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1、课题2月季的花药培养一、被子植物的花粉发育一、被子植物的花粉发育1.1.花粉的概念花粉的概念: :由由_经过经过_分裂形成的分裂形成的_的的生殖细胞。生殖细胞。花粉母细胞花粉母细胞减数减数单倍体单倍体2.2.花粉发育的基本过程花粉发育的基本过程: :减数减数四分体四分体单倍体单倍体居中居中原生质原生质中央中央靠边靠边有丝有丝双核双核生殖细胞生殖细胞有丝有丝花粉管细胞花粉管细胞精子精子二、产生花粉植株的两种途径二、产生花粉植株的两种途径1.1.两种途径两种途径: :2.2.形成原因形成原因: :主要取决于培养基中主要取决于培养基中_的种类及其的种类及其_。脱分化脱分化再分化再分化生根生根激素激素
2、浓度配比浓度配比三、影响花药培养的因素三、影响花药培养的因素1.1.主要因素主要因素: :(1)(1)材料的选择材料的选择: :不同植物的诱导成功率不同植物的诱导成功率_。就同一种植物来说就同一种植物来说, ,花期早期的花药比花期早期的花药比_的更容易产生花的更容易产生花粉植株。粉植株。一般来说一般来说, ,在单核期在单核期, ,细胞核由细胞核由_移向细胞一侧的时期移向细胞一侧的时期, ,花花药培养成功率最高。药培养成功率最高。(2)_(2)_的组成。的组成。 很不相同很不相同后期后期中央中央培养基培养基2.2.其他因素其他因素: :(1)(1)亲本植株的亲本植株的_。(2)_(2)_、接种密
3、度等。、接种密度等。生长条件生长条件材料的低温预处理材料的低温预处理四、实验操作四、实验操作1.1.材料的选取材料的选取: :(1)(1)花药的选择花药的选择: :一般通过一般通过_来确定其中的花粉是否处于适来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期。宜的发育期。(2)(2)镜检镜检醋酸洋红法醋酸洋红法2.2.材料的消毒材料的消毒: :通常先将花蕾用体积分数为通常先将花蕾用体积分数为_浸泡大浸泡大约约30 s,30 s,立即取出立即取出, ,在无菌水中清洗。取出后再用无菌吸水纸吸在无菌水中清洗。取出后再用无菌吸水纸吸干花蕾表面的水分干花蕾表面的水分, ,放入质量分数为放入质量分数为0.1%0.1%的
4、的_溶液中溶液中2 min2 min4 min(4 min(也可用质量分数为也可用质量分数为1%1%的的_溶液或饱和漂溶液或饱和漂白粉溶液白粉溶液),),取出后再用无菌水冲洗取出后再用无菌水冲洗3 3次次5 5次。次。70%70%的酒精的酒精氯化汞氯化汞次氯酸钙次氯酸钙3.3.接种和培养接种和培养: :(1)(1)接种要求接种要求: :在无菌条件下除去在无菌条件下除去_和和_,_,并立即将花药并立即将花药接种到培养基上。接种到培养基上。(2)(2)培养过程培养过程: :温度在温度在_左右且无需光照情况下培养左右且无需光照情况下培养_,_,长出长出_或释放出或释放出_后及时将其转移到分后及时将其
5、转移到分化培养基上化培养基上, ,幼苗形成后需要幼苗形成后需要_。(3)(3)鉴定和筛选鉴定和筛选: :在花药培养中在花药培养中, ,特别是通过愈伤组织形成的花特别是通过愈伤组织形成的花粉植株粉植株,_,_的数目常常会发生变化的数目常常会发生变化, ,因此还需要对培养因此还需要对培养出来的植株作进一步的鉴定和筛选。出来的植株作进一步的鉴定和筛选。 萼片萼片花瓣花瓣25252020天天3030天天愈伤组织愈伤组织胚状体胚状体光照光照染色体组染色体组【思考辨析【思考辨析】1.1.判断正误判断正误(1)(1)月季花粉是由花粉母细胞经过减数分裂形成的单倍体生月季花粉是由花粉母细胞经过减数分裂形成的单倍
6、体生殖细胞。殖细胞。( ( ) )(2)(2)花粉在发育过程中花粉在发育过程中, ,核先位于细胞一侧核先位于细胞一侧, ,再移到细胞中央。再移到细胞中央。 ( ( ) )【分析【分析】花粉发育过程中花粉发育过程中, ,在四分体时期在四分体时期,4,4个单倍体细胞连个单倍体细胞连在一起在一起, ,进入单核期时进入单核期时, ,四分体的四分体的4 4个单倍体细胞彼此分离称个单倍体细胞彼此分离称为单核期。随着细胞不断长大为单核期。随着细胞不断长大, ,细胞核由中央移向细胞一侧细胞核由中央移向细胞一侧称为单核靠边期。称为单核靠边期。(3)(3)花粉经脱分化形成胚状体花粉经脱分化形成胚状体, ,分化出根
7、分化出根, ,然后诱导生芽。然后诱导生芽。( ( ) )【分析【分析】花粉经脱分化形成胚状体花粉经脱分化形成胚状体, ,分化出丛芽分化出丛芽, ,然后诱导生根。然后诱导生根。(4)(4)选择适宜的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素。选择适宜的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素。 ( ( ) )2.2.问题思考问题思考(1)(1)被子植物花粉发育的被子植物花粉发育的“四分体时期四分体时期”与高等动物细胞减数与高等动物细胞减数分裂过程中的分裂过程中的“四分体时期四分体时期”是否完全相同是否完全相同? ?提示：提示：被子植物的花粉母细胞经减数分裂形成被子植物的花粉母细胞经减数分裂形成4 4个
8、小孢子个小孢子, ,这这4 4个单倍体细胞连在一起称四分体时期个单倍体细胞连在一起称四分体时期; ;高等动物精子、卵细胞高等动物精子、卵细胞形成过程中在减数第一次分裂的前期形成过程中在减数第一次分裂的前期, ,同源染色体联会形成四同源染色体联会形成四分体分体, ,每个四分体内含有每个四分体内含有4 4条染色单体。条染色单体。(2)(2)花粉植株弱小且高度不育花粉植株弱小且高度不育, ,因此它在作物育种方面就没有可因此它在作物育种方面就没有可利用的价值吗利用的价值吗? ?提示：提示：尽管花粉植株弱小且高度不育尽管花粉植株弱小且高度不育, ,但可以利用其进行单倍但可以利用其进行单倍体育种体育种,
9、,能够明显缩短育种年限。能够明显缩短育种年限。一、花药培养与单倍体育种一、花药培养与单倍体育种1.1.花药培养过程花药培养过程: :(1)(1)过程过程: :材料的选取材料的选取: :选单核期花粉选单核期花粉, ,常用醋酸洋红法和焙花青常用醋酸洋红法和焙花青- -铬矾法铬矾法 镜检镜检材料的消毒材料的消毒: :用体积分数为用体积分数为70%70%的酒精和质量分数为的酒精和质量分数为0.1%0.1%的氯化的氯化 汞溶液消毒汞溶液消毒接种和培养接种和培养: :形成幼苗前不需要光照形成幼苗前不需要光照, ,形成幼苗后需要光照形成幼苗后需要光照 (2)(2)流程解读流程解读: :进行组织培养时要配备三
10、种培养基进行组织培养时要配备三种培养基, ,期间进行两次转接。期间进行两次转接。a.a.脱分化培养基脱分化培养基: :生长素与细胞分裂素比例适中生长素与细胞分裂素比例适中, ,促进愈伤组织促进愈伤组织的形成的形成; ;b.b.生芽培养基生芽培养基: :生长素与细胞分裂素比值较低生长素与细胞分裂素比值较低, ,促进芽的分化促进芽的分化, ,抑制根的形成抑制根的形成; ;c.c.生根培养基生根培养基: :生长素与细胞分裂素比值较高生长素与细胞分裂素比值较高, ,促进根的分化促进根的分化, ,抑制芽的形成。抑制芽的形成。若培养的外植体含有叶绿体若培养的外植体含有叶绿体, ,则培养过程中要提供充足光照
11、则培养过程中要提供充足光照, ,让其自养让其自养; ;若培养的组织或细胞不含叶绿体若培养的组织或细胞不含叶绿体, ,则培养过程中不进则培养过程中不进行光照行光照, ,以免光线对其造成损伤。以免光线对其造成损伤。2.2.单倍体育种的过程单倍体育种的过程: :(1)(1)在花药培养的基础上在花药培养的基础上, ,用秋水仙素继续处理单倍体幼苗。用秋水仙素继续处理单倍体幼苗。(2)(2)染色体加倍染色体加倍, ,重新恢复为二倍体。因为此二倍体是由单倍体重新恢复为二倍体。因为此二倍体是由单倍体的染色体本身加倍而来的的染色体本身加倍而来的, ,所以是纯合子所以是纯合子, ,不会发生性状分离。不会发生性状分
12、离。详见下图详见下图: :3.3.比较比较: :尽管花药离体培养是单倍体育种的首要环节尽管花药离体培养是单倍体育种的首要环节, ,但二者的但二者的步骤和结果是不同的。一定注意看清楚是培养过程还是育种过步骤和结果是不同的。一定注意看清楚是培养过程还是育种过程程, ,花药离体培养只涉及上图图解中的花药离体培养只涉及上图图解中的,而单倍体育种而单倍体育种则包括则包括。【易错提醒【易错提醒】(1)(1)经花药离体培养得到的植株并非全为高度不经花药离体培养得到的植株并非全为高度不育的单倍体植株育的单倍体植株, ,因为花药壁细胞为体细胞。因为花药壁细胞为体细胞。(2)(2)花药离体培养得到的往往是高度不育
13、的单倍体植株花药离体培养得到的往往是高度不育的单倍体植株, ,单倍体单倍体育种是将花药离体培养得到的高度不育的单倍体植株进行染色育种是将花药离体培养得到的高度不育的单倍体植株进行染色体加倍得到可育的植株。体加倍得到可育的植株。【典例训练【典例训练1 1】基因型为基因型为AaBbAaBb的水稻的水稻( (含含2424条染色体条染色体) )的花药通的花药通过无菌操作接种到试管后过无菌操作接种到试管后, ,在一定条件下形成试管苗在一定条件下形成试管苗, ,则则: :(1)(1)愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团, ,愈伤组织形成过程中愈伤
14、组织形成过程中, ,必须从培养基中获得必须从培养基中获得等营养等营养物质。物质。(2)(2)要促进花粉细胞的分裂和生长要促进花粉细胞的分裂和生长, ,培养基中应有培养基中应有_和和两类激素。两类激素。(3)(3)愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根, ,再由芽发育成叶再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照和茎。这一过程必须给予光照, ,其原因是其原因是_能利用光能制造有机物能利用光能制造有机物, ,供试管苗生长发供试管苗生长发育。育。(4)(4)试管苗的细胞核中含试管苗的细胞核中含条脱氧核糖核苷酸链。条脱氧核糖核苷酸链。(5)(5)培育成的试管苗可能出现的基因
15、型有培育成的试管苗可能出现的基因型有 。【解题关键【解题关键】解答本题需要明确以下两点解答本题需要明确以下两点: :(1)(1)掌握植物组织培养的基础知识掌握植物组织培养的基础知识, ,如原理、操作条件等。如原理、操作条件等。(2)(2)植物组织培养实验过程分析植物组织培养实验过程分析: :植物激素的比例植物激素的比例;生物体基因型的变化。生物体基因型的变化。 【解析【解析】(1)(1)愈伤组织在形成过程中愈伤组织在形成过程中, ,自身不能制造有机物自身不能制造有机物, ,因因此需不断地从培养基中吸取无机物此需不断地从培养基中吸取无机物( (水、无机盐水、无机盐) )、有机物、有机物( (糖糖
16、类、维生素类、维生素) )等营养物质。等营养物质。(2)(2)植物激素的种类很多植物激素的种类很多, ,要促进花粉细胞的分裂和生长要促进花粉细胞的分裂和生长, ,培养培养基中应有细胞分裂素和生长素两类激素。基中应有细胞分裂素和生长素两类激素。(3)(3)试管苗属于单倍体植株试管苗属于单倍体植株, ,属于自养型生物属于自养型生物, ,需要通过光照进需要通过光照进行光合作用。行光合作用。(4)(4)水稻的基因型为水稻的基因型为AaBbAaBb( (二倍体二倍体),),其体细胞中含有其体细胞中含有2424条染色体条染色体, ,则单倍体细胞中含有则单倍体细胞中含有1212条染色体条染色体,12,12个
17、个DNADNA分子。每个分子。每个DNADNA分子分子由由2 2条平行的脱氧核糖核苷酸链盘旋而成条平行的脱氧核糖核苷酸链盘旋而成, ,所以试管苗的细胞核所以试管苗的细胞核中含有中含有2424条脱氧核糖核苷酸链。条脱氧核糖核苷酸链。(5)(5)基因型为基因型为AaBbAaBb的水稻产生配子时的水稻产生配子时, ,依据基因自由组合定律可依据基因自由组合定律可知知, ,配子的基因型为配子的基因型为ABAB、aBaB、AbAb、abab。答案：答案：(1)(1)水、无机盐、维生素和小分子有机物水、无机盐、维生素和小分子有机物(2)(2)细胞分裂素生长素细胞分裂素生长素 (3)(3)叶绿体叶绿体(4)2
18、4 (5)AB(4)24 (5)AB、aBaB、AbAb、abab【互动探究【互动探究】(1)(1)上题中得到的试管苗是否可育上题中得到的试管苗是否可育? ?为什么为什么? ?提示：提示：不育。因为得到的都是单倍体植株不育。因为得到的都是单倍体植株, ,细胞内不含成对的细胞内不含成对的同源染色体同源染色体, ,不能产生正常的生殖细胞。不能产生正常的生殖细胞。(2)(2)影响上述操作是否成功的主要因素是什么影响上述操作是否成功的主要因素是什么? ?提示：提示：花药的选择和培养基的组成。花药的选择和培养基的组成。二、花药培养与植物组织培养的比较二、花药培养与植物组织培养的比较项目项目菊花组织培养菊
19、花组织培养月季花药培养月季花药培养理论依据理论依据植物细胞的全能性植物细胞的全能性基本过程基本过程脱分化脱分化再分化再分化影响因素影响因素选材、营养、激素、选材、营养、激素、pHpH、温度、光照等、温度、光照等材料选取材料选取未开花植株茎上部新萌生的侧枝未开花植株茎上部新萌生的侧枝( (体细胞体细胞) )完全未开放的花蕾完全未开放的花蕾( (花粉粒花粉粒) )外植体外植体类型类型体细胞体细胞生殖细胞生殖细胞项目项目菊花组织培养菊花组织培养月季花药培养月季花药培养光照状况光照状况每日用日光灯照射每日用日光灯照射12 h12 h开始不需要光照开始不需要光照, ,幼小植株形成后幼小植株形成后需要光照
20、需要光照操作流程操作流程制备制备MSMS固体培养基固体培养基外植体消毒外植体消毒接种接种培养培养移栽移栽栽培栽培选材选材材料消毒材料消毒接种和培养接种和培养筛筛选和诱导选和诱导移栽移栽栽培选育栽培选育培养结果培养结果正常植株正常植株单倍体植株单倍体植株可育性可育性可育可育高度不育高度不育, ,秋水仙素处理后可育秋水仙素处理后可育【思维拓展【思维拓展】(1)(1)花药的全能性高于植物组织。花药的全能性高于植物组织。(2)(2)植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差, ,对培养对培养条件要求较高条件要求较高, ,一旦被微生物污染就会导致实验失败。一
21、旦被微生物污染就会导致实验失败。【典例训练【典例训练2 2】植物组织培养和花药离体培养都是在实验室条植物组织培养和花药离体培养都是在实验室条件下快速得到大量幼苗的两种方法。下列关于二者的比较中件下快速得到大量幼苗的两种方法。下列关于二者的比较中, ,错误的是错误的是( () )A.A.植物组织培养和花药离体培养的理论前提都是细胞具有全能性植物组织培养和花药离体培养的理论前提都是细胞具有全能性B.B.花药能诱导为单倍体植株的原因是花药细胞中含有本物种的花药能诱导为单倍体植株的原因是花药细胞中含有本物种的全部遗传信息全部遗传信息, ,尽管遗传物质是体细胞的一半尽管遗传物质是体细胞的一半, ,但仍具
22、有全能性但仍具有全能性C.C.植物组织培养获得的试管苗必须经过移栽炼苗后植物组织培养获得的试管苗必须经过移栽炼苗后, ,才能移到才能移到大田栽培大田栽培, ,而花药离体培养不需要而花药离体培养不需要D.D.植物组织培养中若发生突变植物组织培养中若发生突变, ,则其后代可表现出突变性状则其后代可表现出突变性状, ,但但是花药离体培养中的突变是花药离体培养中的突变, ,一定表现相应突变性状一定表现相应突变性状【解题关键【解题关键】组织培养的理论依据是细胞的全能性组织培养的理论依据是细胞的全能性, ,原因是细原因是细胞中含有完成个体发育所需的全部遗传信息。胞中含有完成个体发育所需的全部遗传信息。 【
23、解析【解析】选选C C。花药离体培养和植物组织培养的理论依据都是。花药离体培养和植物组织培养的理论依据都是细胞的全能性细胞的全能性, ,尽管花药细胞中遗传物质是体细胞的一半尽管花药细胞中遗传物质是体细胞的一半, ,但仍但仍含有本物种生长发育所需的全部基因含有本物种生长发育所需的全部基因( (或遗传信息或遗传信息),),因此仍具因此仍具有全能性。在组织培养过程中有全能性。在组织培养过程中, ,若发生隐性的基因突变若发生隐性的基因突变, ,由于基由于基因成对存在因成对存在, ,所以后代不一定表现其突变性状所以后代不一定表现其突变性状, ,但仍能保持亲代但仍能保持亲代的性状的性状; ;而花药中的基因
24、单个存在而花药中的基因单个存在, ,若有突变若有突变, ,性状就发生变化。性状就发生变化。两种方法所得到的试管苗两种方法所得到的试管苗, ,都必须通过移栽炼苗后才可进行大都必须通过移栽炼苗后才可进行大田栽培。田栽培。【变式训练【变式训练】某名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离某名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离, ,为了为了防止性状分离并快速繁殖防止性状分离并快速繁殖, ,可以利用该植物的一部分器官或可以利用该植物的一部分器官或组织进行培育组织进行培育, ,发育成完整植株。进行组织培养时不应采用发育成完整植株。进行组织培养时不应采用该植株的该植株的( () )A.A.茎尖茎尖 B.B.子房壁子房壁 C.C.叶片叶片D.D.花粉粒花粉粒【解析【解析】选选D D。花粉粒是由花粉母细胞经减数分裂形成的。花粉粒是由花粉母细胞经减数分裂形成的。由于基因重组由于基因重组, ,细胞内的遗传物质与亲本相比发生了很大变细胞内的遗传物质与亲本相比发生了很大变化化, ,所以繁殖名贵花卉时所以繁殖名贵花卉时, ,为了防止性状分离为了防止性状分离, ,既不能用种子既不能用种子繁殖繁殖, ,也不能用花粉粒进行组织培养。也不能用花粉粒进行组织培养。
