沪科版高中生物选修3学案设计植物组织培养

第二节植物组织培养

1．理解植物细胞全能性的含义。

2．简述植物组织培养的过程。(重点)

3．说出植物组织培养技术的应用。(难点)

知识点一| 植物细胞的全能性与植物组织培养技术

1．植物细胞的全能性

(1)含义

植物体的每一个活细胞都具有形成完整植物体的遗传潜能。

(2)物质基础

植物体的全部体细胞都具有发育为完整个体所必需的全套遗传物质。

(3)现实表现

①在植物体内，细胞分化成为不同的组织和器官。

②原因：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。

(4)体现全能性的必需条件

①脱离原来组织器官的束缚，成为游离状态。

②一定的营养条件和植物激素的诱导。

2．植物组织培养技术

(1)植物组织培养的概念

①培养对象：外植体(即离体的植物器官、组织或细胞)。

②条件：a.无菌，b.含有营养物质的培养基，c.适宜的光照、温度、湿度等环境条件。

③结果：形成完整植株。

④核心：诱导脱分化和再分化。

(2)原理

植物细胞的全能性。

(3)过程

[合作探讨]

探讨1：植物的种子能发育成完整的植株，是否体现了细胞的全能性？为什么？

提示：没有，因为种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，发育成完整植株的过程，相当于植物的长大。

探讨2：美国科学家将分离得到的成熟胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整植株，培养过程如下图所示。

此实验说明了什么问题？

提示：分化的植物细胞仍具有全能性。

探讨3：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，

发现有的瓶内外植体正常生长，有的瓶内外植体死亡，你认为外植体死亡的原因可能有哪些？

提示：接种时培养基灭菌不彻底；接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体；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和激素的比例。

[思维升华]

1．植物细胞全能性表达所需条件

(1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。

(2)体现细胞全能性的条件：

材料离体的细胞、组织或器官

培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素

外界条件

①无菌操作

②光照：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养

③适宜的湿度、温度

过程名称过程形成体特点

脱分化

离体细胞→

愈伤组织

排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团

再分化

愈伤组织→

幼芽或胚状体

有根、芽或有生根发芽的能力

(1)无菌：植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。

(2)取材：外植体的遗传特征、取材位置都会影响愈伤组织的再分化能力。

(3)营养比：培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质，其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。

(4)光照时期：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养。

(5)培养顺序：试管苗培养，要先进行生芽培养，再进行生根培养，试管苗培养要在光照条件下进行。

1．下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是()

A．玉米种子萌发长成新植株

B．小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞

C．小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株

D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株

【解析】玉米种子萌发长成新植株不能体现体细胞全能性。小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞，并没有发育成个体，所以不能体现细胞全能性。小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株体现的是植物生殖细胞的全能性。

【答案】 D

2．下图所示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定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。

【解析】此题综合考查了植物组织培养过程，所需条件等方面的知识。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，还有供调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶片中叶绿素的合成需要光照条件。

【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，叶片的叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达

知识点二| 植物组织培养的应用

1．植物快速繁殖

建立植物的无性繁殖系。

2．培育无病毒植株

植物分生组织的生长点细胞一般不含病毒，取生长点等无病毒部位培养，可获得大量无病毒植株。

3．生产植物产品

植物在代谢过程中产生一些有机化合物，如人参皂甙、奎宁等，可用作药物、杀虫剂等。

4．制造人工种子

组织培养产生的胚状体结构，外面包裹提供养分的胶囊，再包上一层具有保护功能的外膜，形成类似于种子的球状结构，可解决有些优良品种育种困难的问题。

[合作探讨]

探讨1：人们利用植物的快速繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？

提示：快速繁殖技术的特点：①繁殖速度快；②“高保真”(因为是无性繁殖)；

③不受自然生产季节的限制(因为在具有一定人工设施的室内生产)。

探讨2：常采用茎尖组织培养技术来去除病毒，为什么？

提示：在茎尖分生组织中，细胞繁殖十分迅速，病毒还来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。

探讨3：人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想，它们具有哪些特点？

提示：①它解决了有些作物品种某些遗传性状的改变、繁殖能力差、结籽困难或发芽率低等问题。

②人工种子可以工业化生产，提高农业的自动化程度。

③人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外，还可以添加各种附加成分。