人教版高中生物选修三1[知识点整理及重点题型梳理]植物的组织培养

人教版高中生物必修三

知识点梳理

重点题型（常考知识点）巩固练习

植物的组织培养技术

【学习目标】

1、指导植物组织培养技术的基本原理和基本技术。

2、掌握植物培养过程中使用的无菌技术（重点）。

3、掌握植物知识培养的基本过程及操作。

4、说出被子植物花粉发育的过程及花药例题培养产生花粉植株的两种途径。

5、说出花药离体培养的因素，学习话要例题培养的基本技术。

【要点梳理】

要点一、植物组织培养的基础知识【植物的组织培养技术 未发布 课题1：基础知识】

1、植物组织培养的基本过程：

离体的植物器官、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。愈伤组织的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。由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化（去分化）。脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫再分化。再分化形成的试管苗移栽到地里，可以发育成完整的植物体。植物组织培养的过程可以简要归纳为：

离体的植物器官、组织或细胞（外植体）???→脱分化愈伤组织???→再分化根、芽—→植物体。

2、植物组织培养的理论基础：细胞的全能性

要点诠释：

细胞的全能性与植物组织培养间的关系

①细胞的全能性是植物组织培养的理论基础。

植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。植物细胞只有脱离了植物体，在一定的外部因素作用下，经过细胞分裂形成愈伤组织，才能表现出全能性，由愈伤组织发育、分化出新的植物体。

②高度分化的植物细胞仍具有全能性的原因是所有体细胞均来自受精卵的有丝分裂，均有和受精卵相同的一整套遗传信息。

③植物体的组织、器官的形成，是基因选择性表达的结果，其细胞的全能性受到限制，在离体状态下，其全能性才容易得以表达，表达的过程须经过脱分化和再分化。

④容易进行营养繁殖的植物细胞，其全能性容易表达，易进行植物组织培养。

要点二、影响植物组织培养的因素

1、无机营养

（1）大量元素：除碳（C ）、氢（H ）、氧（O ）外，还有氮（N ）、磷（P ）、钾（K ）、钙（Ca ）、镁（Mg ）、硫（S ）等元素。

（2）微量元素：包括铁（Fe ）、铜（Cu ）、钼（Mo ）、锌（Zn ）、锰（Mn ）、钴（Co ）、硼（B ）和碘（I ）等。

2、有机营养

（1）维生素类：植物组织培养中经常使用维生素C 、维生素B 1（盐酸硫胺素）、维生素B 6（盐酸吡哆醇）、

维生素H（生物素）、叶酸和烟酸等，一般使用浓度为0.1～10 mol／L。

（2）氨基酸：有甘氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、水解酪蛋白（CH）和水解乳蛋白（LH）等，是重要的有机氮源。

（3）有机添加物：是一些成分比较复杂，大多含氨基酸、激素、酶等的复杂化合物，它们对细胞和组织的增殖与分化有明显的促进作用。

3、植物生长调节物质

植物生长调节物质是培养基中的关键物质，对植物组织培养起着重要、明显的调节作用。植物生长调节物质包括生长素、细胞分裂素及赤霉素等。

要点诠释：

①植物激素中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。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。按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果。

②当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。生长素的用量与细胞分裂素的用量比值低时，（即生长素少，细胞分裂素多）有利于芽的分化、抑制根的形成；比值高时，（即生长素多，细胞分裂素少）有利于根的分化、抑制芽的形成；比值适中时，促进愈伤组织生长。

可见，植物激素的浓度、使用的先后顺序以及用量的比例等，都会影响实验结果。植物激素的应用要做到得心应手，还得靠大量实践。

4、能源和渗透压

通常植物本身进行光合作用，产生糖类，不需要外部供给糖，但在植物组织培养进行异养的状况下，大多不能进行光合作用来合成糖类，因此必须在培养基中添加糖作为碳素来源和能量物质，同时糖对保持培养基的渗透压（一般需在1.5×105 Pa～4.1×105 Pa）也有重要作用。

5、温度

温度是植物组织培养成功的重要条件

（1）最适温度：在植物组织培养中大多采用最适温度，并保持恒温培养，以加速生长。通常采用（25±2）℃的温度，对大多数植物来讲是合适的，但也因种类而异。进行菊花组织培养，温度控制在18℃～22℃。

（2）温度预处理的影响：在植物组织培养以前先对培养材料进行低温或高温处理，往往有促进诱导生长的作用，为此，常在培养实践中采用。

6、光照

组织培养中光照也是重要条件，它对生长和分化有很大影响。当然这也与材料的性质、培养基情况以及由于光照而引起的温度上升等因素有关。菊花培养的光照强度为1000 lx～4000 lx，每天照光12 h。

此外，进行菊花组织培养的pH控制在5.8左右。

要点三、植物组织培养的实验操作

1、制备MS固体培养基

MS培养基含有20多种营养成分，实验室一般使用4℃保存的配制好的培养基母液来制备。具体操作如下。

（1）配制各种母液：配制母液时，无机物中大量元素浓缩10倍，微量元素浓缩100倍，常温保存。激素类、维生素类以及用量较小的有机物一般可按l mg／mL的质量浓度单独配制成母液。用母液配制培养基时，需要根据各种母液的浓缩倍数，计算用量。

（2）配制培养基：配制1 L MS培养基时，先将称好的琼脂加入800 mL蒸馏水，加热使琼脂熔化，然后加入蔗糖30 g，取配制好的大量元素、微量元素、有机物和植物激素的母液，依次加入，加蒸馏水定容至1000 mL，调节pH，最后分装到锥形瓶中，每瓶分装50 mL或100 mL。由于菊花茎段的组织培养比较容易，因此不必添加植物激素。

（3）灭菌：将分装好的培养基连同其他器械一起进行高压蒸汽灭菌。

2、外植体消毒

（1）外植体：用于离体培养的植物器官或组织片段，叫做外植体。

（2）外植体消毒：选取菊花茎段时，要取生长旺盛的嫩枝。菊花茎段用流水冲洗后可加少许洗衣粉，用软刷轻轻刷洗，刷洗后在流水下冲洗20 min左右。用无菌吸水纸吸干外植体表面的水分，放入体积分数为70％的酒精中摇动2～3次，持续6 s～7 s，立即将外植体取出，在无菌水中清洗。取出后仍用无菌吸水纸吸干外植体表面水分，放入质量分数为0.1％的氯化汞溶液中1 min～2 min。取出后，在无菌水中至少清洗3次，漂净消毒液。

3、接种

接种前用体积分数为70％的酒精将工作台擦拭一遍。工作台消毒后，首先点燃酒精灯。此后，所有的接种操作都必须在酒精灯旁进行，并且每次使用器械后，都需要用火焰灼烧灭菌。

将装有培养基的锥形瓶整齐地排列在酒精灯左侧。将消过毒的菊花茎段在无菌培养皿中切成小段（长约0.5 cm～1 cm）。左手持锥形瓶，右手拉开捆扎锥形瓶的绳子，并将封口膜攥于右手手心，以避免封口膜接触瓶口的一面被污染。左手持瓶，使瓶口旋转通过火焰；右手用镊子夹取菊花茎段，插入培养基中。插入时应注意方向，不要倒插。每瓶接种6～8块外植体。接种后，将封口膜重新扎好。

4、培养

接种后的锥形瓶最好放在无菌箱中培养，培养期间应定期消毒。培养温度控制在18℃～22℃，并且每日用日光灯光照12 h。

5、移栽

在移栽生根的菊花试管苗之前，应先打开培养瓶的封口膜，让试管苗在培养间生长几日。然后用流水清洗根部的培养基，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境下生活一段时间，等幼苗长壮后再移栽到土壤中。

6、栽培

将幼苗移栽后，每天观察并记录幼苗生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。

要点四、植物的花药离体培养

1、被子植物的花粉发育【植物组织培养技术未发布被子植物的花粉发育】

要点诠释：

①发育场所：被子植物雄蕊的花药中。

②分裂方式：花粉是由花粉母细胞经过减数分裂而形成的，因此花粉是单倍体的生殖细胞。

③发育过程：被子植物花粉的发育要经历小孢子四分体时期、单核期和双核期等阶段。在小孢子四分体时期，4个单倍体细胞连在一起，进入单核期时，四分体的4个单倍体细胞彼此分离，形成4个具有单细胞核的花粉粒。这时的细胞含浓厚的原生质，核位于细胞的中央（单核居中期）。随着细胞不断长大，细胞核由中央移向细胞一侧（单核靠边期），并分裂成1个生殖细胞核和1个花粉管细胞核，进而形成两个细胞，一个是生殖细胞，一个是营养细胞。生殖细胞将再有丝分裂一次，形成两个精子。

被子植物花粉的发育过程可以归纳为：

花粉母细胞（或小孢子母细胞）????

→减数分裂

4个小孢子（小孢子四分体时期）—→单核期小孢子（单核居中期—→单核靠边期）()?????→有丝分裂每个小孢子双核期（花粉管细胞核和生殖细胞核）—→1个生殖细胞????→有丝分裂2个精子。也就是说，花粉萌发进行受精作用时，每个花粉粒可释放出两个精子，从而完成被子植物的双受精。 注意：每个花粉粒产生的两个精子基因型一般相同。

2、产生花粉植株的两种途径

通过花药培养产生花粉植株一般有两种途径：

这两种途径之间并没有绝对的界限，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。

3、影响花药培养的因素

（1）材料的选择：不同植物的诱导成功率很不相同。就同一种植物来说，亲本植株的生理状况对诱导成功率也有直接影响。花期早期时的花药比后期的更容易产生花粉植株。一般月季的花药培养时间选在五月初到五月中旬，即月季的初花期。选择合适的花粉发育时期也是提高诱导成功率的重要因素。这是因为并不是任何时期的花粉都可以经过培养产生愈伤组织或胚状体，在花粉发育的过程中，只有某一个时期对离体刺激敏感。一般来说，在单核期，细胞核由中央移向细胞一侧的时期，花药培养成功率最高。选择单核期以前的花药接种，质地幼嫩，极易破碎；选择单核期以后的花药接种，花瓣已有些松动，又给材料的消毒带来困难。为了挑选到单核期的花药，通常选择完全未开放的花蕾。盛开的或略微开放的花，都不宜选作实验材料。

（2）培养基的组成

花粉培养所采用的培养基可因植物不同而有所变化。培养基各成分中，植物生长调节剂的水平和配比，常对诱导细胞的分裂、生长和分化起决定性作用。

（3）亲本植株的生长条件、材料的低温预处理以及接种密度等对诱导成功率都有一定影响。

归纳：诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低，受多种因素的影响，其中材料的选择与培养基的组成是主要的影响因素。

要点五、月季的花药培养的实验操作

1、材料的选取

选择花药时。一般要通过镜检来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期。

常用的方法有醋酸洋红法、焙花青—铬矾法（某些植物的花粉细胞核不易着色，需要此方法，能将花粉细胞核染成蓝黑色）

2、材料的消毒

体积分数为70％的酒精浸泡约30 s →无菌水清洗→用无菌吸水纸吸干→放入质量分数为0.1％的氯化汞溶液中2 min ～4 min →无菌水冲洗3～5次。

3、接种和培养

灭菌后的花蕾。要在无菌条件下除去萼片和花瓣，并立即将花药接种到培养基上。在剥离花药时，要尽量不损伤花药，同时还要彻底去除花丝。温度控制在25℃左右，接种时不需要光照。一般经过20 d～30 d培养后，会发现花药开裂，长出愈伤组织或形成胚状体。将愈伤组织尽快转移到分化培养基上，以便进一步分化出再生植株。

【典型例题】

类型一：细胞的全能性

例1、（2015 枣阳期中）如图是用胡萝卜根细胞进行组织培养的某些过程示意图

(1)把组织培养的过程按正确顺序排列____________(以字母表示)。

(2)实验前试管和培养基应经___________处理。

(3)培养基中除加入各种营养物质外，还应加入________、________等植物激素。

(4)图D上的细胞团是 ________。

(5)从理论上讲，植物细胞有形成再生植株的可能性，这是________的表现。

【答案】（1）BDCA（2）灭菌（3）生长素细胞分裂素（4）愈伤组织（5）细胞全能性

【解析】植物组织培养的过程是，外植体经过脱分化到愈伤组织，经过再分化到根芽，形成完整的植物，故正确的顺序是BDCA，植物组织培养要在无菌条件下进行，试管和培养基要进行灭菌处理，培养基中除了添加各种营养物质外，还要加入生长素，细胞分裂素等植物激素，图D的细胞团是愈伤组织，从理论上讲，植物细胞有形成再生植株的可能性，这是细胞全能性的表现。

【点评】本题考查组织培养的相关知识，属于识记和理解层次。

【举一反三】：

【变式】

（2014 海淀区二模）下列生命活动中，一般不发生细胞分化的是

A．被激活的B淋巴细胞形成浆细胞和记忆细胞

B．骨髓中的造血干细胞产生红细胞、白细胞和血小板

C．筛选得到的杂交瘤细胞克隆培养获得大量抗体

D．用植物组织培养技术培育马铃薯茎尖获得脱毒苗

【答案】C

类型二：对植物组织培养技术的理解

例2、下列关于植物组织培养中灭菌操作的叙述中，错误的是（）

A．外植体可用酒精消毒 B．镊子等器械需用酒精灭菌

C．操作者双手需用酒精消毒 D．培养基需高压蒸汽灭菌

【答案】B

【解析】植物组织培养需进行严格的无菌操作。如培养基用高压蒸汽灭菌，操作者双手用酒精消毒；外植体可用酒精消毒；整个操作过程在酒精火焰旁进行，同时对镊子等器械进行灼烧灭菌。

【点评】牢记无菌操作中各个需要消毒灭菌的具体对象及处理方法。

【举一反三】：

【变式】

植物组织培养出来的植物体一般很少有植物病毒危害，其原因是（ ）

A ．在培养过程中的细胞进行的是快速分裂和分化

B ．人工配制的培养基上，病毒根本无法生存

C ．组织培养出来的植物体内水分太少，无机盐含量太高

D ．进行组织培养的过程都是在无菌条件下进行的

【答案】D

例3、下图是植物组织培养的简略表示。请据此回答。

①???→脱分化②???→再分化

③—→④

（1）①表示________，它能被培养成为④的根本原因是________。

（2）②表示________，它的细胞特点是________，它的颜色特点是________。

（3）若想制作人工种子，应该选用________。（填编号）

（4）若①是花药，则④是________，这项技术可用在________上。

（5）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素。培养将进行到________。（填编号）

【答案】

（1）离体的植物器官、组织或细胞 植物细胞具有全能性

（2）愈伤组织 细胞排列疏松、高度液泡化呈无定形状态 色浅

（3）③

（4）单倍体植株 单倍体育种

（5）②

【举一反三】：

【变式一】

用高度分化的植物细胞、组织或器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列说法错误的是（ ）

A ．该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的

B ．该愈伤组织的细胞没有全能性

C ．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成的

D ．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构

【答案】B

【变式二】

某同学在进行组织培养过程中，发现只分裂而不分化出芽和根，可能原因是（ ）

A ．未见阳光

B ．培养时间不到

C ．培养基营养过多

D ．细胞分裂素和生长素配比不对

【答案】D

类型三：植物的花药离体培养

例4、关于被子植物花粉发育的说法，不正确的是（ ）

A.花粉粒是在花药中的花粉囊里形成的

B.被子植物精子的形成是直接减数分裂的结果

C.被子植物花粉的发育要经历四分体时期、单核期和双核期阶段

D.花粉粒在发育过程中，核先位于细胞的一侧，再移到细胞中央

【答案】B D

【解析】被子植物的花粉发育过程为：花粉母细胞经减数分裂形成4个小孢子（小孢子四分体时期），紧接着4个小孢子彼此分离，形成4个具有单细胞核的花粉粒，此时细胞核位于细胞中央（单核居中期）。随着细胞不断

长大，细胞核由中央移向细胞一侧（单核靠边期），并分裂成1个生殖细胞核和1个花粉管细胞核，进而形成两个细胞，一个是生殖细胞，一个是营养细胞。生殖细胞将再有丝分裂一次，形成两个精子。

【点评】考查被子植物花粉发育的过程，握几个重要的时期。

【举一反三】：

【变式一】

下列有关花药离体培养的说法，错误的是（）

A.对材料的选择最常用的方法是焙花青—铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色

B.材料消毒时需先用酒精浸泡，然后用无菌水清洗，再用氯化汞溶液浸泡，最后用无菌水冲洗

C.接种花药后一段时间内不需要光照，但幼小植株形成后需要光照

D.若接种的花药长出愈伤组织或只放出胚状体后，要适时更换培养基，以便进一步分化成植株。

【答案】A

【解析】在花药离体培养中需要注意各种因素，如BCD项涉及的操作均正确，对材料的选择最常用的方法是醋酸洋红法。

【变式二】

进行花药离体培养时，选择月季花粉的时期最佳为（）。

A．盛开期的月季花 B．略微开放的月季花

C．完全未开放的花蕾 D．花近败时期的月季花

【答案】C

【解析】选择合适的化粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素。花粉发育过程中，只有单核期中细胞核移向细胞一侧的时期（即单核靠边期），花粉培养成功率高，因此，常选择完全未开放的花蕾。