2020-2021学年高二生物人教版选修1学案：专题3　课题1　菊花的组织培养 Word版含解析

2020-2021学年高二生物人教版选修1学案：专题3　课题1　菊花的组织培养 Word版含解析

www.ks5u.com 专题3　植物的组织培养技术 课题1　菊花的组织培养 知识点一　　　　植物组织培养的基本过程 ‎1．理论基础：细胞的全能性。‎ ‎(1)概念：指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。‎ ‎(2)原因：每个植物细胞都含有该物种所特有的全部遗传信息或携带着该生物体的一套完整基因。‎ ‎(3)体现条件：①离体状态；②一定的营养物质；③植物激素；④其他适宜的外界条件(温度、pH、氧气、光照、无菌等)。‎ ‎2．植物组织培养的基本过程 ‎(1)基本概念 ‎①细胞分化：在植物的个体发育过程中，细胞在形态、结构和生理功能上都会出现稳定性的差异，形成这些差异的过程叫做细胞分化。‎ ‎②愈伤组织：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，其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。‎ ‎③脱分化：由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化，或者叫做去分化。‎ ‎④再分化：对经脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，其可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。‎ ‎(2)过程 ‎1．不同植物细胞全能性表达的难易程度不同 最易表达全能性的是受精卵；其次是生殖细胞(未受精的卵细胞和花粉细胞)；第三是各种分生组织等薄壁细胞；然后是其他已经分化的组织。总之，分化程度越低的植物细胞越易表达全能性，分化程度越高的植物细胞越难表达全能性。‎ ‎2．植物组织培养与花药离体培养 植物组织培养过程一般是用离体的体细胞培养得到完整植株，体现的是植物体细胞的全能性，属于无性生殖。但花药离体培养是用离体的生殖细胞培养得到完整植株，体现的是植物生殖细胞的全能性，属于有性生殖。‎ ‎【典题精练1】　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，下列哪一项条件不是都需要的(　　)‎ A．消毒灭菌 B．适宜的温度 C．充足的光照 D．适宜的养料和激素 ‎【答案】　C ‎【解析】　离体的植物器官、组织或细胞脱分化的过程是在无菌条件下进行的，在愈伤组织形成过程中，需要适宜的温度、一定的营养物质和植物激素的诱导，但一般不需要光照，愈伤组织再分化时才需要光照。‎ 解题归纳 做该类题目要明确植物组织培养过程中既需要内部因素如材料的选取，又需要外部因素如营养成分的种类及配比；植物激素的用量及使用顺序，pH、温度、光照等。‎ ‎【典题精练2】　某兴趣小组设计如下技术路线繁殖一种名贵花卉：“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．用酒精灯的火焰给外植体消毒 B．愈伤组织再分化成芽，是基因选择性表达的结果 C．加入适宜浓度的α萘乙酸可促进生根 D．该技术具有快速繁殖并保持亲本遗传特性的优点 ‎【答案】　A ‎【解析】　对外植体进行消毒时用的是体积分数为70%的酒精和质量分数为0.1%的氯化汞溶液。‎ 知识点二　　影响植物组织培养的因素 ‎1．材料因素的影响 ‎(1)不同的植物组织，培养的难易程度差别很大，容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养。‎ ‎(2)同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。幼龄、保存时间短的植物材料容易培养成功。菊花的组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。‎ ‎2．严格的无菌条件 培养基上的细菌等微生物比植物细胞生长、繁殖得更快，而且它们会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。‎ ‎3．完全的营养条件 植物组织培养需要配制适宜的培养基，常用MS培养基，其主要成分包括：‎ ‎(1)大量元素：如C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S。‎ ‎(2)微量元素：如B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co。‎ ‎(3)有机物：如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等。‎ 归纳总结：MS培养基中各成分的作用 成分 作用 微量和大量元素 提供植物细胞生活所必需的无机盐 蔗糖 提供碳源，维持细胞渗透压 甘氨酸、维生素、烟酸、肌醇等 满足离体植物细胞在正常代谢途径受一定影响后所产生的特殊营养需求 微生物培养基与MS培养基的配方不同。微生物培养基以有机营养为主，而MS培养基则要提供大量无机营养，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。‎ ‎4．激素的影响 ‎(1)常用激素：生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。植物激素的浓度、使用的先后顺序以及用量的比例等，都会影响实验结果。‎ ‎(2)使用顺序不同，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 ‎(3)两者用量的比例不同，结果不同 用量的比例 实验结果 比例适中 促进愈伤组织的生长 生长素>细胞分裂素 有利于根的分化、抑制芽的形成 生长素<细胞分裂素 有利于芽的分化、抑制根的形成 ‎5.pH、温度、光照等条件的影响 不同的植物对各种条件的要求往往不同。进行菊花的组织培养，一般将pH控制在5.8左右，温度控制在18～22 ℃，并且每日用日光灯照射12 h。‎ 影响植物组织培养的因素及成功的关键 ‎1．影响因素 ‎(1)内部因素：材料的选取。‎ ‎(2)外部因素：营养成分的种类及配比；植物激素的用量及使用顺序；pH、温度、光照等。‎ ‎2．获得成功的关键 ‎(1)植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差、对培养条件要求较高。‎ ‎(2)培养材料一旦被微生物污染，就会导致实验失败。原因是微生物繁殖快，生长迅速，消耗养分多，并产生代谢废物毒害培养材料。‎ ‎(3)无菌技术主要包括对操作空间、实验用具、实验材料以及操作者的消毒或灭菌。‎ ‎【典题精练3】　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，细胞的分化频率提高，但两者用量的比例影响植物的发育方向 ‎【答案】　B ‎【解析】　在植物组织培养过程中，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。‎ 解题归纳 在植物组织培养过程中，植物激素的使用比例及使用顺序是植物组织培养成败的关键因素。‎ ‎【典题精练4】　下列关于影响植物组织培养的因素的说法，正确的是(　　)‎ A．不同的植物组织，培养的难易程度不同，同一种植物材料，培养的难易程度相同 B．在植物组织培养过程中，培养基中必须添加植物激素 C．植物激素中生长素和细胞分裂素的作用是相互独立的 D．pH、温度、光照条件等对植物组织培养也特别重要 ‎【答案】　D ‎【解析】　对于同一种植物的材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。在植物组织培养过程中，培养基中有时可不添加植物激素。例如胡萝卜、烟草等植物的脱分化比较容易，进行组织培养时，培养基中可不添加植物激素。生长素和细胞分裂素同时使用，分化效率明显提高，它们之间的作用不是相互独立的。‎ 知识点三　　菊花的组织培养 ‎1．实验操作流程 ‎(1)制备MS固体培养基 ‎①配制各种母液：包括无机盐母液、激素类母液、维生素类母液等。‎ ‎②配制培养基：琼脂和水加热熔化―→加入蔗糖―→加入各种母液―→加蒸馏水定容―→调节pH―→分装。‎ 说明：菊花的茎段的组织培养比较容易，因此不必添加植物激素。‎ ‎③灭菌：对分装好的培养基连同其他器械一起进行高压蒸汽灭菌。‎ ‎(2)外植体消毒 取菊花嫩枝―→加洗衣粉刷洗―→流水冲洗20 min―→体积分数为70%酒精消毒6～7 s―→无菌水清洗―→质量分数为0.1%的氯化汞溶液消毒1～2 min―→无菌水冲洗(至少3次)。‎ ‎(3)接种 ‎①‎ 接种室消毒：污染的主要来源是空气中的细菌和孢子，因此接种室消毒是至关重要的。用体积分数为70%的酒精喷雾消毒空气，用酒精擦拭工作台并用紫外线照射20分钟进行消毒。‎ ‎②无菌操作：所有的接种操作要在酒精灯火焰旁完成，每次使用器械后，都需要用火焰灼烧灭菌，接种后立即盖好瓶盖。‎ ‎(4)培养 接种后的锥形瓶应放在无菌箱中培养，并定期消毒。温度控制在18～22 ℃，每日用日光灯光照12 h。外植体上长出乳白色或黄白色的瘤状愈伤组织后，待其长到直径为1～1.5 cm时，可进行试管苗培养。‎ ‎(5)移栽 打开封口膜，让试管苗在培养间生长几日。用流水清洗根部的培养基，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境下生活一段时间，待幼苗长壮后再移栽到土壤中。‎ ‎(6)栽培 将幼苗移栽后，每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。‎ ‎2．实验结果分析与评价 ‎(1)选材是否恰当：一般选取生长旺盛的嫩枝。‎ ‎(2)无菌技术是否过关：如果出现了污染现象，说明某些操作步骤，如培养基灭菌、花蕾消毒或接种等的无菌操作有问题。‎ ‎(3)接种是否成功：如果接种的外植体长出愈伤组织或释放出胚状体，组织培养的第一步就成功了。要适时转换培养基，以便愈伤组织或胚状体进一步分化成再生植株。‎ ‎(4)是否设置对照组和重复组 ‎①通过设置重复组和对照组可以选出最佳的实验材料、最好的培养基配方、找出实验失败的原因。如设置对照实验可以取一个经过灭菌的装有培养基的锥形瓶，与接种后的锥形瓶一同培养，用以说明培养基制作是否合格，有没有被杂菌污染。‎ ‎②不同组的同学设置不同的激素浓度，相互比较植物生长的速度。‎ 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、分根、叶插等常规无性繁殖。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。用于植物组织培养的培养基同样适合于某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养材料一旦被微生物(如细菌)污染，这些微生物就会争夺培养基中的营养，还会产生代谢废物毒害培养材料，导致实验失败。因此要进行严格的无菌操作。‎ ‎【典题精练5】　下列哪组符合菊花组织培养的基本步骤(　　)‎ A．制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培 B．制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→栽培→移栽 C．制备MS培养基→外植体消毒→接种→栽培→培养→移栽 D．制备MS培养基→外植体消毒→接种→移栽→培养→栽培 ‎【答案】　A ‎【解析】　植物组织培养的操作程序“制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培”。对植物组织培养的基本操作程序要记牢。接种后先培养再移栽，最后是栽培。‎ 解题归纳 生根苗的移栽技术 移栽的关键：既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般先进行无土栽培，培养基要提前消毒，苗壮后再移植到土壤中。可通过统计成活率来衡量移栽水平。‎ ‎【典题精练6】　试管苗在移栽前进行一系列操作，使幼苗生长健壮，耐环境变化能力增强，这一过程叫炼苗。下列关于移栽的叙述，正确的是(　　)‎ A．培养的试管苗，打开封口膜后，可直接移栽至大田 B．试管苗在移栽时不需要在培养间进一步培养 C．试管苗在培养间培养一段时间后，用无菌水清洗掉根部培养基后，移栽入大田 D．试管苗在培养间培养一段时间后，最好用无菌水清洗根部培养基，再移入消过毒的蛭石、珍珠岩等环境中炼苗 ‎【答案】　D ‎【解析】　试管苗光合作用能力低，对不良环境的耐受能力差，一定要保温、保湿。在培养一段时间后，逐渐由异养苗向自养苗转化，并且要在蛭石、珍珠岩等无毒的环境中培养一段时间，待适应外界环境后，再移栽至大田。‎ 一、选择题 ‎1．下列关于植物组织培养中灭菌操作，错误的是(　B　)‎ A．外植体可以用酒精灭菌　 B．镊子等器械需酒精灭菌 C．操作前手需酒精消毒 D．培养基需高压蒸汽灭菌 解析：植物组织培养需严格的无菌操作，包括：培养基需用高压蒸汽灭菌锅灭菌；操作前手需酒精消毒；外植体应用酒精消毒；整个操作过程在酒精灯火焰旁进行，同时对镊子等器械灼烧灭菌。‎ ‎2．下列对植物组织培养过程中的脱分化的叙述，正确的是(　C　)‎ A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程 B．体内分化的细胞形态、结构和功能发生改变的过程 C．高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程 D．愈伤组织分裂产生大量相同细胞的过程 解析：脱分化是指高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。‎ ‎3．下列有关植物组织培养所需营养的叙述，错误的是(　D　)‎ A．MS培养基既含硝态氮又含铵态氮 B．维生素以辅酶的形式参与生物催化剂酶系活动 C．植物生长调节物质包括生长素、细胞分裂素及赤霉素等 D．植物组织培养过程中无须从外部供糖 解析：通常植物本身能进行光合作用，产生糖类，不需从外部供给糖，但在植物组织培养进行异养的状况下，大多不能进行光合作用来合成糖类，因此必须在培养基中添加糖，作为碳素来源和能量来源。‎ ‎4．下列关于植物组织培养条件控制的叙述，不正确的是(　B　)‎ A．选择培养的植物组织最好是分裂能力强的分生组织 B．培养大肠杆菌所用的牛肉膏蛋白胨培养基可以用于植物组织培养 C．可以通过控制生长素和细胞分裂素的使用顺序和用量的比例控制培养的结果 D．菊花组织培养需要光照 解析：植物组织培养时宜选用分裂能力较强的组织，如分生组织。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所用的培养基，所以用于培养大肠杆菌的牛肉膏蛋白胨培养基不能用于植物组织培养。按照不同的顺序和用量使用生长素和细胞分裂素，得到的实验结果不同。菊花组织培养需要光照。‎ ‎5．菊花的组织培养需要严格的无菌操作，下列说法不正确的是(　D　)‎ A．对培养基连同其他器械一起进行高压蒸汽灭菌 B．幼苗要先移植到消过毒的蛭石或者珍珠岩等环境下生活一段时间 C．用于植物组织培养的培养基一旦感染杂菌则前功尽弃 D．将菊花茎段插入培养基中时应注意方向，不应倒插，是为了防止杂菌污染 解析：将菊花茎段插入培养基中时，要注意形态学上端朝上，而不应倒插，是因为生长素为极性运输，倒插的菊花茎段不能形成愈伤组织，而不是为了防止杂菌污染。‎ 二、非选择题 ‎6．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。‎ 菊花茎尖培养基中培养长出丛芽并生根→试管苗 ‎(1)图中甲是愈伤组织，乙过程是再分化。菊花茎尖可培养成植物体的原理是植物细胞具有全能性。‎ ‎(2)菊花的组织培养过程中，细胞增殖通过有丝分裂来完成。试管苗形成过程中要给予一定光照，其目的是使试管苗产生叶绿素并进行光合作用合成有机物。在配制好的MS培养基中，常常需要添加植物激素，细胞分裂素和生长素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。‎ ‎(3)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。植物组织培养过程中需要维持一定的外界条件，一是要有适宜的温度、pH等，二是必须保证无菌环境。否则植物组织培养就不能成功。‎ ‎(4)如图所示培养成的试管苗的基因型是AaBb，这种繁殖方式属于无性生殖。‎ 解析：(1)图中甲为脱分化的结果即愈伤组织，由愈伤组织形成根及丛芽的过程称为再分化。植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。(2)用于植物组织培养的培养基中包括大量元素(如N、P、S、K、Ca、Mg等)、微量元素(如B、Cu、Zn、Fe等)、有机物及植物激素等。细胞分裂素和生长素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。(3)进行植物组织培养必须保证无菌环境。(4)经组织培养形成的试管苗，其基因型不变，仍为AaBb，题图所示的繁殖方式属于无性生殖。‎ ‎7．植物组织培养的培养基中加有激素。下表是培养基中两种植物激素在不同比例时的实验结果。请分析回答：(其中6BA是一种细胞分裂素，IAA是一种生长素)‎ ‎(1)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和生长素含量相等。‎ ‎(2)芽的分化条件是细胞分裂素的含量大于生长素，根的分化条件是生长素的含量大于细胞分裂素。‎ ‎(3)在植物组织培养中，脱分化可用的激素组合是实验1和实验3中的激素含量关系，再分化时可用激素组合是实验2和实验4中的激素含量关系。整个实验表明，植物的生根、发芽等生命活动是多种激素共同作用的结果。‎ ‎(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无机物(矿质元素)、有机物等。‎ ‎(5)判断愈伤组织的依据是细胞排列疏松而无规则，呈无定形状态。‎ 解析：本题考查植物组织培养中生长素和细胞分裂素使用的有关知识，培养学生利用生物知识分析、解决问题的能力。‎ 从表中数据可以看出，只有靠细胞分裂素和生长素的共同作用及适当的比例，才能使组织培养过程顺利进行。培养基中必须具备植物激素、无机物(矿质元素)、有机物等营养物质。而愈伤组织的特点是细胞排列疏松而无规则，呈无定形状态。‎ ‎【旁栏思考题】点拨(教材P33)‎ 微量元素和大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。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。‎ ‎【旁栏思考题】点拨(教材P35)‎ 每种材料或配方至少要做一组以上的重复。设置对照实验可以取用一个经过灭菌的装有培养基的锥形瓶，与接种操作后的锥形瓶一同培养，用以说明培养基制作合格，没有被杂菌污染。‎ ‎1．植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，对培养条件的要求较高。用于植物组织培养的培养基同样适合于某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。而培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。‎ ‎2．外植体的生理状态是成功进行组织培养的重要条件之一。生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化。‎