1、生物技术实践生物技术实践第第 35 35 讲讲植物的组织培养技术植物的组织培养技术选修11 1菊花的组织培养。菊花的组织培养。2 2月季的花药培养。月季的花药培养。1.人参是一种名贵中药材，其有效成分人参是一种名贵中药材，其有效成分主要是人参皂苷。利用细胞培养技术生产主要是人参皂苷。利用细胞培养技术生产人参皂苷的大致流程如下：人参皂苷的大致流程如下：请回答：请回答：(1)配制诱导愈伤组织的固体培养基，分装配制诱导愈伤组织的固体培养基，分装后要进行后要进行。接种前，要对人参根进行。接种前，要对人参根进行。(2)用于离体培养的根切块，叫做用于离体培养的根切块，叫做。培养几天后发现少数培养基被污染，
2、若是有培养几天后发现少数培养基被污染，若是有颜色的绒毛状菌落，属于颜色的绒毛状菌落，属于污染；污染；若是有光泽的黏液状菌落，属于若是有光泽的黏液状菌落，属于污染污染。灭菌灭菌消毒消毒外植体外植体真菌真菌(霉菌霉菌)细菌细菌(3)用少量用少量酶处理愈伤组织，酶处理愈伤组织，获取单细胞或小细胞团，在液体培养获取单细胞或小细胞团，在液体培养基中进行悬浮培养，可有效提高人参基中进行悬浮培养，可有效提高人参皂苷合成量。皂苷合成量。(4)人参皂苷易溶于水溶性人参皂苷易溶于水溶性(亲水性亲水性)有机溶剂，从培养物干粉中提取人参有机溶剂，从培养物干粉中提取人参皂苷宜选用皂苷宜选用方法，操作时方法，操作时应采用
3、应采用加热。加热。果胶果胶萃取萃取(浸取浸取)水浴水浴 山东理综生物试题的选修试题，山东理综生物试题的选修试题，历年来，都是立足课本，主要考查课本历年来，都是立足课本，主要考查课本的基础知识，题目较简单。今年仍然立的基础知识，题目较简单。今年仍然立足课本，以植物组织培养为材料背景考足课本，以植物组织培养为材料背景考查了植物组织培养过程中涉及的培养基查了植物组织培养过程中涉及的培养基及消毒灭菌的相关知识及污染后的菌落及消毒灭菌的相关知识及污染后的菌落特征的比较。同时考查了选修特征的比较。同时考查了选修1中关于中关于物质的提取和鉴定的专题，跨度较大，物质的提取和鉴定的专题，跨度较大，考查的知识面较
4、广。考查的知识面较广。(1)接种前，要对材料进行消毒接种前，要对材料进行消毒(不能填灭不能填灭菌，灭菌时是采用强烈的因素杀菌菌，灭菌时是采用强烈的因素杀菌)，配制，配制培养基并分装后要用灭菌锅灭菌。培养基并分装后要用灭菌锅灭菌。(2)比较菌落特征：比较菌落特征：真菌污染：有颜色的绒毛状菌落真菌污染：有颜色的绒毛状菌落;细菌污细菌污染：有光泽的黏液状菌落。染：有光泽的黏液状菌落。(3)利用果胶酶处理愈伤组织可以获得单利用果胶酶处理愈伤组织可以获得单个的细胞。个的细胞。(4)由题干知，人参皂苷易溶于亲水性有由题干知，人参皂苷易溶于亲水性有机溶液，故而采用萃取的方法可以从培养物机溶液，故而采用萃取的
5、方法可以从培养物干粉中提取人参皂苷。干粉中提取人参皂苷。2 2(2010(2010全国新课标全国新课标) )请回答：请回答：(1)(1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的畴。该技术可以保持品种的 ，繁殖，繁殖种苗的速度种苗的速度 。离体的叶肉细胞在适宜的条。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部该叶肉细胞具有该植物的全部 。(2)(2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免超净工作台
6、上进行，其原因是避免的污染。的污染。遗传特性遗传特性快快遗传信息遗传信息微生物微生物(3)(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗独使用可诱导试管苗 ，而与，而与配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是要使用的生长调节剂是 ( (脱落酸、脱落酸、2,42,4D)D)。生根生根细胞分裂素细胞分裂素2,4D(4)(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重
7、和光合作用强度的基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度变化如图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是的增加，光合作用强度的变化趋势是 ，单株鲜重的变化趋势是单株鲜重的变化趋势是 。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量管苗光合作用产生的有机物的量( (能、不能能、不能) )满足自身最佳生长的需要。满足自身最佳生长的需要。逐渐减弱逐渐减弱 先增先增 加后下降加后下降不能不能(5)(5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力
8、，应程中提高其光合作用能力，应 ( (降低降低、增加、增加) )培养基中蔗糖浓度，以便提高试培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。管苗的自养能力。降低降低 植物组织培养技术是利用植物细胞植物组织培养技术是利用植物细胞全能性的原理进行的，是植物细胞工程的全能性的原理进行的，是植物细胞工程的基础。在操作过程中应注意无菌操作，避基础。在操作过程中应注意无菌操作，避免杂菌污染，因为培养过程中使用的培养免杂菌污染，因为培养过程中使用的培养基营养物质丰富。适宜浓度的生长素可以基营养物质丰富。适宜浓度的生长素可以诱导试管苗生根，而如果要促进愈伤组织诱导试管苗生根，而如果要促进愈伤组织形成芽，则需要与细
9、胞分裂素配比适宜。形成芽，则需要与细胞分裂素配比适宜。促进愈伤组织产生和生长应该使用生长素促进愈伤组织产生和生长应该使用生长素类似物类似物( (如如2,42,4D)D)。理论依据细胞的全能性过程简图离体的植物组织或器官(外植体)脱分化愈伤组织再分化试管苗(先长出丛芽后生根)移栽完整的植物体一、植物的组织培养一、植物的组织培养理论依据细胞的全能性影响因素(1)外植体的选择：材料本身的种类，同一植物材料的年龄、保存时间的长短等(2)营养条件：无机营养(大量元素、微量元素)和有机营养(维生素、甘氨酸、烟酸、肌醇以及蔗糖等)(3)植物激素常用激素：生长素和细胞分裂素使用这两种激素顺序不同，实验结果不同
10、(见教材表)这两种激素比值不同，对细胞发育方向的影响不同(见教材旁栏)理论依据细胞的全能性实验操作 制备MS培养基外植体消毒接种培养移栽栽培二、月季的花药培养二、月季的花药培养1.被子植物的花粉发育被子植物的花粉发育2.产生花粉植株的两种途径产生花粉植株的两种途径这两种途径的区别主要取决于培养这两种途径的区别主要取决于培养基中基中的配比的配比。激素的种类及其浓度激素的种类及其浓度主要因素材料的选择从花药来看，应当选择初花期的花药从花粉来看，应当选择的花粉从花蕾来看，应当选择完全未开放的花蕾培养基的组成培养基各成分中，植物生长调节剂的水平和配比，常对诱导细胞的分裂、生长和分化起决定作用。在诱导愈
11、伤组织或胚状体产生的诱导培养基中，广泛地使用2，4D、NAA等其他因素植物的种类、亲本植株的生长条件、材料的预处理、种密度、培养的环境条件等3.影响花药培养的因素影响花药培养的因素低温低温单核期单核期项目花药培养技术植物组织培养不同点生殖方式有性生殖无性生殖操作流程制备MS培养基外植体消毒接种培养移栽栽培材料的选取材料的消毒接种和培养鉴定和筛选三、花药培养技术和植物组织培养技术的比较三、花药培养技术和植物组织培养技术的比较项目花药培养技术植物组织培养不同点取材取材为花药(需事先摸索时期适宜的花蕾)，培养的为单倍体幼苗，植株弱小，高度不育。必须用秋水仙素处理，使染色体加倍，恢复正常植株的染色体数
12、，而且为纯种外植体为体细胞，染色体数无需加倍项目花药培养技术植物组织培养不同点转移培养花药裂开后释放出的愈伤组织或胚状体要及时更换培养基培养。花药培养对培养基配方的要求更为严格不需转移便可再分化为植株鉴定筛选需要不需要相同点(1)原理：植物细胞的全能性(2)过程：脱分化、再分化(3)操作：培养基配制方法、无菌技术及接种操作等基本相同激素使用实验结果使用顺序先生长素后细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先细胞分裂素后生长素细胞既分裂也分化生长素与细胞分裂素同时使用分化频率提高四、植物激素在组织培养中的重要作用四、植物激素在组织培养中的重要作用生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、生长素和细胞分裂素
13、是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，其作用特点为脱分化和再分化的关键激素，其作用特点为：激素使用实验结果生长素用量与细胞分裂素用量的比例该比值高时利于根的分化，抑制芽的形成该比值低时利于芽的分化，抑制根的形成该比值适中时促进愈伤组织的生长1.植物细胞具全能性的原因是什么？不同植物细胞具全能性的原因是什么？不同细胞的全能性表达难易程度如何？细胞的全能性表达难易程度如何？ 植物细胞具有全能性的原因是因为植植物细胞具有全能性的原因是因为植物体的每一个具核的活细胞都包含有该物种物体的每一个具核的活细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。所特有的全套遗传物质。不同细胞的全能性表达难易程度不不同细胞
14、的全能性表达难易程度不同。最易表达的是受精卵；其次是生同。最易表达的是受精卵；其次是生殖细胞殖细胞(未受精的卵细胞和花粉细胞未受精的卵细胞和花粉细胞)；第三是各种分生组织等薄壁细胞；第三是各种分生组织等薄壁细胞；然后是其他已经分化的组织。总之，然后是其他已经分化的组织。总之，分化程度越低的组织越易培养，分化分化程度越低的组织越易培养，分化程度越高的组织越难培养。程度越高的组织越难培养。2.为什么生物体内的细胞不表现全能性为什么生物体内的细胞不表现全能性?植物细胞体现全能性的条件是什么？植物细胞体现全能性的条件是什么？ 生物体内的细胞不表现全能性的原因是生物体内的细胞不表现全能性的原因是：在特定
15、的时间和空间条件下，细胞中的：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性的表达出各种蛋白质，从基因会有选择性的表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。而构成生物体的不同组织和器官。植物细胞体现全能性的条件有以下方面植物细胞体现全能性的条件有以下方面：离体状态；一定的营养物质；植：离体状态；一定的营养物质；植物激素；其他适宜的外界条件物激素；其他适宜的外界条件(温度、温度、pH、氧气、光照、无菌等、氧气、光照、无菌等)。3.培养基中各种营养物质有什么作用？培养基中各种营养物质有什么作用？MS培养基的配方与微生物培养基的配方相培养基的配方与微生物培养基的配方相比有哪些明显的不同？比
16、有哪些明显的不同？ 培养基中各种营养物质的作用分别是：培养基中各种营养物质的作用分别是：微量元素和大量元素提供植物细胞生活所微量元素和大量元素提供植物细胞生活所必需的无机盐；蔗糖提供碳源，同时能够必需的无机盐；蔗糖提供碳源，同时能够维持细胞的渗透压；甘氨酸、维生素等物维持细胞的渗透压；甘氨酸、维生素等物质主要是为了满足离体植物细胞在正常代谢质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途径受到一定影响后所产生的特殊营养需求。微生物培养基以有机营养为主微生物培养基以有机营养为主。与微生物的培养不同，。与微生物的培养不同，MS培养培养基则需提供大量无机营养，无机基则需
17、提供大量无机营养，无机盐混合物包括植物生长必需的大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。量元素和微量元素两大类。4.为什么无菌技术是植物组织培养成功的关键？为什么无菌技术是植物组织培养成功的关键？ 植物组织培养不同于扦插、分根、叶插等常规无性繁殖植物组织培养不同于扦插、分根、叶插等常规无性繁殖。由于植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，。由于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较高。用于植物组织培养的培养基所以对培养条件的要求较高。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，如一些细菌、真菌等的生同样适合于某些微生物的生长，如一些细菌、真
18、菌等的生长。培养材料一旦被微生物长。培养材料一旦被微生物(如细菌如细菌)污染，其分裂快、生长污染，其分裂快、生长迅速，会争夺培养基中的营养，还会产生代谢废物毒害培迅速，会争夺培养基中的营养，还会产生代谢废物毒害培养材料，导致实验失败。因此要进行严格的无菌操作。养材料，导致实验失败。因此要进行严格的无菌操作。5.将花药接种到将花药接种到MS培养基上之前，对消培养基上之前，对消毒过的花蕾的处理应注意哪些？毒过的花蕾的处理应注意哪些？ (1)在无菌条件下，除去萼片和花瓣。在无菌条件下，除去萼片和花瓣。(2)在剥离花药时，要尽量不损伤花药，在剥离花药时，要尽量不损伤花药，否则接种后容易在受伤部位产生愈
19、伤组织否则接种后容易在受伤部位产生愈伤组织。(3)要彻底除去花丝，因为与花丝相连的要彻底除去花丝，因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。6.实验操作中应注意哪些问题？实验操作中应注意哪些问题？ (1)材料的选取：菊花的组织培养实验中，应选择未开材料的选取：菊花的组织培养实验中，应选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝；月季花药的离体培养实验花植株的茎上部新萌生的侧枝；月季花药的离体培养实验中，应选择花粉发育过程中的单核靠边期的花粉进行培养中，应选择花粉发育过程中的单核靠边期的花粉进行培养。(2)外植体消毒：所用消毒剂为体积分数为外植体消毒：所用消毒剂为
20、体积分数为70%的酒精和的酒精和质量分数为质量分数为0.1%的氯化汞溶液，所使用的清洗液是无菌的氯化汞溶液，所使用的清洗液是无菌水。水。(3)培养过程：在初期，菊花的组织培养需光照，月季花培养过程：在初期，菊花的组织培养需光照，月季花药的培养不需要光照；而在后期均需要光照。药的培养不需要光照；而在后期均需要光照。菊花的组织培养菊花的组织培养 植物组织培养所需营养的叙述，不正植物组织培养所需营养的叙述，不正确的是确的是()A.MS培养基既含硝态氮又含铵态氮培养基既含硝态氮又含铵态氮B.维生素以辅酶的形式参与生物催化剂维生素以辅酶的形式参与生物催化剂酶系活动酶系活动C.植物生长调节物质包括生长素、
21、细胞植物生长调节物质包括生长素、细胞分裂素及赤霉素等分裂素及赤霉素等D.植物组织培养过程中无需从外部供糖植物组织培养过程中无需从外部供糖 D通常植物本身能进行光合作用，产通常植物本身能进行光合作用，产生糖类，不需从外部供给糖。但植物生糖类，不需从外部供给糖。但植物组织培养过程中，离体组织或器官培组织培养过程中，离体组织或器官培养至愈伤组织的过程中，不能进行光养至愈伤组织的过程中，不能进行光合作用合成糖类，因此必须在培养基合作用合成糖类，因此必须在培养基中添加糖，作为碳素来源和能量来源中添加糖，作为碳素来源和能量来源。下列关于影响植物组织培养因素，说法正确的是下列关于影响植物组织培养因素，说法正
22、确的是()A.不同植物组织培养的难易程度不同不同植物组织培养的难易程度不同,同一种植物同一种植物材料培养的难易程度相同材料培养的难易程度相同B.在植物的组织培养中在植物的组织培养中,培养基中必须添加植物激培养基中必须添加植物激素素C.植物激素中生长素和细胞分裂素的作用是互相独植物激素中生长素和细胞分裂素的作用是互相独立的立的D.pH、温度、光照条件等对植物组织培养也特别、温度、光照条件等对植物组织培养也特别重要重要D本题很易错选本题很易错选B项。在配制好的项。在配制好的MS培养基中常常需要添加植物激素，而培养基中常常需要添加植物激素，而不是必须。比如菊花的茎段的组织培不是必须。比如菊花的茎段的
23、组织培养比较容易，因此不必添加植物激素养比较容易，因此不必添加植物激素。植物组织培养中，离体器官或组织的细植物组织培养中，离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织，胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织，愈伤组织可再分化形成根、芽等器官。相愈伤组织可再分化形成根、芽等器官。相关概念归纳如下：关概念归纳如下：(1)脱分化：让已经分化的细胞，经过诱脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。即是由高度分化的植未分化细胞的过程。即是由高度分化的植物器官、组织或细胞，产生愈伤组织的过物器官、组织或细胞，产生愈伤组织的
24、过程。程。(2)愈伤组织：细胞排列疏松而无规愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的、具分生能力的薄壁细胞。愈伤态的、具分生能力的薄壁细胞。愈伤组织的细胞中不含有叶绿体。组织的细胞中不含有叶绿体。(3)再分化：脱分化产生的愈伤组织再分化：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继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官的过程。或芽等器官的过程。月季的花药培养月季的花药培养 进行月季花粉培养时选择花粉的最佳进行月季花粉培养时选择花粉的最佳时期为时期为()A.盛开期的月季花盛开期的月季花B.略微开放的月季花略微开放的月季花C.完全
25、未开放的花蕾完全未开放的花蕾D.近凋谢时期的月季花近凋谢时期的月季花 C选择合适的花粉发育时期是提选择合适的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素。花粉高诱导成功率的重要因素。花粉发育过程中，只有单核期核移向发育过程中，只有单核期核移向细胞一侧的时期细胞一侧的时期(单核靠边期单核靠边期)，花，花粉培养成功率最高，因此，通常粉培养成功率最高，因此，通常选择完全未开放的花蕾。选择完全未开放的花蕾。关于花粉胚和愈伤组织的说法正确的关于花粉胚和愈伤组织的说法正确的是是()A.花粉胚的细胞含有与体细胞相同的花粉胚的细胞含有与体细胞相同的染色体染色体B.愈伤组织只能由体细胞培养产生愈伤组织只能由体细胞培养
26、产生C.花粉胚具有直接发育成植株的能力花粉胚具有直接发育成植株的能力D.愈伤组织分化的花粉植物为二倍体愈伤组织分化的花粉植物为二倍体 CA错误：花粉是有性生殖细胞，形成错误：花粉是有性生殖细胞，形成的花粉胚细胞中染色体数目与花粉粒中的花粉胚细胞中染色体数目与花粉粒中相同，为体细胞的一半。相同，为体细胞的一半。B错误：花粉错误：花粉植物的培育过程中，由花药中的花粉经植物的培育过程中，由花药中的花粉经脱分化也可形成愈伤组织。脱分化也可形成愈伤组织。C正确、正确、D错误：由单倍体性细胞产生的花粉胚也错误：由单倍体性细胞产生的花粉胚也可发育成单倍体植株，但不能称二倍体可发育成单倍体植株，但不能称二倍体。植物组织培养技术与花药培养技术的植物组织培养技术与花药培养技术的异同异同相同之处：培养基配制方法、无菌技相同之处：培养基配制方法、无菌技术及接种操作等基本相同。术及接种操作等基本相同。不同之处：花药培养的选材非常重要不同之处：花药培养的选材非常重要，需事先摸索时期适宜的花蕾；花药裂开，需事先摸索时期适宜的花蕾；花药裂开后释放出的愈伤组织或胚状体也要及时更后释放出的愈伤组织或胚状体也要及时更换培养基；花药培养对培养基配方的要求换培养基；花药培养对培养基配方的要求更为严格。这些都使花药培养的难度大为更为严格。这些都使花药培养的难度大为增加。增加。
