高中生物植物的组织培养技术植物快速繁殖技术教案中图版选修

第一节植物快速繁殖技术

一、植物组织培养简介

1．理论基础：植物细胞的全能性。

(1)愈伤组织的特点：细胞是一种高度液泡化的薄壁细胞，呈无定形状态，排列疏松而无规则，具有很强的分生能力。 (2)脱分化：由高度分化的细胞重新恢复到未分化的状态。

(3)再分化：愈伤组织在适当的人工培养基上继续培养又可以重新分化成芽、根等器官，进而发育成一棵完整的植株。

3．培养基 (1)成分：除含外植体所需的各种营养物质外，还需添加生长素和细胞分裂素两种植物激素。

(2)类型：据外植体在不同发育阶段的要求，需配制“脱分化培养基”、“生芽培养基”、“生根培养基”。

4．无菌条件：培养基的灭菌要彻底、外植体的消毒要充分、接种时的无菌操作要严格。

二、月季的快速繁殖程序

1．配制培养基

先将各种营养成分按比例配制成MS 培养基母液，再利用母液配制所需的三种培养基。

(1)脱分化培养基：母液中加入质量浓度为0.1 mg/L 的6－BA 和IAA 。

(2)生芽培养基：去掉脱分化培养基中的IAA 即可。

(3)生根培养基：无机盐浓度为MS 的12

，另外添加质量浓度均为0.1 mg/L 的NAA 和IAA 。 2．外植体消毒

清水洗净→体积分数为70%的酒精浸5 s→质量分数为2%的次氯酸钠溶液中浸泡6 min ～10 min→用无菌水清洗至少3次，漂净消毒液→用无菌滤纸吸干。 3．接种：将已消毒的月季嫩茎接种到脱分化培养基上，使嫩茎的形态学下端接触培养基。 4．培养：接种后的锥形瓶放在恒温培养箱中培养，将愈伤组织接种到生芽培养基上，每天用日光灯光照12 h ，培养10 d 左右长出小芽，小芽继续长成枝条。待枝条长到3 cm

左右时，将它切下后插在生根培养基上诱导生根。 5．驯化试管苗

6．移栽

预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中

问题1

问题2

问题3

问题4

一、植物组织培养

1．原理——细胞的全能性

(1)原因：生物体的每个细胞都含有本物种生长、发育、遗传和变异的全部遗传信息。

(2)实现全能性的条件：离体状态和适宜的环境条件(如营养物质、激素、温度等)。

2．过程

植物组织(外植体)或细胞――→脱分化

愈伤组织

――→再分化

根芽―→植物体

3．培养基

(1)脱分化培养基：生长素与细胞分裂素比例适中。

(2)生芽培养基：生长素与细胞分裂素比例偏低。

(3)生根培养基：生长素与细胞分裂素比例偏高。

二、试管苗的培养过程中应注意的问题

1．培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，然后进行生根培养，如果顺序颠倒，先诱导生根，就不好诱导生芽了。

2．试管苗应该进行见光培养。

3．试管苗一般在高湿、弱光、恒温下异养生长，出瓶后一定要保温、保湿。

4．试管苗光合作用能力低，在移栽前给予较强光照闭瓶炼苗，以促进小苗向自养转化。

植物组织培养的过程及应用

为提高玉米产量，科学家在育种和栽培中进行大量实验研究。下面是

科学家关于玉米培养的实验过程，请回答：

玉米种子―→幼苗―→取茎尖――→脱分化①――→再分化

②―→移栽

(1)选取玉米幼苗茎尖进行脱分化处理，是因为茎尖细胞_________________。

(2)①表示________，它能被再次培养成为幼苗的根本原因是___________。

(3)若想制作人工种子，应选用________，若利用此项技术来获取细胞的代谢产物，培养将进行到________。(填编号)

【审题导析】 解答此题应注意：(1)掌握植物组织培养的过程，(2)了解各步骤的注意事项，(3)了解植物组织培养的应用。

【精讲精析】 茎尖细胞是具有旺盛分裂能力的细胞，更容易通过培养表达出全能性，同时由于细胞刚刚分裂产生，还没有被病毒或细菌感染，可以直接培养出无病毒植株。植物组织培养的原理是细胞具有全能性。在人工种子的制作中，必须培养到具有根、芽分化的胚状体方可进行，而要获取细胞代谢产物则应在愈伤组织阶段。

【答案】 (1)分裂旺盛且没有被病毒或细菌感染

(2)愈伤组织 植物细胞具有全能性

(3)② ①

植物组织培养技术的应用

(1)快速繁殖、培养无病毒植株。病毒在植株上的分布是不均匀的，老叶、老的组织和器官中病毒含量高，幼嫩的未成熟的组织和器官中病毒含量较低，茎尖、根尖生长点几乎不含病毒或病毒较少。

(2)组织培养除了在农业上的应用外，目前世界各国都在重视另一个方面，即有用化合物的工业化生产。有用化合物包括药物、橡胶、香精油、色素……这些化合物许多都是高等植物的次生代谢物。

(3)制作“人工种子”。所谓“人工种子”，是指以胚状体为材料，经过人工薄膜包装的种子。在适宜条件下它能萌发长成幼苗。

(4)转基因植物的培养也要利用植物组织培养技术。

1．利用植物的茎尖或叶片、茎段等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株，这种技术可以用来培育植物新品种，可以在较短的时间内大量繁殖植物，可以防止病毒的侵害。下列关于这种技术的叙述，正确的是( )

①这种技术利用了植物细胞的全能性

②这种技术叫做组织培养，可以克隆生物体

③这种技术属于细胞工程的应用领域之一

④这种技术是一种无性繁殖的方式

A．①B．①②③

C．①②D．①②③④

【答案】 D

植物组织培养的影响因素

植物组织培养的培养基中加有激素。下表是培养基中两种植物激素在不同比例时的实验结果。请分析回答：(其中6－BA是一种细胞分裂素，IAA是一种生长素)

实验组别 1 2 3 4

激素种类及激素含量关系6－BA

6－BA

＞IAA

6－BA

＝IAA

6－BA

＜IAA

结果组织块

产生愈

伤组织

组织块分

化出芽

愈伤组织

不断生长

愈伤组

织有生根

趋势

(2)芽的分化条件是______，根的分化条件是________。

(3)在植物组织培养中，脱分化可用的激素组合是实验________和实验________中的激素含量关系，再分化时可用的激素组合是实验________和实验________中的激素含量关系。整个实验表明，植物的生根、发芽等生命活动是________的结果。

(4)植物组织培养的培养基中，除激素外，还必须含有______，它的成分至少应该含有______、______等。

(5)判断愈伤组织的依据是_____________________________。

【审题导析】(1)根据实验结果寻找条件，判断不同组织分化所需的条件。(2)掌握植物组织培养的条件。

【精讲精析】从表中数据可以看出，只有靠细胞分裂素和生长素的共同作用及适当的

比例，才能使组织培养过程顺利进行。培养基中必须具备植物激素、无机物(矿质元素)、有机物等营养物质。而愈伤组织的特点是细胞排列疏松而无规则，呈无定形状态。

【答案】(1)必须有细胞分裂素细胞分裂素和生长素含量相等

(2)细胞分裂素的含量大于生长素生长素的含量大于细胞分裂素

(3)1 3 2 4 多种激素共同作用

(4)营养物质无机物(矿质元素) 有机物

(5)细胞排列疏松而无规则，呈无定形状态

生长素和细胞分裂素的使用对分化的影响

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也分化

同时使用分化频率提高

生长素量与细胞分裂素量比值高有利于根的分化

生长素量与细胞分裂素量比值低有利于芽的分化，抑制根的形成

生长素量与细胞分裂素量比值适中促进愈伤组织的生长

2．为了探究6—BA和IAA对某菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，某研究小组在MS 培养基中加入6—BA和IAA，配制成四种培养基(见下表)，灭菌后分别接种数量相同、生长状态一致、消毒后的茎尖外植体，在适宜条件下培养一段时间后，统计再生丛芽外植体的比率(m)，以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)，结果如下表。

回答下列问题：

(1)按照植物的需求量，培养基中无机盐的元素可分为________和________两类。上述培养基中，6—BA属于________类生长调节剂。

(2)在该实验中，自变量是______________，因变量是______________，自变量的取值范围是________________。

(3)从实验结果可知，诱导丛芽总数最少的培养基是________号培养基。

(4)为了诱导该菊花试管苗生根，培养基中一般不加入________(填“6—BA”或“IAA”)。

【解析】按照植物的需求量，在培养基中加入的无机盐的元素可分为大量元素和微量元素。6—BA是细胞分裂素类生长调节剂，由于该实验探究的是6—BA和IAA对菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，而6—BA的浓度在各实验组中相同，因此实验的自变量是IAA 浓度，取值范围是0～0.5 mg·L－1，因变量是再生丛芽外植体的比率及再生丛芽外植体上的丛芽平均数，即表中的m和n。再生外植体数乘以外植体上的丛芽平均数即为丛芽总数，计算可知诱导丛芽总数最少的是1号培养基。在植物组织培养中，生长素用于诱导细胞的分裂和根的分化，细胞分裂素主要促进细胞分裂和分化出不定芽，因此为了诱导生根，培养基中一般不加6—BA(细胞分裂素类生长调节剂)而加入IAA(生长素类生长调节剂)。

【答案】(1)大量元素微量元素细胞分裂素(2)IAA浓度再生丛芽外植体的比率(m)和再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n) 0～0.5 mg·L－1

(3)1 (4)6—BA

1．下列实例中能体现细胞全能性的是( )

①用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成可育的植株

②植物用种子繁殖后代

③用烟草组织的单个细胞培养出可育的完整植株

A．①②B．①③

C．②③ D．①②③

【解析】细胞全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育的潜能。其中①和③都是属于由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，实际上就是由一个受精卵，通过细胞的增殖和分化发育成新个体，所以是由未经分化的细胞(受精卵)发育成新个体的过程，因此不能体现细胞的全能性。

【答案】 B

2．在工业化大量培养植物试管苗的过程中，一般进行如下操作，则正确的操作顺序是( )

①诱导形成芽

②取合适外植体

③诱导形成愈伤组织

④诱导形成未分化状态的细胞

⑤诱导形成根

A．②①③④⑤ B．②④③①⑤

C．②③④①⑤ D．②⑤①④③

【解析】外植体经过诱导脱分化，形成未分化状态的细胞，进而形成愈伤组织。再分化的诱导应该先诱导生芽，再诱导生根。

【答案】 B

3．如图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：

(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素，营养物质包括________和小分子有机物；激素包括细胞分裂素和________两类植物激素。

(2)此过程要无菌操作，主要是指对__________进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是________。

(3)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因________的结果。

【解析】此题综合考查了植物组织培养过程、所需条件等方面的知识。植物组织培养是用离体的植物组织片段或器官接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶中叶绿素的合成需要光照条件。

【答案】(1)无机物(或矿质元素) 生长素(2)培养基叶绿素的形成需要光照条件(3)选择性表达

学业达标测评(十二)

一、选择题

1．下列关于植物组织培养中的消毒灭菌操作，错误的是( )

A．外植体可以用酒精消毒

B．镊子等器械需酒精灭菌

C．操作前手需进行酒精消毒

D．培养基需高压蒸汽灭菌

【解析】植物组织培养需严格的无菌操作，包括：培养基需用高压蒸汽锅灭菌；操作前手需进行酒精消毒，外植体应浸泡在酒精中消毒；整个操作过程在酒精灯火焰旁进行，同时对镊子等器械灼烧灭菌。

【答案】 B

2．在离体的植物器官或组织片段脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪项条件是不需要的( )

A．消毒灭菌

B．适宜的温度

C．充足的光照

D．适宜的养料和激素

【解析】在植物组织培养过程中，对外植体及操作装置都要消毒灭菌，在培养过程中，外植体从培养基上获取养料，激素可诱导细胞分化，适宜的温度促进新陈代谢，但在脱分化过程中是不需要光照的，产生了幼苗后才需要光进行光合作用。

【答案】 C

3．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，给予适宜的营养和外界条件

D．将成熟筛管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、激素和其他外界条件的作用下，就可以表现出全能性。

【答案】 C

4．进行植物组织培养的基本流程是( )

A．配制培养基→取外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培

B．配制培养基→取外植体消毒→接种→栽培→移栽→培养

C．配制培养基→取外植体消毒→接种→移栽→培养→栽培

D．取外植体消毒→配制培养基→接种→培养→ 移栽→ 栽培

【解析】进行植物组织培养的一般流程是：配制培养基并灭菌，再取植物幼嫩的部分(外植体)并消毒，然后接种到培养基上进行培养，形成愈伤组织后移栽长出试管苗，最后栽种在土壤中。

【答案】 A

5．我国西北地区由于过度且无序的开发使甘草的数量锐减，以至于在某些地方几乎绝迹。为了快速恢复甘草数量，有关部门除了限制采摘之外，还进行了微型繁殖，下列有关叙

述不正确的是( )

A．甘草的微型繁殖技术的原理为植物细胞的全能性

B．微型繁殖技术可以在短时间内大量繁殖植物

C．微型繁殖只能繁殖植株微小的草本植物

D．微型繁殖需要在无毒无菌条件下进行

【解析】微型繁殖技术利用了植物组织培养的方法，可以在短时间内大量繁殖植物，其原理是植物细胞的全能性，条件需要无菌无毒。但是它并不是只繁殖微小的草本植物。

【答案】 C

6．关于接种时应注意的事项全部正确的为( )

①接种室要消毒

②无菌操作

③接种时可以谈话

④外植体如茎段、茎尖可随机放入培养基

⑤接种时要防止交叉污染

⑥接种完立刻盖好瓶口

A．①②③④B．①②③④⑤⑥

C．③④⑤⑥ D．①②⑤⑥

【解析】整个接种过程必须在无菌条件下进行，不能谈话，防止呼吸产生的污染，并戴口罩；接种的外植体放入培养基时注意从形态学下端插入，并且分布均匀，不能随机放入，以保证必要的营养面积和光照条件。

【答案】 D

7．某兴趣小组拟用组织培养技术繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述，错误的是( )

A．消毒的原则是既能杀死材料表面的微生物，又能减少消毒剂对培养材料的伤害

B．在愈伤组织培养过程中，加入促进细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控

D．生根时，培养基通常应含α-萘乙酸等生长素类调节剂

【解析】本题以植物组织培养实验为背景，综合考查实验操作、细胞分化、植物生命活动的调节等。植物组织培养中消毒的原则是既能杀死材料表面的微生物，又能减少消毒剂对培养材料的伤害，故A正确；植物体细胞的杂交过程中需先去除细胞壁得到原生质体，再在诱导剂的作用下获得染色体加倍的细胞，故B错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，故C正确；植物组织培养过程中，在生根阶段培养基中通常应含有生长素类调节剂，故D

正确。

【答案】 B

8．(2016·德阳模拟)下图表示一定条件下将胡萝卜的离体组织培育形成试管苗的过程。下列有关叙述不正确的是( )

A ．需在无菌条件下将离体组织接种到培养基中

B ．图中①②过程分别表示脱分化和再分化

C ．利用此过程获得的试管苗均为纯合子

D ．此实验说明分化的植物细胞仍具有全部的遗传信息

【解析】 植物组织培养需在无菌条件下将离体组织接种到培养基中，A 项正确。由图可知，①过程将离体组织培养成愈伤组织，为脱分化过程；②过程将愈伤组织培养成了试管苗，为再分化过程，B 项正确。植物的组织培养过程是无性生殖的过程，如果离体组织来自纯合子，将来得到的试管苗是纯合子，如果离体组织来自杂合子，将来得到的试管苗是杂合子，C 项错误。植物组织培养技术的理论基础是细胞的全能性，即高度分化的植物细胞仍具有全部的遗传信息，D 项正确。

【答案】 C

二、非选择题

9．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。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本过程如下：

外植体――→①愈伤组织――→②

芽、根―→植株

请回答：

(1)微型繁殖培育无病毒草莓时，一般选取________为外植体，其依据是__________。

(2)在过程①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2～ 5 d ，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是______________________________________________________________。

(3)在过程②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___________________。

【解析】(1)植物组织培养时常采用根尖或茎尖部位，原因是该部位含病毒极少。

(2)MS 培养基的成分包括大量元素、微量元素和有机物，在配制好的培养基中，常需要添加生长素和细胞分裂素等植物激素。植物组织培养也应注意无菌操作。

(3)生长素与细胞分裂素的比例低时有利于芽的分化，生长素与细胞分裂素的比例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)有机物植物激素外植体消毒不彻底

(3)培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低