生物中圖版學(xué)案：第五章第一節(jié)植物快速繁殖技術(shù)

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第一節(jié)植物快速繁殖技術(shù)1．了解植物組織培養(yǎng)的基本原理。2．掌握植物組織培養(yǎng)的基本技術(shù)，進(jìn)行月季或其他植物的組織培養(yǎng)。一、植物組織培養(yǎng)1．基本原理與概念高度分化的植物細(xì)胞所具有的全能性，使我們能夠?qū)⒅仓晟系男K組織(如一段莖節(jié)、一個(gè)小芽）,在適宜條件下培養(yǎng)成一株完整的植株,這就是植物的組織培養(yǎng)。2．選材不同植物的組織，培養(yǎng)的難易程度差別很大。一般說來,容易進(jìn)行無性繁殖的植物，也容易進(jìn)行組織培養(yǎng)，如草莓、葡萄、獼猴桃、菊花、秋海棠等。思考:是否可以選擇花粉進(jìn)行上述植物的快速繁殖？提示:利用花粉培養(yǎng)出的植株為單倍體植株,有矮小、高度不育等特點(diǎn)3．意義可以在較短時(shí)間內(nèi)利用一株植物繁殖出幾十萬至幾百萬株幼苗。對瀕危植物的保護(hù)、名貴花木的大規(guī)模生產(chǎn)有積極的意義，如所需空間小，繁殖速度快，條件可控制，不受季節(jié)限制,可以進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。二、植物組織培養(yǎng)的基本過程1．獲得外植體在植物組織培養(yǎng)過程中，用于離體培養(yǎng)的植物器官或組織片段稱為外植體。從一株植物上可取下大量的外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)，并在短期內(nèi)大量繁殖植物種苗，實(shí)現(xiàn)植物的快速繁殖。2．脫分化外植體在培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時(shí)間后，會通過細(xì)胞分裂形成愈傷組織.其細(xì)胞是一種高度液泡化的薄壁細(xì)胞，呈無定形狀態(tài),排列疏松而無規(guī)則，具有很強(qiáng)的分生能力。由高度分化的細(xì)胞重新回復(fù)到未分化的狀態(tài)，這一過程稱為脫分化。3．再分化脫分化形成的愈傷組織,在適當(dāng)?shù)娜斯づ囵B(yǎng)基上繼續(xù)進(jìn)行培養(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。這一過程稱為植物細(xì)胞的再分化。三、植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基1．培養(yǎng)基中的激素培養(yǎng)基中添加的生長素和細(xì)胞分裂素，在啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化過程中起著重要作用.當(dāng)同時(shí)使用這兩類激素時(shí),兩者用量的比例會影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向.當(dāng)該比值低時(shí)，有利于芽的分化、抑制根的形成；當(dāng)該比值高時(shí),有利于根的分化、抑制芽的形成；比值適中時(shí)，促進(jìn)愈傷組織的生長，誘導(dǎo)根芽分化。2．外植體在不同的發(fā)育階段對培養(yǎng)基要求不同，在進(jìn)行植物快速繁殖時(shí)，需要配制“脫分化培養(yǎng)基”“生芽培養(yǎng)基"“生根培養(yǎng)基”.3．無菌條件對組織培養(yǎng)的成功至關(guān)重要.在組織培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)基的滅菌要徹底、外植體的消毒要充分、接種時(shí)的無菌操作要嚴(yán)格。此外，pH、溫度、光照等外界條件對植物組織培養(yǎng)也很重要。四、月季的快速繁殖過程1．配制培養(yǎng)基配制三種培養(yǎng)基：脫分化培養(yǎng)基——在MS培養(yǎng)基中加入質(zhì)量濃度為0。1mg·L－1的6BA和IAA.生芽培養(yǎng)基—-去掉脫分化培養(yǎng)基中的IAA，其余成分不變。生根培養(yǎng)基—-無機(jī)鹽濃度為MS的1/2，其他成分不變,另外添加質(zhì)量濃度均為0.1mg·L－1的NAA和IAA。具體步驟為先將瓊脂和蔗糖溶化，再加入其他成分,并用蒸餾水定容，隨后調(diào)節(jié)pH，最后分裝、封瓶，高壓蒸汽滅菌。2．外植體消毒將月季嫩莖用清水洗凈，再用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精浸泡5s，隨后放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的次氯酸鈉溶液中浸泡，再在無菌水中清洗3次，漂凈消毒液，用無菌濾紙吸干。3．接種將已消毒的月季嫩莖切成小段，接種到“脫分化培養(yǎng)基”上。插入時(shí)應(yīng)注意方向，使嫩莖的形態(tài)學(xué)下端接觸培養(yǎng)基，不要倒插。4．培養(yǎng)溫度控制在18～22℃,20天左右就可在莖段基部形成愈傷組織。將其接種到“生芽培養(yǎng)基"上，每天日光燈光照12小時(shí)，10天左右可見愈傷組織上長出小芽，繼續(xù)生長成枝條。長到3cm左右時(shí)，將其切下后插在“生根培養(yǎng)基”上誘導(dǎo)生根，培養(yǎng)7～10天。5．馴化試管苗當(dāng)小苗基部形成根原基時(shí),即可進(jìn)行馴化移栽.試管苗是在無菌、充分營養(yǎng)供給、適合的光照和溫度以及100%相對濕度環(huán)境中生長的。剛出瓶的試管苗對外界環(huán)境不太適應(yīng)，要逐步馴化適應(yīng)，以提高成活率.將試管苗培養(yǎng)瓶的瓶口敞開一半,在20~25℃的遮陰環(huán)境中,適應(yīng)7~14天。若試管苗不萎蔫、有新生長趨勢，便可將試管苗取出，小心洗凈黏在根上的培養(yǎng)基，植入盛有培養(yǎng)土的花盆中，澆足水分，罩上帶孔的塑料薄膜，將花盆放置在20~25℃的陰涼處3～5天。6．移栽待幼苗長出新葉時(shí)，揭去塑料薄膜,再過7～10天，幼苗即可移栽.1．愈傷組織愈傷組織是通過細(xì)胞分裂形成的,其細(xì)胞排列疏松而無規(guī)則，是高度液泡化呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞.它容易與根尖、莖尖的分生組織發(fā)生混淆。可以通過下表比較根尖分生組織和愈傷組織的異同。組織類型細(xì)胞來源細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞排列細(xì)胞去向根尖分生組織受精卵正方形無液泡緊密分化成多種細(xì)胞組織愈傷組織高度分化細(xì)胞無定形高度液泡化疏松再分化成新個(gè)體相同點(diǎn)都通過有絲分裂進(jìn)行細(xì)胞增殖2．MS培養(yǎng)基的主要成分及其作用離體的植物組織和細(xì)胞，對營養(yǎng)、環(huán)境條件要求相對特殊,需要配制適宜的培養(yǎng)基。植物的組織培養(yǎng)常用的一種培養(yǎng)基是MS培養(yǎng)基，其主要成分包括以下幾個(gè)：（1）無機(jī)營養(yǎng)①大量元素:除碳（C）、氫（H）、氧（O）外，還有氮（N）、磷（P）、硫(S）、鉀(K）、鈣（Ca）、鎂(Mg)等元素。氮常用的是硝態(tài)氮（如硝酸鉀等）和銨態(tài)氮（如硫酸銨等)。在含硝態(tài)氮的培養(yǎng)基上生長良好的植物材料，加銨態(tài)氮后生長效果更好。在胡蘿卜胚狀體的分化中，若培養(yǎng)基中僅含硝酸鹽則不能分化，只有與銨鹽同時(shí)存在時(shí)才會產(chǎn)生胚狀體的分化。②微量元素:包括鐵（Fe）、銅(Cu)、鉬（Mo）、鋅（Zn）、錳（Mn）、鈷（Co)、硼（B）和碘(I）等.在植物組織培養(yǎng)中需用量極微，多了就會引起植物細(xì)胞的酶系失活、代謝障礙、蛋白質(zhì)變性以及組織死亡等毒害現(xiàn)象。培養(yǎng)基中添加10－7～10－5mmol·L－1就可滿足需要。（2)有機(jī)營養(yǎng)①維生素類:植物組織培養(yǎng)中經(jīng)常使用維生素C、維生素B1（鹽酸硫胺素）、維生素B6（鹽酸吡哆素）、維生素H（生物素）、葉酸和煙酸等,一般使用濃度為0。1～10mg·L－1.有的外植體、愈傷組織會合成維生素，可以不添加，但生長早期往往會缺乏。②氨基酸：有甘氨酸、絲氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、水解酪蛋白（CH）和水解乳蛋白(LH）等，是重要的有機(jī)氮源。③有機(jī)添加物:是一些成分比較復(fù)雜，大多含氨基酸、激素、酶等的復(fù)雜化合物，它們對細(xì)胞和組織的增殖與分化有明顯的促進(jìn)作用.④瓊脂：是一種從海藻中提取出來的凝膠性物質(zhì)，作為凝固劑，一般使用濃度為0.6％～1%。瓊脂在植物組織培養(yǎng)中除固化作為培養(yǎng)材料的支持物外，還具有吸附能力,對組織培養(yǎng)是有利的，它能像活性炭一樣除去細(xì)胞代謝廢物。⑤活性炭:加入活性炭的目的是除去瓊脂中的毒物或培養(yǎng)物產(chǎn)生的芳香族的代謝廢物。活性炭可防止組織變褐，并刺激胚的生長。（3）植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)是培養(yǎng)基中的關(guān)鍵物質(zhì)，對植物組織培養(yǎng)起著重要、明顯的調(diào)節(jié)作用.植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)包括生長素、細(xì)胞分裂素及赤霉素等。通常認(rèn)為生長素和細(xì)胞分裂素的比值大時(shí)有利于根的形成;比值小時(shí)則促進(jìn)芽的形成。低濃度2，4－D有利于胚狀體的分化，但妨礙胚狀體進(jìn)一步發(fā)育.萘乙酸有利于單子葉植物的分化。吲哚丁酸誘導(dǎo)生根效果最好.故應(yīng)根據(jù)植物的種類和培養(yǎng)部位，選擇適宜的生長調(diào)節(jié)物質(zhì)的種類和濃度，才能有效地控制器官的分化。常用的生長抑制劑有矮壯素（CCC,2－氯乙基三甲基氯化銨）、B9（N－二甲琥珀酰胺酸）、多效唑（PP333）等，用于種質(zhì)保存和塊莖的誘導(dǎo)。（4）能源和滲透壓通常植物本身能進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生糖類，不需要從外部供給糖,但在植物組織培養(yǎng)進(jìn)行異養(yǎng)的狀況下,大多不能進(jìn)行光合作用來合成糖類，因此必須在培養(yǎng)基中添加糖，作為碳素來源和能源物質(zhì),同時(shí)糖對保持培養(yǎng)基的滲透壓（一般需在1。5×105～4.1×105Pa）也有重要作用。糖的使用濃度大多在2%～3%,花藥培養(yǎng)和胚培養(yǎng)則采用3％～15％的高濃度。使用最普遍的是蔗糖，此外還有葡萄糖和果糖。題型一細(xì)胞的全能性【例題1】下列實(shí)例中能體現(xiàn)細(xì)胞全能性的是（）.①用培養(yǎng)基培養(yǎng)的胡蘿卜單個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)成了可育的植株②植物用種子進(jìn)行繁殖③用煙草組織培養(yǎng)的單個(gè)組織培育出了可育的完整植株A．①②B．①③C．②③D．①②③解析：①和③都屬已分化的細(xì)胞經(jīng)過培養(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)際上是由一個(gè)受精卵，通過細(xì)胞的增殖和分化發(fā)育成新個(gè)體,是由未經(jīng)分化的細(xì)胞（受精卵）發(fā)育成新個(gè)體的過程，因此不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。答案：B題型二植物細(xì)胞表達(dá)全能性的條件【例題2】植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是（）.A．給予適宜的營養(yǎng)和外界條件B．導(dǎo)入其他植物細(xì)胞的基因C．脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和外界條件D．將成熟篩管的細(xì)胞核移植到去核卵細(xì)胞中解析：在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官，這是基因在特定的時(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果。當(dāng)植物細(xì)胞脫離母體后，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他適宜的外界條件的作用下，植物細(xì)胞就可以表現(xiàn)出全能性。答案：C反思領(lǐng)悟：反思領(lǐng)悟：植物細(xì)胞表達(dá)全能性的條件：一是離體給予適宜的營養(yǎng)和外界條件；二是有完整的細(xì)胞核；三是植物激素。題型三植物組織培養(yǎng)的過程及影響因素【例題3】下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的說法,錯(cuò)誤的是（）。A．培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓B．培養(yǎng)基中的生長素和細(xì)胞分裂素影響愈傷組織的生長和分化C．離體器官或組織的細(xì)胞都必須通過脫分化才能形成愈傷組織D．同一株綠色開花植物不同部位的細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因相同解析：體細(xì)胞和花藥離體培養(yǎng)的愈傷組織基因不同.答案：D1下列有關(guān)植物組織培養(yǎng)的敘述，錯(cuò)誤的是（）。A．植物組織培養(yǎng)的原理是細(xì)胞的全能性B．主要包括脫分化和再分化兩個(gè)階段C．外植體形成愈傷組織的過程需要陽光D．植物組織培養(yǎng)的過程要求無菌操作解析：植物組織培養(yǎng)是指離體的植物細(xì)胞、組織或器官在無菌操作下經(jīng)脫分化和再分化形成完整植物體的過程,其原理是植物細(xì)胞的全能性。在脫分化形成愈傷組織的過程中，恒溫箱的門應(yīng)該關(guān)閉,不必見陽光，因?yàn)樵跓o光條件下愈傷組織長得更快。答案：C2用高度分化的植物細(xì)胞、組織或器官進(jìn)行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織，下列敘述錯(cuò)誤的是（）。A．該愈傷組織是細(xì)胞經(jīng)過脫分化和分裂形成的B．該愈傷組織的細(xì)胞沒有全能性C．該愈傷組織是由排列疏松的薄壁細(xì)胞組成的D．該愈傷組織可以形成具有生根發(fā)芽能力的胚狀結(jié)構(gòu)解析：植物組織培養(yǎng)過程：離體的植物細(xì)胞、組織或器官→愈傷組織→根、芽→植物體。離體的植物細(xì)胞、組織或器官進(jìn)行細(xì)胞分裂形成愈傷組織，這一過程叫脫分化，脫分化離不開細(xì)胞分裂。愈傷組織的細(xì)胞排列疏松而無規(guī)則，是一種高度液泡化的無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。愈傷組織經(jīng)過再分化形成具有生根發(fā)芽能力的胚狀結(jié)構(gòu)，最后可培養(yǎng)成完整的植物體，這反映了愈傷組織的細(xì)胞具有全能性。離體的植物細(xì)胞、組織或器官形成愈傷組織，雖然新個(gè)體還沒有長出來，但是全能性依然存在。答案：B3下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)中的滅菌操作，錯(cuò)誤的是(）。A．外植體可用酒精滅菌B．鑷子等器械需用酒精滅菌C．操作者的手需用酒精消毒D．培養(yǎng)基需用高壓蒸汽滅