2019_2020学年高二人教版生物选修一课件：专题整合提升：专题3 植物的组织培养技术

专题3　植物的组织培养技术专题整合提升
内容索引
知识系统构建
规律方法整合
热点考题集训
知识系统构建
理论基础——①_____________
影响因素实验操作：MS 固体培养基的制备→④
→ 接种→⑤ →移栽→⑥
_____
植物的
组织培
养技术菊花的组织培养②
的选择无菌条件营养
③ 和其他环境条件
细胞的全能性材料激素外植体消毒培养栽培
基础知识实验操作植物的组织培养技术月季的花药培养被子植物⑦ 的发育产生⑧ 的两种途径影响⑨
培养的因素⑩ 的选择材料的消毒
⑪
和培养花粉花粉植株花药材料接种
必背要语
1.植物组织培养的一般过程为：
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。

规律方法整合
整合一　细胞的全能性
1.概念
细胞的全能性是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
构成生物体的所有体细胞都是由受精卵通过有丝分裂发育而来的，含有相同的遗传物质，都含有本物种的所有遗传信息，因此每个体细胞都有发育成完整个体的潜能。

生物的生殖细胞在一定条件下也具有全能性，是因为生殖细胞中含有本物种生长发育的全部遗传信息，尽管其遗传物质是体细胞的一半。

3.表达的条件
由于基因的选择性表达，细胞的全能性在植株上受到限制不能表达，只有在离体条件下，在营养、激素和其他条件适宜的情况下，细胞才能表达其全能性。

动物细胞难以表达其全能性，但是通过核移植后，细胞核仍可表达其全能性。

4.表达的难易程度
植物细胞全能性易表达，而动物细胞的全能性不易表达，但动物细胞核的全能性可以表达。

在所有细胞中，受精卵可直接发育为个体，有的生殖细胞也可在一定条件下表达其全能性。

5.意义
细胞全能性是植物组织培养和体细胞杂交的理论基础，也是现代动物体细胞克隆技术的理论基础。

例1　下列实例中能体现细胞全能性的是
①用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成可育的植株　②植物用种子繁殖后代　③用烟草组织培养的单个细胞形成了可育的完整植株
A.①②
B.①③
C.②③
D.①②③
解析　细胞的全能性是指已经分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。

其中①和③都属于由已经分化的细胞经过培养形成可育的植株，体现了细胞的全能性。

用植物种子繁殖后代，实际上是个体发育的过程，不能体现出细胞的全能性。

整合二　菊花的组织培养和月季花药离体培养的比较
项目菊花的组织培养月季花药离体培养理论依据植物细胞的全能性
材料选取未开花植株茎上部新萌生的侧枝完全未开放的花蕾
光照状况每日用日光灯照射12 h 开始不需要光照，幼小植株形成后需要光照
操作流程制备MS固体培养基→外植体消
毒→接种→培养→移栽→栽培
选材→材料消毒→接种和培养→
筛选和诱导→移栽→栽培、选育
影响因素选材、营养、激素、pH、温度、光照等基本过程脱分化、再分化
例2　植物组织培养和花药离体培养都是实验室条件下快速得到大量幼苗的两种方法。

下列关于两者的比较中，错误的是
A.植物组织培养和花药离体培养的理论基础是细胞具有全能性
B.花药能诱导为单倍体植株的原因是花药细胞中含有本物种生长发育的全部遗传信息，尽管遗传物质是体细胞的一半，但仍具有全能性。

C.植物组织培养获得的试管苗必须经过移栽、炼苗后才能在大田栽培，而花药培养不需要
D.植物组织培养中若发生突变，则其后代不一定表现其突变性状，但是花药培养中的突变一定表现相应突变性状
解析　花药培养和植物组织培养的理论依据都是细胞的全能性。

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。

在组织培养过程中，若发生隐性的基因突变，由于基因成对存在，所以不一定表现其突变性状，仍能保持亲代的性状；而花药中基因单个存在，若有突变，则性状就发生变化。

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。

整合三　微生物的培养技术、植物组织培养技术、无土栽培技术在设计思路和具体操作上的异同
1.无土栽培是利用溶液培养法的原理，把植物生长发育过程中所需的各种矿质元素，按照一定比例配成营养液，并利用这种营养液栽培植物的技术。

在培养过程中，需用基质垫底并固定幼苗，先放在阴凉处，再根据植物习性，放置在光照和温度适宜的地方发育成完整的植株。

培养液只含植物生长发育所需要的必需矿质元素，无有机质。

2.植物组织培养，是在无菌条件下，把植物体的器官或组织切下来，接种在适当的培养基上进行离体培养，这些器官或组织的细胞就会经脱分化和再分化过程，逐步产生出植物的各种组织和器官进而发育成完整的植株，其过程包括培养基的配制、灭菌、接种(外植体)、培养。

培养基中包括矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和有机添加物，需灭菌。

消毒包括接种室、接种箱、操作箱、外植体等的消毒。

培养过程中更换培养基，调节细胞分裂素和生长素的比例，先诱导生芽，再诱导生根，最后移栽发育成植株。

3.微生物培养也需要配制培养基，培养基含碳源、氮源、生长因子、无机盐和水，不含植物激素，培养基需灭菌、搁置斜面、接种、培养。

在整个培养过程中无需更换培养基，接种过程中需分离纯化。

例3　用于植物组织培养的培养基和无土栽培时所用的培养液相比，最大的差别是
A.必须含植物必需的矿质元素
B.必须含有机物
C.浓度必须小于细胞液浓度
D.不一定含有植物激素
解析　在植物组织培养初期，需经过一段时间的异养阶段，所以必须在培养基中加入有机营养；而无土栽培所用的培养液中主要成分为植物生长发育所必需的各种矿质元素，不需加入有机营养。

热点考题集训
1.以下不能说明植物细胞全能性的实验是
A.胡萝卜韧皮部细胞培养出植株
√
B.紫色糯性玉米种子培育出植株
C.转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株
D.小麦花药离体培育出植株
解析　种子发育成植株是个体发育的过程，因为种子不是一个细胞而是具有胚芽、胚根等器官的幼体。

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.离体的组织或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核基因数
目相同
解析　培养基中加入蔗糖的目的一方面可以提供营养，另一方面可以调节渗透压；在整个组织培养过程中影响再分化的关键因素是生长素和细胞分裂素的使用比例和使用顺序；组织培养过程中的关键环节是脱分化，从而形成愈伤组织；组织培养的对象既可以是体细胞也可以是生殖细胞，因此获得的愈伤组织的基因数目不一定相同。

3.植物组织培养是依据细胞的全能性，在体外将植物组织细胞培养成一个完整植株的过程，如下图所示。

下列相关叙述错误的是
A.甲和丙分别是脱分化和再分化
B.乙是愈伤组织，是通过离体的植物组织或细胞经过细胞增殖与分化形 成的
C.离体的植物细胞之所以能培养成完整植株，因为植物细胞具有全能性
D.丙过程的实质是基因的选择性表达
√
解析　植物组织培养的基本过程包括脱分化和再分化，分别是图中的甲和丙，A正确；
愈伤组织的形成过程是脱分化，脱分化过程只进行细胞增殖不进行细胞分化，B错误；
植物组织培养的理论基础是细胞的全能性，C正确；
细胞分化的实质是基因的选择性表达，D正确。

4.在菊花的组织培养操作完成了3～4天后，观察同一温室中的外植体，发现有的瓶中外植体正常生长，有的瓶中外植体死亡，你认为外植体死亡的原因不可能是
A.接种时培养基灭菌不彻底
B.接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体
√
C.培养时每日用日光灯照12 h
D.培养过程中保持温度、pH的适宜，但没有及时调整各种营养物质、激素
的比例
解析　菊花的组织培养过程中需每日用日光灯照12 h，这不会造成外植体死亡。

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
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同样适合于某些微生物的生长，一旦感染
杂菌则前功尽弃
√
D.将菊花茎段插入时应注意方向，不应倒插，是为了防止杂菌污染
解析　将菊花茎段插入时，要注意形态学上端朝上，而不应倒插，是因为生长素的运输为极性运输，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。

6.选择花药时，一般要通过镜检来确定花粉的发育时期，以下说法正确的是
A.确定花粉发育时期最常用的方法是焙花青－铬矾法
B.对某些植物的花粉细胞核不易着色时采用醋酸洋红法
√
C.焙花青－铬矾法能将细胞核染成蓝黑色
D.醋酸洋红法和焙花青－铬矾法染色过程完全一样
解析　在选择花药时，镜检确定花粉的发育时期，最常用的方法是醋酸洋红法；对于某些植物的花粉细胞，因细胞核不易着色，可采用焙花青－铬矾法；焙花青－铬矾法可将花粉细胞核染成蓝黑色，醋酸洋红法与焙花青－铬矾法过程不同，前者需用镊柄将花粉捣碎，后者在染色前需用卡诺氏固定液固定。

7.下列关于花药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，除了维持适宜的温度、pH等，还要注意给
予光照
√
D.一般来说，选用单核期的花药培养成功率较高
解析　一般来说，单核期的花药离体培养的成功率最高。

花药培养初期要在黑暗中培养，幼小植株形成后再进行适当的光照培养。

8.菊花的组织培养和月季的花药培养都是利用组织培养技术，下列关于两者的叙述中，正确的是
序号比较项目菊花的组织培养月季的花药培养
①植物激素不必添加需要添加
②染色体倍性的鉴定不需要需要
③光照每日日光灯照射
12 h
最初不需要，幼小
植株形成后需要
④形成愈伤组织或胚状体后不需更换培养基需要更换培养基
A.①②③
B.②③④
C.①②④
D.①②③④
√
解析　菊花的组织培养用茎段来培养，比较容易，不必添加植物激素；在菊花组织培养中不会发生染色体倍性的变化；需要每天日光灯照射12 h；形成愈伤组织或胚状体后不必更换培养基。

月季花药的离体培养需要添加细胞分裂素和生长素等植物激素；在花药培养中，通过愈伤组织形成的植株会出现染色体倍性的变化，所以需要染色体倍性的鉴定；最初不需要光照，幼小植株形成后需要光照；形成愈伤组织或胚状体后需要转移到分化培养基上进一步分化培养。

9.辣椒素作为一种生物碱广泛应用于食品保健、医药工业等领域。

辣椒素的获得途径如图，据图回答下列问题：
(1)图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的_________________
和_______
过程。

脱分化(或去分化)再分化
解析　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，或者叫作去分化。

对脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，其又可重新分化成根或芽等器官，这个过程叫作再分化。

(2)图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是______。

培养基中的生长素用量和细胞分裂素用量的比值____(
填“高”或“低”)时，有利于芽的分化。

对培养基彻底灭菌时，应采取的灭菌方法是_____________。

琼脂低解析　培养基中常用的凝固剂是琼脂。

使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比值影响植物细胞的发育方向。

生长素用量和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化；比值高时，有利于根的分化；比值适中时，促进愈伤组织的形成。

培养基应用高压蒸汽灭菌法灭菌。

高压蒸汽灭菌
解析　外植体消毒所用酒精的体积分数是70%。

10.将基因型为AaBb的月季(14条染色体)的花粉细胞通过无菌操作接入对应的培养基中，在一定条件下诱导形成幼苗。

其过程如下：
月季的花粉细胞①―→愈伤组织②―→丛芽③―→植株④
(1)①―→②过程需要的条件有_____(多选)。

√
√√
A.营养
B.激素
C.光照
D.pH
解析　图中①―→②过程为脱分化过程，该过程不需要光照，但是需要一定的营养物质、激素和适宜的pH。

(2)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___
、_______和小分子有机物等营养物质。

水无机盐解析　在愈伤组织形成过程中，植物细胞需要从外界吸收水、无机盐(或矿质元素)和小分子有机物等。

(3)形成花粉细胞的分裂方式是_________
，花粉发育成植物体细胞的分裂方式是_________。

减数分裂有丝分裂解析　花粉是单倍体细胞，所以形成过程为减数分裂；花粉植株的形成过程为有丝分裂。

(4)植株④叫做_______
幼苗。

若要得到可育植株，需要用_________对___(填序号)进行处理，所得的植株基因型为_________________________，
细胞核中含___
条脱氧核苷酸链。

单倍体秋水仙素解析　植株④称为单倍体或花粉植株，为高度不育植株，若要得到可育植株，需要用秋水仙素处理幼苗，即处理丛芽③，所获得的植株基因型为AABB 或aabb 或AAbb 或aaBB ；细胞核中含有14条染色体，14个DNA 分子，28条脱氧核苷酸链。

③AABB 或aabb 或AAbb 或aaBB 28
(5)AaBb 的月季的花药产生的植株的基因型有哪些？
______________________________________________________________________________________________。

(6)①―→②过程为什么不需要光照？
___________________________________________________________。

AaBb 的月季能够产生AB 、ab 、Ab 、aB 四种花粉，经组织培养能够长成AB 、ab 、Ab 、aB 四种单倍体植株因为该过程还没有分裂分化形成叶绿体，不需要光照进行光合作用。