高中生物第一章无菌操作技术实践第3课时植物组织培养技术同步备课教学案苏教选修1

第3课时植物组织培养技术[学习导航] 1.简述植物组织培养的原理和过程。

2.了解MS基本培养基贮备液的配制方法。

3.举例说出激素及其对脱分化、再分化的作用。

[重难点击] 理解植物组织培养的原理和一般过程。

一、植物组织培养技术1.含义：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。

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。

3.过程4.激素与愈伤组织的再分化(1)愈伤组织的细胞是一种具有分生能力的薄壁细胞。

(2)脱分化：已经分化的植物细胞或组织产生愈伤组织的过程。

(3)再分化：在一定条件下继续培养脱分化的愈伤组织，又可以重新诱导根、芽等器官的分化。

(4)生长素、细胞分裂素是启动生长、细胞分裂、脱分化、再分化的关键激素。

生长素和细胞分裂素的使用比例对分化结果的影响使用的量实验结果用量相当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5.MS基本培养基贮备液的种类(1)大量元素贮备液：其中含有的大量元素有N、P、S、K、Ca、Mg。

(2)微量元素贮备液：其中含有的微量元素有Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni、I、Co。

(3)铁盐贮备液：是由FeSO4·7H2O和Na2·EDTA(乙二胺四乙酸二钠)配制而成。

(4)有机物贮备液：其中有机物有甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素B6、维生素B1。

6.贮备液的贮藏备用：分别用玻璃瓶贮存配制好的MS培养基贮备液，并贴上标签，注明编号、配制倍数、日期等，保存在冰箱的冷藏室中备用。

1.完善植物组织培养过程图并思考下列问题：(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.MS培养基的成分主要有哪些？还需添加哪些成分？答案成分有大量元素、微量元素和有机物；还需添加植物激素及其他添加物(如甘氨酸、维生素等)。

3.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)你认为植物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。

4.植物组织培养中应尽量选择什么样的材料作为外植体？为什么？答案应尽量选择幼嫩的植物组织或器官作为外植体。

因为外植体的年龄越小，分化程度越低，组织培养的成功率就越高。

归纳总结(1)植物组织培养过程(2)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：菊花茎尖―――→取下并放入培养基中培养――→A 愈伤组织――→B 胚状体―→植物体(幼苗) (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)已经分化的植物细胞或组织，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日照12 h，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、天竺葵的组织培养1.组织培养过程准备(器具准备、试剂准备)→配制培养基→灭菌→取材与接种→观察与记录→转接培养。

2.MS培养基的配制分别向MS基本培养基中添加所需的激素，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，搅拌均匀，再一次定容，按要求调节pH。

3.灭菌将培养基在121_℃温度下湿热灭菌20 min。

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)取未开花天竺葵植株上生出的幼嫩的叶，用流水冲净后，消毒并切成约0.5 cm2的小块。

(3)接种在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，记录愈伤组织的大小、质地、颜色等情况。

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_000～2_000_lx的光照培养箱内继续培养。

待愈伤组织分化出幼芽后，再转接至诱导生根的培养基上继续培养。

7.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，在自然条件下会很快萎蔫甚至死亡。

(2)露地栽培的步骤：培育壮苗→选用合适的移植基质→移栽试管苗→移栽后的条件控制→栽培。

1.营养物质对组织培养的作用(1)探讨MS培养基中各种营养物质的作用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。

(3)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？答案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。

2.植物激素在植物组织培养中的作用(1)试说出植物激素在植物组织培养中的作用调节剂主要作用生长素促进细胞的伸长，促进愈伤组织和根的形成细胞分裂素促进细胞的分裂，促进芽的分化和形成(2)生长素和细胞分裂素使用顺序及比例对植物组织培养的影响①按照不同的顺序使用这两类激素，实验结果不同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当同时使用这两类激素时，两者用量的比值不同，植物细胞的发育方向不同生长素与细胞分裂素用量比值与结果比值高时促进根的分化，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有利于愈伤组织的生成3.移栽前为什么必须进行试管苗的炼苗驯化？答案试管苗生长在试管或培养瓶内的条件下，植物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，如不经过炼苗驯化，直接移栽到大田，在自然条件下会很快失水、萎蔫而死亡。

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。