教學設計完整版：植物組織培養(yǎng)技術的應用

《植物組織培養(yǎng)技術的應用》教學設計【教學時間】1課時【教學內(nèi)容】P21—25

【教學目標】

（一）

知識目標：

1．理解細胞全能性理論、植物的再生性和根芽激素理論；

2．掌握植物組織培養(yǎng)的概念、類型、特點與應用；

（二）能力目標：了解學習本門課的學習方法與要求。

情感目標：使學生對組培感興趣，喜歡這門課。

【教學重點】1．組織培養(yǎng)及相關概念；

2．組織培養(yǎng)的理論基礎。

【教學難點】掌握植物組織培養(yǎng)的概念、類型、特點與應用。

教學方法：問題情境法；啟發(fā)式；案例；直觀教學

課時安排：1課時。

教學過程：

一、植物組織培養(yǎng)技術

（一）植物組織培養(yǎng)的概念

高等植物的組織培養(yǎng)技術是指分離一個或數(shù)個體細胞或植物體的一部分在無菌條件下培養(yǎng)的技術。通常我們所說的廣義的組織培養(yǎng)，是指通過無菌操作分離植物體的一部分（即外植體），接種到培養(yǎng)基上，在人工控制的條件進行培養(yǎng)，使其生成完整的植株。

（二）植物組織培養(yǎng)的生理依據(jù)

細胞全能性：植物體的每一個細胞都攜帶有一套完整的基因組，并具有發(fā)育成為完整植株的潛在能力。

植物生長調(diào)節(jié)物質對于植物細胞組織的分化和決定具有關鍵性作用。它包括：生長素類、細胞分裂素類、赤霉素、脫落酸、乙烯等

生長素類主要用于愈傷組織的形成，體細胞胚的產(chǎn)生及試管苗的生根。常用的有2,4-D、NAA、IBA、IAA等。其作用強弱為2,4-D>NAA>IBA>IAA。

細胞分裂素類則有促進細胞的分裂與分化，延遲組織的衰老，促進芽的產(chǎn)生等作用。常用的有Zip、KT、6-BA、ZT等作用強弱順序為。Zip>KT>6-BA>ZT。

赤霉素則有促進已分化的芽伸長生長，打破種子休眠的作用。常用的為GA3。

（三）植物組織培養(yǎng)的類型

組織培養(yǎng)按培養(yǎng)對象可分為組織或愈傷培養(yǎng)、器官培養(yǎng)、植株培養(yǎng)、細胞和原生質體培養(yǎng)等。

1．組織或愈傷組織培養(yǎng)為狹義的組織培養(yǎng)，是對植物體的各部分組織進行培養(yǎng)，如莖尖分生組織、形成層、木質部、韌皮部、表皮組織、胚乳組織和薄壁組織等等；或對由植物器官培養(yǎng)產(chǎn)生的愈傷組織進行培養(yǎng)，二者均通過再分化誘導形成植株。

2．

器官培養(yǎng)即離體器官的培養(yǎng)，根據(jù)作物和需要的不同，可以包括分離莖尖、莖段、根尖、葉片、葉原基、子葉、花瓣、雄蕊、雌蕊、胚珠、胚、子房、果實等外植體的培養(yǎng)3．植株培養(yǎng)是對完整植株材料的培養(yǎng)，如幼苗及較大植株的培養(yǎng)。

4．細胞培養(yǎng)是對由愈傷組織等進行液體振蕩培養(yǎng)所得到的能保持較好分散性的離體單細胞或花粉單細胞或很小的細胞團的培養(yǎng)。

5．原生質體培養(yǎng)是用酶及物理方法除去細胞壁的原生質體的培養(yǎng)。

組織培養(yǎng)是本世紀發(fā)展起來的一門新技術，由于科學技術的進步，尤其是外源激素的應用，使組織培養(yǎng)不僅從理論上為相關學科提出了可靠的實驗證據(jù)，而且一躍成為一種大規(guī)模、批量工廠化生產(chǎn)種苗的新方法，并在生產(chǎn)上越來越得到廣泛的應用。

植物組織培養(yǎng)之所以發(fā)展如此之快，應用的范圍如此之廣泛，是由于具備以下幾個特點：

①

培養(yǎng)條件可以人為控制

組織培養(yǎng)采用的植物材料完全是在人為提供的培養(yǎng)基質和小氣候環(huán)境條件下進行生長，擺脫了大自然中四季、晝夜的變化以及災害性氣候的不利影響，且條件均一，對植物生長極為有利，便于穩(wěn)定地進行周年培養(yǎng)生產(chǎn)。

②生長周期短，繁殖率高

植物組織培養(yǎng)是由于人為控制培養(yǎng)條件，根據(jù)不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培養(yǎng)條件，因此生長較快。另外，植株也比較小，往往20-30d為一個周期。所以，雖然植物組織培養(yǎng)需要一定設備及能源消耗，但由于植物材料能按幾何級數(shù)繁殖生產(chǎn)，故總體來說成本低廉，且能及時提供規(guī)格一致的優(yōu)質種苗或脫病毒種苗。

③管理方便，利于工廠化生產(chǎn)和自動化控制

植物組織培養(yǎng)是在一定的場所和環(huán)境下，人為提供一定的溫度、光照、濕度、營養(yǎng)、激素等條件，極利于高度集約化和高密度工廠化生產(chǎn)，也利于自動化控制生產(chǎn)。它是未來農(nóng)業(yè)工廠化育苗的發(fā)展方向。它與盆栽、田間栽培等相比省去了中耕除草、澆水施肥、防治病蟲害等一系列繁雜勞動，可以大大節(jié)省人力、物力及田間種植所需要的土地。

二、植物組織培養(yǎng)的應用

植物組織培養(yǎng)成為生物科學的一個廣闊領域，除了在基礎理論的研究上占有重要地位以外，還在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也得到越來越廣泛的應用。

（一）植物組織培養(yǎng)的快速繁殖

用植物組織培養(yǎng)的方法進行快速繁殖是生產(chǎn)上最有潛力的應用，包括花卉觀賞植物、蔬菜、果樹、大田作物及其他經(jīng)濟作物?？旆奔夹g不受季節(jié)等條件的限制，生長周期短，而且能使不能或很難繁殖的植物進行增殖。

快速繁殖可用下列手段進行：通過莖尖、莖段、鱗莖盤等產(chǎn)生大量腋芽；通過根、葉等器官直接誘導產(chǎn)生不定芽；通過愈傷組織培養(yǎng)誘導產(chǎn)生不定芽。試管快速繁殖應用在下列生產(chǎn)或研究中：（1）繁殖雜交育種中得到的少量雜交種，以及保存自交系、不育系

等。（2）繁殖脫毒培養(yǎng)得到的少量無病毒苗。（3）繁殖生產(chǎn)上急需的或種源較少的種苗。由于組織培養(yǎng)周期短，增殖率高及能全年生產(chǎn)等特點，加上培養(yǎng)材料和試管苗的小型化，這就可使有限的空間培養(yǎng)出大量的植物，在短期內(nèi)培養(yǎng)出大量的幼苗。組織培養(yǎng)突出的優(yōu)點是“快”，通過這一方法在較短時期內(nèi)迅速擴大植物的數(shù)量，以一個莖尖或一小塊葉片為基數(shù)，經(jīng)組織培養(yǎng)一年內(nèi)可增殖到10

000～100

000株。

（二）脫毒

植物在生長過程中幾乎都要遭受到病毒病不同程度的危害，有的種類甚至同時受到數(shù)種病毒病的危害，尤其是很多園藝植物靠無性方法來增殖，若蒙受病毒病，代代相傳，越染越重，甚至會造成極嚴重的后果。自從Morell952年發(fā)現(xiàn)采用微莖尖培養(yǎng)方法可得到無病毒苗后，微莖尖培養(yǎng)就成為解決病毒病危害的重要途徑之一。若再與熱處理相結合，則可提高脫毒培養(yǎng)的效果。對于木本植物，莖尖培養(yǎng)得到的植株難以發(fā)根生長，則可采用莖尖微體嫁接的方法來培育無病毒苗。

組織培養(yǎng)無病毒苗的方法已在很多作物的常規(guī)生產(chǎn)上得到應用，如馬鈴薯，甘薯，草莓，蘋果，香石竹，菊花等。而且已有不少地區(qū)建立了無病毒苗的生產(chǎn)中心，這對于無病毒苗的培養(yǎng)、鑒定、繁殖、保存、利用和研究，形成了一個規(guī)范的系統(tǒng)程序，從而達到了保持園藝植物的優(yōu)良種性和經(jīng)濟性狀的目的。

（三）體細胞無性系變異和新品種培育

植物組織培養(yǎng)過程中往往存在大量的變異，這種變異稱為體細胞無性系變異。具有如下特點：

1．變異的無方向性：既有有利的變異，也有有害的變異既有形態(tài)變異，也有生理變異。

2．變異的普遍性：變異在組織培養(yǎng)中經(jīng)常發(fā)生，出現(xiàn)在組織培養(yǎng)的各個時期。既有數(shù)量性狀變異，又有質量性狀變異。既有農(nóng)藝性狀變異，又有經(jīng)濟性狀變異；既有表型變異，又有生理變異。與自然變異與輻身誘變相比，體細胞無性系變異廣泛而普遍。且易于獲得純合個體。

3．植物體細胞無性系變異的類型：一類為可遺傳變異，主要是由于遺傳物質的變化引起的（尤以基因突變?yōu)橹鳎?。另一類是不可遺傳的變異，為生理型變異。往往是由于培養(yǎng)過程中外加的激素及其它化學物質的刺激引起。如葉形、育性等。

4．引起植物體細胞無性系變異的原因：激素的刺激為主要原因。高濃度的GA和IAA，會造成畸形胚的高頻發(fā)生，TDZ可使植株產(chǎn)生白化苗或玻璃化植株。2，4-D則使培養(yǎng)細胞發(fā)生染色體數(shù)量變化。隨培養(yǎng)時間的延長，染色體變異頻率升高，變異的性狀和范圍手擴大。

5．植物體細胞無性系變異的利用價值及途徑：它是一種重要的遺傳變異來源，是一種重要的遺傳資源。對于育種有重要的應用價值。

（四）單倍體育種

花藥、花粉的培養(yǎng)在蘋果、柑橘、葡萄、草莓、石刁柏、甜椒、甘藍、天竺葵等約20種園藝植物得到了單倍體植株。在常規(guī)育種中為得到純系材料要經(jīng)過多代自交，而單倍體育種，經(jīng)染色體加倍后可以迅速獲得純合的二倍體，大大縮短了育種的世代和年限。

（五）種質保存

用植物組織培養(yǎng)技術保存種質具有以下優(yōu)點：

（1）在較小的空間內(nèi)可以保存大量的種質資源。

（2）具有較高的繁殖系數(shù)。

（3）避免外界不利氣候及其他栽培因素的影響，可常年進行保存。

（4）不愛昆蟲、病毒和其他病原體的影響。

（5）有利于國際間的種質交換與交流。

（六）遺傳轉化

大多數(shù)植物遺傳轉化方法需要通過植物組織培養(yǎng)來進行?！咀鳂I(yè)設計】評價指南1-3題

【板書設計】

第二節(jié)

植物組織培養(yǎng)技術

一、植物組織培養(yǎng)技術：

（一）植物組織培養(yǎng)的概念（二）植物組織培養(yǎng)的生理依據(jù)（三）植物組織培養(yǎng)的類型

二、植物組織培養(yǎng)的應用：

（一）植物組織培養(yǎng)的快速繁殖

（二）脫毒

（三）體細胞無性系變異和新品種培育

（四）單倍體育種

（五）種質保存

【教學反思】1．植物組織培養(yǎng)是指分離單個或多個細胞或植物體的一部分，在人工配制的