课题1 菊花的组织培养
学习目标：1.知道细胞分化、细胞的全能性、组织培养流程及影响组织培养的因素。(重点) 2.识记MS培养基的营养要素及功能。(重点) 3.尝试植物组织培养的实验操作过程。(难点)
1．植物组织培养的基本过程 (1)理论基础：植物细胞的全能性。
(2)细胞分化：在植物的个体发育过程中，细胞在形态、结构和生理功能上出现稳定性差异的过程。
(3)基本过程
离体的植物器脱分化愈伤再分化完整
――→――→根、芽―→
官、组织或细胞组织植株
①愈伤组织：由离体的植物组织或细胞经脱分化形成的一团排列疏松而无规则、高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。
②脱分化：又叫去分化，是由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程。 ③再分化：愈伤组织继续培养，重新分化成根或芽等器官的过程。 2．影响植物组织培养的因素 (1)植物材料
①不同的植物组织，培养的难易程度差别很大。
②同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。菊花的组织培养一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。
(2)营养物质
①大量元素，如N、P、K、Ca、Mg、S。
②微量元素，如B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co。 ③有机物，如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素，以及蔗糖等。
(3)植物激素：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，二者的浓度、使用的顺序及用量的比例等都会影响实验结果。
(4)环境条件：如pH、_温度、光照等，进行菊花的组织培养一般将pH控制在5.8左右，温度控制在18～22 ℃，并且每日用日光灯照射12 h。
3．菊花组织培养的实验操作
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制备MS固外植体
→→接种→培养→移栽→栽培
体培养基消毒(1)制备MS固体培养基：
配制各种母液―→配制培养基―→灭菌。
吸干(2)外植体消毒：取菊花嫩枝―→流水冲洗―→加洗衣粉刷洗―→流水冲洗20 min――→体吸干积分数为70%的酒精消毒6～7 s―→无菌水清洗――→质量分数为0.1%的氯化汞溶液消毒1～2 min―→无菌水清洗(至少3次)。
(3)接种：菊花茎段插入培养基时注意方向，不要倒插。每瓶接种6～8块外植体。 (4)培养：最好放在无菌箱中培养，并定期消毒。培养温度控制在18～22_℃，并且每日用日光灯照射12_h。
(5)移栽：移栽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的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
1．判断对错
(1)一般来说，容易进行无性繁殖的植物，也容易进行组织培养。 (2)对菊花茎段进行组织培养，不加植物激素也能成功。 (3)接种后的锥形瓶放入无菌箱中，给予适宜的温度和光照即可。 (4)通过有丝分裂进行细胞增殖。 提示：(1)√ (2)√
(3)× 在植物组织培养过程中，分化程度越低的材料，越容易脱分化形成愈伤组织，接种后的锥形瓶放入无菌箱中，给予适宜的温度和光照进行培养，培养期间应定期消毒，防止细菌等微生物污染。
(4)√
2．在植物组织培养过程中，愈伤组织的形成和形态的发生是十分关键的。这除需要必备的营养和一些刺激因素外，还需要有诱导作用的物质，它们是( )
A．铜、锌等微量元素 B．细胞分裂素和生长素 C．蔗糖和葡萄糖 D．维生素和氨基酸
B [愈伤组织的形成除了必备的营养和一些刺激因素外，还需加入植物激素，如细胞分裂素和生长素等，用以调节细胞分裂和分化。]
- 2 -
( ) ( ) ( ) ( )
3．下列符合菊花组织培养的基本步骤的是( )
A．制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培 B．制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→栽培→移栽 C．制备MS培养基→外植体消毒→接种→栽培→培养→移栽 D．制备MS培养基→外植体消毒→接种→移栽→培养→栽培
A [植物组织培养的操作程序为“制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培”。接种后先培养再移栽，最后是栽培。]
[合作交流] 1．植物组织培养的基本过程是怎样的？
离体的植物脱分化
愈伤再分化完整
器官、组织或提示：――→――→根、芽→
组织植株
细胞外植体
2．在生物体内，细胞并不表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官的原因是什么？ 提示：细胞全能性表达的基本条件之一是离体状态。例如：植株上的分生组织细胞在体内只能进行分裂分化，形成不同的组织，但不能表现出全能性，这是生物体内基因程序性表达的结果。
[归纳总结] 1．细胞的全能性
(1)概念：指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
(2)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。 (3)体现条件：①离体状态；②一定的营养物质；③植物激素；④其他适宜的外界条件(温度、pH、氧气、光照、无菌等)。
(4)细胞全能性大小与细胞种类的关系：
①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。
②一般地说，离体后的植物细胞的全能性在一定条件下可充分体现。
③离体的动物细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性可借助卵细胞的细胞质体现出来。
④未离体的细胞的全能性不能表达，只是在机体的调控下进行定向分化。
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植物组织培养的基本过程及影响因素 2．植物组织培养的过程 过程名称 脱分化 过程 由外植体形成愈伤组织 由愈伤组织形成再分化 幼苗或胚状体结构 营养生长 生殖生长 发育成完整的植物体 形成体特点 排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团 有根、芽或有生根发芽的能力 由根、茎、叶、花、果实、种子组成 ①离体 ②提供营养物质(有机物、无机物) ③提供激素 ④提供其他适宜条件 栽培 条件 3.MS培养基中各成分的作用 成分 微量和大量元素 蔗糖 甘氨酸、维生素、烟酸、肌醇等 作用 提供植物细胞生活所必需的无机盐 提供碳源，维持细胞渗透压 满足离体植物细胞在正常代谢途径受一定影响后所产生的特殊营养需求 4.植物激素在组织培养过程中的重要作用 (1)在配制好的MS培养基中，常常需要添加植物激素。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。
(2)激素使用的先后顺序及其用量的比例对细胞分裂和分化的影响。 ①激素使用的先后顺序产生的影响：
使用顺序 先使用生长素，后使用细胞分裂素 先使用细胞分裂素，后使用生长素 同时使用 ②激素用量比例产生的影响： 生长素/细胞分裂素比值 比值高时 比值低时 比值适中 结果 促根分化，抑芽形成 促芽分化，抑根形成 促进愈伤组织的形成
[典题通关]
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：
实验结果 有利于细胞分裂，但细胞不分化 细胞既分裂也分化 分化频率提高 - 4 -
①②
外植体――→愈伤组织――→芽、根―→植株
请回答：
(1)微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取________作为外植体，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__________________________________
_____________________________________________________。
[技巧点拨] (1)无病毒植株的培育是植物组织培养技术在作物育种方面的重要应用，所选择的材料应不含有病毒。
(2)MS培养基的配方中无植物激素，但植物组织培养过程需要植物激素的调节，所以在配制好MS培养基之后要加入植物激素。
(3)生长素/细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化而抑制芽的形成，比值低时有利于芽的分化而抑制根的形成。
[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，甚至无病毒。(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)生长素用量比细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化，比值高时，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
(1)如果通过植物组织培养，要从愈伤组织中提取某种成分，则生长素和细
胞分裂素的使用顺序该是怎样的？
(2)为什么用于植物组织培养的材料一般是幼嫩的茎组织？
提示：(1)先使用生长素后使用细胞分裂素，这样有利于细胞分裂但细胞不分化。 (2)因为幼嫩的茎组织中的细胞具有较强的细胞分裂与分化的能力。
1．科学家将胡萝卜根韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入特定的培养基中培养，获得了许多完整的植株，此过程依据的原理和技术是( )
A．细胞的分裂和细胞工程 B．细胞的分化和基因工程
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