学年高中生物第一章无菌操作技术实践第3课时植物组织培养技术同步备课教学案苏教版选修1.docx

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学年高中生物第一章无菌操作技术实践第3课时植物组织培养技术同步备课教学案苏教版选修1

第3课时　植物组织培养技术

[学习导航]　1.简述植物组织培养的原理和过程。

2.了解MS基本培养基贮备液的配制方法。

3.举例说出激素及其对脱分化、再分化的作用。

[重难点击]　理解植物组织培养的原理和一般过程。

一、植物组织培养技术

1.含义：

在无菌和人工控制的条件下，诱导离体的植物器官、组织等在适宜的培养条件下发育成完整植株的技术。

2.原理：

植物细胞的全能性。

植物细胞的全能性是指植物体的每个体细胞都携带来自受精卵的完整基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力。

3.过程

4.激素与愈伤组织的再分化

（1）愈伤组织的细胞是一种具有分生能力的薄壁细胞。

（2）脱分化：

已经分化的植物细胞或组织产生愈伤组织的过程。

（3）再分化：

在一定条件下继续培养脱分化的愈伤组织，又可以重新诱导根、芽等器官的分化。

（4）生长素、细胞分裂素是启动生长、细胞分裂、脱分化、再分化的关键激素。

生长素和细胞分裂素的使用比例对分化结果的影响

使用的量

实验结果

用量相当

促进愈伤组织的生长

生长素＞细胞分裂素

有利于根的形成

生长素＜细胞分裂素

有利于芽的形成

5.MS基本培养基贮备液的种类

（1）大量元素贮备液：

其中含有的大量元素有N、P、S、K、Ca、Mg。

（2）微量元素贮备液：

其中含有的微量元素有Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni、I、Co。

（3）铁盐贮备液：

是由FeSO4·7H2O和Na2·EDTA（乙二胺四乙酸二钠）配制而成。

（4）有机物贮备液：

其中有机物有甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素B6、维生素B1。

6.贮备液的贮藏备用：

分别用玻璃瓶贮存配制好的MS培养基贮备液，并贴上标签，注明编号、配制倍数、日期等，保存在冰箱的冷藏室中备用。

1.完善植物组织培养过程图并思考下列问题：

（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　①离体条件；②充足的营养条件；③恰当的激素种类及浓度配比；④适宜的环境条件；⑤无菌条件。

2.MS培养基的成分主要有哪些？

还需添加哪些成分？

答案　成分有大量元素、微量元素和有机物；还需添加植物激素及其他添加物（如甘氨酸、维生素等）。

3.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）你认为植物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。

4.植物组织培养中应尽量选择什么样的材料作为外植体？

为什么？

答案　应尽量选择幼嫩的植物组织或器官作为外植体。

因为外植体的年龄越小，分化程度越低，组织培养的成功率就越高。

归纳总结　

（1）植物组织培养过程

（2）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）已经分化的植物细胞或组织，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日照12h，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

①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。

②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、天竺葵的组织培养

1.组织培养过程

准备（器具准备、试剂准备）→配制培养基→灭菌→取材与接种→观察与记录→转接培养。

2.MS培养基的配制

分别向MS基本培养基中添加所需的激素，配制诱导愈伤组织形成的培养基、诱导分化芽的培养基、诱导生根的培养基，搅拌均匀，再一次定容，按要求调节pH。

3.灭菌

将培养基在121_℃温度下湿热灭菌20min。

灭菌彻底的培养基用于天竺葵的组织培养。

4.取材与接种

（1）植物组织培养的各项操作均需在无菌室中或超净工作台上进行。

（2）取未开花天竺葵植株上生出的幼嫩的叶，用流水冲净后，消毒并切成约0.5cm2的小块。

（3）接种在已经配制好的诱导愈伤组织形成的培养基上，做好标记放在适宜条件下培养。

5.观察与记录：

每天观察外植体的生长情况，记录愈伤组织的大小、质地、颜色等情况。

6.转接培养

将增长至一定体积的愈伤组织转接到诱导分化芽的培养基上，在15～25℃、光照强度为1_000～2_000_lx的光照培养箱内继续培养。

待愈伤组织分化出幼芽后，再转接至诱导生根的培养基上继续培养。

7.露地栽培

（1）一般要经过炼苗驯化的原因

组织培养得到的试管苗植株特点是非常嫩弱，所处的环境是恒温、高湿、弱光、无菌和有完全营养的条件，植株表面没有蜡质和角质层等保护组织，气孔没有关闭功能，有叶绿体但光合能力差，在自然条件下会很快萎蔫甚至死亡。

（2）露地栽培的步骤：

培育壮苗→选用合适的移植基质→移栽试管苗→移栽后的条件控制→栽培。

1.营养物质对组织培养的作用

（1）探讨MS培养基中各种营养物质的作用

①大量元素和微量元素：

提供植物细胞生活所必需的无机盐。

②蔗糖：

提供碳源，同时能够维持细胞的渗透压。

③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。

（3）同微生物培养基的配方相比，MS培养基的配方有哪些明显的不同？

答案　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。

2.植物激素在植物组织培养中的作用

（1）试说出植物激素在植物组织培养中的作用

调节剂

主要作用

生长素

促进细胞的伸长，促进愈伤组织和根的形成

细胞分裂素

促进细胞的分裂，促进芽的分化和形成

（2）生长素和细胞分裂素使用顺序及比例对植物组织培养的影响

①按照不同的顺序使用这两类激素，实验结果不同

使用顺序

实验结果

先使用生长素，后使用细胞分裂素

有利于细胞分裂，但细胞不分化

先使用细胞分裂素，后使用生长素

细胞既分裂也分化

同时使用

分化频率提高

②当同时使用这两类激素时，两者用量的比值不同，植物细胞的发育方向不同

生长素与细胞分裂素用量比值与结果

比值高时

促进根的分化，抑制芽的形成

比值低时

有利于芽的分化，抑制根的形成

比值适中

有利于愈伤组织的生成

3.移栽前为什么必须进行试管苗的炼苗驯化？

答案　试管苗生长在试管或培养瓶内的条件下，植物表面没有蜡质和角质层等保护组织，气孔没有关闭功能，有叶绿体但光合能力差，如不经过炼苗驯化，直接移栽到大田，在自然条件下会很快失水、萎蔫而死亡。

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.④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）无论是脱分化还是再分化，都需要生长素和细胞分裂素的调节。

（3）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　④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.植物组织培养的培养基中加有植物激素。

下表是培养基中两种植物激素在不同比例时的实验结果（其中6－BA是细胞分裂素，IAA是生长素）。

请分析完成下列问题：

实验组别

1

2

3

4

激素种类及激素浓度关系

6－BA

6－BA＞IAA

6－BA＝IAA

6－BA＜IAA

结果

组织块产生愈伤组织

组织块分化出芽

愈伤组织不断生长

愈伤组织有生根趋势

（1）促进愈伤组织产生的条件是______________________________________________，

愈伤组织生长的条件是____________________________________________________。

（2）芽的分化条件是________________________________________________________，

根的分化条件是__________________________________________________________。

（3）在植物组织培养中，脱分化可用的激素组合是实验________和实验________中的激素浓度关系，再分化时可用的激素组合是实验________和实验________中的激素浓度关系。

整个实验表明，植物的生根、发芽等生命活动是__________________的结果。

（4）植物组织培养的培养基中，除激素外，还必须含有__________________，它的成分至少应该含有________、________等。

（5）判断愈伤组织是否产生的依据是看是否产生了________________________的细胞。

答案　

（1）必须有细胞分裂素　细胞分裂素与生长素含量相等　

（2）细胞分裂素的含量大于生长素的含量　生长素的含量大于细胞分裂素的含量　（3）1　3　2　4　多种激素共同作用　（4）营养物质　矿质元素　有机物

（5）排列疏松而无规则、高度液泡化的呈无定形状态

解析　

（1）由表中实验1和实验3的数据显示，促进愈伤组织产生的条件是必须有细胞分裂素，愈伤组织生长的条件是细胞分裂素与生长素含量相等。

（2）由实验2和4可知，细胞分裂素的含量大于生长素的含量，促进芽的分化，生长素的含量大于细胞分裂素的含量促进根的分化。

（3）表中1、3组激素的使用利于愈伤组织的形成与生长，即为脱分化。

2、4组激素的使用利于根或芽的分化，即为再分化。

（4）植物组织培养的培养基中，除激素外，还必须含有营养物质，它的成分至少应该含有矿质元素、有机物等。

（5）愈伤组织是一种分化程度较低的细胞，是排列疏松而无规则、高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。

1.影响植物组织培养的因素包括（　　）

①培养基的配制　②外植体的选取　③激素的使用　④消毒　⑤温度、pH、光照

A.①②③④⑤B.①②③

C.①②③④D.①②③⑤

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。

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.下列哪组符合天竺葵组织培养的基本步骤（　　）

A.制备MS固体培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培

B.制备MS固体培养基→外植体消毒→接种→培养→栽培→移栽

C.制备MS固体培养基→外植体消毒→接种→栽培→培养→移栽

D.制备MS固体培养基→外植体消毒→接种→移栽→培养→栽培

答案　A

解析　移栽是指将培养基上培养的幼苗长壮后移栽到土壤中，栽培是对移栽后的幼苗进行精细管理培养的过程，应先移栽后栽培。

4.1958年，美国科学家斯图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（　　）

①该实验证明了植物细胞具有全能性　②此种生殖产生的后代有广泛的变异　③韧皮部细胞通过减数分裂增加细胞数目　④此种生殖产生的后代能保持亲本的性状

A.①②B.②③

C.②④D.③④

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。

5.下图表示天竺葵的茎尖细胞通过无菌操作接种到试管培养基上后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：

（1）要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。

营养物质包括________和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和________两类植物激素。

（2）此过程依据的原理是______________________________________。

A和B阶段主要进行的分裂方式是__________________________________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞______________________________________等。

（3）此过程要无菌操作，主要是指对________进行灭菌消毒。

B阶段需要光照，原因是__________________________________________________________。

（4）试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因____________的结果。

答案　

（1）无机物　生长素

（2）细胞的全能性　有丝分裂　分化

（3）培养基　芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件

（4）选择性表达

解析　植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。

由外植体发育成试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织细胞经有丝分裂和细胞分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。

课时作业

[学考达标]

1.植物学家将胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入特定的培养基中培养，获得了许多完整的植株，此过程依据的原理和技术分别是（　　）

A.细胞分裂和细胞工程

B.细胞的分化和基因工程

C.植物细胞的全能性和植物组织培养

D.花药离体培养和单倍体育种

答案　C

2.植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导使用的植物激素分别是（　　）

①细胞的全能性　②离体植物器官、组织或细胞　③根、芽　④生长素和细胞分裂素　⑤生长素和乙烯　⑥愈伤组织　⑦再分化　⑧脱分化　⑨植物体

A.①、②⑦⑥⑧③⑨、④

B.①、②⑧⑥⑦③⑨、④

C.①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤

D.①、②⑨⑧⑥⑦③、⑤

答案　B

解析　植物组织培养依据的原理为植物细胞的全能性；培养过程的顺序是离体植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织，再分化形成根、芽等进而形成新的植物体；诱导使用的植物激素是生长素和细胞分裂素。

3.植物材料的选择直接关系到实验的成败，天竺葵选材一般选择的是（　　）

A.未开花植株的茎上部新萌生的侧枝上生出的幼叶

B.开花植株的茎上部枝条

C.开花植株上的花药

D.未开花植株的茎下部的枝条

答案　A

解析　进行组织培养一般选用幼嫩部分。

4.植物细胞表现出全能性的必要条件是（　　）

A.给予适宜的营养和外界条件

B.导入其他植物的基因

C.脱离母体并给予适宜的营养和外界条件

D.将成熟的筛管细胞移到去核的卵细胞中

答案　C

5.植物组织培养的基本过程：

外植体脱分化,愈伤组织再分化,形成根和芽。

下列相关叙述中，错误的是（　　）

A.该过程的理论基础是植物细胞的全能性

B.脱分化依赖有丝分裂完成

C.愈伤组织中的细胞形态、结构相似

D.再分化的实质是某些基因缺失，某些基因表达

答案　D

解析　植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性，A正确；脱分化过程中进行的增殖方式是有丝分裂，该过程还没有进行细胞分化，所以愈伤组织中的细胞形态、结构相似，B、C正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，该过程中没有基因的缺失，D错误。

6.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，需要下列哪些条件（　　）

①消毒灭菌　②一定浓度的植物激素　③适宜的温度　④充足的光照　⑤充足的养料　⑥适宜的pH

A.①③④⑤B.②③⑤⑥

C.①②③④⑤⑥D.①②③⑤⑥

答案　D

解析　整个植物组织培养过程中需要无菌环境、激素的调节、适宜的温度和pH。

形成愈伤组织的过程中，细胞中叶绿体还没有形成，不需要光照进行光合作用；不能制造有机物，需要外界给予。

[高考提能]

7.在植物组织培养再分化阶段中，逐渐改变培养基中植物激素X和植物激素Y的浓度比，细胞群的变化情况如图所示。

若培养基中植物激素X的浓度为a、植物激素Y的浓度为a＋0.2，则细胞群分化的结果最可能是试管（　　）

答案　C

解析　从图中可以看出，植物激素比例适中时有利于愈伤组织的形成，而当植物激素X多于植物激素Y时有利于芽的分化，反之则有利于根的分化，所以当植物激素X浓度为a，而植物激素Y比X多0.2时的培养结果应为C。

8.下列关于植物组织培养中植物激素使用的说法，不正确的是（　　）

A.植物组织培养中的关键性激素是生长素和细胞分裂素

B.先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂和分化

C.先使用细胞分裂素，后使用生长素，细胞既分裂也分化

D.同时使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向

答案　B

解析　在植物组织培养中，培养基中除营养成分外还必须添加植物激素，一般包括生长素和细胞分裂素；外植体脱分化、再分化的诱导方向取决于二者的比例。

先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂，但细胞不分化；先使用细胞分裂素，后使用生长素，对细胞的分裂和分化均有利。

9.下列关于植物组织培养条件控制的叙述中，不正确的是（　　）

A.选择培养的植物组织最好是分裂能力强的分生组织

B.培养细菌所用的蛋白胨培养基可以用于植物组织培养

C.可以控制生长素和细胞分裂素的使用顺序和用量控制培养的结果

D.天竺葵的组织培养需要光照

答案　B

解析　植物组织培养的第一步就是脱分化，脱分化的实质是有丝分裂，所以用于植物组织培养的组织应是分裂能力强的组织，如分生组织，A正确；用于植物组织培养的培养基是MS培养基，其成分不同于培养微生物的培养基，所以培养微生物的培养基不能用于植物组织培养，B错误；天竺葵的组织培养需要光照条件，D正确。

10.某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。

下列有关叙述，错误的是（　　）

A.消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害

B.在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞

C.出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控

D.生根时，培养基通常应含α－萘乙酸等生长素类调节剂

答案　B

解析　组织培养时应确保无菌操作，消毒剂的使用原则是既能杀死材料表面的微生物，又能防止伤害组织细胞，A正确；植物细胞融合是指经纤维素酶和果胶酶处理后得到的原生质体诱导融合，具有细胞壁的愈伤组织细胞不能诱导融合形成染色体加倍的细胞，B错误；出芽和生根都是细胞再分化的结果，其实质是基因的选择性表达，C正确；α－萘乙酸为生长素类似物，可诱导愈伤组织生根，D正