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植物组织培养中生长素和细胞分裂素的作用用(3)花药培养产生花粉植株的两种途径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细胞分化与细胞全能性的生产应用(2)植物组织培养的根本原理及其培养条件植物组织培养的根本原理及其培养条件(3)影响植物组织培养的因素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一、对植物组织培养的分析1 1原理：植物细胞全能性原理：植物细胞全能性根底：细胞内具有该物种发育所需的全部遗传物质根底：细胞内具有该物种发育所需的全部遗传物质全能性上下：受精卵全能性上下：受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞分化程度低的细胞分化程度低的细胞 分化程度高的细胞分化程度高的细胞2细胞分化的实质：细胞分化的实质：细胞内遗传物质的执细胞内遗传物质的执行情况不同行情况不同(基因的选择性表达基因的选择性表达)愈伤组织再分化时应先诱导分化出芽，后诱愈伤组织再分化时应先诱导分化出芽，后诱导产生根，假设顺序颠倒，那么不好诱导根导产生根，假设顺序颠倒，那么不好诱导根的生成。的生成。二、影响植物组织培养的因素及成功的关键二、影响植物组织培养的因素及成功的关键1影响因素影响因素(1)内部因素：材料的选取。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；激素的用量及使用顺序；pH、温度、光照等。、温度、光照等。2获得成功的关键获得成功的关键(1)植物组织培养所利用的植物材料体积小、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。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，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。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、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。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，一旦发现培养物被污染，特别是真菌性污染，一定不要翻开培养瓶。应先将被污染的培养一定不要翻开培养瓶。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，瓶统一放在高压蒸汽锅内进行高压蒸汽灭菌，然后再翻开培养瓶进行清理。然后再翻开培养瓶进行清理。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：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。呈现加强的趋势。2使用顺序不同，结果不同，具体如下：使用顺序不同，结果不同，具体如下：使用顺序使用顺序实验结果实验结果先使用生长素，后使先使用生长素，后使用细胞分裂素用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细有利于细胞分裂，但细胞不分化胞不分化先使用细胞分裂素，先使用细胞分裂素，后使用生长素后使用生长素细胞既分裂又分化细胞既分裂又分化同时使用同时使用分化频率提高分化频率提高3.用量比例不同，结果也不同用量比例不同，结果也不同 以下图是水稻的花药通过无菌操作，以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。请培养产生花粉植株的两种途径的示意图。请据图答复以下问题：据图答复以下问题：(1)图中的花粉应选自图中的花粉应选自_的时期，花药培养的时期，花药培养成功率最高。图中的成功率最高。图中的A是是_，C过程指过程指_，B指指_。(2)这两种途径之间没有绝对的界限，主要取这两种途径之间没有绝对的界限，主要取决于决于_。(3)配制培养基时加琼脂的目的是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，培养基中应要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应有有_和和_两类植物激素。两类植物激素。【解析】【解析】(1)(1)进行花药离体培养，花粉发育进行花药离体培养，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。核由中央移向细胞一侧的时期。(2)(2)图示两种途径的主要区别在于所使用培养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。基中激素的种类及浓度比不同。(3)(3)培养基中参加琼脂可制成固体培养基。培养基中参加琼脂可制成固体培养基。(4)(4)由于微生物会在营养丰富的培养基上快速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，故繁殖，与离体培养的植物组织进行竞争，故培养过程中应培养过程中应“无菌操作。无菌操作。(5)(5)植物组织培养过程中，生长素与细胞分裂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、再分化至关重素的应用对于外植体脱分化、再分化至关重要。要。【答案答案】(1)在单核期，细胞核由中央移向在单核期，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，有利于外植体的生使培养基呈固体状态，有利于外植体的生长长(4)如不无菌操作，微生物会在培养基上快速如不无菌操作，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繁殖，与离体培养的植物组织竞争(5)细胞分裂素生长素细胞分裂素生长素 (2021年上海高考题年上海高考题)答复以下有关植答复以下有关植物组织培养的问题。物组织培养的问题。(1)用于植物组织培养的植物材料称为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，含有植物激在再分化阶段所用培养基中，含有植物激素素X和植物激素和植物激素Y。逐渐改变培养基中这两种。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植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如以下图所示。据图指出两种激素的不同况如以下图所示。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：浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系：当植物激素当植物激素X与植物激素与植物激素Y的浓度比等于的浓度比等于1时，时，_；_；_。(4)假设植物激素假设植物激素Y是生长素，在植物组织培养是生长素，在植物组织培养中其主要作用是中其主要作用是_；那么植物激素；那么植物激素X的名称的名称是是_。(5)生产上用试管苗保存植物的优良性状，其生产上用试管苗保存植物的优良性状，其原因是原因是_。【解析解析】(1)植物组织培养时所取材料称为植物组织培养时所取材料称为外植体。外植体。(2)让已经分化的细胞，经过诱导后，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。胞的过程，称为脱分化。(3)据图可得当激素据图可得当激素X与激素与激素Y的浓度比为的浓度比为1时，未分化的细胞群时，未分化的细胞群形成愈伤组织；当激素形成愈伤组织；当激素X与激素与激素Y的浓度比大的浓度比大于于1时，未分化的细胞群分化形成芽；当激素时，未分化的细胞群分化形成芽；当激素X与激素与激素Y的浓度比小于的浓度比小于1时，未分化的细胞时，未分化的细胞群分化形成根。群分化形成根。(4)生长素的作用是促进细胞生长、分裂和分生长素的作用是促进细胞生长、分裂和分化；激素化；激素X能促进细胞分裂，是细胞分裂素。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，不发生性状别离。切性状，不发生性状别离。【答案】【答案】(1)(1)外植体外植体(2)(2)去分化去分化( (脱分化脱分化) )(3)(3)未分化细胞群经分裂形成愈伤组织未分化细胞群经分裂形成愈伤组织当植物激素当植物激素X X与植物激素与植物激素Y Y的浓度比大于的浓度比大于1 1时，时，未分化细胞群分化形成芽；当植物激素未分化细胞群分化形成芽；当植物激素X X与与植物激素植物激素Y Y的浓度比小于的浓度比小于1 1时，未分化细胞群时，未分化细胞群分化形成根。分化形成根。(4)(4)促进细胞的生长促进细胞的生长( (伸长伸长) )、分、分裂和分化细胞分裂素裂和分化细胞分裂素(5)(5)组织培养形成试组织培养形成试管苗的过程属于无性生殖，后代不发生性状管苗的过程属于无性生殖，后代不发生性状别离别离1(2021年海南高考题年海南高考题)以下有关植物细胞与以下有关植物细胞与组织培养的表达中，错误的选项是组织培养的表达中，错误的选项是()A花药、胚不能作为组织培养的材料花药、胚不能作为组织培养的材料B植物细胞具有全能性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外植体可诱导出愈伤组织【解析解析】植物细胞具有全能性，花药、胚植物细胞具有全能性，花药、胚都可作为组织培养的材料。都可作为组织培养的材料。【答案答案】A2(2021年高考江苏卷年高考江苏卷)以下关于植物组织培以下关于植物组织培养的表达中，错误的选项是养的表达中，错误的选项是()A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压节渗透压B培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤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养获得的愈伤组织基因相同【解析】【解析】 此题考查植物组织培养的有关知此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，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织进行再分化，培养过程中愈伤组织的形成需经过脱分化需经过脱分化(或称去分化或称去分化)；外植体的来源不；外植体的来源不同，培养获得的愈伤组织或植株的基因同，培养获得的愈伤组织或植株的基因(遗传遗传物质物质)不同，例如用茎尖和花粉培育成的植株不同，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。分别属于二倍体和单倍体。【答案】【答案】D3(2021年江苏卷年江苏卷)某组织培养实验室的愈伤组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。以下个实验，实验条件除图示外其他均相同。以下各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是(多项选择多项选择)()A污染主要不是培养基灭菌时间短造成的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污染主要来源于组织培养所用的离体组织C调节培养基调节培养基pH不能解决污染问题不能解决污染问题D调节培养温度不能解决污染问题调节培养温度不能解决污染问题【解析解析】 由图可知，培养基的灭菌时间、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。织是污染的主要来源。【答案答案】ABCD4(2021年山东高考年山东高考)人参是一种名贵中药材，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：技术生产人参皂苷的大致流程如下：请答复：请答复：(1)配制诱导愈伤组织的固体培养基，分装后配制诱导愈伤组织的固体培养基，分装后要进行要进行_。接种前，要对人参根进行。接种前，要对人参根进行_。(2)用于离体培养的根切块，叫做用于离体培养的根切块，叫做_。培养。培养几天后发现少数培养基被污染，假设是有颜几天后发现少数培养基被污染，假设是有颜色的绒毛状菌落，属于色的绒毛状菌落，属于_污染；假设是有光污染；假设是有光泽的黏液状菌落，属于泽的黏液状菌落，属于_污染。污染。(3)用少量用少量_酶处理愈伤组织，获取单酶处理愈伤组织，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。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人参皂苷易溶于水溶性(亲水性亲水性)有机溶剂，有机溶剂，从培养物干粉中提取人参皂苷宜选用从培养物干粉中提取人参皂苷宜选用_方法，操作时应采用方法，操作时应采用_加热。加热。【解析】【解析】(1)灭菌是指用强烈的物理或化学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外表或内部一局部对人化学方法仅杀死物体外表或内部一局部对人体有害的微生物。在组织培养过程中要防止体有害的微生物。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，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。对人参根进行消毒。(2)用于离体培养的离体用于离体培养的离体的植物组织或器官的植物组织或器官(根切块根切块)称为外植体。称为外植体。单个或少数微生物细胞生长繁殖后，会形成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、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，有青色等，细菌菌落常表现为湿润、黏稠，有光泽。光泽。(3)果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁和胞间层，使愈伤组织别离。细胞壁和胞间层，使愈伤组织别离。(4)人参皂苷溶于水溶性有机溶剂，可以用萃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。明火加热容易引起燃烧、爆炸。【答案答案】(1)灭菌消毒灭菌消毒(2)外植体真菌外植体真菌(霉菌霉菌)细菌细菌(3)果胶果胶(4)萃取萃取(浸取浸取)水浴水浴