1、第第 13 课时课时 植物的组织培养植物的组织培养 学习导航 1.阅读教材 P68、P72内容，了解植物组织培养的基本过程、影响因素和在生产实 践中的应用。2.结合教材 P6871内容，尝试胡萝卜的组织培养。 重难点击 1.理解植物激素对脱分化和再分化过程的影响。2.归纳 MS 培养基的配制方法， 并设计表格比较微生物培养基与 MS 培养基的配方的异同。 一一、植物组织培养的基本过程和影响因素植物组织培养的基本过程和影响因素 我们在必修一中已经学习过一些植物组织培养的知识，请结合探究内容，掌握组织培养的过 程。 离体器官、组织、细胞 A B C 胚状体、丛芽等 生长 新个体 1原理 理论基础：
2、细胞的全能性。 (1)概念：已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。 (2)原因：具有该种生物全套遗传信息。 2植物组织培养的过程 植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工 配制的培养基上，给予适宜的培养条件，最终诱导产生愈伤组织、丛芽或完整植株的技术。 上图中： (1)B 是愈伤组织，其特点是：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。 (2)A 过程是脱分化，是指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。 (3)C 过程是再分化，是指愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程。 (4)植物组织培养的全过程反映了
3、植物细胞的全能性，证明分化的植物细胞仍具有形成完整植 株所需要的全部基因。 3植物组织培养的影响因素 (1)培养基：植物组织培养中常用的基本培养基有 MS 培养基、怀特培养基、N6培养基等。其 中 N6培养基常用于植物花药的组织培养。 (2)植物生长调节剂对植物组织培养的影响 植物生长调节剂的作用 类别 植物生长调节剂 作用 生长 素类 IAA(吲哚乙酸)、 IBA、NAA 诱导生根，促进茎的增长 2,4- D 诱导植物愈伤组织，抑制植物形态的发生 细胞 分裂 素类 6- BA 诱导愈伤组织分化出丛芽 KT 和玉米素 刺激培养物的细胞加速分裂，加快培养物 的生长速度 赤霉 素类 AG3 刺激培
4、养细胞的伸长 植物激素用量比例的影响 生长素/细胞分裂素比值与结果 比值高时 诱导植物组织脱分化和根原基的形成 比值低时 诱导植物组织再分化和芽原基的形成 比值适中 促进愈伤组织生长 (3)其他因素的影响：pH、温度、光照等条件也对植物组织培养有重要的影响。 1植物组织培养的理论基础 (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；适宜的环境条件； 无菌条件。 2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
5、什么？ 答案 植物组织培养的核心环节为脱分化和再分化。 (2)你认为菊花的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。 (3)植物组织培养的实验操作主要有哪几个步骤？ 答案 主要有 6 个步骤：制备 MS 固体培养基；外植体消毒；接种；培养；移栽； 栽培。 (4)在配制培养基的过程中，pH 的调节是在分瓶前还是分瓶后？ 答案 在分瓶前调节 pH。 3植物组织培养中应尽量选择什么样的材料？为什么？ 答案 应尽量选择幼嫩的植物组织或器官。因为植物组织或器官年龄越小，分化程度越低， 组织培养的成功率就越高。 归纳总结 植物组织培养的过程分析 过程 主要变化 特点 脱
6、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需要离体，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，B 项错误；胚状体可制成人工种子， C 项错误；
7、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 根和芽 植物体幼苗 (1)图中 A 和 B 分别表示_和_。菊花茎尖能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
8、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)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 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
9、、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。(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 细胞全
10、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。 二二、胡萝卜的组织培养胡萝卜的组织培养 下面我们以胡萝卜的肉质茎为材料，体验植物组织培养的基本过程和方法。 1配制培养基 (1)配制 MS 培养基 预先配制成储备液，储存在 4 的冰箱中备用。储备液一般包括 10 倍的大量元素、100 倍 的微量元素、100 倍的有机成分、
11、100 倍的 Fe 盐和 0.1 mg/mL 的生长激素。蔗糖的用量大多 为 3%，琼脂用量一般为 0.5%1.0%。 取少量蒸馏水，按比例加入各种母液和药剂。 用 0.1 mol/L 的 NaOH 或 HCl 调整 pH 到 5.8，定容到设计的最终体积。 加入琼脂，加热溶解后分装到试管或锥形瓶中。 121高压灭菌 20 min。 (2)以 MS 基本培养基为基础配制所需各种培养基 诱导培养基(MS 培养基1.0 mg/L 2,4D)。 继代培养基(MS 培养基0.5 mg/L 2,4D)。 分化培养基(不添加植物生长调节剂)。 生根培养基(1/2MS 培养基0.5 mg/L IBA)。 2
12、获取培养用胡萝卜组织块 (1)将胡萝卜的根用洗涤剂充分洗净，切段。 (2)在超净工作台上将胡萝卜段用体积分数为 70%的酒精消毒 30 s 后，立即用无菌水冲洗 2 3 次。再用体积分数为 20%的次氯酸钠溶液浸泡 30 min 后，立即用无菌水清洗 23 次。 (3)用无菌的滤纸吸去表面水分，选取有形成层的部位将胡萝卜段切成 2_mm2_mm2_mm 左右的小块。 3接种培养 (1)将组织块接种到无菌的诱导培养基上，封紧瓶口，标记。23 26 恒温避光培养，定 期观察记录，计算出愈率。30 d 左右后，将愈伤组织分切成小块，然后转接到继代培养基上 培养。 (2)将愈伤组织转接到分化培养基上，
13、 23 26 恒温光照培养， 每天光照 12 h 持续 14 d 后， 统计计算分化率。 (3)将分化出的幼苗转接到生根培养基上，培养 14 d 后，统计并计算出生根率。 4移栽：将试管苗移栽到大田栽培。 1营养物质对组织培养的作用 (1)MS 培养基中各种营养物质有什么作用？ 答案 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
14、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。 2在植物组织培养过程中是如何实现无菌操作的？ 答案 (1)对于培养基：用高压蒸汽灭菌法灭菌。 (2)对于外植体：用酒精和次氯酸钠溶液消毒，放到无菌箱中培养，移栽到消过毒的环境中生 活一段时间。 3植物组织培养技术有哪些用途？ 答案 优良品种的快速繁殖、培育脱毒作物、人工种子、单倍体育种、工厂化生产细胞产物 等。 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
15、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 答案 C 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
16、可与基因工程、航天工 程结合培育高产、优质的作物品种。 4下列关于 MS 培养基与微生物培养基的配方相比的不同之处，说法错误的是( ) AMS 培养基中常常添加植物激素，微生物培养基中不需要 BMS 培养基中的碳源和能源是蔗糖，微生物培养基中的碳源和能源主要是葡萄糖 CMS 培养基中需提供植物生长必需的大量元素和微量元素 DMS 培养基中不需加维生素，微生物培养基中要加维生素作生长因子 答案 D 解析 MS 培养基中需要加入甘氨酸、维生素等物质，主要是为了满足离体植物细胞在正常 代谢途径受到一定影响后所产生的特殊营养需求。 易错辨析 微生物培养基与 MS 培养基配方的不同 微生物培养基以有机营
17、养为主。与微生物的培养基不同， 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。 1植物组织培养的再分化与细胞自然分化的不同点是( ) A前者细胞的形态结构没有变化，后者细胞的形态结构有变化 B前者细胞的形态结构有变化，后者细胞的形态结构没有变化 C前者有植物激素的调节，后者没有植物激素的调节 D前者植物激素主要来源于培养基，后者植物激素来源于植物体自身 答案 D 解析 再分化的本质也是细胞分化，和细胞自然分化都是基因选择性表达的结果，都会造成 细胞形态、结构、功能的改变，都离不开植物激素的调节；再分化所需的激素主要由培养基 提供，而自然分化所需的激
18、素来自植物体自身。 2下面为植物组织培养过程图解，以下相关叙述错误的是( ) Ab 过程发生了脱分化，在此过程中植物激素不发挥作用 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 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 此在此过程中植物激素发挥重要作用。 3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
19、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。 4下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是( ) A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压 B培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的形成和分化 C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 D同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成相同 答案 D 解析 在植物组织培养过程中，蔗糖是最常用的碳源和能源物质，蔗糖还可以调节培养基的 渗透压，从而维持细胞正常的形态和功能；愈伤组织的分化常受细胞分裂素及生长素用量比 例的调节，当这一用量比值高时，
20、可诱导植物组织再分化和芽原基的形成，反之则诱导植物 组织脱分化和根原基的形成；对于同一株绿色开花植物来说，花粉是通过减数分裂形成的， 离体培养获得的愈伤组织细胞和体细胞培养获得的愈伤组织细胞基因组成并不完全一样，假 定该植株基因型为 Aa，花粉培养获得的愈伤组织细胞基因型为 A 或 a，而体细胞培养获得的 愈伤组织细胞基因型为 Aa，二者不一样。 5下图表示菊花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，激素包括细胞分裂素和_两类植物激素。 (2)
21、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。 答案 (1)无机物 生长素 (2)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。
