1、第1节 植物的组织培养,1.说出植物组织培养的基本原理。 2.说出植物细胞全能性的概念、基础和条件。 3.简述植物组织培养技术的基本流程。 4.记住影响植物组织培养的因素。 5.说出生长素和细胞分裂素在植物组织培养中的作用。,一,二,一、植物组织培养 1.定义 植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下,将离体的植物器官、组织、细胞,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,最终诱导产生愈伤组织、丛芽或完整植株的技术。 2.基本过程 制备MS固体培养基外植体消毒接种培养移栽栽培 3.植物组织培养技术的意义 植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖,因此
2、植物组织培养技术也叫植物的微繁技术,或称为快速繁殖技术。,一,二,4.植物组织培养技术的应用 在农业上可用于作物脱毒苗培育、制备人工种子和单倍体育种等;工业上可以进行一些细胞产物的工厂化生产。 思考： 马铃薯长期种植,产量降低而且易感染病毒,要想提高马铃薯的产量,培育无病毒的马铃薯应该怎么做? 提示:研究发现,长期进行无性繁殖的植物,只有根尖和茎尖中几乎无病毒,因此可利用植物组织培养获得无病毒的马铃薯植株。,一,二,二、胡萝卜的组织培养 1.原理 植物体根、茎、叶的细胞一般都具有全能性,在一定的营养和 激素条件下,可以脱分化形成愈伤组织。这些愈伤组织生长一段时间后,转接到含有不同激素成分的培养
3、基上,就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽,进而发育成完整的植株。植物组织培养的全过程反映了植物细胞的全能性,证明分化的植物细胞仍具有形成完整植株所需要的全部基因。,一,二,2.方法步骤 (1)制备培养基:以MS培养基为基本培养基,设计并配制植物组织培养所需要的培养基,包括诱导培养基、继代培养基、分化培养基、生根培养基。 (2)灭菌:将上面的各培养基贴好标签并进行灭菌。 (3)组织培养:材料准备胡萝卜切段消毒切块接种培养转接、分化培养。 思考： 进行细胞产物的工厂化生产时,应将离体的植物体经组织培养至哪一阶段? 提示:应培养到愈伤组织阶段。,1.细胞分化与植物细胞的全能性 多细胞生物体一般是由一
4、个受精卵通过细胞的增殖和分化发育而成的。细胞分裂只能产生许多相同的细胞,只有经过细胞分化才能形成不同的组织,进一步形成各种器官、系统,从而完成生物的个体发育过程。当细胞分化开始时,受遗传因素和环境因素的调节,不同细胞中的不同基因会在特定的时间、空间被激活,即基因的选择性表达,进而产生了不同的组织,也就是在个体发育中相同细胞的后代,在形态、结构和生理功能上发生了稳定性差异细胞分化。一般来说,分化了的细胞将一直保持分化后的状态,直到死亡。,由于体细胞大多是通过有丝分裂繁殖而来的,一般情况下已经分化的细胞仍有一套和受精卵相同的染色体,含有与本物种相同的DNA分子。因此,已分化的细胞具有发育成完整新个
5、体的潜能,即全能性。在合适的条件下,有些分化的细胞具有恢复分裂、重新分化发育成完整新个体的能力。植物细胞的全能性比较强,动物细胞的全能性受到了限制,特别是一些高度特化的动物细胞,但它的细胞核中仍有保持物种遗传性的全部遗传物质,保持着全能性,例如已取得成功的克隆羊多莉。,2.愈伤组织 愈伤组织是通过细胞分裂形成的,排列疏松而无规则的,高度液泡化呈无定形状态的薄壁细胞。它容易与根尖、茎尖的分生组织发生混淆。可以通过下表比较根尖分生组织和愈伤组织的异同。,3.植物组织培养过程中污染的预防 污染就是指在组织培养过程中,培养容器内滋生菌斑,使培养材料不能正常生长发育,从而导致培养失败的现象。植物组织培养
6、不同于扦插、分根、叶插等常规无性繁殖,由于植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差,所以对培养条件的要求较高,对无菌操作的要求非常严格。 污染有两种可能:(1)由接种人员造成的,如未戴口罩,接种时说话,或手及器械消毒不严等。(2)由植物材料消毒不当造成的。 可以通过以下措施做好预防。,(1)防止外植体带菌。合理选择外植体采集时期和采集部位。外植体采集以春、秋季为宜,优先选择地上部分作为外植体,采集时间一般选择在晴天的下午,应避免在阴雨天采集外植体,采集前应喷杀虫剂、杀菌剂或套塑料袋。外植体消毒。在室内或无菌条件下进行预培养。 (2)保证培养基及接种器具彻底灭菌。培养基分装时,注射器勿与瓶接触
7、,培养基勿粘瓶口;检查封口膜是否有破损;扎瓶口要位置适当、松紧适宜;保证灭菌时间和高压锅内温度适当;接种工具使用前彻底灭菌;工作服、口罩、帽子等布质品定期进行湿热灭菌。 (3)操作人员严格遵守无菌操作规程。如一定要规范着装,操作过程中不说话等。 (4)保证接种与培养环境清洁。污染瓶经高压灭菌后再清洁;接种环境定期熏蒸消毒、紫外灯照射或用臭氧灭菌和消毒;定期对培养室消毒。,特别提醒对外植体进行表面消毒时,既要考虑到药剂的消毒效果,又要考虑到植物的耐受力。不同药剂、不同植物材料,甚至不同器官要区别对待。消毒用过的有毒药品应收集后统一交给有关专业部门处理,以免引起环境污染。 一旦发现培养材料被污染,
8、特别是真菌性污染,一定不要打开培养瓶。应先将所有被污染的培养瓶统一放在高压蒸汽灭菌锅中灭菌后,再打开培养瓶进行清洗。,题型一,题型二,题型三,细胞的全能性 【例题1】 下列实例中能体现细胞全能性的是( ) 用培养基将单个胡萝卜细胞培养成了可育的植株 植物用种子进行繁殖 用烟草组织中的单个细胞培育出了可育的完整植株 A. B. C. D. 解析:和都属已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,实际上是由一个受精卵,通过细胞的增殖和分化发育成新个体,是由未经分化的细胞(受精卵)发育成新个体的过程,不能体现细胞的全能性。 答案:B,题型一,题型二,题型三,植物细胞表
9、达全能性的条件 【例题2】 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.脱离母体后的具有完整细胞核的细胞或组织,给予适宜的营养和外界条件 D.将成熟筛管细胞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、激素和其他适宜的外界条件的作用下,植物细胞就可以表现出全能性。 答案:C,题型一,题型二,题型三,反思领悟植物细胞表达全能性的条件:一是离体的组织或细胞;二是需要一定的激素、营养及其他适宜条件;三
10、是具有完整细胞核的细胞。,题型一,题型二,题型三,植物组织培养的过程及影响因素 【例题3】 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。运用微繁技术可以培育出无病毒幼苗。草莓快速繁殖的基本过程如下: 外植体 愈伤组织 芽、根 植株 请回答下列问题。 (1)微繁技术培育无病毒草莓时,一般选取 作为外植体,其依据是 。 (2)在过程中,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25 d,若发现外植体边缘局部污染,原因可能是 。 (3)在过程中,愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成
11、根,但分化出了芽,其原因可能是 。,题型一,题型二,题型三,解析:(1)培养无毒幼苗时常选取根尖或茎尖部位作为外植体,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生长调节剂。植物组织培养也应注意无菌操作。 (3)生长素用量与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 植物生长调节剂 外植体消毒不彻底 (3)培养基中生长素用量与细胞分裂素用量的比值偏低,1,2,3,4,5,1.植物组织培养技术
12、的理论基础是( ) A.植物细胞的完整性 B.植物细胞的多样性 C.植物细胞的全能性 D.植物细胞杂交 答案:C,1,2,3,4,5,2.下列有关植物组织培养的叙述,错误的是( ) A.植物组织培养的原理是细胞的全能性 B.主要包括脱分化和再分化两个阶段 C.外植体形成愈伤组织的过程需要阳光 D.植物组织培养的过程中要求无菌操作 答案:C 解析:植物组织培养是指离体的植物细胞、组织或器官在无菌操作下经脱分化和再分化形成完整植物体的过程,其原理是植物细胞的全能性。在脱分化形成愈伤组织的过程中,需要避光培养,因为在无光条件下愈伤组织长得更快。,1,2,3,4,5,3.下列关于接种时应注意的事项,全
13、部正确的是( ) 接种室要消毒 无菌操作 接种时可以谈话 外植体如茎段、茎尖可随机放入培养基 接种时要防止交叉污染 接种完立刻盖好瓶口 A. B. C. D. 答案:D 解析:整个接种过程必须在无菌条件下进行,为防止呼吸产生污染,操作过程应禁止谈话,并戴口罩;接种的外植体放入培养基时注意将形态学下端插入,而且分布均匀,以保证必要的营养和光照条件。,1,2,3,4,5,4.下列关于细胞分化的叙述,错误的是( ) A.细胞分化是一种持久性的变化,它发生在生物体的整个生命过程中 B.细胞分化在胚胎时期达到最大限度 C.随着细胞分化的进行,细胞中的遗传物质种类会发生变化 D.高度分化的动物细胞的细胞核
14、保持着全能性 答案:C 解析:细胞分化不会使遗传物质种类发生变化,它的实质是遗传物质在时间和空间上的选择性表达。,1,2,3,4,5,5.辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如图所示。(1)图中和分别表示辣椒组织培养中细胞的 和 过程。 (2)图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是 。培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值 (填“高”或“低”)时,有利于芽的分化。对培养基彻底灭菌时,应采取的灭菌方法是 。 (3)图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是 。用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时,常用的酶是 和纤维素酶。,1,2,3,4,5,答案:(1)脱分化 再分化 (2)琼脂 低 高压蒸汽灭菌 (3)70% 果胶酶 解析:(1)将外植体培养成愈伤组织,属于脱分化过程,再生根、芽为再分化过程。(2)固体培养基的凝固剂多为琼脂。生长素低于细胞分裂素时有利于芽的分化。高压蒸汽灭菌可以杀死培养基中的一切细胞、芽孢、孢子。(3)体积分数为70%的酒精可以杀死外植体表面的微生物。植物细胞间质为果胶和纤维素,可以用果胶酶和纤维素酶使愈伤组织分散为单个细胞。,
