人教版生物选修1 专题3课题季的花药培养.docx

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人教版生物选修1专题3课题季的花药培养

课题2　月季的花药培养

学习目标：

1.说出被子植物花粉发育的过程及花药离体培养产生花粉植株的两种途径。

（重点）　2.知道影响花药培养的因素。

（重点）　3.学习花药培养的基本技术，尝试用月季或其他植物的花药进行培养。

（难点）

1．被子植物的花粉发育

（1）花粉的概念

由花粉母细胞经过减数分裂形成的单倍体的生殖细胞。

（2）花粉发育的基本过程

花粉母细胞（小孢子母细胞）

小孢子四分体时期

―→单核期

双核期―→

两个细胞

2．产生花粉植株的两种途径

（1）两种途径

（2）形成原因

主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。

（3）花粉植株的特点

单倍体植株，植物弱小，高度不育。

3．影响花药培养的因素

（1）主要因素

①材料的选择

ⅰ不同植物的诱导成功率很不相同。

ⅱ就同一种植物来说，花期早期时的花药比后期的更容易产生花粉植株。

ⅲ一般来说，在单核期，细胞核由中央移向细胞一侧的时期，花药培养成功率最高。

②培养基的组成

（2）其他因素

4．花药培养的实验操作

（1）材料的选取

①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镜检方法：

最常用的方法是醋酸洋红法。

但是，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。

（2）材料的消毒

①将花蕾放入体积分数为70%的酒精中浸泡约30s，立即取出，在无菌水中冲洗，后用无菌吸水纸吸干。

②放入质量分数为0.1%的氯化汞溶液中2～4min，再用无菌水冲洗3～5次。

（3）接种

①剥离花药时，尽量不损伤花药，彻底去除花丝。

②每瓶接种花药7～10个。

（4）培养

①温度：

25℃左右。

②光照：

开始不需要光照，幼小植株形成后才需要光照。

③转移：

将愈伤组织及时转移到分化培养基上；如果释放出胚状体，尽快将幼小植株分开，分别移植到新的培养基上。

（5）鉴定和筛选：

鉴定染色体倍性的变化，并进行筛选。

1．判断对错

（1）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。

（　　）

（2）材料消毒时需先用酒精浸泡，然后用氯化汞或次氯酸钙溶液浸泡，最后用无菌水冲洗。

（　　）

（3）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。

（　　）

（4）若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，以便进一步分化成再生植株。

（　　）

提示：

（1）×　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时，需采用焙花青－铬矾法。

（2）√　（3）√　（4）√

2．从小孢子母细胞到形成精子，经历的分裂方式是（　　）

A．有丝分裂

B．减数分裂

C．先有丝分裂后减数分裂

D．先减数分裂后有丝分裂

D　[小孢子母细胞形成精子过程如下：

小孢子母细胞

小孢子

花粉（内含精子）。

]

3．花粉植株能否诱导成功受多种因素的影响，主要因素是（　　）

A．材料的选择与培养基的组成

B．亲本植株的生理状况

C．接种密度

D．材料的低温处理效果

A　[花粉植株能否诱导成功受多种因素的影响，如植株的生理状况、接种密度、材料低温处理效果，但主要影响因素是材料的选择与培养基的组成。

]

被子植物的花粉发育

[合作交流]

1．被子植物花粉发育过程中的四分体时期与减数分裂过程中的四分体时期是同一阶段吗？

提示：

不是同一阶段。

前者的四分体时期是指4个单倍体细胞连在一起的时期；后者的四分体时期是指同源染色体配对后，一对同源染色体含有四条染色单体的阶段。

2．一个花粉粒中的生殖细胞核与营养细胞核的遗传物质是否相同？

为什么？

提示：

完全相同。

因为一个花粉粒中的生殖细胞核和营养细胞核是由一个小孢子细胞经有丝分裂形成的。

3．花粉植株弱小且高度不育，为什么还有利用价值？

提示：

尽管花粉植株弱小且高度不育，但可以利用其进行单倍体育种，因为二倍体植株形成的花粉植株其细胞内无同源染色体，经诱导染色体加倍后都是纯种，因此与杂交育种相比，可以明显缩短育种年限。

1．花粉发育的基本过程

2．花粉发育过程中细胞数目及细胞内染色体数目的变化（设体细胞内染色体数目为2n）

特别提醒：

关于花粉发育过程的几点提醒

（1）由上面发育过程可以得出，1个小孢子母细胞最终可发育形成4个花粉粒、8个精子。

（2）在被子植物的花粉发育过程中，2个精子和1个营养细胞是由同一个细胞经过有丝分裂而形成的，所以它们的核基因是相同的。

（3）花粉管细胞核与花粉管的生成和生长有关，生殖细胞核直接参与受精作用。

[典题通关]

如图是花药培养产生花粉植株的两种途径。

下列相关判断错误的是（　　）

生根―→移栽

A．图中的A和B分别是胚状体和愈伤组织

B．C和D过程的实质相同

C．选择的花药在花粉发育过程中越早越好

D．整个培养过程中的细胞增殖方式只有有丝分裂

[技巧点拨]　

（1）两种途径中，脱分化的结果不同，一个是形成愈伤组织，一个是形成胚状体。

（2）细胞分化的实质是基因的选择性表达。

（3）选择的培养材料处于单核期最好，尤其是处于单核靠边期的花药最好。

C　[图中A和B分别是胚状体和愈伤组织，C和D表示分化和再分化。

无论是再分化还是分化，它们的实质都是基因的选择性表达。

选择的花药太早或太晚都不利于培养，处于单核期的最好，尤其是单核靠边期，故C错误。

整个培养过程中无减数分裂，所以细胞增殖方式只有有丝分裂。

]

（1）图中用于培养的“花药中的花粉”选择单核期以前或单核期以后，均不利于培养，为什么？

（2）两种形成花粉植株的途径基本相同，主要区别在于脱分化的结果不同，决定两种途径的决定性因素是什么？

提示：

（1）选择单核期以前的花药质地幼嫩，极易破碎；选择单核期以后的花药花瓣有些松动，给消毒带来困难。

（2）培养基中生长素和细胞分裂素的使用顺序及其浓度配比。

1．下列有关月季花药培养的叙述，正确的是（　　）

①月季花粉是由花粉母细胞经过减数分裂而形成的单倍体生殖细胞　②被子植物花粉形成过程中的四分体与高等动物精子形成过程中的四分体概念相同　③被子植物一个小孢子母细胞经过减数分裂共形成了8个精子

④任何时期的花粉都可以经过培养产生愈伤组织或胚状体　⑤花药培养初期不需要光照，幼小植株形成后才需要光照

A．①③⑤　　　B．②④⑤

C．②③④D．①②③④⑤

A　[被子植物花粉形成过程中的四分体是四个细胞连在一起，高等动物精子形成过程中的四分体是一对同源染色体含有四个染色单体；不同时期的花粉发育的能力是不同的。

]

2．下图是水稻的花药通过无菌操作，培养产生花粉植株的两种途径的示意图。

下列相关叙述中错误的是（　　）

A．无论哪条途径都要经过脱分化和再分化过程

B．A是胚状体，C是诱导，B是生根

C．两种培养途径的理论基础都是植物细胞的全能性

D．A和种子的结构相同，都具有种皮、胚芽、胚根、胚轴等结构

D　[图中的A是胚状体，C是诱导，B是生根。

两种途径都要经过脱分化和再分化过程。

植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。

胚状体中有胚轴、胚根和胚芽，但无种皮，故答案选D。

]

花药培养的实验操作

[合作交流]

1．在剥离花药时，为什么要尽量不损伤花药，还要彻底去除花丝？

提示：

损伤花药接种后容易从受伤部位产生愈伤组织；与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。

2．培养形成的植株还需要怎样处理才能发育成正常植株？

为什么要作进一步的鉴定和筛选？

提示：

（1）用秋水仙素处理幼苗。

（2）因为花药培养中，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。

1．实验操作及注意事项

2．镜检花粉发育时期的方法比较

醋酸洋红法

焙花青－铬矾法

不同点

方法的使用

常用的方法

花粉细胞核不易着色时，使用该方法

步骤

将花药放在载玻片上→滴1滴1%醋酸洋红→用镊柄捣碎花药→盖上盖玻片→镜检

花药在卡诺氏固定液中固定20min→取出，放在载玻片上→焙花青－铬矾溶液染色→盖上盖玻片→镜检

现象

花粉细胞核染成深红色

花粉细胞核染成蓝黑色

相同点

都可通过镜检来确定花粉是否处于适宜的发育期

3.单倍体育种的过程及其与花药离体培养的区别

（1）单倍体育种的过程：

①在花药培养的基础上，用秋水仙素继续处理单倍体幼苗。

②染色体加倍，重新恢复为二倍体。

因为此二倍体是由单倍体的染色体本身加倍而来的，所以是纯合子，不会发生性状分离。

详见下图：

（2）二者的区别：

尽管花药离体培养是单倍体育种的首要环节，但二者的步骤和结果是不同的。

一定注意看清楚是培养过程还是育种过程，花药离体培养只涉及上图图解中的①②③④，而单倍体育种则包括①②③④⑤。

特别提醒：

在花药培养过程中，常常会出现染色体组数目变化的原因

（1）花粉细胞的融合。

（2）接种花粉过程中混有小孢子母细胞。

（3）在材料的低温预处理时低温抑制了纺锤体的形成。

（4）在双核期时，生殖细胞核与花粉管细胞核并没有形成两个细胞，而是两个核发生了融合。

[典题通关]

育种工作者常采用花药培养的方法，使花粉粒发育为单倍体植株。

下面过程是采用水稻的花药进行培养的步骤。

请据此回答下面的问题：

选取水稻花药―→对花药消毒―→接种和培养―→植物体

（1）诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低，受多种因素的影响，其中____________、____________是主要的影响因素；选择合适的____________也是提高诱导成功率的重要因素。

（2）花粉在发育过程中要经历______________________、________、______________等阶段，选取的水稻花药应为________期的花药，此时细胞核由中央移向细胞一侧，花药培养成功率最高。

（3）在剥离花药时，要尽量不损伤花药，原因是____________

_____________________________________________________；

同时还要彻底去除花丝，原因是________________________

_____________________________________________________。

（4）通过花药培养产生单倍体植株一般有两种途径：

一种是花粉通过__________阶段发育为植株；另一种是在诱导培养基上先形成__________，再将其诱导分化成植株。

（5）试管苗形成过程中，必须从培养基中获得无机盐或矿质元素和小分子有机物等营养物质。

要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应有________和________两类激素。

[解析]　诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低，受多种因素的影响，其中材料的选择与培养基的组成是主要的影响因素；选择合适的花粉发育时期也是提高诱导成功率的重要因素。

花粉在发育过程中要经历小孢子四分体时期、单核期、双核期等阶段，选取的水稻花药应为单核期的花药；在剥离花药时要尽量不损伤花药，否则接种后容易从受伤的部位产生愈伤组织；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；通过花药培养产生单倍体植株一般有两种途径：

一种是通过胚状体阶段发育为植株；一种是先形成愈伤组织再将其诱导分化成植株。

[答案]　

（1）材料的选择　培养基的组成　花粉发育时期　

（2）小孢子四分体时期　单核期　双核期　单核靠边　（3）如果花药受损，接种后容易从受损伤的部位产生愈伤组织　与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成　（4）胚状体　愈伤组织　（5）细胞分裂素　生长素

（1）选择材料时，需要使用显微镜对花药进行观察，对花药进行染色的方法有哪些？

（2）是否整个培养过程都需要光照？

提示：

（1）醋酸洋红法和焙花青—铬矾法。

（2）不是，在幼小植株形成以后才需要光照。

1．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醋酸洋红法，这种方法能将花粉细胞核染成深红色

B．材料消毒时消毒剂一般是酒精和氯化汞

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后，要适时转换培养基，以便进一步分化成再生植株，若释放出胚状体，则不必转换培养基

D　[确定花粉发育的时期最常用的方法是醋酸洋红法，有些植物花粉细胞核不易着色，需采用焙花青—铬矾法。

在形成愈伤组织或胚状体前，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。

]

2．玉米是一种重要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家在玉米育种和栽培中进行了大量的研究。

如图所示是关于玉米培养的过程，据图判断下列说法错误的是（　　）

A．从繁殖原理上分析，A→D属于无性繁殖

B．植株D和G中的染色体组数不同

C．E→G不能体现细胞的全能性

D．E→F过程中获得的植株一般不能直接用于扩大种植

C　[E→G是花药离体培养过程，体现了生殖细胞的全能性。

D植株由体细胞发育而成，为二倍体，其花药中的花粉细胞只含一个染色体组，由它通过离体培养发育成的G为单倍体，故两者染色体组数不同。

E→F过程中获得的植株不能形成种子繁殖下一代。

]

[课堂小结]

知识网络构建

核心语句归纳

1.被子植物花粉的发育要经历小孢子四分体时期、单核期（单核居中期、单核靠边期）、双核期等阶段。

2．小孢子母细胞

4个小孢子

3．最合适的花粉发育时期为单核期，挑选花药时通常选择完全不开放的花蕾。

4．产生花粉植株的两种途径：

一是花粉通过胚状体阶段发育为植株；另一途径为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。

5．接种花药时，通常每瓶接种花药7～10个，培养温度控制在25℃左右，不需要光照。

幼小植株形成后才需要光照。

6．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）。

1．下列关于胚状体产生的说法中，不正确的是（　　）

A．在花药培养中，由小孢子发育成胚状体

B．可直接由器官上发生

C．在单细胞的原生质体培养中，先由细胞形成一个胚性细胞团，再发育成胚状体

D．不同胚状体的发生和发育过程，一般是同步的，在一个培养物材料中不可能同时出现不同发育时期的胚状体

D　[由于花药中花粉的发育程度不同，培养的难易程度也不同，因此胚状体的发生一般是不同步的。

]

2．月季的花药培养过程的难点之一是材料的选择，下列有关材料选择的叙述中，正确的是（　　）

A．从花药来看，应当选择盛花期的花药

B．从花粉来看，应当选择小孢子四分体时期的花粉

C．从花蕾来看，应当选择略微开放的花蕾

D．从检测花粉的实验方法看，应该用显微镜观察已染色的花粉样品临时装片

D　[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。

用已染色的花粉样品制成临时装片，才能观察到细胞核的位置，以确定花粉发育的时期。

]

3．下图是某组织培养过程的简图。

下列有关说法中，正确的是（　　）

花粉粒

愈伤组织

胚状体

植株

A．花药离体培养的条件与种子萌发的条件完全相同

B．若花粉粒核中有两个或多个染色体组，则所得植株为二倍体或多倍体

C．②③过程都是细胞分化过程，因此起作用的激素只有生长素

D．该过程体现了植物细胞的全能性

D　[花药离体培养对条件要求更高，需要MS培养基，另外还需要适宜的pH、温度和光照，而种子萌发需要充足的空气和适宜的温度、水分等，所以A项错误；花粉培养形成的植株称为单倍体，所以B项错误；在细胞分化过程中多种激素起作用，其中起主要作用的是细胞分裂素和生长素，所以C项错误；在该过程中，单个细胞最终培养成了植株，体现了植物细胞的全能性，D项正确。

]

4．下列关于花药培养过程中应注意的事项中正确的是（　　）

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，还要始终进行光照

D．一般地讲，材料选在单核期的花药其培养成功率较高

D　[花粉植株能否培养成功受多种因素影响，其中材料的选择与培养基组成是主要影响因素；对一般植物来讲选择单核期往往成功率最高；在花粉培养到幼苗阶段的前期，不需光照；当培养获得愈伤组织或幼小植株时必须分瓶培养，才能诱导愈伤组织分化或幼苗分开。

]

5．基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接种到试管后，在一定条件下形成试管苗，则：

（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得______________________等营养物质。

（2）要促进花粉细胞的分裂和生长，培养基中应有________和________两类激素。

（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。

这一过程必须给予光照，其原因是____________能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。

（4）试管苗的细胞核中含________条脱氧核糖核苷酸链。

（5）培育成的试管苗可能出现的基因型有____________。

（6）这种利用花药离体培养发育成的试管苗属于________体。

要使它繁殖后代必须采取的措施是____________。

[解析]　

（1）愈伤组织在形成过程中，自身不能制造有机物，因此需不断地从培养基中吸取无机物（水、无机盐）、有机物（糖类、维生素）等营养物质。

（2）植物激素的种类很多，要促进花粉细胞的分裂和生长，培养基中应有细胞分裂素和生长素两类激素。

（3）试管苗属于单倍体植株，属于自养型生物，需要通过光照进行光合作用。

（4）水稻的基因型为AaBb（二倍体），其体细胞中含有24条染色体，则单倍体细胞中含有12条染色体，12个DNA分子。

每个DNA分子由2条反向平行的脱氧核糖核苷酸链盘旋而成，所以试管苗的细胞核中含有24条脱氧核糖核苷酸链。

（5）基因型为AaBb的水稻产生配子时，依据基因自由组合定律可知，配子的基因型为AB、aB、Ab、ab。

（6）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。

[答案]　

（1）水、无机盐、维生素和小分子有机物　

（2）细胞分裂素　生长素　（3）叶绿体　（4）24　（5）AB、aB、Ab、ab　（6）单倍　用秋水仙素处理