新人教版高中生物选修1植物的组织培养技术

植物的组织培养技术课时安排：1课时课题目标：1．说明植物组织培养的基本原理和影响花药培养的因素。

2．说出被子植物花粉发育的过程及花药培养产生花粉植株的两种途径。

3．学习植物组织培养的基本技术，进行菊花或其他植物的组织培养。

4．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。

课题重点：1．植物组织培养过程中使用的无菌技术。

2．选取适宜的培养材料和培养基。

课题难点：1．植物组织培养过程中使用的无菌技术。

2．选取适宜的培养材料和培养基。

考点点拨：一、相关知识（一）基本概念植物组织培养、细胞分化、俞伤组织、脱分化、区分化、再分化、植物激素、外植体、接种；被子植物、月季、花药、花粉、雄蕊、雌蕊 （二）知识网络菊花的组织培养 基础知识 实验操作：制备MS 固体培养基→外植体消毒→接种→培养 →移栽→栽培 结果分析与评价 课题延伸植物组织培养的基本过程 影响植物组织培养的因素 离体的植物组织或细胞———→ 愈伤组织——→根、茎、叶 脱分化 再分化 1．不同的植物组织培养难易程度差别很大 2．离体的植物组织和细胞对营养、环境的要求相对特殊，需要配置特殊的培养基 3．植物激素中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 4．温度、光照和PH 对植物组织培养影响和很大 基础知识被子植物的花粉发育产生花粉植株的两种途径途径1：花药中的花粉——→胚状体—→丛芽→生根 →移栽 途径2：花药中的花粉——→愈伤组织——→丛芽 →生根→移栽 脱分化 分化 脱分化 再分化月季的花药培养（三）疑难解析1．细胞分化、细胞全能性细胞分化指细胞后代在形态、结构和功能等发生变化的过程，归根结底是某些功能基因的开启或者关闭。

一般说来，终端分化细胞已经失去分化潜能，只具有单能性；而大部分细胞只保留了部分分化潜能，称为多能性。

植物体的任何一个细胞都具有生长分化成为一个完整植株的能力，称为植物细胞的全能性。

2．植物组织培养技术是植物细胞工程学、遗传学、植物生理学、生物化学与分子生物学研究的重要基本技术。

也就是说，植物组织培养技术不仅仅用于快速繁殖，而是有着相当广泛的用途。

例如：单倍体育种、种质保存、生理学研究和基因转化等等。

近年来，组织培养技术日趋完善，但仍然存在很大的不足和有待改善的方面，这就需要广大的科学工作者和组织培养的爱好者的共同努力。

目前，组培快繁技术在兰花等观赏花卉中基本实现了工厂化育苗，由此可见其应用前景的光明。

考虑到技术与产业之间的距离，切忌盲目建立大规模的组织培养室，在某一种植物工厂化育苗系统的建立之前一定要充分审视各相关要素，权衡利弊后再行建设，以减少无谓的投入。

植物组织培养就是利用植物的全能性进行离体无菌植物培养的一门技术。

植物组织培养最原始的意义是指愈伤组织培养，但发展至今，其范围已经扩展至植物和它的离体器官、组织、细胞和原生质体的离体无菌培养：（1)植株培养。

指以具备完整植株形态的材料（如幼苗和较大的植株）作为外植体的无菌培养。

（2）胚胎培养。

指以从胚珠中分离出来的成熟或未成熟胚为外植体的离体无菌培养。

（3)器官培养。

指以植物的根，茎，叶，花，果等器官为外植体的离体无菌培养，如根的根尖和切段，茎的茎尖，茎节和切段，叶的叶原基，叶片，叶柄，叶鞘和子叶，花器的花瓣，雄蕊（花药，花丝），胚珠，子房，果实等的离体无菌培养。

（4)组织培养。

指以分离出植物各部位的组织（如分生组织，形成层，木质部，韧皮部，表皮，皮层，胚乳组织，薄壁组织，髓部等），或已诱导的愈伤组织为外植体的离体无菌培养。

这是狭义的组织培养．．．．．．．。

（5)细胞培养。

指以单个的游离细胞（如用果酸酶从组织中分离的体细胞，或花粉细胞，卵细胞）为接种体的离体无菌培养。

（6)原生质体培养。

指以除去细胞壁的原生质体为外植体的离体无菌培养。

植物组织培养的成功与否取决于外植体的制备、无菌操作和人工培养环境。

外植体的制备是能否建成离体繁殖系要过的第一关。

所谓的外植体是指将外界生长的植物的细胞和组织经过一系列的无菌处理形成的有活性的无菌组织和细胞。

习惯上我们经常使用化学药剂处理，例如氯化汞、次氯酸盐或者抗生素等。

将从母株上取下的组织进行一定的剥离和分割，经过流水冲洗数分钟，再浸入适宜浓度的化学药剂中一段时间，最后经无菌水冲洗并适当分割即成外植体。

制备外植体的原则是无菌和有活性，无菌是外植体植被的要求，有杂菌带入培养基会造成微生物污染，而阻滞甚至杀死外植体。

有活性是外植体制备的前提，无活性的外植体的培养在植物组织培养中是无意义的。

无菌操作是贯穿于整个组织培养过程的一门关键技术，甚至可以说组织培养的前提就是无菌。

事实上外植体的制备过程就是无菌处理过程，而其后的一系列操作都是在无菌环境下进行的，实验室中经常使用的无菌操作设备是超净工作台。

超净工作台通常借助紫外光结合逆压渗透的超滤风技术来满足无菌要求。

无菌操作者的操作手法和习惯也是无菌操作成功与否的关键，通常进行无菌操作的实验人员也要经过严密的无菌操作训练并建立严格的“无菌概念”。

能否把植物组织培养做到满意的人工调控，关键在于人工培养环境。

人工培养环境是整个组织培养的难点和重点，也是近百年来植物生理学家一直探讨和研究的重要话题。

人工培养环境包括能量的来源——光照，新陈代谢的保证——温度，气-水平衡——湿度，生物原料的来源——培养基。

这与植物的自然环境是类似的，即光照、温湿度和土壤。

光照、温度的选定通常依据所培养植物的生态习性，习惯上采用暗培养与光照培养(8h/d,3000lx)的结合，温度在25-28度。

湿度在组织培养中不需特意的调整，因为培养容器中的湿度几乎达到100%。

如此说来，人工培养环境的重难点自然而然地落在了培养基上。

当应用组织培养技术建成了某种植物的整体形态，即得到了有茎、根、叶的苗子，要经历一定的炼苗处理，使之逐步由无菌环境到有菌环境，由人工培养环境过渡到自然环境。

习惯上是采用“过渡处理法”，即逐渐地使环境改变，如出瓶苗要使用消毒的土壤、保湿、保温，同时还要做一定的壮苗处理，如增加光照和补充营养液等。

经过一系列的处理，一株组织培养出来的“克隆苗”就顺利成活了。

3．植物组织培养几个概念：（1）培养基是从无土栽培的营养液发展而来的，在某种意义上说就是模拟土壤。

最初的培养基就是简单的马铃薯浸出液即土豆汁。

后来随着植物生理学和生物化学的研究的深入，培养基越来越复杂，成分越来越多。

当支持物(如：琼脂、明胶)的发现并且应用到培养基的培养基中时，固体培养基随之诞生。

固体培养基是组织培养基中最常用的一种培养基的类型。

人工合成培养基通常包括大量元素、微量元素、铁盐、有机复合物、糖、支持物和植物激素。

大量元素和微量元素通常使用无机盐代替，铁盐通常以螯合铁的形式出现，有机复合物通常包括氨基酸、代谢载体和维生素等，糖可采用蔗糖或者葡萄糖，支持物一般采用高分子交联糖链(如聚半乳糖硫酸酯)，这几类物质的用量和配比在多少年的发展中已经基本上形成了若干个模板，例如实验室中常用的MS 、B5、Nicher培养基。

（2）植物激素，是植物组织培养中发挥生物学效力最强的培养因素，也是人工调控组织培养的“魔术棒”。

几乎所有的植物组织培养工作者都认同植物激素在组织培养中具有无可动摇的核心地位。

植物激素包括五大类：生长素类、细胞分裂素类、赤霉素、乙烯类和生长抑制素类。

在植物组织培养中最常用的是生长素和细胞分裂素。

生长素与细胞分裂素的协同调控作用在组织培养中很重要，即所谓的“激素杠杆”。

例如：生长素生物学效应高于细胞分裂素时，诱导植物组织脱分化和根原基的形成；细胞分裂素的效应高于生长素时，诱导植物组织再分化和芽原基的形成。

生长素包括很多种，如1-萘乙酸、吲哚乙酸和2，4-D等，它们的生物学效应有着微妙的不同，但总体效应是一致的。

细胞分类素也是如此，包括6-苄基腺嘌呤、6-糠氨基嘌呤和玉米素等。

植物激素在培养基中的用量通常在0.01-10mg/L(ppm)之间变化，细胞分裂素的浓度在非生根培养中要大于生长素。

值得指出的是，植物激素的用量要考虑组织内源激素的含量及其生理学周期效应。

换言之，激素的生物学效应是组织内源激素和人工添加的外源激素效应的总和。

只有准确把握内源激素与外源激素的协同作用，才能有效地操作“激素杠杆”，用好植物激素这根“魔术棒”，做好植物组织培养。

4．花药离体培养法花药离体培养法，一般是离体培养花粉处于单核时期（小孢子）的花药。

通过培养使它离开正常的发育途径（即形成成熟花粉最后产生精子的途径）而分化成为单倍体植株，这是目前获得单倍体植株的主要方法。

大体上要经过制备培养基、接种花药和培养三步骤。

由花粉长成单倍体一般有两条途径①由花粉分裂形成愈伤组织（即分化程序很低的薄壁细胞团），再由愈伤组织分化出根和芽，最后形成植株。

②由花粉分裂形成胚状体（不是由合子发育成的胚叫胚叫胚状体），再由胚状体长成植株。

当瓶中花药内长出的小苗达到一定大小时，应调节温度、温度及光照等条件，使幼苗得到锻炼并逐步适应自然的环境条件，然后从试管中移出种植于土壤中，进行一般的栽培和管理。

三考点例析例1 (高考江苏卷)要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，需要( )A．具有完整细胞核的细胞 B．离体状态C．导入外源基因 D．一定的营养物质和激素解析：将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株利用了植物细胞的全能性。

植物细胞(具有完整细胞核的细胞)只有在离体和一定营养物质及激素等的共同作用下，经细胞分裂形成愈伤组织，然后由愈伤组织再分化形成幼苗等才能表现出全能性。

答案：A、B、D例2 （高考广东、广西卷）下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是（）A．叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的薄壁细胞B．叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织C．融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜D．叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性解析：在植物组织培养过程中，细胞首先脱分化形成愈伤组织，然后重新分化形成根或芽等器官，愈伤组织的细胞特点是细胞排列疏松无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞，组织培养的理论基础是细胞全能性。

答案：A、D。