专题3植物的组织培养技术

(1)植物细胞全能性含义及其表达的条件(2)植物组织培养中生长素和细胞分裂素的作用(3)花药培养产生花粉植株的两种途径(4)花粉发育经历的不同时期(1)细胞分化与细胞全能性的生产应用(2)植物组织培养的基本原理及其培养条件(3)影响植物组织培养的因素(4)植物激素在植物组织培养中的作用一、对植物组织培养的分析1．原理：植物细胞全能性基础：细胞内具有该物种发育所需的全部遗传物质全能性高低：受精卵生殖细胞体细胞植物细胞动物细胞分化程度低的细胞分化程度高的细胞2．细胞分化的实质：细胞内遗传物质的执行情况不同(基因的选择性表达)3．条件离体状态营养物质无机营养有机营养激素生长素细胞分裂素适宜外界条件4．过程植物组织――→a愈伤组织――→b长出丛芽―→生根―→移栽成活(1)a为脱分化，是高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程。(2)b为再分化，是愈伤组织分化成根或芽等器官的过程。愈伤组织再分化时应先诱导分化出芽，后诱导产生根，若顺序颠倒，则不好诱导根的生成。二、影响植物组织培养的因素及成功的关键1．影响因素(1)内部因素：材料的选取。(2)外部因素：营养成分的种类及配比；植物激素的用量及使用顺序；pH、温度、光照等。2．获得成功的关键(1)植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差、对培养条件要求较高。(2)培养材料一旦被微生物污染，就会导致实验失败。原因是微生物增殖快，生长迅速，消耗养分多，并产生代谢废物毒害培养材料。(3)无菌技术主要包括对操作空间、实验用具、实验材料以及操作者的消毒灭菌。一旦发现培养物被污染，特别是真菌性污染，一定不要打开培养瓶。应先将被污染的培养瓶统一放在高压蒸汽锅内进行高压蒸汽灭菌，然后再打开培养瓶进行清理。三、植物激素在组织培养过程中的重要作用生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，其作用及特点为：1.在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。2．使用顺序不同，结果不同，具体如下：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又分化同时使用分化频率提高3.用量比例不同，结果也不同生长素用量细胞分裂素用量的比值①高：利于根的分化、抑制芽的形成②低：利于芽的分化、抑制根的形成③适中：促进愈伤组织的生长下图是水稻的花药通过无菌操作，培养产生花粉植株的两种途径的示意图。请据图回答下列问题：(1)图中的花粉应选自____的时期，花药培养成功率最高。图中的A是___，C过程指___，B指____。(2)这两种途径之间没有绝对的界限，主要取决于____。(3)配制培养基时加琼脂的目的是_________。(4)组织培养要求无菌操作的原因是________。(5)要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应有_____和____两类植物激素。【解析】(1)进行花药离体培养，花粉发育时期的选择非常重要。宜选取单核期，细胞核由中央移向细胞一侧的时期。(2)图示两种途径的主要区别在于所使用培养基中激素的种类及浓度比不同。(3)培养基中加入琼脂可制成固体培养基。(4)由于微生物会在营养丰富的培养基上快速繁殖，与离体培养的植物组织进行竞争，故培养过程中应“无菌”操作。(5)植物组织培养过程中，生长素与细胞分裂素的应用对于外植体脱分化、再分化至关重要。【答案】(1)在单核期，细胞核由中央移向细胞一侧胚状体诱导生根生根(2)培养基中激素的种类及其浓度配比(3)使培养基呈固体状态，有利于外植体的生长(4)如不无菌操作，微生物会在培养基上快速繁殖，与离体培养的植物组织竞争(5)细胞分裂素生长素(2009年上海高考题)回答下列有关植物组织培养的问题。(1)用于植物组织培养的植物材料称为_____。(2)组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为________。(3)在再分化阶段所用培养基中，含有植物激素X和植物激素Y。逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如下图所示。据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系：①当植物激素X与植物激素Y的浓度比等于1时，________________；②___________________；③______________________。(4)若植物激素Y是生长素，在植物组织培养中其主要作用是___；则植物激素X的名称是__。(5)生产上用试管苗保留植物的优良性状，其原因是_________________。【解析】(1)植物组织培养时所取材料称为外植体。(2)让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程，称为脱分化。(3)据图可得当激素X与激素Y的浓度比为1时，未分化的细胞群形成愈伤组织；当激素X与激素Y的浓度比大于1时，未分化的细胞群分化形成芽；当激素X与激素Y的浓度比小于1时，未分化的细胞群分化形成根。(4)生长素的作用是促进细胞生长、分裂和分化；激素X能促进细胞分裂，是细胞分裂素。(5)试管苗为无性繁殖系，能够保持亲本的一切性状，不发生性状分离。【答案】(1)外植体(2)去分化(脱分化)(3)①未分化细胞群经分裂形成愈伤组织②当植物激素X与植物激素Y的浓度比大于1时，未分化细胞群分化形成芽；③当植物激素X与植物激素Y的浓度比小于1时，未分化细胞群分化形成根。(4)促进细胞的生长(伸长)、分裂和分化细胞分裂素(5)组织培养形成试管苗的过程属于无性生殖，后代不发生性状分离1．(2008年海南高考题)下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，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组织【解析】植物细胞具有全能性，花药、胚都可作为组织培养的材料。【答案】A2．(2008年高考江苏卷)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生长和分化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相同【解析】本题考查植物组织培养的有关知识。植物组织培养过程中用的是固体培养基，添加蔗糖可提供营养和调节渗透压；添加不同比例的生长素和细胞分裂素可促进愈伤组织进行再分化，培养过程中愈伤组织的形成需经过脱分化(或称去分化)；外植体的来源不同，培养获得的愈伤组织或植株的基因(遗传物质)不同，例如用茎尖和花粉培育成的植株分别属于二倍体和单倍体。【答案】D3．(2008年江苏卷)某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了四个实验，实验条件除图示外其他均相同。下列各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是(多选)()A．污染主要不是培养基灭菌时间短造成的B．污染主要来源于组织培养所用的离体组织C．调节培养基pH不能解决污染问题D．调节培养温度不能解决污染问题【解析】由图可知，培养基的灭菌时间、pH以及培养温度对污染率的影响不大；离体组织灭菌时间越长污染率越低，说明离体组织是污染的主要来源。【答案】ABCD4．(2009年山东高考)人参是一种名贵中药材，其有效成分主要是人参皂苷。利用细胞培养技术生产人参皂苷的大致流程如下：请回答：(1)配制诱导愈伤组织的固体培养基，分装后要进行____。接种前，要对人参根进行___。(2)用于离体培养的根切块，叫做____。培养几天后发现少数培养基被污染，若是有颜色的绒毛状菌落，属于___污染；若是有光泽的黏液状菌落，属于_______污染。(3)用少量________酶处理愈伤组织，获取单细胞或小细胞团，在液体培养基中进行悬浮培养，可有效提高人参皂苷合成量。(4)人参皂苷易溶于水溶性(亲水性)有机溶剂，从培养物干粉中提取人参皂苷宜选用________方法，操作时应采用________加热。【解析】(1)灭菌是指用强烈的物理或化学的方法，杀死物体内外的一切微生物，包括芽孢和孢子。消毒指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物。在组织培养过程中要防止杂菌的污染，需要对固体培养基进行灭菌，对人参根进行消毒。(2)用于离体培养的离体的植物组织或器官(根切块)称为外植体。单个或少数微生物细胞生长繁殖后，会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见、有一定形态构造的子细胞集团，这就是菌落。我们可以根据菌落的特征判断微生物的种类。霉菌的菌落较大，肉眼可见许多毛状物，呈棕色、青色等，细菌菌落常表现为湿润、黏稠，有光泽。(3)果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁和胞间层，使愈伤组织分离。(4)人参皂苷溶于水溶性有机溶剂，可以用萃取法从培养物干粉中提取。萃取时要采用水浴加热，这是因为有机溶剂都是易燃物，用明火加热容易引起燃烧、爆炸。【答案】(1)灭菌消毒(2)外植体真菌(霉菌)细菌(3)果胶(4)萃取(浸取)水浴