学年同步备课套餐之生物北师大版选修1讲义第4章 第13课时Word格式.docx

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诱导生根，促进茎的增长

2,4－D

诱导植物愈伤组织，抑制植物形态的发生

细胞分裂素类

6－BA

诱导愈伤组织分化出丛芽

KT和玉米素

刺激培养物的细胞加速分裂，加快培养物的生长速度

赤霉素类

AG3

刺激培养细胞的伸长

②植物激素用量比例的影响

生长素/细胞分裂素比值与结果

比值高时

诱导植物组织脱分化和根原基的形成

比值低时

诱导植物组织再分化和芽原基的形成

比值适中

促进愈伤组织生长

（3）其他因素的影响：

pH、温度、光照等条件也对植物组织培养有重要的影响。

1.植物组织培养的理论基础

（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.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）你认为菊花的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。

（3）植物组织培养的实验操作主要有哪几个步骤？

答案　主要有6个步骤：

①制备MS固体培养基；

②外植体消毒；

③接种；

④培养；

⑤移栽；

⑥栽培。

（4）在配制培养基的过程中，pH的调节是在分瓶前还是分瓶后？

答案　在分瓶前调节pH。

3.植物组织培养中应尽量选择什么样的材料？

为什么？

答案　应尽量选择幼嫩的植物组织或器官。

因为植物组织或器官年龄越小，分化程度越低，组织培养的成功率就越高。

归纳总结　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需要离体，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）高度分化的植物组织或细胞，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光照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、胡萝卜的组织培养

下面我们以胡萝卜的肉质茎为材料，体验植物组织培养的基本过程和方法。

1.配制培养基

（1）配制MS培养基

①预先配制成储备液，储存在4℃的冰箱中备用。

储备液一般包括10倍的大量元素、100倍的微量元素、100倍的有机成分、100倍的Fe盐和0.1mg/mL的生长激素。

蔗糖的用量大多为3%，琼脂用量一般为0.5%～1.0%。

②取少量蒸馏水，按比例加入各种母液和药剂。

③用0.1mol/L的NaOH或HCl调整pH到5.8，定容到设计的最终体积。

④加入琼脂，加热溶解后分装到试管或锥形瓶中。

⑤121℃高压灭菌20min。

（2）以MS基本培养基为基础配制所需各种培养基

①诱导培养基（MS培养基＋1.0mg/L2,4－D）。

②继代培养基（MS培养基＋0.5mg/L2,4－D）。

③分化培养基（不添加植物生长调节剂）。

④生根培养基（1/2MS培养基＋0.5mg/LIBA）。

2.获取培养用胡萝卜组织块

（1）将胡萝卜的根用洗涤剂充分洗净，切段。

（2）在超净工作台上将胡萝卜段用体积分数为70%的酒精消毒30s后，立即用无菌水冲洗2～3次。

再用体积分数为20%的次氯酸钠溶液浸泡30min后，立即用无菌水清洗2～3次。

（3）用无菌的滤纸吸去表面水分，选取有形成层的部位将胡萝卜段切成2_mm×

2_mm×

2_mm左右的小块。

3.接种培养

（1）将组织块接种到无菌的诱导培养基上，封紧瓶口，标记。

23℃～26℃恒温避光培养，定期观察记录，计算出愈率。

30d左右后，将愈伤组织分切成小块，然后转接到继代培养基上培养。

（2）将愈伤组织转接到分化培养基上，23℃～26℃恒温光照培养，每天光照12h持续14d后，统计计算分化率。

（3）将分化出的幼苗转接到生根培养基上，培养14d后，统计并计算出生根率。

4.移栽：

将试管苗移栽到大田栽培。

1.营养物质对组织培养的作用

（1）MS培养基中各种营养物质有什么作用？

答案　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。

2.在植物组织培养过程中是如何实现无菌操作的？

答案　

（1）对于培养基：

用高压蒸汽灭菌法灭菌。

（2）对于外植体：

用酒精和次氯酸钠溶液消毒，放到无菌箱中培养，移栽到消过毒的环境中生活一段时间。

3.植物组织培养技术有哪些用途？

答案　优良品种的快速繁殖、培育脱毒作物、人工种子、单倍体育种、工厂化生产细胞产物等。

归纳总结　试管苗培养过程中应注意的问题

（1）培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，然后进行生根培养，如果顺序颠倒，先诱导生根，就不好诱导生芽了。

（2）试管苗应该进行见光培养。

（3）试管苗一般在高湿、弱光、恒温下异养生长，出瓶后一定要保温、保湿。

（4）试管苗光合作用能力低，在移栽前给予较强光照闭瓶炼苗，以促进小苗向自养转化。

（5）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、压条等常规的无性繁殖。

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，对无菌操作的要求非常严格。

若不小心引起污染，将可能造成培养工作前功尽弃，因此实验过程始终贯穿着灭菌消毒。

对培养材料进行表面灭菌时，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。

不同药剂、不同植物材料，甚至不同器官都要区别对待。

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）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.下列关于MS培养基与微生物培养基的配方相比的不同之处，说法错误的是（　　）

A.MS培养基中常常添加植物激素，微生物培养基中不需要

B.MS培养基中的碳源和能源是蔗糖，微生物培养基中的碳源和能源主要是葡萄糖

C.MS培养基中需提供植物生长必需的大量元素和微量元素

D.MS培养基中不需加维生素，微生物培养基中要加维生素作生长因子

解析　MS培养基中需要加入甘氨酸、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。

易错辨析

　微生物培养基与MS培养基配方的不同

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。

1.1958年，美国科学家斯蒂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。

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.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

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。

4.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形成和分化

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　在植物组织培养过程中，蔗糖是最常用的碳源和能源物质，蔗糖还可以调节培养基的渗透压，从而维持细胞正常的形态和功能；

愈伤组织的分化常受细胞分裂素及生长素用量比例的调节，当这一用量比值高时，可诱导芽的形成，反之则有促进生根的趋势；

对于同一株绿色开花植物来说，花粉是通过减数分裂形成的，离体培养获得的愈伤组织细胞和体细胞培养获得的愈伤组织细胞基因组成并不完全一样，假定该植株基因型为Aa，花粉培养获得的愈伤组织细胞基因型为A或a，而体细胞培养获得的愈伤组织细胞基因型为Aa，二者不一样。

5.下图表示菊花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

[基础过关]

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

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、④B.①、②⑧⑥⑦③⑨、④

C.①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤D.①、②⑨⑧⑥⑦③、⑤

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，菊花选材一般选择的是（　　）

A.未开花植株的茎上部新萌生的侧枝

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

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.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞中

5.植物组织培养的基本过程：

外植体

愈伤组织

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

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

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。

[能力提升]

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（　　）

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

解析　在植物组织培养中，培养基中除营养成分外还须添加植物激素，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.菊花组织培养需要光照

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；

菊花组织培养后期需要光照条件，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

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的诱导融合，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正确。

11.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6BA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

6BA

6BA＞IAA

6BA＝IAA

6BA＜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________________________