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植物组织培养


第二节 植物组织培养
学习目标 1、知道全能性的概念及其表达 、 2、说出植物组织培养的过程,正确理解脱分 、说出植物组织培养的过程, 化再分化的原理条件。 化再分化的原理条件。 3、会运用植物组织培养技术解决生活和生产 、 中的具体问题

植 物 细 胞 工 程

所采用技术的 理论基础

植物细胞的全能性



通常采用的 技术手段

植物组织培养 植物体细胞杂交

(一) 细胞的全能性
1、概念 、 2、原因 、 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个 体的潜能的特性,叫做细胞的全能性。 体的潜能的特性,叫做细胞的全能性。 从理论上讲, 从理论上讲,每个细胞都包含该物种的全部遗 传物质, 传物质,所以每个活细胞都应具有全能性 。

3、全能性的比较 、 受精卵 1)
2)受精卵 ) 自然发育) 的全能性最高 (自然发育 自然发育



生殖细胞 > 体细胞

(蜜蜂的孤雌生殖 单倍体玉米等 蜜蜂的孤雌生殖,单倍体玉米等 蜜蜂的孤雌生殖 单倍体玉米等) 3)植物细胞全能性一般比动物细胞 )植物细胞全能性一般比动物细胞________ 强 4)分化程度越高 全能性越 低 分化程度越高,全能性越 分化程度越高 全能性越______ 高度分化的动物体细胞的全能性受到限制,只有细胞核具有全能性 高度分化的动物体细胞的全能性受到限制 只有细胞核具有全能性 (如,克隆羊培育 克隆羊培育) 如 克隆羊培育

4.细胞表现出全能性的条件 4.细胞表现出全能性的条件 ? 离体状态 ? 有一定营养物质、激素和其他外界条件(适宜条件 有一定营养物质、激素和其他外界条件 适宜条件 适宜条件) 思考讨论:为什么体内细胞没有表现出全能性, 思考讨论:为什么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? 而是分化成为不同的组织、器官? 基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。 基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。 在特定空间和时间条件下选择性表达的结果 在个体发育的不同时期,生物体不同部位的细胞表达的 在个体发育的不同时期,生物体不同部位的细胞表达的 不同时期 不同部位 基因是不同的,合成的蛋白质也不一样, 基因是不同的,合成的蛋白质也不一样,从而形成了不 同的组织和器官。 同的组织和器官。

1、有关全能性的表述中,不正确的是( 、有关全能性的表述中,不正确的是( ) A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体, A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体,因此 全能性最高 B.生物体内细胞由于分化全能性不能表达 B.生物体内细胞由于分化全能性不能表达 C.卵细胞和受精卵一样 细胞未分化, 卵细胞和受精卵一样, C.卵细胞和受精卵一样,细胞未分化,全能性很高 D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 2、在一个生物体内,细胞没有表现出全能性,原因是 在一个生物体内,细胞没有表现出全能性, ( ) A.细胞失去了全能性 A.细胞失去了全能性 B.细胞中的基因部分丢失 B.细胞中的基因部分丢失 C.细胞中的基因选择性表达 C.细胞中的基因选择性表达 D.细胞中的基因变异不同 D.细胞中的基因变异不同

C

C

(二)植物组织培养
1、概念 离体的植物器官 组织、细胞, 植物器官、 将离体的植物器官、组织、细胞,在无菌和人工控 制的条件下,培养在人工控制的培养基上 培养在人工控制的培养基上, 制的条件下 培养在人工控制的培养基上,给予适宜的 培养条件,使其增殖、生长、发育最终形成完整的植 培养条件,使其增殖、生长、发育最终形成完整的植 株。 2、理论基础: 细胞的全能性 理论基础:

必要条件: 必要条件:
细胞离体、一定的营养物质、 细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件 含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无 含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、 菌环境、适合的PH 适时光照等。 PH、 菌环境、适合的PH、适时光照等。

植物组织培养的培养基
? 定义:含有一定营养成分,供组织培养植物生长的基质。 定义:含有一定营养成分,供组织培养植物生长的基质。 培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质, 培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质, 如矿质元素、糖类、维生素等。 如矿质元素、糖类、维生素等。 ? 无机营养成分:C,H,O大量元素及部分微量元素 无机营养成分: ? 有机营养成分 物质: ① 含N物质:包括维生素和氨基酸 碳源:2%—5%的蔗糖 ② 碳源:2%—5%的蔗糖 琼脂: ③ 琼脂:起支持作用 植物激素:生长素, ④ 植物激素:生长素,细胞分裂素和赤霉素 ? PH值:5.0-6.0 PH值 5.0-

3、植物组织培养过程 、
外植体 脱分化 再分化

离体 植物 细胞
脱分化

愈伤组 织

胚状体

根芽

植物体

核 心
再分化

由高度分化的植物器官、 由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈 伤组织的过程,称为植物细胞的脱分化。 伤组织的过程,称为植物细胞的脱分化。 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, 新分化成根或芽等器官,这一过程称为植物细 胞的再分化。 胞的再分化。

? 愈伤组织 愈伤组织------离体的植物器 离体的植物器 官、组织或细胞,在培养一 组织或细胞, 段时间以后,通过细胞分裂, 段时间以后,通过细胞分裂, 细胞分裂 形成一种高度液泡化、 形成一种高度液泡化、无定 高度液泡化 形状态薄壁细胞组成的排列 状态薄壁细胞组成的排列 薄壁细胞组成的 疏松无规则的组织。 疏松无规则的组织。 的组织

切取 移栽

接种

愈伤组织的形成

培养室

试管苗的形成

操作过程需要注意什么事项? 操作过程需要注意什么事项?
(1)成功的关键是避免微生物的污染,确保无菌。 成功的关键是避免微生物的污染,确保无菌。 外植体灭菌消毒 根尖、 灭菌消毒( 嫩叶、种子、花粉等) 外植体灭菌消毒(根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等) 器械消毒 器械消毒 整个试验在超净工作台上进行,过程中保持无菌 保持无菌! 整个试验在超净工作台上进行,过程中保持无菌! (2)影响植物细胞再分化的因素(探究) 影响植物细胞再分化的因素(探究) 外植体的遗传特征 取材的位置会影响愈伤组织的再分化能力。 的遗传特征、 外植体的遗传特征、取材的位置会影响愈伤组织的再分化能力。 培养基的成分和物理性质会对器官的发育有一定的影响 的成分和物理性质会对器官的发育有一定的影响, 培养基的成分和物理性质会对器官的发育有一定的影响,但 起决定作用的是植物激素,特别是生长素 细胞分裂素的配比。 生长素和 起决定作用的是植物激素,特别是生长素和细胞分裂素的配比。 培养环境中的光照和温度也会影响愈伤组织的分化能力 中的光照 也会影响愈伤组织的分化能力。 培养环境中的光照和温度也会影响愈伤组织的分化能力。 (3)愈伤组织的再分化方式常见的有两种: 愈伤组织的再分化方式常见的有两种: 不定芽方式和胚状体方式

4、植物组织培养的应用
(1)、 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术. 特点: 保持优良品种的遗传特性; 高效快速地实现种苗的大量繁殖.

试管苗大规模培养

(2).培养无病毒植株 培养无病毒植株 (1)材料: 植物分生组织的生长点细胞 (2)优点: 产量大,可减少农药的使用量 节约成本 环保. 产量大 可减少农药的使用量,节约成本 环保 可减少农药的使用量 节约成本,环保

(3)、生产植物产品 、

紫草

愈伤组织

紫草素

愈伤组织在一定条件下处理能获得细胞产物. 愈伤组织在一定条件下处理能获得细胞产物 所以,培养至愈伤组织阶段即可生产细胞产品 所以 培养至愈伤组织阶段即可生产细胞产品

(4).制造人工种子 制造人工种子 (1)特点 生长周期短、便于储藏和运输 特点: 生长周期短、 特点 后代无性状分离(保持杂种优势) 后代无性状分离(保持杂种优势) 不受气候,季节和地域限制 不受气候 季节和地域限制 (2)结构 结构: 结构 人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽. 人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽

植物组织培养和动物细胞培养的比较
比较项目 原理 培养基性质 植物组织培养 细胞的全能性 固体培养基 动物细胞培养 细胞增殖 液体培养基 葡萄糖 动物血清 细胞株、 细胞株、细胞系 获得细胞或 细胞产物

培养基特有成分 蔗糖 植物激 素 培养结果 植物体 培养目的 快速繁殖、 快速繁殖、培 育无病毒植株

1、下列不能作为植物组织培养的材料是( 下列不能作为植物组织培养的材料是( A、秋海棠的叶 C、成熟的花粉

D

)

B、马铃薯的块茎 D、木质部中的导管细胞

2、在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组 在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组 的过程中,下列哪一项条件是不需要的 不需要的? 织的过程中,下列哪一项条件是不需要的? D ( ) A、适宜的营养物质 B、适宜的温度

D、适宜浓度的生长激素 3、C、消毒灭菌 某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。 某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止 性状分离并快速繁殖, 性状分离并快速繁殖,可以利用该植物的一部分器官或组 织进行离体培养,发育出完整的植株。进行离体培养时不 织进行离体培养,发育出完整的植株。进行离体培养时不 采用该植株的( 应采用该植株的( D ) A、茎尖 B、子房壁 C、叶片 D、花粉粒

理综II 若采用植物组织培养技术,从上述F1 II) F1番茄叶片 (07 理综II)若采用植物组织培养技术,从上述F1番茄叶片 取材制备人工种子、繁殖种苗,其过程可简述为如下5个步骤: 取材制备人工种子、繁殖种苗,其过程可简述为如下5个步骤: 番茄 a 叶组 b 织块 叶片
e

愈伤 c 有 生 根 发 芽 能 力 d 组织 的胚状结构

人工 种子

种苗

上述过程中去分化发生在第________步骤, 上述过程中去分化发生在第________步骤, ________步骤 b

c 再分化发生在第_______步骤, 再分化发生在第_______步骤, _______步骤
从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞 全能性 具有__________________________ 具有__________________________

(07江苏) (07江苏)很久以前科学家在土壤中发现了某种细菌能制造一 江苏 种对昆虫有毒的蛋白质, 种对昆虫有毒的蛋白质,当时许多人就想把编码这一蛋白质的 基因(抗虫基因)转移到农作物中, 基因(抗虫基因)转移到农作物中,以降低昆虫对农作物造成的 危害。20世纪90年代 世纪90年代, 危害。20世纪90年代,美国科学家采用基因工程技术首次培育 出抗虫玉米新品种。下图为这一转基因玉米的主要培育过程。 出抗虫玉米新品种。下图为这一转基因玉米的主要培育过程。 (1)获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基 (1)获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基 因外, 因外,还可以 人工合成 。将目的基因与运载体结合时必须 同种限制酶和DNA连接酶。在基因工程中,常用的运载体有 酶和DNA连接酶。在基因工程中, DNA连接酶 用 质粒(或动植物病毒或噬菌体等 或动植物病毒或噬菌体等) 质粒 或动植物病毒或噬菌体等 ________________等 _____ ________________等,而作为运载体必须具备相应的条 以便进行筛选。 件,例如应具有 标记基因 以便进行筛选。 (2)由转基因玉米细胞经过脱分化(或去分化 形成愈伤组织, (2)由转基因玉米细胞经过 脱分化 或去分化 形成愈伤组织,然后 或去分化) 发育成胚状体和试管苗。若要制备转基因玉米的人工种子, 发育成胚状体和试管苗。若要制备转基因玉米的人工种子,可 选择上述实验过程中的 胚状体 再包裹合适的人造种皮 等。

(07上海理综)某实验小组应用组织培养的原理和技术, (07上海理综)某实验小组应用组织培养的原理和技术,设计了一 上海理综 植物宝宝”,“植物宝宝 是生长在密闭容器中的微型植物, 植物宝宝” 种“植物宝宝”,“植物宝宝”是生长在密闭容器中的微型植物, 能生长开花,真可谓“缩灵动生命于微景之中” 能生长开花,真可谓“缩灵动生命于微景之中”。 (1)容器底部是培养基,其中含有植物生长所需的全部养分。如 (1)容器底部是培养基,其中含有植物生长所需的全部养分。 容器底部是培养基 果有人在配制培养基的矿质元素时使用了NH 果有人在配制培养基的矿质元素时使用了NH4NO3、KNO3、 鳌合铁溶液、微量元素溶液、 CaCl·2H2O、MgSO4·7H2O鳌合铁溶液、微量元素溶液、但缺少了 一种必需元素,为补充这种元素,应添加的化合物是( 一种必需元素,为补充这种元素,应添加的化合物是( ) C. A.Ca(NO3)2 B.KCl C.KH2PO4 D.K2SO4 C (2)“植物宝宝”制成后,要使其中的微型植物正常生长,容器 (2)“植物宝宝”制成后,要使其中的微型植物正常生长, 植物宝宝 外必须具备的条件是( 外必须具备的条件是( B ) 一定的光照②肥沃的土壤③充足的水分④ ①一定的光照②肥沃的土壤③充足的水分④适当的温度 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ (3)微型植物在密闭的容器里能长期正常呼吸 微型植物在密闭的容器里能长期正常呼吸, (3)微型植物在密闭的容器里能长期正常呼吸,是因为 植物能通过光合作用不断产生氧气 .

广东) 香蕉原产热带地区, (07 广东) 香蕉原产热带地区,是我国南方重要的经济作物之 广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响, 一。广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响,对香蕉生长发育影响 很大。由香蕉束顶病毒(BBTV,单链环状DNA病毒) DNA病毒 很大。由香蕉束顶病毒(BBTV,单链环状DNA病毒)引起的香蕉 束顶病,对香蕉生产的危害十分严重。 束顶病,对香蕉生产的危害十分严重。当前香蕉栽培品种多为 三倍体,由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式, 三倍体,由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式,缺少遗传变异 因此利用基因工程等现代科技手段提高其种质水平, 性,因此利用基因工程等现代科技手段提高其种质水平,具有 重要意义。 请根据上述材料,回答下列问题: 重要意义。 请根据上述材料,回答下列问题:

(1)简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程。 简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程。 选取香蕉外植体,通过诱导脱分化产生愈伤组织, 选取香蕉外植体,通过诱导脱分化产生愈伤组织, 然后通过调整植物激素比例,再分化形成芽和根, 然后通过调整植物激素比例,再分化形成芽和根,获得大 量试管苗(或通过诱导大量形成胚状体,制成人工种子, 量试管苗(或通过诱导大量形成胚状体,制成人工种子, 适宜条件下萌发长成幼苗)。 适宜条件下萌发长成幼苗)。 的方法, (2)脱毒香蕉苗的获得,可采用 )脱毒香蕉苗的获得, 的方法,此方法 的依据是 和 。 茎尖(分生组织)组织培养; 茎尖(分生组织)组织培养; 茎尖不带病毒 或病毒在植物体内分布不均匀); 植物细胞全能性。 (或病毒在植物体内分布不均匀); 植物细胞全能性。

自 我 整 理

1-5 DBBBA

66-10

BCAC BC

11.⑴ 11.⑴水,矿质元素,蔗糖,维生素,植物激素, 矿质元素,蔗糖,维生素,植物激素, 有机添加物(任答三种都给分) 有机添加物(任答三种都给分) (2)脱分化 有丝分裂 植株弱小, (3)再分化 单倍体 植株弱小,高度不育 (4)植物组织培养 细胞的全能性 12.( 12.(1)植物组织培养 全能性 (2)相同 相同 不同 蔗糖为生长、分化提供能量, (3)蔗糖为生长、分化提供能量,光促进细胞 分化( 分化(2分) 快速繁殖、 (4)快速繁殖、培育无病毒植株 制作人工 种子(或答生产药物、香料、色素等; 种子(或答生产药物、香料、色素等;转基因植 物的培育)( )(2 物的培育)(2分)

6、用植物组织培养技术,可以培育或生产出( D 用植物组织培养技术,可以培育或生产出( A、食品添加剂 C、人工种子 B、无病毒植物 D、A、B、C均是

)

7、不能人工诱导原生质体融合的方法是( 不能人工诱导原生质体融合的方法是( A、振动 B、电剌激 C、PEG试剂 PEG试剂

D



D、重压

8、植物细胞融合完成的标志的是( 植物细胞融合完成的标志的是( ) A、产生新的细胞壁 B、细胞膜发生融合 细胞核发生融合 C、细胞质发生融合 D、细胞核发生融合

A

1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是( B ) 关于愈伤组织形成过程的正确叙述是( A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果 C 、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D 、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果 2、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于细胞工 细胞工程是一门综合科学技术。 程( A) A、有性杂交 C、组织培养 B、体细胞杂交 D、细胞核移植

3、在生物体的所有细胞中,全能性最高的是 在生物体的所有细胞中, A、卵细胞 B、植物花粉 C、体细胞 D、受精卵

D

脱分化 脱分化 11、若用“① 、若用“① ② ③ 表示植物组织培养的过程。请回答: 表示植物组织培养的过程。请回答:

④”

离体的植物组织器官、 (1) ①表示 离体的植物组织器官、组织或细胞 ) , 被培养成为④ 被培养成为④的根本原因是 植物细胞具有全能性 (2) ②表示 愈伤组织 ,其细胞特点 ) 是 具有分生能力的薄壁细胞 。

植物组织培养应用举例( 植物组织培养应用举例(一)
脱分化 再分化

离体植 物细胞

愈伤组织

胚状体

根芽

植物体


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