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1、第1节植物的组织培养1.说出植物组织培养的基本原理。2.说出植物细胞全能性的概念、基础和条件。3.简述植物组织培养技术的基本流程。4.记住影响植物组织培养的因素。5.说出生长素和细胞分裂素在植物组织培养中的作用。一二一、植物组织培养1.定义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。2.基本过程制备MS固体培养基外植体消毒接种培养移栽栽培3.植物组织培养技术的意义植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖,因此植物组织培养技术也叫植物的微繁
2、技术,或称为快速繁殖技术。一二4.植物组织培养技术的应用在农业上可用于作物脱毒苗培育、制备人工种子和单倍体育种等;工业上可以进行一些细胞产物的工厂化生产。思考：马铃薯长期种植,产量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做?提示:研究发现,长期进行无性繁殖的植物,只有根尖和茎尖中几乎无病毒,因此可利用植物组织培养获得无病毒的马铃薯植株。一二二、胡萝卜的组织培养1.原理植物体根、茎、叶的细胞一般都具有全能性,在一定的营养和激素条件下,可以脱分化形成愈伤组织。这些愈伤组织生长一段时间后,转接到含有不同激素成分的培养基上,就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽,进而发育成完整
3、的植株。植物组织培养的全过程反映了植物细胞的全能性,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。一二2.方法步骤(1)制备培养基:以MS培养基为基本培养基,设计并配制植物组织培养所需要的培养基,包括诱导培养基、继代培养基、分化培养基、生根培养基。(2)灭菌:将上面的各培养基贴好标签并进行灭菌。(3)组织培养:材料准备胡萝卜切段消毒切块接种培养转接、分化培养。思考：进行细胞产物的工厂化生产时,应将离体的植物体经组织培养至哪一阶段?提示:应培养到愈伤组织阶段。1.细胞分化与植物细胞的全能性多细胞生物体一般是由一个受精卵通过细胞的增殖和分化发育而成的。细胞分裂只能产生许多相同的细胞,只有经
4、过细胞分化才能形成不同的组织,进一步形成各种器官、系统,从而完成生物的个体发育过程。当细胞分化开始时,受遗传因素和环境因素的调节,不同细胞中的不同基因会在特定的时间、空间被激活,即基因的选择性表达,进而产生了不同的组织,也就是在个体发育中相同细胞的后代,在形态、结构和生理功能上发生了稳定性差异细胞分化。一般来说,分化了的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡。由于体细胞大多是通过有丝分裂繁殖而来的,一般情况下已经分化的细胞仍有一套和受精卵相同的染色体,含有与本物种相同的DNA分子。因此,已分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能,即全能性。在合适的条件下,有些分化的细胞具有恢复分裂、重新分化发育成完
5、整新个体的能力。植物细胞的全能性比较强,动物细胞的全能性受到了限制,特别是一些高度特化的动物细胞,但它的细胞核中仍有保持物种遗传性的全部遗传物质,保持着全能性,例如已取得成功的克隆羊多莉。2.愈伤组织愈伤组织是通过细胞分裂形成的,排列疏松而无规则的,高度液泡化呈无定形状态的薄壁细胞。它容易与根尖、茎尖的分生组织发生混淆。可以通过下表比较根尖分生组织和愈伤组织的异同。3.植物组织培养过程中污染的预防污染就是指在组织培养过程中,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。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,所
6、以对培养条件的要求较高,对无菌操作的要求非常严格。污染有两种可能:(1)由接种人员造成的,如未戴口罩,接种时说话,或手及器械消毒不严等。(2)由植物材料消毒不当造成的。可以通过以下措施做好预防。(1)防止外植体带菌。合理选择外植体采集时期和采集部位。外植体采集以春、秋季为宜,优先选择地上部分作为外植体,采集时间一般选择在晴天的下午,应避免在阴雨天采集外植体,采集前应喷杀虫剂、杀菌剂或套塑料袋。外植体消毒。在室内或无菌条件下进行预培养。(2)保证培养基及接种器具彻底灭菌。培养基分装时,注射器勿与瓶接触,培养基勿粘瓶口;检查封口膜是否有破损;扎瓶口要位置适当、松紧适宜;保证灭菌时间和高压锅内温度适
7、当;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。污染瓶经高压灭菌后再清洁;接种环境定期熏蒸消毒、紫外灯照射或用臭氧灭菌和消毒;定期对培养室消毒。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,特别是真菌性污染,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
8、瓶进行清洗。题型一题型二题型三细胞的全能性【例题1】下列实例中能体现细胞全能性的是()用培养基将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中的单个细胞培育出了可育的完整植株A.B.C.D.解析:和都属已分化的细胞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,不能体现细胞的全能性。答案:B题型一题型二题型三植物细胞表达全能性的条件【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
9、的细胞或组织,给予适宜的营养和外界条件D.将成熟筛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。当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,植物细胞就可以表现出全能性。答案:C题型一题型二题型三反思领悟植物细胞表达全能性的条件:一是离体的组织或细胞;二是需要一定的激素、营养及其他适宜条件;三是具有完整细胞核的细胞。题型一题型二题型三植物组织培养的过程及影响因素【例题3】草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代,导致产量降低、品质变差。运用微繁技术可以
10、培育出无病毒幼苗。草莓快速繁殖的基本过程如下:外植体愈伤组织芽、根植株请回答下列问题。(1)微繁技术培育无病毒草莓时,一般选取作为外植体,其依据是。(2)在过程中,常用的MS培养基主要成分包括大量元素、微量元素和,在配制好的培养基中,常常需要添加,有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后25d,若发现外植体边缘局部污染,原因可能是。(3)在过程中,愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根,但分化出了芽,其原因可能是。题型一题型二题型三解析:(1)培养无毒幼苗时常选取根尖或茎尖部位作为外植体,原因是该部位含病毒极少,甚至无病毒。(2)MS培养基的成分包括大量元素、微量元素和有机物,在配制好的培养
11、基中,常需要添加生长素和细胞分裂素等植物生长调节剂。植物组织培养也应注意无菌操作。(3)生长素用量与细胞分裂素用量的比值低时,有利于芽的分化,比值高时,有利于根的分化。答案:(1)茎尖(或根尖)茎尖(或根尖)病毒极少,甚至无病毒(2)有机物植物生长调节剂外植体消毒不彻底(3)培养基中生长素用量与细胞分裂素用量的比值偏低123451.植物组织培养技术的理论基础是()A.植物细胞的完整性B.植物细胞的多样性C.植物细胞的全能性D.植物细胞杂交答案:C123452.下列有关植物组织培养的叙述,错误的是()A.植物组织培养的原理是细胞的全能性B.主要包括脱分化和再分化两个阶段C.外植体形成愈伤组织的过
12、程需要阳光D.植物组织培养的过程中要求无菌操作答案:C解析:植物组织培养是指离体的植物细胞、组织或器官在无菌操作下经脱分化和再分化形成完整植物体的过程,其原理是植物细胞的全能性。在脱分化形成愈伤组织的过程中,需要避光培养,因为在无光条件下愈伤组织长得更快。123453.下列关于接种时应注意的事项,全部正确的是()接种室要消毒无菌操作接种时可以谈话外植体如茎段、茎尖可随机放入培养基接种时要防止交叉污染接种完立刻盖好瓶口A.B.C.D.答案:D解析:整个接种过程必须在无菌条件下进行,为防止呼吸产生污染,操作过程应禁止谈话,并戴口罩;接种的外植体放入培养基时注意将形态学下端插入,而且分布均匀,以保证
13、必要的营养和光照条件。123454.下列关于细胞分化的叙述,错误的是()A.细胞分化是一种持久性的变化,它发生在生物体的整个生命过程中B.细胞分化在胚胎时期达到最大限度C.随着细胞分化的进行,细胞中的遗传物质种类会发生变化D.高度分化的动物细胞的细胞核保持着全能性答案:C解析:细胞分化不会使遗传物质种类发生变化,它的实质是遗传物质在时间和空间上的选择性表达。123455.辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如图所示。(1)图中和分别表示辣椒组织培养中细胞的和过程。(2)图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是。培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值(填“高”或“低”)时,有利于芽的分化。对培养基彻底灭菌时,应采取的灭菌方法是。(3)图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是。用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时,常用的酶是和纤维素酶。12345答案:(1)脱分化再分化(2)琼脂低高压蒸汽灭菌(3)70%果胶酶解析:(1)将外植体培养成愈伤组织,属于脱分化过程,再生根、芽为再分化过程。(2)固体培养基的凝固剂多为琼脂。生长素低于细胞分裂素时有利于芽的分化。高压蒸汽灭菌可以杀死培养基中的一切细胞、芽孢、孢子。(3)体积分数为70%的酒精可以杀死外植体表面的微生物。植物细胞间质为果胶和纤维素,可以用果胶酶和纤维素酶使愈伤组织分散为单个细胞。
