第二节植物组织培养 兰花 课程标准 简述植物的组织培养 课标解读 1 理解植物细胞的全能性 2 简述植物组织培养的原理和过程 3 举例说出植物组织培养的应用 一个植物体的全部体细胞都是由 经过 产生的 都含有发育成为完整个体所必需的 从理论上讲 植物体的 都具有形成完整植物体的 植物细胞的这种特性就叫做 植物细胞的全能性 1 植物细胞全能性的概念 受精卵 有丝分裂 全套遗传物质 每一个活细胞 遗传潜能 全能性 1 植物体内细胞没有表现全能性的原因在植物体内 细胞并没有表现出全能性 而是 成为不同的组织和器官 这是基因在特定的时间和空间条件下 2 植物细胞表现全能性的条件脱离原来组织器官的束缚 成为 在一定的 和 的诱导下 植物细胞就能表现出全能性 发育成 2 植物细胞全能性的表现 分化 选择性表达的结果 游离状态 营养条件 植物激素 完整的植株 诱导植物细胞表现全能性的植物激素主要有哪些 提示生长素和细胞分裂素 思维激活1 1 定义 植物细胞全能性是指植物体的每一个活细胞都具有发育成完整植物体的遗传潜能 2 遗传基础植物体的全部体细胞都是由受精卵经有丝分裂形成的 含有该生物体的一整套遗传物质 1 一般来说 细胞的分化程度越高 细胞全能性相对越小 2 各种细胞中 受精卵的全能性最高 其次为生殖细胞 如卵细胞 再次为体细胞 1 植物细胞全能性的概念 2 全能性大小的一般规律 3 植物体细胞的全能性较高 动物体细胞的全能性受到限制 一般不能表现 特别提醒高度分化的动物体细胞的全能性还没有通过实验被证实 但动物体细胞的细胞核的全能性已经被证实 如克隆羊多利的诞生 在特定的时间和空间条件下 细胞中的基因进行选择性表达 形成不同的组织和器官 3 体内细胞发生分化的原因 1 离体 脱离原来组织器官的束缚 成为游离状态 2 营养条件 培养基中要含有一定水分 无机盐 蔗糖 氨基酸和维生素等 3 一定的植物激素 如生长素和细胞分裂素 有诱导细胞脱分化和再分化的功能 4 环境条件 无菌 适宜的温度 光照 在组织培养过程中 脱分化时要求无光 再分化时必须有光照 4 植物细胞全能性表现的条件 以下不能说明细胞全能性的实验是 A 玉米花粉粒培育出植株B 转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育出植株C 烧伤病人的健康细胞培养出皮肤D 核移植获得的组装细胞培育出鲤鲫移核鱼解析考查细胞全能性的概念 细胞的全能性是指生物体的细胞具有发育成完整个体的潜能 玉米花粉粒培育出植株 向日葵细胞培育出植株 组装细胞培育出鲤鲫移核鱼都是全能性的体现 只有C没有得到完整个体 不能体现细胞的全能性 答案C 巩固1 是指利用植物体的 条件下在含有 的培养基上 给予适宜的 等环境条件进行人工培养 使其 发育而形成完整的植株 1 概念 由 的植物器官 组织或细胞产生 的过程 植物组织培养技术 1 植物组织培养的概念 2 植物细胞的脱分化 离体器官 组织或细胞 无菌 营养物质 光照 温度 湿度 增殖 生长 高度分化 愈伤组织 2 外植体 的植物 3 愈伤组织的特点 细胞排列 是一种高度 的呈 状态的 形成愈伤组织后 为什么需要更换新的培养基 提示原来培养基中营养不足或有毒代谢产物的积累 导致愈伤组织停止生长 甚至老化变黑 死亡 需定期地将它们分成小块 接种到新鲜的培养基上 使其长期保持旺盛的生长 离体 器官 组织或细胞 疏松而无规则 液泡化 无定形 薄壁细胞 思维激活2 1 概念 重新分化形成 或 等器官的过程 2 影响植物细胞再分化的因素 外植体的 的位置 光照和温度 起决定作用 3 再分化的两种方式 方式 方式 3 植物细胞的再分化 愈伤组织 遗传特征 取材 植物激素 不定芽 胚状体 根 芽 1 定义植物组织培养就是利用植物体的离体器官 组织或细胞 无菌条件下在含营养物质的培养基上 给予适当的光照 温度 湿度等环境条件进行人工培养 使其增殖 生长 发育而形成完整的植株 2 原理植物细胞的全能性 1 植物组织培养的概念 1 流程图 2 植物细胞的脱分化 脱分化 由高度分化的植物器官 组织或细胞产生愈伤组织的过程 愈伤组织 外植体经过脱分化形成的 细胞排列疏松而无规则的一团高度液泡化无定形的薄壁细胞 称为愈伤组织 2 植物组织培养的过程 继代培养 培养基中营养不足或有毒代谢产物的积累 导致愈伤组织停止生长 甚至老化变黑 死亡 需定期地将它们分成小块 接种到新鲜的培养基上 就可以长期保持旺盛的生长 3 植物细胞的再分化 再分化 愈伤组织重新进行分化 进而发育成一棵完整植株的过程 影响植物细胞再分化的因素 外植体的遗传特性 取材的位置 光照和温度 植物激素 起决定作用 再分化的两种方式 不定芽方式 胚状体方式 特别提醒 植物组织培养技术的核心是诱导离体的植物器官 组织或细胞脱分化形成愈伤组织和诱导愈伤组织再分化 成功的关键 避免微生物污染 创造无菌环境 下图为植物组织培养过程示意图 下列叙述不正确的是 A 植物组织培养依据的生物学原理是细胞的全能性B 过程是指植物的营养生长和生殖生长阶段C 将 经脱分化培养成 时 必须要有光照 以利于细胞的脱分化D 的再分化过程中 诱导 生根的激素为细胞分裂素和生长素 巩固2 解析由题图可知 为外植体 为愈伤组织 为胚状体 为完整植株 此过程为植物组织培养 利用的生物学原理是细胞的全能性 再分化时需要光照 因为光照有利于细胞的生长和分化 答案C 植物组织经 和 形成根和芽 此即该植物的 再经反复地分割和扦插 即可达到 的增殖 植物 细胞一般不含病毒 切取该部位进行组织培养 最终就可得到大量 植株 植物组织培养的应用 1 植物快速繁殖 脱分化 再分化 无性繁殖系 几何 级数 2 培养无病毒植株 分生组织的生长点 无病毒 植物细胞在 过程中 能够产生一些 如人参皂甙 奎宁等 可以通过大规模培养 从中提取这些物质 人工种子是指将植物组织培养产生的 包裹在能提供 的胶囊里 再包上一层具有 功能的外膜 而形成的一种类似于种子的球状结构 人工种子具有 和 等优点 3 生产植物产品 代谢 有机化合物 植物细胞 4 制造人工种子 胚状体 养分 保护 育种 周期短 便于贮藏 运输 如何根据培养目的设计植物组织培养的程序 试举例说明 提示生产植物产品培养到愈伤组织即可 制造人工种子则培养到胚状体 而进行植物快速繁殖和培育无病毒植株则直至培养到完整个体 思维激活3 1 本质 快速繁殖实际上是一种无性繁殖 能保持亲本的一切优良性状 这项技术只运用了植物组织培养技术 因此该过程只涉及有丝分裂 不涉及减数分裂 2 优点 使用材料少 培养周期短 繁殖率高 便于自动化管理 摆脱季节变换对植物的影响 有利于进行工厂化培养 特别提醒植物组织培养 快速繁殖 主要是一种无性生殖 如果培养的是体细胞 得到的植株同亲代基因型完全相同 所得个体能保持母本的一切性状 但如果培养的是生殖细胞 如花药 得到的植株是单倍体 应为有性生殖中的单性生殖 1 植株快速繁殖 1 病毒的特点 病毒是寄生生物 在用种子繁殖或用植物根 茎的无性繁殖过程中 种子 根 茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代 使其繁殖的子代感染病毒 2 材料的选取 据检测 植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的 如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育无病毒植株 用于生产 可以避免病毒对作物的影响 大大提高作物的产量 2 培养无病毒植株 1 原理 植物细胞在代谢过程中 能够产生一些有机化合物 如人参皂甙 奎宁 紫杉醇 它们可以作为药物 杀虫剂 香料 色素等 可以通过大规模培养植物细胞 从中提取这些物质 2 过程 3 实例工厂化生产人参皂甙 3 生产植物产品 1 选择人参根作为外植体进行培养 产生愈伤组织 经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质 2 将第一步选择的细胞株放在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养 增加细胞数量 3 将发酵罐中培养的细胞进行破碎 从中提取人参皂甙 特别提醒 细胞产物的工厂化生产 如蛋白质 脂肪 糖类 药物 香料 生物碱等的生产 应用的都是植物组织培养技术 传统的发酵一般是指微生物分解有机物的过程 但现代发酵技术也包括通过细胞培养得到细胞产物的过程 1 组成 人工种子是由胚状体 作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳三部分组成的 如图 2 胚状体的获取途径 由已脱分化的外植体直接产生 由愈伤组织产生 由悬浮细胞培养产生 4 制造人工种子 3 优点 解决了有些作物品种繁殖能力差 结子困难或发芽率低等问题 人工种子可以工业化生产 提高农业的自动化程度 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 如固氮细菌 防病虫农药 除草剂和植物激素类似物等 有利于幼苗茁壮成长 提高作物产量 用人工种子播种可以节约粮食 例如 一个12L的发酵罐在20d内生产的胡萝卜胚状体 可以制成1000万粒人工种子 满足几千公顷农田的种植需要 马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖 但种植的世代多了往往会感染病毒而减产 为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植 获得无病毒幼苗的最佳方法是 A 选择优良品种进行杂交B 进行远缘植物体细胞杂交C 利用茎尖进行组织培养D 人工诱导基因突变解析作物脱毒时采用植物组织培养技术 形成的脱毒苗中遗传物质和亲本是完全相同的 只是少了原来的病毒 属于无性繁殖 答案C 巩固3 下列有关细胞全能性的叙述中 不正确的是 A 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体 因此全能性最高B 生物体细胞由于分化 全能性不能表达C 卵细胞与受精卵一样 细胞未分化 全能性很高D 植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 例1 示例一植物细胞的全能性 思维导图 解析在离体和适当的条件下 分化的植物体细胞才能表达其全能性 全能性表达的难易程度为 受精卵 生殖细胞 体细胞 植物细胞 动物细胞 即在生物体的所有细胞中 受精卵的全能性最高 生殖细胞其次 尤其是卵细胞 虽然分化程度较高 但是仍然具有较高的潜在全能性 体细胞再次 植物细胞的全能性要高于动物细胞 高度分化的动物体细胞的全能性受限制 严格来说只有高度分化的动物细胞的细胞核才具有全能性 答案C 方法技巧细胞全能性大小的一般规律 生物种类 植物细胞高于动物细胞 细胞类型 受精卵高于生殖细胞 生殖细胞高于高度分化的体细胞 细胞成熟程度 刚产生的细胞高于成熟的细胞 成熟细胞高于衰老的细胞 细胞分裂能力 具有旺盛分裂能力的细胞高于不能分裂的细胞 下面为植物组织培养过程流程图解 以下相关叙述不正确的是 例2 示例二植物组织培养的过程 A 上述过程中脱分化发生在b步骤 在此过程中植物激素发挥了重要作用B 再分化发生在d步骤 是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程C 从叶组织块到种苗形成的过程说明植物叶片细胞具有全能性D 实验过程中要进行严格的无菌操作 避免培养失败思维导图 解析b为脱分化 c为再分化 植物组织培养的原理是植物细胞的全能性 答案B归纳提升植物组织培养技术的流程简图如下 1 实验原理 生长素和细胞分裂素的含量比值影响生根 发芽及愈伤组织的形成 2 实验方法 分别配制生长素和细胞分裂素的含量比值相等 大于1 小于1的试剂以备添加到三个实验组 再用不添加二者的为空白对照进行实验 观察记录实验结果 得出结论 探究植物激素的诱导作用 技法必备 用植物激素诱导烟草组织体外培养的实验结果如下表 1 烟草组织体外培养时 除植物激素外 还需在培养基中加入的物质有 能力展示 2 6 BA属于 类植物激素 其生理作用是 IBA属于 类植物激素 其生理作用是 3 从植物激素所起的作用上看 在体外组织培养条件下 烟草愈伤组织的生根和出芽是 的结果 答案 1 水 无机盐 矿质元素 小分子有机物 如单糖 氨基酸等 2 细胞分裂素促进细胞分裂生长素促进生长和生根 3 多种植物激素相互作用 下列有关植物组织培养的叙述中 错误的是 A 花药 胚不能作为组织培养的材料B 植物细胞具有全能性C 外植体是指用于培养的植物组织或器官D 外植体可诱导出愈伤