1、第第 3 课时课时 植物组织培养技术植物组织培养技术 学习导航学习导航 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
2、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 二者用量相当 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
3、、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 离体条件； 充足的营养条件； 恰当的激素种类及浓度配比；
4、 适宜的环境条件； 无菌条件。 2MS 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是脱分化和再分化。 (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
5、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的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 物组织培养用的是离体组织或细胞，在其脱
6、分化过程中不能进行光合作用，因此植物组织培 养基中需加入含碳有机物， 提供碳源和能源， 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
7、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
8、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
9、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 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。 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。 2MS 培
10、养基的配制 分别向 MS 基本培养基中添加所需的植物激素，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。
11、 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 1525 、光照强度为 1 0002 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，并处于恒温、高湿、弱光、无菌和有完全营养 的条件下，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
12、种营养物质的作用 大量元素和微量元素：提供植物细胞生活所必需的无机盐。 蔗糖：提供碳源，同时能够维持细胞的渗透压。 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
13、 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 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 当
14、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长 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
15、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。 (2)无论是脱分化还是再分化，都需要生长素和细胞分裂素的调节。 (3)通过基因工程将目的基因导入植物细胞后，必须采用植物组织培养技术将植物细胞培养成 植株。 答案 C
16、解析 过程的单细胞细胞质丰富，液泡小而细胞核大，这是胚性细胞(类似胚胎细胞)的特 征，在适宜的培养基中，这种单细胞可发育成胚状体；要获得植物克隆的成功，应尽量选择 优良、细胞全能性表达充分的材料；随着科技的发展，植物组织培养可与基因工程、航天工 程结合培育高产、优质的作物品种。 4 植物组织培养的培养基中加有植物激素。 下表是培养基中两种植物激素在不同比例时的实 验结果(其中 6BA 是细胞分裂素，IAA 是生长素)。请分析完成下列问题： 实验组别 1 2 3 4 激素种类及激 素浓度关系 6BA 6BAIAA 6BAIAA 6BAIAA 结果 组织块产生 愈伤组织 组织块分化出芽 愈伤组织不
17、断 生长 愈伤组织有生根 趋势 (1)促进愈伤组织产生的条件是 ， 愈伤组织生长的条件是 。 (2)芽的分化条件是 ， 根的分化条件是 。 (3)在植物组织培养中，脱分化可用的激素组合是实验 和实验 中的激素浓度 关系，再分化时可用的激素组合是实验 和实验 中的激素浓度关系。整个实 验表明，植物的生根、发芽等生命活动是 的结果。 (4)植物组织培养的培养基中，除激素外，还必须含有 ，它的成分至少应 该含有 、 等。 (5)判断愈伤组织是否产生的依据是看是否产生了 的细胞。 答案 (1)必须有细胞分裂素 细胞分裂素与生长素含量相等 (2)细胞分裂素的含量大于生 长素的含量 生长素的含量大于细胞分
18、裂素的含量 (3)1 3 2 4 多种激素共同作用 (4)营养物质 矿质元素 有机物 (5)排列疏松而无规则、高度液泡化的呈无定形状态 解析 (1)由表中实验 1 和实验 3 的数据显示， 促进愈伤组织产生的条件是必须有细胞分裂素， 愈伤组织生长的条件是细胞分裂素与生长素含量相等。(2)由实验 2 和 4 可知，细胞分裂素的 含量大于生长素的含量， 促进芽的分化， 生长素的含量大于细胞分裂素的含量促进根的分化。 (3)表中 1、3 组激素的使用利于愈伤组织的形成与生长，即为脱分化。2、4 组激素的使用利 于根或芽的分化，即为再分化。(4)植物组织培养的培养基中，除激素外，还必须含有营养物 质，
19、它的成分至少应该含有矿质元素、有机物等。(5)愈伤组织是一种分化程度较低的细胞， 是排列疏松而无规则、高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。 1影响植物组织培养的因素包括( ) 培养基的配制 外植体的选取 激素的使用 消毒 温度、pH、光照 A B C D 答案 A 解析 植物组织培养过程受多种外界因素的影响，其中包括温度、光照、pH 等，而培养基的 成分、外植体的选取和消毒是否严格等也影响组织培养。 2下面为植物组织培养过程图解，以下相关叙述错误的是( ) 植物叶片 a 叶组织块 b 愈伤组织 c 有生根发芽能力的胚状结构 d 人工种子 e 幼苗 Ab 过程发生了脱分化，在此过程中植物激素不发
20、挥作用 Bc 过程发生了再分化，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程 Cd 过程是在胚状结构外包裹人工胚乳和人工种皮制成人工种子 D人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题 答案 A 解析 在 b(植物脱分化)的过程中， 利用植物生长素、 细胞分裂素等植物激素可以诱导植物细 胞脱分化，因此在该过程中植物激素发挥重要作用。 3下列哪组符合天竺葵组织培养的基本步骤( ) A制备 MS 固体培养基外植体消毒接种培养移栽栽培 B制备 MS 固体培养基外植体消毒接种培养栽培移栽 C制备 MS 固体培养基外植体消毒接种栽培培养移栽 D制备 MS 固体培养基外植体消毒接种移栽培养栽
21、培 答案 A 解析 移栽是指将培养基上培养的幼苗长壮后移栽到土壤中，栽培是对移栽后的幼苗进行精 细管理培养的过程，应先移栽后栽培。 4下列关于植物组织培养过程中的脱分化的叙述，正确的是( ) A植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程 B体内分化的细胞形态、结构和生理功能发生改变的过程 C高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程 D愈伤组织分裂产生大量相同细胞的过程 答案 C 5下图表示天竺葵的茎尖细胞通过无菌操作接种到试管培养基上后，在一定的条件下，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，
22、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。 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。 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，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件 (4)选择性表达 解析 植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经灭菌的培养基中，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。由外植体发育成试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈 伤组织细胞经有丝分裂和细胞分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶肉细胞中叶绿素 的合成需要光照条件。