【課件】通過植物組織培養(yǎng)可獲得完整植株課件高二下學期生物浙科版選擇性必修3

2.1通過植物組織培養(yǎng)可獲得完整植株從社會中來

“其芽葺葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨夫花開,凝晴瀼露,萬態(tài)千妍,薰風自來,四坐芬郁,豈非入蘭室乎!豈非有國香乎!”這是我國歷史上第一部蘭譜——《金漳蘭譜》（宋·趙時庚）中對蘭花的一段描述。從古至今，我國人民都把蘭花看作高潔、典雅的象征，很多人喜歡蘭花。但是蘭花種子通常發(fā)育不全，在自然條件下萌發(fā)率極低；傳統(tǒng)分株繁殖的方法又存在繁殖周期長，繁殖率低等問題，如果靠自然繁殖，蘭花的價格可想而知了。如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢？

蘭花是觀賞植物中最常見的一類依靠植物組織培養(yǎng)繁育種苗的植物，其組培苗的數(shù)量約占觀賞植物組培苗總量的40%利用植物組織培養(yǎng)技術可以大量、快速地培育蘭花。一、植物細胞的全能性使離體組織發(fā)育成完整植株成為可能

1958年，美國科學家斯圖爾德（F.C.Steward）等利用胡蘿卜根的韌皮部細胞獲得了可育的胡蘿卜新植株。為什么可以用高度分化的細胞、組織培育出完整的植株呢？其中的理論依據(jù)是什么？1.細胞的全能性已分化的細胞仍然具有發(fā)育成完整生物體的潛能①概念②原因生物體的每一個細胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全套基因。③全能性表達的條件離體培養(yǎng)培養(yǎng)基適宜的培養(yǎng)條件溫度、空氣、PH、不同光照等除含有一定的營養(yǎng)物質(zhì)外還要添加一定的植物激素無菌離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細胞被稱為外植體。2.植物組織培養(yǎng)的一般過程外植體脫分化愈傷組織再分化新植株離體條件下，已分化的細胞經(jīng)過誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程細胞排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定型狀態(tài)的薄壁細胞脫分化愈傷組織再分化愈傷組織在一定條件下，可重新分化為各種類型的細胞，進而形成芽或根等，再生出新的植株脫分化和再分化的比較項目脫分化再分化過程

實質(zhì)形成體的特點條件離體器官、組織或細胞→愈傷組織愈傷組織→幼苗或胚狀體細胞恢復分裂能力基因選擇性表達相對沒有分化的排列疏松、高度液泡化的薄壁細胞團形成芽和根的頂端分生組織,并再生出新植株離體、適宜的營養(yǎng)物質(zhì)、適當?shù)闹参锷L調(diào)節(jié)劑,避光離體、適宜的營養(yǎng)物質(zhì)、適當配比的植物生長調(diào)節(jié)劑,需光3.離體組織發(fā)育成完整植株的途徑莖尖或帶芽的莖段外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽器官胚狀體再生植株器官發(fā)生途徑胚胎發(fā)生途徑新植株生芽—叢狀苗—生根二、離體植物器官、組織和細胞需在適宜條件下方可發(fā)育成完整的植株植物組織培養(yǎng)中細胞表現(xiàn)出全能性的條件（1）離體（最關鍵）（2）嚴格的無菌條件（3）適宜的培養(yǎng)條件（4）適宜濃度和比例的激素（5）一定的營養(yǎng)條件①對操作環(huán)境、雙手、外植體進行消毒；②對培養(yǎng)基和器械進行滅菌；③接種操作必須在酒精燈火焰旁進行；①溫度（例如菊花植物組織培養(yǎng)應為18-22℃）；②光照（例如脫分化需避光，再分化需照光）；*若細胞不離體，細胞中的基因會選擇性地表達，從而形成生物體的不同組織和器官，不能表現(xiàn)出全能性；二、離體植物器官、組織和細胞需在適宜條件下方可發(fā)育成完整的植株1.培養(yǎng)基（1）作用（2）成分能為離體植物材料提供適宜的營養(yǎng)條件微量元素、大量元素有機成分植物激素無機鹽為植物提供必需的礦質(zhì)元素種類作用作用種類糖類、氨基酸、維生素等糖類既可作為碳源和能源物質(zhì)，又參與維持培養(yǎng)基的滲透壓。維生素以輔酶形式參與細胞代謝活動等作用種類調(diào)控細胞的脫分化和再分化過程生長素類，如NAA；細胞分裂素類，如BA二、離體植物器官、組織和細胞需在適宜條件下方可發(fā)育成完整的植株“激素杠桿”：生長素類/細胞分裂素類，比值大時，有利于根的形成；比值小時，則促進芽的形成。比值適中時，促進愈傷組織的形成。二、離體植物器官、組織和細胞需在適宜條件下方可發(fā)育成完整的植株2.最廣泛使用的植物培養(yǎng)基——MS培養(yǎng)基根據(jù)不同的培養(yǎng)類型、植物不同的營養(yǎng)需求，可設計不同的培養(yǎng)基配方（1）MS培養(yǎng)基母液配制為減少每次配制培養(yǎng)基的麻煩，同時也為了減少稱量微量試劑時的誤差，一般將試劑配成比所需濃度大10-100倍的母液，放在冰箱中備用。二、離體植物器官、組織和細胞需在適宜條件下方可發(fā)育成完整的植株2.最廣泛使用的植物培養(yǎng)基——MS培養(yǎng)基（2）用母液配制MS固體培養(yǎng)基（1）MS培養(yǎng)基母液配制主要步驟：①混合各種母液。根據(jù)配制的培養(yǎng)基用量，計算MS培養(yǎng)基各種母液以及激素NAA、6-BA母液的用量，用移液器定量吸取各種母液置于燒杯中混合。②配制瓊脂蔗糖溶液：按照30g/L和6-7g/L的用量分別稱取蔗糖和瓊脂。③根據(jù)培養(yǎng)基的量，將定量的瓊脂糖溶液加入各種母液的混合液中，充分混合。④調(diào)整pH。⑤分裝和滅菌：將配制好的培養(yǎng)基分裝到三角瓶，封上封口膜，注明培養(yǎng)基類型、配制日期等。將分裝的培養(yǎng)基進行高壓蒸汽滅菌，1kg/cm2壓力、121℃下保持約20min即可。三、植物組織培養(yǎng)通過多種途徑有效地提高生產(chǎn)效率1.快速繁殖植物（1）初代培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)（2）離體繁殖和克隆植物（3）優(yōu)點①可以高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖；②可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。（4）實例：

一些優(yōu)良的觀賞植物、經(jīng)濟林木、無性繁殖作物和瀕危植物等。鐵皮石斛的工廠化生產(chǎn)2.植物脫毒（1）適用對象：被病毒感染的無性繁殖的作物。（2）選材部位和原因：植物的生長點附近病毒濃度很低甚至無病毒。（3）方法：切取莖尖進行組織培養(yǎng)，再生的植株就可能不帶病毒，從而獲得“脫毒苗”。（即莖尖組織培養(yǎng)技術）脫毒馬鈴薯田與被病毒感染未脫毒馬鈴薯葉片（4）實例：馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等?！懊摱尽迸c“抗毒”不同3.生產(chǎn)人工種子（1）方法：將植物離體培養(yǎng)產(chǎn)生的體細胞胚、芽、愈傷組織等包埋在含有營養(yǎng)成分和保護功能的物質(zhì)中。人工種子的結構（2）優(yōu)點：不受季節(jié)限制，可以大量、快速繁殖優(yōu)良品種，對于生育周期長、育性不良且難于有性繁殖的植物，具有重要意義。4.細胞代謝產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)利用植物細胞、組織培養(yǎng)來獲得有價值的天然產(chǎn)物

不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制，因此對于社會、經(jīng)濟、環(huán)境保護具有重要意義。紫草寧、紫杉醇、人參皂苷的植物細胞工程產(chǎn)品（1）原理：（2）優(yōu)點：（3）實例：5.作物新品種的培育（1）細胞突變體的篩選①原理：在植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此容易受到培養(yǎng)條件和誘變因素（如射線、化學物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。②過程：外植體脫分化愈傷組織再分化突變體篩選培育新品種誘變處理④實例：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等。③原理：基因突變和植物細胞的全能性。（2）單倍體育種秋水仙素處理，染色體數(shù)加倍花藥離體培養(yǎng)單倍體植株正常純合體植株①過程脫分化愈傷組織再分化②原理：染色體（數(shù)目）變異、植物細胞的全能性。③實例：我國培育的單育1號煙草是世界上第一個單倍體作物新品種1.原理①植物細胞一般具有全能性②基本過程外植體叢狀苗新植株發(fā)芽培養(yǎng)基生根培養(yǎng)基菊花組織（帶芽）叢狀苗生根苗健壯后長成植株2.材料用具①外植體：幼嫩的菊花莖段(容易誘導形成愈傷組織)②體積分數(shù)為75%的酒精：對手、超凈工作臺、外植體進行消毒③質(zhì)量分數(shù)為10%左右的次氯酸鈉溶液（0.1%氯化汞）：對外植體進行消毒⑤無菌水:清洗外植體⑥培養(yǎng)基蔗糖的作用：提供能量，調(diào)節(jié)滲透壓滅菌方法為：高壓蒸汽滅菌法④洗滌靈稀釋液:對外植體進行消毒3.方法步驟（1）消毒①接種室和超凈工作臺用75%酒精擦拭③外植體:洗滌靈稀釋液浸泡2min

→流水沖洗→75%酒精消毒30s→立即用無菌水清洗2～3次→10%次氯酸鈉溶液(0.1%氯化汞溶液）處理5～7min→立即用無菌水清洗2～3次。（2）分割外植體

用火焰滅菌后冷卻的鑷子和剪刀等器具在無菌紙上將菊花枝條切割為1cm左右的莖段，每一莖段至少帶有一個芽.②雙手和超凈工作臺臺面:用紫外燈照射（3）接種外植體

在酒精燈火焰旁，用灼燒后冷卻的鑷子夾取莖段插入培養(yǎng)基中，每瓶可放入1～3個莖段。瓶口封上封口膜，并在培養(yǎng)瓶上作好標記。注意：接種時注意外植體的方向，不要倒插?。?）培養(yǎng)

將接種后的材料置于18～25℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每天光照10～12h，定期觀察和記錄外植體的生長情況，直至得到菊花小植株。（5）菊花試管苗的生根培養(yǎng)

在無菌紙上將試管苗分割成單株→將其接種在生根培養(yǎng)基上，每瓶4～5顆→將培養(yǎng)瓶置于20～28℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每天光照10～12h→2～3星期后，試管苗長出健壯根系。注意：該過程每日需要給予適當時間和強度的光照?。?）菊花試管苗的移栽

移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長幾日。用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到滅菌過的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再移栽入土。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時澆水、施肥，直至開花。討論1.不同植物、不同組織的生根和生芽是否都可使用與本實驗相同的生長素和細胞分裂素濃度？2.本實驗用人工合成的激素，而不用植物中存在的天然激素，這是為什么？3.你所選用的外