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1、专题3 3 植物的组织培养技术 课题1 1 菊花的组织培养 1.能记住植物组织培养的基本原理。 2.能说出植物组织培养的基本过程。 3.完成菊花或其他植物的组织培养。 一二三四 一、植物组织培养的基本原理 植物细胞具有全能性,即当植物细胞脱离了原来所在植物体的器 官或组织而处于离体状态时,在一定的营养物质、激素和其他外界 条件的作用下,表现出可以发育成完整植株的能力。 一二三四 二、植物组织培养的基本过程 1.重要概念 (1)细胞分化:在植物的个体发育过程中,细胞在形态、结构和生 理功能上都会出现稳定性的差异,形成这些差异的过程叫做细胞分 化。 (2)愈伤组织:离体的植物器官、组织或细胞在一定
2、的培养条件下 经过细胞分裂过程形成的组织,叫愈伤组织。愈伤组织的细胞排列 疏松而无规则,是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。 (3)脱分化:由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程, 又叫去分化。 (4)再分化:脱分化产生的愈伤组织继续进行培养,又可以重新分 化成根或芽等器官的过程。 一二三四 2.过程 马铃薯长期种植,产量会降低而且易感染病毒,要想提高马铃薯 的产量,培育无病毒的马铃薯,应该怎么办? 提示:长期进行无性繁殖的植物,只有根尖和茎尖中几乎无病毒, 因此,可以茎尖或根尖为材料利用植物组织培养获得无病毒的马铃 薯植株。 一二三四 三、影响植物组织培养的因素 1.材料的选择
3、植物材料的选择直接关系到实验的成败。植物的种类、材料的 年龄和保存时间的长短等都会影响实验结果。菊花的组织培养,一 般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。 2.培养基 植物组织培养需要适宜的培养基,常用的是MS培养基,其主要成 分包括:大量元素,如N、P、K、Ca、Mg、S;微量元素,如B、Mn、 Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co;有机物,如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生 素,以及蔗糖等。常常还需要添加植物激素。 一二三四 3.植物激素 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。培养基中添加的植物激素的浓度、使用的先 后顺序以及用量的比例等,都会影响实验结果。以生长素
4、和细胞分 裂素为例。 一二三四 一二三四 4.其他影响因素 pH、温度、光照等条件也是重要因素,不同的植物对各种条件的 要求往往不同。进行菊花的组织培养时,一般将pH控制在5.8 左右, 温度控制在1822 ,每日用日光灯照射 12 h。 一二三四 四、实验操作 1.制备MS固体培养基 (1)配制各种母液。 (2)配制培养基。 (3)灭菌:将分装好的培养基连同其他器械一起进行高压蒸汽灭菌。 2.外植体消毒 一二三四 在上述消毒过程中,是不是消毒强度越大越好,为什么? 提示:不是。对外植体进行表面消毒时,既要考虑到药剂的消毒 效果,又要考虑到植物细胞的耐受力。 3.接种 所有的接种操作都必须在酒
5、精灯火焰旁进行,并且每次使用器械 后,都需要用火焰灼烧灭菌。 4.培养 接种后的锥形瓶最好放在无菌箱中培养,培养期间应定期消毒。 5.移栽 6.栽培 一二三 一、植物的组织培养 1.植物组织培养的概念 植物组织培养指植物的离体部分(包括器官、组织、细胞或原生 质体),在人工控制的培养基及环境条件(温度及光照)下,得以生长 和分化成完整植株的一种无菌培养技术。 2.植物组织培养的理论基础 细胞的全能性。具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都 具有发育成完整生物体的潜能,也就是说,该细胞具有全能性的特 点。 一二三 3.植物细胞全能性表达的条件 (1)脱离原来所在植物体(离体培养)。 (2)适
6、宜的营养物质:大量元素、微量元素等无机营养和有机营养。 (3)植物激素:生长素、细胞分裂素等。 (4)适宜环境条件:温度、pH和光照条件等。 (5)无菌条件。 特别提醒细胞全能性大小的比较:受精卵生殖细胞体细胞;幼 嫩组织细胞成熟组织细胞;分化程度低的细胞分化程度高的细胞。 一二三 4.植物组织培养的过程 (1)植物组织培养的一般过程分析 一二三 (2)根尖分生组织和愈伤组织的异同 一二三 二、影响植物组织培养的因素 1.内因:不同植物的组织,培养的难易程度差别很大,如烟草和胡 萝卜的组织培养较为容易,枸杞愈伤组织的芽诱导比较难;同一种 植物材料的年龄、保存时间的长短等也会影响培养结果,一般选
7、择 幼嫩的组织,如茎尖、根尖等进行组织培养。 一二三 三、污染的预防 1.污染 组织培养过程中的污染是指培养容器内滋生菌斑,使培养材料不 能正常生长发育,从而导致培养失败的现象。 2.污染原因与处理 一二三 3.无菌技术是植物组织培养获得成功的关键 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 件的要求高。用于植物组织培养的培养基同样适合于某些微生物, 如一些细菌、真菌的生长。而培养物一旦受到微生物的污染,就会 导致实验前功尽弃,因此要进行严格的无菌操作。可以通过以下措 施做好预防。 (1)防止外植体带菌。选择好外植体采集时期和采集部位。外 植体采集以春、秋季为宜,优先选择地上部分
8、作为外植体;阴雨天 勿采,可在晴天的下午采集,采前喷杀虫剂、杀菌剂或套塑料袋。 在室内或无菌条件下进行预培养。外植体严格消毒。进行多 次消毒和交替消毒,并做消毒效果实验。 一二三 (2)保证培养基及接种器具彻底灭菌。分装时,培养基勿粘瓶口。 检查封口膜是否有破损。扎瓶口时要位置适当、松紧适宜。 保证灭菌时间和高压蒸汽灭菌锅内的温度。接种工具使用前 彻底灭菌。工作服、口罩、帽子等布质品定期进行湿热灭菌。 (3)操作人员严格遵守无菌操作规程。如一定要规范着装、操作 过程中不说话等。 (4)保证接种与培养环境清洁。污染瓶经高压蒸汽灭菌后再清 洁。接种环境定期熏蒸消毒,用紫外灯照射或用臭氧灭菌和消毒。
9、 定期对培养室消毒。 一二三 特别提醒对外植体进行表面消毒时,既要考虑到药剂的消毒效果, 又要考虑到植物的耐受力。不同药剂、不同植物材料,甚至不同器 官都要区别对待。消毒用过的有毒药品应收集后统一交给有关专 业部门处理,以免引起环境污染。 一旦发现培养材料被污染,特别是真菌污染,一定不要打开培养 瓶。应先将所有被污染的培养瓶统一放在高压蒸汽灭菌锅中灭菌 后,再打开培养瓶进行清洗。 题型一题型二题型三 题型一 细胞的全能性 【例题1】 下列实例中能体现细胞全能性的是( ) 用培养基把单个胡萝卜细胞培养成了可育的植株 植物用 种子进行繁殖 用烟草组织培育出了可育的完整植株 A.B. C.D. 解析
10、:和都属于已分化的细胞或组织经过培养形成可育的植 株,体现了细胞的全能性。植物用种子繁殖后代,实际上是由一个 受精卵,通过细胞的增殖和分化发育成新个体,是由未经分化的细 胞(受精卵)发育成新个体的过程,因此不能体现细胞的全能性。 答案:B 反思领悟由单个细胞或组织发育成完整个体才能体现细胞的全 能性。种子的胚是植物的幼体,由种子长成植株是发育过程。 题型一题型二题型三 题型二 植物细胞表现全能性的条件 【例题2】 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.导入其他植物细胞的基因 C.脱离母体后的具有完整细胞核的细胞或组织,给予适宜的营养 和外界条件 D.将成熟筛
11、管细胞的细胞核移植到去核卵细胞中 解析:在生物体内,细胞没有表现出全能性, 而是分化成为不同的 组织、器官,这是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结 果。植物细胞脱离母体后,在一定的营养物质、激素和其他适宜的 外界条件的作用下,就可以表现出全能性。 答案:C 题型一题型二题型三 题型三 植物组织培养的过程及影响因素 【例题3】 下图是基因型为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 。 菊花茎尖能发育成植物体的根本原因是 。 (2)菊花茎尖经组织培养形成试管苗的过程中,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 。 题型
12、一题型二题型三 (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是 。 解析:(1)离体的植物组织或细胞,在培养一段时间以后,会通过脱 分化形成愈伤组织。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、细 胞,常用MS培养基培养,MS培养基的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)以及植物激素等。
13、在试管苗形成过程中要每天给予光照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。 题型一题型二题型三 (3)脱分化和再分化这两个过程的进行,除需要必要的温度、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愈伤组织再分化 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,使植物组织得不到营养,同时杂菌还能侵染植物组织,使 之受到损害。(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是AaBb。 答案:(1)脱分化 再分化 植物细胞具有全能性 (2)N、P、K、Ca、Mg、S 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