高中生物选修一第一章无菌操作技术实践第1章 第3节.docx
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高中生物选修一第一章无菌操作技术实践第1章第3节
第三节 植物组织培养技术
1．简述植物组织培养的原理和过程。
（重难点）
2．了解MS基本培养基贮备液的配制方法。
（重点）
3．举例说出使用的激素及其对脱分化、再分化的作用。
（难点）
植物组织培养及过程
1．植物组织培养
（1）概念：
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，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。
2．植物组织培养的过程
（1）脱分化：
由已经分化的植物细胞或组织产生愈伤组织的过程。
（2）再分化：
在一定条件下继续培养脱分化的愈伤组织可以重新诱导根、芽等器官的分化。
[合作探讨]
探讨1：
同一株植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成一定相同吗？
提示：
不一定相同，如取的是花粉，是通过减数分裂形成的，获得的愈伤组织染色体数是体细胞的一半，所以与体细胞形成的愈伤组织基因组成不同。
探讨2：
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？
提示：
微生物培养基以有机营养为主。
而MS培养基则需提供大量无机营养，主要包括植物生长必需的大量元素和微量元素两大类。
探讨3：
马铃薯长期种植，产量会降低而且易感染病毒，要想提高马铃薯的产量，应该怎样培育无病毒的马铃薯？
提示：
长期进行无性繁殖的植物，只有根尖和茎尖中几乎无病毒，因此可利用马铃薯的茎尖或根尖进行植物组织培养获得无病毒的马铃薯植株。
[思维升华]
1．植物组织培养的过程
离体的植物组织、器官或细胞（外植体）
愈伤组织
根、芽或胚状体―→新个体。
（1）愈伤组织与根尖分生组织的异同：
组织
类型
细胞
来源
细胞
形态
细胞
结构
细胞
排列
细胞
去向
根尖
分生
组织
受精卵
正方形
无液泡
紧密
分化成
多种细
胞组织
愈伤
组织
高度分
化细胞
无定形
高度
液泡化
疏松
再分化
成新个
体
相同点
都通过有丝分裂进行细胞增殖
（2）植物组织培养过程中脱分化与再分化的比较：
过程
特点
条件
脱分化
外植体成为愈伤组织
排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团
离体、营养物质、植物激素、其他适宜条件
再分化
由愈伤组织成为幼苗或胚状体结构
有根、芽或有生根发芽的能力
2.生长素和细胞分裂素使用顺序和比例的比较
（1）使用顺序的比较
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）使用比例的比较
使用的量及比例
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
有利于根的形成
生长素<细胞分裂素
有利于芽的形成
1．在植物组织培养过程中，生长素和细胞分裂素的使用会影响实验结果。
下列说法正确的是（ ）
A．两种激素用量的比例影响实验结果
B．两种激素使用的先后顺序影响实验结果
C．两种激素使用的浓度影响实验结果
D．以上说法全部正确
【解析】 生长素和细胞分裂素的作用不同，其浓度、用量比例、使用先后顺序都会影响细胞的分裂和分化。
【答案】 D
2．下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（ ）
A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成相同
【解析】 同一株绿色开花植物的不同部位的细胞，其基因组成不一定相同，如花药中的配子，是通过减数分裂形成的，染色体数量减半、基因重组等因素都导致与一般的体细胞中的基因组成不同。
【答案】 D
3．植物细胞表现出全能性的必要条件是（ ）
【导学号：
67850014】
A．给予适宜的营养和外界条件
B．导入其他植物细胞的基因
C．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件
D．将成熟叶肉细胞的细胞核移植到去核卵细胞内
【解析】 植物细胞只有脱离母体才能不受母体的影响，而自身又无法制造营养，所以还需要给予适宜的营养以及外界条件，这样植物细胞才能表现出全能性。
【答案】 C
天竺葵的组织培养
一、组织培养
1．准备
实验器材和药品。
2．配制
配制MS培养基。
分别向MS基本培养基中添加所需的植物激素，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。
将添加植物激素后的培养基搅拌均匀，再次定容并调节pH。
3．灭菌
将培养基于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）取天竺葵幼嫩的叶，流水冲净后，消毒并切成约0.5cm2的小块。
（3）接种于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，并记录其变化情况。
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_000～2000_lx的光照培养箱内继续培养。
分化出幼芽后，再转接至诱导生根的培养基上继续培养。
生根后，将试管苗先炼苗，再移栽于大田中。
二、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。
2．炼苗驯化的步骤
培育壮苗―→洗净琼脂培养基―→选用合适的移植基质―→移栽后的条件控制
[合作探讨]
探讨1：
外植体为什么要经过消毒才能接种？
提示：
外植体上残留的杂菌会和外植体争夺培养基中的营养物质，并且产生大量对外植体有害的物质，导致外植体死亡，所以要先消毒再接种。
探讨2：
在进行天竺葵培养时，需更换培养基吗？
若需要，需更换几次？
提示：
需要，三次。
[思维升华]
1．影响植物组织培养的因素
（1）内因：
外植体的选取。
①不同植物的组织培养难度不同。
②对于同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。
生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化。
（2）外因
2．无菌技术是植物组织培养获得成功的关键
（1）严格的无菌操作：
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）无菌技术包括对培养基、器械和植物材料（外植体）的灭菌消毒。
对培养材料进行表面消毒时，一方面要考虑药剂的消毒效果，另一方面要考虑植物材料的耐受性。
（3）妥善处理被污染的培养物：
一旦发现培养材料被污染，特别是真菌污染，一定要先灭菌然后再打开清洗。
（4）有毒物质用后要妥善处理，以免造成环境污染。
【特别提醒】 对所培养的植物材料也可用体积分数为70%的酒精进行消毒。
3．造成培养物污染的原因与处理
污染种类
细菌污染
真菌污染
污染原因
可能是由操作人员造成的，如未戴口罩、接种时说话、手未消毒或器械灭菌不彻底等
可能是由植物材料消毒不当引起的
处理措施
将被污染的培养瓶统一放在高压蒸汽灭菌锅内进行高压蒸汽灭菌，然后再打开培养瓶进行清洗
1．下列哪组符合天竺葵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
【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。
【答案】 A
2．下图是胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管内的培养基后，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）要促进植物细胞分裂生长，培养基中应含有营养物质和植物激素，营养物质包括________和小分子有机物；植物激素包括细胞分裂素和________两类。
（2）此过程依据的原理是________________________。
A阶段和B阶段细胞进行的分裂方式主要是______，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________。
（3）此过程要无菌操作，主要是指对________进行灭菌。
B阶段需要光照，原因是____________________________________________。
（4）试管苗的根细胞中没有叶绿素，而叶的叶肉细胞中具有叶绿素，这是________________的结果。
（5）将胡萝卜韧皮部组织块接种到培养基上时，为防止杂菌污染，应如何操作？
________________________。
【解析】
（1）植物组织培养使用的培养基中应含有供植物组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还需有调节细胞发育方向的细胞分裂素和生长素等植物激素。
（2）植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础，脱分化和再分化阶段中细胞的增殖方式均为有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗。
（3）植物组织培养过程一定要做到无菌操作，包括外植体、培养基、容器、接种工具等均应消毒灭菌，其中培养基的灭菌最为重要；再分化阶段需要光照，因为幼叶中叶绿素的合成需要光照条件。
（4）同一植株的所有体细胞所含有的遗传信息相同，但表达不同，故形态、功能存在差异。
（5）酒精灯火焰旁温度较高，可有效杀死空气中的细菌。
【答案】
（1）无机物 生长素
（2）植物细胞的全能性 有丝分裂 分化 （3）培养基 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的形成需要光照条件 （4）基因选择性表达 （5）接种要在酒精灯火焰旁进行
1．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
【解析】 在植物组织培养中，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。
【答案】 B
2．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激素的运用 ④消毒 ⑤温度、pH、光照
A．①②③④⑤ B．①②③
C．①②③④D．①②③⑤
【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植物组织培养。
【答案】 A
3．无菌技术是植物组织培养能否获得成功的关键，以下说法正确的是（ ）
【导学号：
67850015】
①由于植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差，对无菌操作的要求非常严格 ②对培养基用高压蒸汽灭菌 ③对培养材料进行表面消毒时，一方面要考虑药剂的消毒效果，另一方面还要考虑植物材料的耐受能力 ④培养中不同药剂、不同植物材料，甚至不同器官要区别对待 ⑤对培养材料可用高压蒸汽灭菌 ⑥如果不小心引起污染，可能将造成培养工作前功尽弃
A．①②③④⑤B．①②③④
C．①②③④⑥D．①②③④⑤⑥
【解析】 不同的材料或对象，所采用的灭菌或消毒方法不同；对培养材料不能采用高压蒸汽灭菌，否则会导致培养材料死亡；在操作过程中一定要严格遵守无菌操作，以免污染，前功尽弃。
【答案】 C
4．如图表示花药培养及单倍体育种的大致过程，据图回答下列问题：
（1）过程①是把幼小的花药分离出来，在无菌条件下放在MS培养基上进行培养，配制该培养基时，需要的物质应该有____________________。
（至少答三种）
（2）过程②是花药在MS培养基所提供的特定条件下脱分化，发生多次细胞分裂，形成________________，此过程进行细胞分裂的方式是____________。
（3）过程③是诱导再分化出芽和根，最后长成植株，长成的植株（不考虑核与核之间融合）是________植株，其特点是植株弱小，高度不育，生产上无推广应用的价值，若要使其结子结果，可在移栽后在幼苗茎尖滴加适宜浓度的B物质，通常用到的B物质是________________。
（4）过程②与过程③所用培养基有差异，主要是______的差异。
【解析】
（1）植物组织培养需要营养物质，主要包括大量元素、微量元素、有机物（如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等）等。
（2）脱分化（或去分化）是由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，此过程细胞进行有丝分裂。
（3）经过花药培养得到的植株为单倍体，表现为高度不育，对茎尖或花粉用秋水仙素处理，染色体加倍后，则恢复可育性。
（4）生长素和细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。
【答案】
（1）水、大量元素、微量元素、蔗糖、琼脂、植物激素、有机物等（任答三种即可）
（2）愈伤组织或胚状体 有丝分裂 （3）单倍体 秋水仙素 （4）植物激素
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1.植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。
2.植物组织培养的一般过程为：
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
根、芽―→植物体。
（外植体）
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.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。
5.植物组织培养的实验操作流程：
准备―→配制MS培养基―→灭菌―→取材与接种―→观察与记录―→转接培养―→炼苗―→移栽。
6.进行组织培养时要配备三种培养基，分别是诱导愈伤组织形成的培养基、诱导生根的培养基和诱导分化芽培养基，期间进行两次转接。
学业分层测评（四）
（建议用时：
45分钟）
[学业达标]
1．下列关于植物组织培养中无菌操作的叙述，错误的是（ ）
A．外植体可以用酒精消毒
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】 植物组织培养需要严格的无菌操作，包括：
培养基需要用高压蒸汽灭菌；操作前手需用酒精消毒，外植体应浸泡在酒精中杀菌；整个操作过程应在酒精灯火焰旁进行，同时对镊子等器械要进行灼烧灭菌。
【答案】 B
2．MS培养基与微生物培养基相比，需要提供大量的（ ）
A．无机营养 B．有机营养
C．甘氨酸和维生素D．激素
【解析】 微生物培养基以有机营养为主。
与微生物的培养不同，用于植物组织培养的MS培养基需提供大量的无机营养。
【答案】 A
3．下列有关植物组织培养所需营养的叙述，错误的是（ ）
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的活动
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需从外部供糖
【解析】 在植物组织培养进行异养的状况下，组织细胞不能进行光合作用，因此在培养基中必须添加糖，以作为细胞的碳素来源和能量来源。
【答案】 D
4．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
【解析】 植物组织培养中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对培养材料的伤害；植物体细胞的杂交需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞；细胞分化的实质是基因的选择性表达；植物组织培养过程中，在生根阶段培养基中通常应含有生长素类调节剂。
【答案】 B
5．在下列选项中，需要采用植物组织培养技术的是（ ）
【导学号：
67850016】
①利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株 ②获取大量的脱毒苗 ③利用基因工程培育抗棉铃虫的植株 ④单倍体育种 ⑤无子西瓜的快速大量繁殖
A．①②③B．②③④⑤
C．①②④⑤D．②③④
【解析】 植物组织培养是指从植物体分离出符合需要的组织、器官或细胞、原生质体等，通过无菌操作，在人工控制条件下进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术，主要用于获取脱毒苗、培育转基因的植株、单倍体育种、快速大量繁殖植株等方面。
利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株属于多倍体育种，不需要植物组织培养技术。
【答案】 B
6．（2016·平顶山高二测试）关于植物组织培养的下列说法中，哪一项是错误的（ ）
A．在进行植物组织培养时，需要适宜的温度、营养、氧气和pH
B．由外植体形成胚状体的过程中不需要光，但由胚状体发育成植株的过程中却需要光
C．不同植物进行组织培养时，所需的温度有所不同
D．由外植体形成幼苗的过程中，培养基中有机物的总量会减少
【解析】 植物组织培养需要一定的条件，如营养物质，适宜的温度、pH、渗透压、光照等，由外植体形成愈伤组织的过程中不需要光，但再分化形成胚状体以及由胚状体发育成植株的过程中都需要光。
【答案】 B
7．植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及起诱导作用的植物激素分别是（ ）
①细胞的全能性 ②离体的植物器官、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．①，②⑧⑥⑦③⑨，④
B．①，②⑧⑥⑦③⑨，⑤
C．①，⑥②⑨⑧③⑦，⑤
D．①，②⑨⑧⑥⑦③，④
【解析】 植物组织培养依据的原理是细胞的全能性。
培养过程是离体的植物器官、组织或细胞经脱分化形成愈伤组织，然后经再分化形成根、芽，最终形成植物体。
影响植物细胞脱分化产生愈伤组织的一个重要因素是植物激素，当细胞分裂素与生长素比例适中时，能促进愈伤组织的形成。
【答案】 A
8．植物组织培养的过程如图所示。
下列相关叙述中正确的是（ ）
A．①②过程中都会发生细胞的增殖和分化
B．培养基1和2的成分在比例上没有明显差异
C．利用此过程获得的试管苗可能为杂合体
D．此过程依据的生物学原理是生物膜的流动性
【解析】 ①过程发生的是细胞的增殖，没有发生细胞分化，②过程中会发生细胞的增殖和分化。
培养基1和2的成分在比例上有明显差异，主要是细胞分裂素和生长素用量的比例不同。
如果离体组织为杂合体，利用此过程获得的试管苗也为杂合体。
题图所示过程依据的生物学原理是细胞的全能性。
【答案】 C
9．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
A．①③④⑤ B．②③⑤
C．①②③D．①②③⑤
【解析】 在形成愈伤组织的过程中，需要暗处理的条件，不需要光照。
【答案】 D
10．下图表示菊花嫩枝的离体培养过程，请据图回答下面的问题：
（1）对菊花来说，要选取生长旺盛的嫩枝来进行组织培养，其原因是
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
（2）菊花组织培养过程中，启动细胞分裂、A________（填名称）、再分化的关键激素是________________。
通过A过程产生的愈伤组织细胞与枝条韧皮部细胞形态结构________（填“相同”或“不同”），其根本原因是
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
（3）菊花组织培养需要接种，在进行接种时应注意（ ）
①接种室要消毒 ②只要戴口罩，操作时便可说话 ③外植体可预先用体积分数为70%的酒精浸泡，取出用无菌水冲洗后，再用质量分数为0.1%的氯化汞溶液消毒，并用无菌水冲洗干净 ④接种操作要在酒精灯火焰旁进行 ⑤接种完毕应立即盖好瓶盖
A．①②③④⑤B．①②③④
C．①③④⑤D．②③④⑤
（4）图中的B过程需要________，因为愈伤组织形成幼小植株后，植物需要进行光合作用。
【解析】
（1）菊花的嫩枝组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝，主要因为其分裂、分化能力强。
（2）在菊花组织培养过程中，形成愈伤组织的过程是脱分化（A过程），启动脱分化和再分化过程的激素主要是生长素和细胞分裂素。
愈伤组织和外植体的细胞形态、结构差别很大，根本原因在于不同细胞内基因的选择性表达。
（3）组织培养中要求进行严格的无菌操作，因为一旦出现细菌或真菌污染，就会导致实验失败，其要求除题目中提到的①③④⑤项外，还有工作人员即使戴上口罩，也不许说话、咳嗽等。
（4）B过程表示愈伤组织经再分化形成试管苗，幼苗进行光合作用需要一定的光照。
【答案】
（1）生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化
（2）脱分化 细胞分裂素、生长素 不同 基因选择性表达 （3）C （4）光照
[能力提升]
11．某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了四个实验，实验条件除图示外其他均相同。
下列各图表示实验结果，据图不能得出的初步结论是（ ）【导学号：
67850017】
A．污染主要不是培养基灭菌时间短造成的
B．污染不可能来源于组织培养所用的离体组织
C．调节培养基pH不能解决污染问题
D．调节培养温度不能解决污染问题
【解析】 本题主要考查图文转换能力，A、C、D图解所示的信息是随培养基灭菌时间、培养基pH和培养温度的增加，污染率在90%上下波动，说明污染源不是这三方面的原因；而B图解中随离体组织消毒时间的延长，污染率急剧下降，因而，该曲线表明组织培养所用的离体组织是污染的主要原因。
【答案】 B
12．花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。
下面是培育四季柑桔（2N＝18）花粉植株的过程示意图，有关叙述错误的是（ ）
A．花粉植珠培育的原理是花粉粒细胞具有全能性，其技术是植物组织培养
B．过程③是细胞再分化，其根本原因是基因的选择性表达
C．四种培养基均属于固体培养基，其中所含植物激素的种类和比例有差异
D．观察处于分裂中期的四季柑桔花粉植株根尖细胞，可观察到18条染色体
【解析】 本题考查花粉的组织培养。
花粉细胞培育成单倍体植株，培育的原理是花粉粒细胞具有全能性，其技术是植物组织培养，A正确；由愈伤组织到从芽的过程是再分化，其根本原因是基因选择性表达，B正确；图中四种培养基的差异主
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