2020-2021学年高二生物人教版选修1学案：专题3　课题2　月季的花药培养 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2　月季的花药培养 Word版含解析

www.ks5u.com 课题2　月季的花药培养 知识点一　　　被子植物的花粉发育过程 ‎1．被子植物的雄蕊 通常包含花丝、花药两部分。后者为囊状结构，内部含有许多花粉，花粉是单倍体的雄性生殖细胞。‎ ‎2．被子植物的花粉发育过程 说明：花粉是小孢子母细胞先经过减数分裂再经有丝分裂形成的，因此，花粉是单倍体的生殖细胞。两个精子和一个营养细胞的细胞核的基因型相同。‎ ‎3．花药培养产生花粉植株(即单倍体植株)一般有两种途径 注意：上述两种途径之间并没有绝对的界限，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。‎ ‎1．被子植物花粉的发育过程 被子植物花粉的发育要经历四分体时期、单核期(单核居中期、单核靠边期)、双核期等阶段。花粉母细胞(小孢子母细胞)先经减数分裂形成4个单核花粉粒(小孢子)，此时核位于细胞中央，获取营养，不断长大。随着细胞扩大，细胞核由中央移至细胞的一侧，然后每个花粉粒的细胞核经有丝分裂形成双核的花粉粒，进一步形成一个营养细胞和一个生殖细胞。一个生殖细胞再经过一次有丝分裂，形成两个精子。‎ ‎2．植物的花药培养在育种上的意义 花粉粒经过培养发育成单倍体植株，单倍体植株经过人工诱导，其染色体数目加倍，重新恢复正常植株的染色体数目，这样的植株不仅能够正常生殖，而且每对染色体上的成对的基因都是纯合的，自交产生的后代不会产生性状分离，这就是单倍体育种。单倍体育种不仅缩短了育种周期，也为新品种的培育开辟了新途径。‎ ‎【典题精练1】　关于被子植物花粉的形成，下列说法正确的是(　　)‎ A．花粉是花粉母细胞经有丝分裂形成的 B．花粉的发育要经历四分体时期、单核期和双核期等 C．花粉发育经历的四分体时期与减数第一次分裂的四分体时期含义相同 D．花粉母细胞形成花粉粒中的精子的过程是减数分裂的过程 ‎【答案】　B ‎【解析】　‎ 花粉是由花粉母细胞经减数分裂形成的，共经历了四分体时期、单核期和双核期等发育阶段；四分体时期是指4个单倍体细胞连在一起，而减数分裂的四分体时期是指同源染色体配对后，1个四分体中含4条染色单体的阶段；花粉粒内的生殖细胞经有丝分裂得到2个精子。‎ ‎【典题精练2】　如图是花药培养产生花粉植株的两种途径，下列相关叙述错误的是(　　)‎ ‎ ‎ A．图中的A表示愈伤组织 B．①和②过程的实质相同 C．选择花药时，其中的花粉所处的发育时期越早越好 D．整个培养过程中的细胞增殖方式只有有丝分裂 ‎【答案】　C ‎【解析】　图中A表示愈伤组织，A正确。①和②过程表示分化和再分化，不论是分化还是再分化，它们的实质都是基因的选择性表达，B正确。选择花药时，其中的花粉所处的发育时期过早或过晚都不利于培养，一般选择单核期的花药，C错误。整个培育过程中无减数分裂，细胞增殖方式只有有丝分裂，D正确。‎ 知识点二　影响花药培养的因素 ‎1．主要影响因素：材料的选择和培养基的组成等。‎ ‎(1)材料的选择 ‎①从花药来看，应当选择初花期的花药；‎ ‎②从花粉来看，应当选择单核期的花粉；‎ ‎③从花蕾来看，应当选择完全未开放的花蕾。‎ ‎(2)培养基的组成 花药培养所采用的培养基可能因植物不同而有所变化。培养基各成分中，植物生长调节剂的浓度和配比，常对诱导细胞的分裂、生长和分化起决定作用。在诱导愈伤组织或胚状体产生的诱导培养基中，广泛地使用2,4－D、IAA和KT等。‎ ‎2．其他影响因素：植物的种类、亲本生长条件、材料的处理方法、接种密度、培养的环境条件等。‎ ‎3．预处理 为了取得好的培养效果，在花药接种前，宜先对其进行预处理。花药和花粉的预处理措施主要是低温处理。在很多情况下，低温处理可明显提高花药和花粉培养的效果。‎ ‎1．选择单核居中期或单核靠边期花药的原因 ‎(1)不选择单核期以前花药的原因：质地幼嫩，极易破碎。‎ ‎(2)不选择单核期以后花药的原因：花瓣已有些松动，给材料的消毒带来困难。‎ ‎(3)挑选单核期花药的方法：通常选择完全未开放的花蕾，含菌少，易消毒。‎ ‎2．预处理的注意点 ‎ ‎ ‎ 一般耐寒植物比喜温植物可耐受较低的温度，处理的温度可低些。低温处理时间视使用的温度而定，在较低的温度下处理时间要短，在较高的温度下处理时间要长。‎ ‎【典题精练3】　下列有关影响花药培养的因素的叙述中，不正确的是(　　)‎ A．材料的选择和培养基的组成是主要因素 B．处于单核期的花粉是最佳的选择材料 C．亲本植株的生长条件、材料的低温处理以及接种密度都影响着花药培养的效果 D．实验的操作时间不会影响培养结果 ‎【答案】　D ‎【解析】　本题考查影响花药培养的因素。解题时，应注意哪些是主要因素，弄清楚各个因素为什么能对培养过程造成影响。‎ 影响花药培养的主要因素是材料的选择和培养基的组成。花粉发育过程中，只有单核期花药对离体刺激敏感，此时进行花药培养成功率最高。亲本植株的生长条件、材料的低温处理以及接种密度都会对花药培养产生一定的影响。实验的操作时间越长，被污染的机会就越大，实验成功率就越低。‎ 解题归纳 进行花药培养时应选取初花期的花，例如月季一般选取完全未开放的花蕾，一方面保证花粉发育处于单核期；另一方面，若选盛开或略微开放的花，花瓣松动后，微生物就可能侵入花药，给材料的消毒带来困难。‎ ‎【典题精练4】　关于影响花药离体培养的因素的叙述，错误的是(　　)‎ A．花粉发育过程中，单核期花粉对离体刺激最敏感，培养成功率最高 B．刺激单核期花粉发育为完整植株所用的培养基都是MS培养基，其中所用的激素等诱导成分相同 C．供体植株的年龄对花药培养也有影响，应选择早期花药进行培养，并可利用低温进行预处理，以提高诱导成功率 D．不同种的植物花药或同种植物不同基因型的花药，诱导成功率也不同 ‎【答案】　B ‎【解析】　接种花药时期的选择是影响花药培养的决定因素，初期花药(最好是细胞核由中央移向一侧时期的花药)最易诱导成功；用低温进行预处理，可提高诱导成功率；对于不同植物的花药培养，可采用不同的培养基进行诱导，而同种植物的不同基因型的花药，诱导成功率也不同，有的甚至不能诱导成植株，如雄配子致死现象。‎ 知识点三　　　花药培养的实验操作及结果分析与评价 ‎1．月季的花药培养过程 ‎(1)材料的选取 ‎①选取花期和状态：在月季的初花期(五月初到五月中旬)，选取生理状况良好的植株的花药。‎ ‎②花粉的鉴定：一般通过镜检来确定花药中的花粉是否处于适宜的发育期。‎ ‎(2)材料的消毒 将花蕾放入体积分数为70%的酒精中浸泡约30 s→无菌水清洗→用无菌吸水纸吸干花蕾表面的水分→放入质量分数为0.1%的氯化汞溶液(或质量分数为1%的次氯酸钙溶液或饱和漂白粉溶液)中2～4 min→无菌水冲洗3～5次。‎ ‎(3)接种 灭菌后的花蕾要在无菌条件下除去萼片和花瓣，彻底去除花丝，并立即将花药接种到培养基上。通常每瓶接种花药7～10个。‎ 注意：在剥离花药时，尽量不损伤花药，否则接种后，容易从受伤部位产生愈伤组织。要彻底去除花丝，因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。‎ ‎(4)培养 ‎ ‎ ‎(5)鉴定和筛选 染色体倍性的变化：花药培养中，特别是通过愈伤组织形成的花粉植株，常会出现染色体倍性的变化(主要是营养细胞的细胞核和生殖细胞的细胞核融合造成的)。需要对培养出来的植株进行鉴定和筛选。‎ ‎2．结果分析与评价 ‎(1)选材：通过镜检找到处于适宜发育期的花粉是成功的关键。‎ ‎(2)无菌技术：如果出现了污染现象，说明某些操作步骤，如培养基灭菌、花蕾消毒或接种等有问题。‎ ‎(3)接种：如果接种的花药长出愈伤组织或释放出胚状体，花药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。‎ 花粉的鉴定方法 ‎1．最常用的方法是醋酸洋红法：将花药放在载玻片上→1%的醋酸洋红→用镊柄将花药捣碎，盖上盖玻片→镜检。‎ ‎2．某些植物的花粉细胞核不易着色，需采用焙花青－铬矾法：花药先在卡诺氏固定液中固定20 min→取出，置于载玻片上→焙花青－铬矾溶液染色→盖上盖玻片→镜检(花粉细胞核被染成蓝黑色)。‎ ‎【典题精练5】　下列有关花药离体培养的说法错误的是(　　)‎ A．材料的选择最常用的方法是焙花青—铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色 B．材料消毒时要先用酒精浸泡，然后用氯化汞或次氯酸钙溶液浸泡，最后用无菌水冲洗 C．接种花药后一段时间内不需要光照，但幼小植株形成后需要光照 D．接种的花药长出愈伤组织或形成胚状体后，要适时转换培养基，以便其进一步分化成再生植株 ‎【答案】　A ‎【解析】　确定花粉发育的时期最常用的方法是醋酸洋红法，有些植物细胞核不易着色，才要采用焙花青—铬矾法。在形成愈伤组织或胚状体前，细胞中没有叶绿素的形成，不进行光合作用，不需要光照；幼小植株形成后，开始进行光合作用，需要光照。花药离体培养的不同阶段，对主要营养的需求不一样，所以要适时转换培养基。‎ 解题归纳 同学们应该从花药离体培养各个阶段培养对象发生的主要变化入手，来对培养过程中应该进行的条件控制和采用的实验方法进行分析。‎ ‎【典题精练6】　下列关于花药离体培养过程中的注意事项的叙述，正确的是(　　)‎ A．花药培养成功与否与材料选择无关 B．花药培养成幼苗后，一定不能分瓶培养 C．花药培养成幼苗的过程中，除了适宜的温度、pH等，还要注意进行光照 D．一般地讲，材料选用单核期的花药培养成功率较高 ‎【答案】　D ‎【解析】　一般说来，单核期的花药离体培养的成功率最高。花药培养初期在黑暗中培养，幼小植株形成后再进行适当的光照培养。‎ 一、选择题 ‎1．关于花药培养产生花粉植株的途径，下列叙述错误的是(　D　)‎ A．花粉可通过形成愈伤组织发育成植株 B．花粉可通过形成胚状体发育成植株 C．通过哪种途径产生花粉植株主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比 D．产生胚状体是花药培养中特有的途径 解析：通过花药培养产生花粉植株有两条途径：一是花粉通过胚状体阶段发育成植株；二是花粉在诱导培养基上先形成愈伤组织，再将其诱导分化成植株。这两种途径之间并没有绝对的界限，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。植物组织培养中也可产生胚状体。‎ ‎2．下列关于月季花药培养的实验操作的叙述，错误的是(　A　)‎ A．花药开裂后长出的愈伤组织可在同一培养基上培养至形成幼小植株再更换培养基继续培养 B．镜检花粉时可用醋酸洋红法或焙花青－铬矾法染色，后者能将花粉细胞核染成蓝黑色 C．在剥离花药时，要尽量不损伤花药，否则易从受伤部位产生愈伤组织 D．如果接种的花药长出愈伤组织并分化成幼小植株，还需对植株作进一步的鉴定和筛选 解析：‎ 花药离体培养形成愈伤组织后必须转移至分化培养基上，才能形成幼小植株，A错误。选择花药时，一般要通过镜检来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期。确定花粉发育时期最常用的方法是醋酸洋红法，但某些植物的花粉细胞核不易着色，需采用焙花青－铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色，B正确。在剥离花药时，要尽量不损伤花药，否则接种后容易从受伤部位产生愈伤组织，同时还要彻底去除花丝，因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成，C正确。如果接种的花药长出愈伤组织并分化成幼小植株，还需对植株作进一步的鉴定和筛选，D正确。‎ ‎3．下列有关影响月季花药培养的因素的说法，不正确的是(　C　)‎ A．一般月季的花药培养时间选在初花期，选择单核期的花粉 B．配制月季花药培养基时需调节pH至5.8‎ C．影响花药培养的因素与材料的选择和培养基的组成有关，与其他因素无关 D．花药培养初期不需要光照，幼小植株形成后才需要光照 解析：从花药来看，应当选择初花期的花药，从花粉来看，应当选择单核期的花粉，从花蕾来看，应当选择完全未开放的花蕾，A正确；配制月季花药培养基时需调节pH至5.8，B正确；影响花药组织培养的因素有很多，包括材料的选取、培养基的组成、亲本植株的生长条件、接种密度等，C错误；花药培养初期不需要光照，幼小植株形成后才需要光照，D正确。‎ ‎4．下列有关月季花药培养产生花粉植株的叙述，错误的是(　D　)‎ A．花药中的花粉经脱分化产生胚状体还是愈伤组织，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比 B．一般来说选用单核期的花药可提高诱导出花粉植株的成功率 C．常用醋酸洋红对花粉的细胞核进行染色来判断所选择的花粉是否处于合适的发育时期 D．胚状体和愈伤组织都具有胚芽、胚轴和胚根等结构 解析：‎ 花药中的花粉经脱分化形成胚状体还是愈伤组织，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比，A正确；一般选择单核期的花药用于花药培养，而要检测花药中的花粉是否处于单核期，常用醋酸洋红法，B、C正确；愈伤组织是花药、离体的植物组织或细胞经脱分化形成的薄壁细胞团，没有具体结构，而胚状体有胚芽、胚根和胚轴等结构，D错误。‎ 二、非选择题 ‎5．如图是被子植物花粉发育过程的简略表示，请据图回答：‎ 小孢子母细胞→①→②→③→双核期 ‎(1)①是指四分体时期，由小孢子母细胞经减数分裂形成。‎ ‎(2)②和③分别是指单核居中期和单核靠边期，该期细胞的特点是含浓厚的原生质。‎ ‎(3)1个花粉母细胞经过分裂最多能形成4个花粉粒，12个细胞核。‎ ‎(4)双核期的两个核分别叫生殖细胞核和花粉管细胞核。‎ ‎(5)在进行花药组织培养时选择②→③段的培养成功率最高。‎ 解析：花粉是由小孢子母细胞先经减数分裂后经有丝分裂并依次经历了四分体时期、单核期和双核期等阶段后产生的。单核期的细胞含浓厚的原生质，核开始时位于细胞的中央。随着细胞不断长大，核由中央移向细胞一侧，此时是花药组织培养的最佳时期，并分裂成1个生殖细胞核和1个花粉管细胞核，进而形成两个细胞，生殖细胞将再分裂一次，形成两个精子。‎ ‎6．如图表示水稻(体细胞中有24条染色体)的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程，已知水稻的基因型为AaBb。‎ ‎(1)要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应有生长素和细胞分裂素两类激素。‎ ‎(2)试管苗的细胞中含有24条脱氧核苷酸链。‎ ‎(3)培育出的试管苗可能出现的基因型有AB、Ab、aB、ab。‎ ‎(4)这种利用花药离体培养发育成的试管苗属于单倍体。要使它繁殖后代必须采取的措施是用秋水仙素处理。‎ 解析：植物组织培养过程中，必须提供水、无机盐、小分子有机物等营养物质，还需要添加生长素和细胞分裂素等激素。由于体细胞中有24条染色体，而试管苗为12条染色体，也就是24条脱氧核苷酸链。水稻基因型为AaBb，经减数分裂形成的配子有AB、Ab、aB、ab四种。由花粉发育成的个体为单倍体，且高度不育，要使它繁殖后代需用秋水仙素处理。‎ ‎【旁栏思考题】点拨(教材P39)‎ 花瓣松动后，微生物就可能侵入花药，给材料的消毒带来困难。‎ ‎1．F2代紫色甜玉米的基因型组成可能为Aasusu 或 AAsusu。如果运用常规育种方法，将F2代中的紫色甜玉米与白色甜玉米(aasusu)进行测交，可以选择出基因型为AAsusu纯种紫色甜玉米。但这种方法比较繁琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。如果利用花药培养的技术，在F1代产生的花粉中就可能有Asu的组合，再将花粉植株进行染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体(AAsusu)。这种方法可以大大缩短育种周期。‎ ‎2．植物组织培养技术与花药培养技术的相同之处是：培养基配制方法、无菌技术及接种操作等基本相同。两者的不同之处在于：花药培养的选材非常重要，需事先摸索时期适宜的花蕾；花药裂开后释放出的愈伤组织或胚状体也要及时更换培养基；花药培养对培养基配方的要求更为严格。这些都使花药培养的难度大为增加。植物组织培养技术在生产中可以快速繁殖、培育无病毒植株，制造人工种子，生产紫草素等药物、食品添加剂、香料等，单倍体育种、转基因植物的培养也要用到植物组织培养技术。‎ 专题整合与评估 ‎[知识建网]‎ ‎ ‎ ‎[要语必背]‎ ‎1．植物组织培养的一般过程为：‎ 外植体愈伤组织根、芽完整植株。‎ ‎2．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。‎ ‎3．影响植物组织培养的因素有：植物材料、营养物质、植物激素及pH、温度、光照等。‎ ‎4．花药培养产生花粉植株有两种途径：一是胚状体途径，二是愈伤组织途径，这两种途径主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。‎ ‎5．影响花药培养的主要因素是材料的选择与培养基的组成。‎ ‎6．选择单核靠边期的花药培养成功率最高。‎ ‎7．确定花粉发育时期的方法有醋酸洋红法(最常用)和焙花青－铬矾法(花粉细胞核不易着色时)。‎ ‎8．对培养出来的植株作进一步鉴定和筛选的原因是在花药培养中，特别是通过愈伤组织形成的花粉植株，常常会出现染色体倍性的变化。‎ ‎[知识整合促贯通]‎ 一、菊花组织培养与月季花药培养比较 注意：植物组织培养技术是基础，掌握了植物组织培养的原理和操作步骤，才能更好地理解花药培养技术。花药培养是利用植物组织培养技术，将花药培育成单倍体植株的过程。‎ ‎【典题精练1】　茎的组织培养和花药离体培养是在实验室条件下快速得到大量幼苗的两种方法。下列关于二者的比较中，错误的是(　　)‎ A．茎的组织培养和花药离体培养的理论依据是细胞具有全能性 B．花药能被诱导为单倍体植株的原因是花药细胞中含有本物种全套遗传信息，尽管遗传物质是体细胞的一半，但仍具有全能性 C．茎的组织培养获得试管苗必须经过移栽炼苗后才能进行大田栽培，而花药培养不需要 D．茎的组织培养与花药离体培养不同，前者为无性生殖，后者为有性生殖 ‎【答案】　C ‎【解析】　花药离体培养和茎的组织培养的理论依据都是细胞具有全能性，尽管花药细胞中的遗传物质是体细胞的一半，但仍含有本物种生长发育所需的全部基因(或遗传信息)，因此仍具有全能性。茎细胞为体细胞，花粉为生殖细胞，组织培养过程分别为无性生殖和有性生殖。两种方法所得到的试管苗，都必须通过移栽炼苗后方可进行大田栽培。‎ ‎【典题精练2】　MS培养基和培养微生物所配制的培养基的主要区别是(　　)‎ A．MS培养基一般含植物激素，微生物培养基不含植物激素 B．MS培养基含有氨基酸，微生物培养基不含各种氨基酸 C．MS培养基含有碳源，微生物培养基不含碳源 D．MS培养基含维生素B1和维生素B6，而微生物培养基不含 ‎【答案】　A ‎【解析】　MS培养基是用于植物组织培养的培养基，其中一般含有植物激素，而培养微生物的培养基中不含植物激素。另外，由于培养的微生物一般都是异养微生物，所以在它们的培养基中一般含有有机碳源、氮源和生长因子。‎ 二、影响植物组织培养的因素及成功的关键 ‎1．影响因素 ‎(1)内因：植物的种类及同一种植物材料的年龄、部位、保存时间的长短等。‎ ‎ ‎ ‎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。原因是微生物增殖快，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和灭菌。‎ ‎【典题精练3】　对月季花药离体培养的说法错误的是(　　)‎ A．接种的花药长出愈伤组织或释放出胚状体后，要适时转换培养基 B．材料消毒时需先用酒精浸泡，在无菌水中清洗，然后用氯化汞或次氯酸钙溶液浸泡，最后再用无菌水冲洗 C．诱导生芽的培养基配方比诱导生根的培养基配方中IAA浓度低 D．对材料的选择最常用的是焙花青－铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色 ‎【答案】　D ‎【解析】　接种的花药长出愈伤组织后，要将愈伤组织及时转移到分化培养基上；释放出胚状体后，则一个花药内会产生大量幼小植株，必须在花药开裂后尽快将小植株分开，分别移植到新的培养基上，A正确。花药培养过程中材料的消毒步骤：花蕾用体积分数为70%的酒精浸泡30 s→无菌水冲洗→用无菌吸水纸吸干花蕾表面的水分→放入质量分数为0.1%的氯化汞溶液(或质量分数为1%的次氯酸钙溶液)中2～4 min→无菌水冲洗3～5次，B正确。诱导生芽的培养基配方比诱导生根的培养基配方中IAA浓度低，C正确。选择花药时，确定花粉发育时期最常用的方法是醋酸洋红法，某些植物的花粉细胞核不易着色，需采用焙花青－铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色，D错误。‎ ‎【典题精练4】　‎ 关于菊花组织培养与月季花药培养的异同，下列说法不正确的是(　　)‎ A．前者接种后每日用日光灯照射12 h，后者幼小植株形成后才需光照 B．两者的培养基中都含植物激素，但种类及用量不同 C．两者都利用了植物细胞的全能性，都能产生可育的正常植株 D．花药培养对培养基配方的要求更为严格 ‎【答案】　C ‎【解析】　菊花组织培养和月季花药培养的原理都是植物细胞的全能性，前者培育出的是可育的正常植株，而后者培育出的是高度不育的单倍体植株。‎