ms培养基中常常添加植物激素，微生物培养基中不需要b.ms培养基中的碳源和能源是蔗糖，微生物培养基中的碳源和能源主要是葡萄糖c.ms培养基中需提供植物生长必需的大量元素和微量元素d.ms培养基中不需加维生素，微生物培养基中要加维生素作生长因子答案d解析ms培养基中需要加入甘氨酸、维生素等物质，主要是为了满足离体植物细胞在正常代谢途径受到一定影响后所产生的特殊营养需求。易错辨析微生物培养基与ms培养基配方的不同微生物培养基以有机营养为主。与微生物的培养不同，ms培养基则需提供大量无机营养、无机盐混合物包括植物生长必需的大量元素和微量元素两大类。1.1958年，美国科学家斯蒂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。下列关于这一科学事实的叙述中，错误的是()该实验证明了植物细胞具有全能性此种生殖产生的后代有广泛的变异韧皮部细胞通过减数分裂增加细胞数目此种生殖产生的后代能保持亲本的性状a. b.c. d.答案b解析体细胞组织培养属于无性繁殖，其后代能保持亲本的性状，变异性小；体细胞不能进行减数分裂。2.下面为植物组织培养过程图解，以下相关叙述错误的是()a.b过程发生了脱分化，在此过程中植物激素不发挥作用b.c过程发生了再分化，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程c.d过程是在胚状结构外包裹人工胚乳和人工种皮制成人工种子d.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答案a解析在植物脱分化的b过程中，利用植物生长素、细胞分裂素等植物激素可以诱导植物细胞脱分化，因此在此过程中植物激素发挥重要作用。3.影响植物组织培养的因素包括()培养基的配制外植体的选取激素的使用消毒温度、ph、光照a. b.c. d.答案a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组织培养。4.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形成和分化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答案d解析在植物组织培养过程中，蔗糖是最常用的碳源和能源物质，蔗糖还可以调节培养基的渗透压，从而维持细胞正常的形态和功能；愈伤组织的分化常受细胞分裂素及生长素用量比例的调节，当这一用