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(jiǎn)介 1．理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性。 (1)愈傷組織的特點(diǎn)：細(xì)胞是一種高度液泡化的薄壁細(xì)胞，呈無(wú)定形狀態(tài)，排列疏松而無(wú)規(guī)則，具有很強(qiáng)的分生能力。 (2)脫分化：由高度分化的細(xì)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(jìn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還需添加生長(zhǎng)素和細(xì)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(wú)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(shí)的無(wú)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(yíng)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(wú)機(jī)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?jǐn)?shù)為70%的酒精浸5 s→質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的次氯酸鈉溶液中浸泡6 min～10 min→用無(wú)菌水清洗至少3次，漂凈消毒液→用無(wú)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(zhǎng)出小芽，小芽繼續(xù)長(zhǎng)成枝條。待枝條長(zhǎng)到3 cm左右時(shí)，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(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問(wèn)題記錄在下面的表格中 問(wèn)題1 問(wèn)題2 問(wèn)題3 問(wèn)題4 一、植物組織培養(yǎng) 1．原理——細(xì)胞的全能性 (1)原因：生物體的每個(gè)細(xì)胞都含有本物種生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳和變異的全部遺傳信息。 (2)實(shí)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素、溫度等)。 2．過(guò)程 植物組織(外植體)或細(xì)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(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素比例適中。 (2)生芽培養(yǎng)基：生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素比例偏低。 (3)生根培養(yǎng)基：生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素比例偏高。 二、試管苗的培養(yǎng)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題 1．培養(yǎng)一株完整的試管苗，必須先進(jìn)行生芽培養(yǎng)，然后進(jìn)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(jìn)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(zhǎng)，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(qiáng)光照閉瓶煉苗

5、，以促進(jìn)小苗向自養(yǎng)轉(zhuǎn)化。 植物組織培養(yǎng)的過(guò)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(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究。下面是科學(xué)家關(guān)于玉米培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，請(qǐng)回答： 玉米種子―→幼苗―→取莖尖①②―→移栽 (1)選取玉米幼苗莖尖進(jìn)行脫分化處理，是因?yàn)榍o尖細(xì)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(xiàng)技術(shù)來(lái)獲取細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，培養(yǎng)將進(jìn)行到________。(填編號(hào)) 【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(guò)程，(2)了解各步驟的

6、注意事項(xiàng)，(3)了解植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用。 【精講精析】　莖尖細(xì)胞是具有旺盛分裂能力的細(xì)胞，更容易通過(guò)培養(yǎng)表達(dá)出全能性，同時(shí)由于細(xì)胞剛剛分裂產(chǎn)生，還沒有被病毒或細(xì)菌感染，可以直接培養(yǎng)出無(wú)病毒植株。植物組織培養(yǎng)的原理是細(xì)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(jìn)行，而要獲取細(xì)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(xì)菌感染 (2)愈傷組織　植物細(xì)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(wú)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(zhǎng)點(diǎn)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(guó)都在重視另一個(gè)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(guò)人工薄膜包裝的種子。在適宜條件下它能萌發(fā)長(zhǎng)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(wú)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(lái)培育植物新品種，可以在較短的時(shí)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(xì)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(xì)胞工程的應(yīng)用領(lǐng)域之一 ④這種技術(shù)是一種無(wú)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(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。請(qǐng)分析回答：(其中6－BA是一種細(xì)胞分裂素，IAA是一種生長(zhǎng)素) 實(shí)驗(yàn)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(zhǎng) 愈傷組 織有生根 趨勢(shì) (1)促進(jìn)愈傷組織產(chǎn)生的條件是________，愈傷組織生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)________和實(shí)驗(yàn)________中的激素含量關(guān)系，再分化時(shí)可用的激素組合是實(shí)驗(yàn)________和實(shí)驗(yàn)________中的激素含量關(guān)系。整個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，植物的生根、發(fā)芽等生命活動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素的共同作用及適當(dāng)?shù)谋壤拍苁菇M織培養(yǎng)過(guò)程順利進(jìn)行。培養(yǎng)基中必須具備植物激素、無(wú)機(jī)物(礦質(zhì)元素)、有機(jī)物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。而愈傷組織的特點(diǎn)是細(xì)胞排列疏松而無(wú)規(guī)則，呈無(wú)定形狀態(tài)。 【答案】　(1)必須有細(xì)胞分裂素　細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素含量相等 (2)細(xì)胞分裂素的含量大于生長(zhǎng)素　生長(zhǎng)素的含量大于細(xì)胞分

11、裂素 (3)1　3　2　4　多種激素共同作用 (4)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)　無(wú)機(jī)物(礦質(zhì)元素)　有機(jī)物 (5)細(xì)胞排列疏松而無(wú)規(guī)則，呈無(wú)定形狀態(tài) 生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的使用對(duì)分化的影響 使用順序 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 先使用生長(zhǎng)素，后使用細(xì)胞分裂素 有利于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化 先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長(zhǎng)素 細(xì)胞既分裂也分化 同時(shí)使用 分化頻率提高 生長(zhǎng)素量與細(xì)胞分裂素量比值高 有利于根的分化 生長(zhǎng)素量與細(xì)胞分裂素量比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成 生長(zhǎng)素量與細(xì)胞分裂素量比值適中 促進(jìn)愈傷組織的生長(zhǎng) 2．為了探究6—BA和IAA對(duì)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(zhǎng)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(shí)間后，統(tǒng)計(jì)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(wèn)題： (1)按照植物的需求量，培養(yǎng)基中無(wú)機(jī)鹽的元素可分為________和________兩類。上述培養(yǎng)基中，6—BA屬于________類生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。 (2)在該實(shí)驗(yàn)中，自變量是______________，因變量是______________，自變量的取值范圍是________________。 (3)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，誘導(dǎo)叢芽總數(shù)

13、最少的培養(yǎng)基是________號(hào)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(wú)機(jī)鹽的元素可分為大量元素和微量元素。6—BA是細(xì)胞分裂素類生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，由于該實(shí)驗(yàn)探究的是6—BA和IAA對(duì)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(shí)驗(yàn)組中相同，因此實(shí)驗(yàn)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(jì)算可知誘導(dǎo)叢芽總數(shù)最少的是1號(hào)培養(yǎng)基。在

14、植物組織培養(yǎng)中，生長(zhǎng)素用于誘導(dǎo)細(xì)胞的分裂和根的分化，細(xì)胞分裂素主要促進(jìn)細(xì)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(xì)胞分裂素類生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑)而加入IAA(生長(zhǎng)素類生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑)。 【答案】　(1)大量元素　微量元素　細(xì)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(shí)例中能體現(xiàn)細(xì)胞全能性的是(　　) ①用懸浮培養(yǎng)的胡蘿卜單個(gè)細(xì)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(gè)細(xì)胞培養(yǎng)出可育的完整植株 A．①②　　　　　　　 B．①③ C．②③

15、 D．①②③ 【解析】　細(xì)胞全能性是指已經(jīng)分化的細(xì)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(xì)胞經(jīng)過(guò)培養(yǎng)形成可育的植株，體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性。植物用種子繁殖后代，實(shí)際上就是由一個(gè)受精卵，通過(guò)細(xì)胞的增殖和分化發(fā)育成新個(gè)體，所以是由未經(jīng)分化的細(xì)胞(受精卵)發(fā)育成新個(gè)體的過(guò)程，因此不能體現(xiàn)細(xì)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(guò)程中，一般進(jìn)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(xì)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(guò)誘導(dǎo)脫分化，形成未分化狀態(tài)的細(xì)胞，進(jìn)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(xì)胞通過(guò)無(wú)菌操作，接入試管后，在一定的條件下，形成試管苗的培育過(guò)程，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題： (1)要促進(jìn)細(xì)胞分裂生長(zhǎng)，培養(yǎng)基中應(yīng)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括________和小分子有機(jī)物；激素包括細(xì)胞分裂素和________兩類植物激素。 (2)此過(guò)程要無(wú)菌操作，主要是指對(duì)__________進(jìn)行滅菌消毒。B階段需要光照，原因是________。 (3)試管苗的根細(xì)胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細(xì)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(guò)程、所需條件等方面的知識(shí)。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(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育所需要的無(wú)機(jī)物和小分子有機(jī)物，還有供調(diào)節(jié)細(xì)胞分化和再分化的細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素。由外植體發(fā)育到試管苗，脫分化階段細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，再分化階段愈傷組織經(jīng)細(xì)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(wú)機(jī)物(或礦質(zhì)元素)　生長(zhǎng)素　(2)培養(yǎng)基　 葉綠素的形成需要光照條件　(3)選擇性表達(dá) 7