第一节 植物快速繁殖技术
一、植物组织培养简介
1．理论基础：植物细胞的全能性。
(1)愈伤组织的特点：细胞是一种高度液泡化的薄壁细胞，呈无定形状态，排列疏松而无规则，具有很强的分生能力。
(2)脱分化：由高度分化的细胞重新恢复到未分化的状态。
(3)再分化：愈伤组织在适当的人工培养基上继续培养又可以重新分化成芽、根等器官，进而发育成一棵完整的植株。
3．培养基
(1)成分：除含外植体所需的各种营养物质外，还需添加生长素和细胞分裂素两种植物激素。
(2)类型：据外植体在不同发育阶段的要求，需配制“脱分化培养基”、“生芽培养基”、“生根培养基”。
二、月季的快速繁殖程序
1．配制培养基
先将各种营养成分按比例配制成MS培养基母液，再利用母液配制所需的三种培养基。
(1)脱分化培养基：母液中加入质量浓度为0.1 mg/L的6－BA和IAA。
(2)生芽培养基：去掉脱分化培养基中的IAA即可。
(3)生根培养基：无机盐浓度为MS的，另外添加质量浓度均为0.1 mg/L的NAA和IAA。
2．外植体消毒
清水洗净→体积分数为70%的酒精浸5 s→质量分数为2%的次氯酸钠溶液中浸泡6 min～10 min→用无菌水清洗至少3次，漂净消毒液→用无菌滤纸吸干。
3．接种：将已消毒的月季嫩茎接种到脱分化培养基上，使嫩茎的形态学下端接触培养基。
4．培养：接种后的锥形瓶放在恒温培养箱中培养，将愈伤组织接种到生芽培养基上，每天用日光灯光照12 h，培养10 d左右长出小芽，小芽继续长成枝条。待枝条长到3 cm左右时，将它切下后插在生根培养基上诱导生根。
5．驯化试管苗
6．移栽
预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中
一、植物组织培养
1．原理——细胞的全能性
(1)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。
2．过程
植物组织(外植体)或细胞愈伤组织
根芽―→植物体
3．培养基
(1)脱分化培养基：生长素与细胞分裂素比例适中。
(2)生芽培养基：生长素与细胞分裂素比例偏低。
(3)生根培养基：生长素与细胞分裂素比例偏高。
二、试管苗的培养过程中应注意的问题
1．培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，然后进行生根培养，如果顺序颠倒，先诱导生根，就不好诱导生芽了。
2．试管苗应该进行见光培养。
3．试管苗一般在高湿、弱光、恒温下异养生长，出瓶后一定要保温、保湿。
4．试管苗光合作用能力低，在移栽前给予较强光照闭瓶炼苗，以促进小苗向自养转化。
为提高玉米产量，科学家在育种和栽培中进行大量实验研究。下面是科学家关于玉米培养的实验过程，请回答：
玉米种子―→幼苗―→取茎尖①
②―→移栽
(1)选取玉米幼苗茎尖进行脱分化处理，是因为茎尖细胞_________________。
(2)①表示________，它能被再次培养成为幼苗的根本原因是___________。
【审题导析】 解答此题应注意：(1)掌握植物组织培养的过程，(2)了解各步骤的注意事项，(3)了解植物组织培养的应用。
【精讲精析】 茎尖细胞是具有旺盛分裂能力的细胞，更容易通过培养表达出全能性，同时由于细胞刚刚分裂产生，还没有被病毒或细菌感染，可以直接培养出无病毒植株。植物组织培养的原理是细胞具有全能性。在人工种子的制作中，必须培养到具有根、芽分化的胚状体方可进行，而要获取细胞代谢产物则应在愈伤组织阶段。
【答案】 (1)分裂旺盛且没有被病毒或细菌感染
(2)愈伤组织 植物细胞具有全能性
(3)② ①
植物组织培养技术的应用
(1)快速繁殖、培养无病毒植株。病毒在植株上的分布是不均匀的，老叶、老的组织和器官中病毒含量高，幼嫩的未成熟的组织和器官中病毒含量较低，茎尖、根尖生长点几乎不含病毒或病毒较少。
(2)组织培养除了在农业上的应用外，目前世界各国都在重视另一个方面，即有用化合物的工业化生产。有用化合物包括药物、橡胶、香精油、色素……这些化合物许多都是高等植物的次生代谢物。
(3)制作“人工种子”。所谓“人工种子”，是指以胚状体为材料，经过人工薄膜包装的种子。在适宜条件下它能萌发长成幼苗。
(4)转基因植物的培养也要利用植物组织培养技术。
1．利用植物的茎尖或叶片、茎段等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株，这种技术可以用来培育植物新品种，可以在较短的时间内大量繁殖植物，可以防止病毒的侵害。下列关于这种技术的叙述，正确的是( )
①这种技术利用了植物细胞的全能性
②这种技术叫做组织培养，可以克隆生物体
③这种技术属于细胞工程的应用领域之一
④这种技术是一种无性繁殖的方式
A．① B．①②③
C．①② D．①②③④
【答案】 D
植物组织培养的培养基中加有激素。下表是培养基中两种植物激素在不同比例时的实验结果。请分析回答：(其中6－BA是一种细胞分裂素，IAA是一种生长素)
(1)促进愈伤组织产生的条件是________，愈伤组织生长的条件是________。
(2)芽的分化条件是______，根的分化条件是________。
(3)在植物组织培养中，脱分化可用的激素组合是实验________和实验________中的激素含量关系，再分化时可用的激素组合是实验________和实验________中的激素含量关系。整个实验表明，植物的生根、发芽等生命活动是________的结果。
(4)植物组织培养的培养基中，除激素外，还必须含有______，它的成分至少应该含有______、______等。
(5)判断愈伤组织的依据是_____________________________。
【审题导析】 (1)根据实验结果寻找条件，判断不同组织分化所需的条件。(2)掌握植物组织培养的条件。
【精讲精析】 从表中数据可以看出，只有靠细胞分裂素和生长素的共同作用及适当的比例，才能使组织培养过程顺利进行。培养基中必须具备植物激素、无机物(矿质元素)、有机物等营养物质。而愈伤组织的特点是细胞排列疏松而无规则，呈无定形状态。
【答案】 (1)必须有细胞分裂素 细胞分裂素和生长素含量相等
(2)细胞分裂素的含量大于生长素 生长素的含量大于细胞分裂素
(3)1 3 2 4 多种激素共同作用
(4)营养物质 无机物(矿质元素) 有机物
(5)细胞排列疏松而无规则，呈无定形状态
生长素和细胞分裂素的使用对分化的影响
2．为了探究6—BA和IAA对某菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，某研究小组在MS培养基中加入6—BA和IAA，配制成四种培养基(见下表)，灭菌后分别接种数量相同、生长状态一致、消毒后的茎尖外植体，在适宜条件下培养一段时间后，统计再生丛芽外植体的比率(m)，以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)，结果如下表。
回答下列问题：
(1)按照植物的需求量，培养基中无机盐的元素可分为________和________两类。上述培养基中，6—BA属于________类生长调节剂。
(2)在该实验中，自变量是______________，因变量是______________，自变量的取值范围是________________。
(3)从实验结果可知，诱导丛芽总数最少的培养基是________号培养基。
(4)为了诱导该菊花试管苗生根，培养基中一般不加入________(填“6—BA”或“IAA”)。
【解析】 按照植物的需求量，在培养基中加入的无机盐的元素可分为大量元素和微量元素。6—BA是细胞分裂素类生长调节剂，由于该实验探究的是6—BA和IAA对菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，而6—BA的浓度在各实验组中相同，因此实验的自变量是IAA浓度，取值范围是0～0.5 mg·L－1，因变量是再生丛芽外植体的比率及再生丛芽外植体上的丛芽平均数，即表中的m和n。再生外植体数乘以外植体上的丛芽平均数即为丛芽总数，计算可知诱导丛芽总数最少的是1号培养基。在植物组织培养中，生长素用于诱导细胞的分裂和根的分化，细胞分裂素主要促进细胞分裂和分化出不定芽，因此为了诱导生根，培养基中一般不加6—BA(细胞分裂素类生长调节剂)而加入IAA(生长素类生长调节剂)。
【答案】 (1)大量元素 微量元素 细胞分裂素 (2)IAA浓度 再生丛芽外植体的比率(m)和再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n) 0～0.5 mg·L－1
(3)1 (4)6—BA
1．下列实例中能体现细胞全能性的是( )
①用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成可育的植株
②植物用种子繁殖后代
③用烟草组织的单个细胞培养出可育的完整植株
A．①② B．①③
C．②③ D．①②③
【解析】 细胞全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育的潜能。其中①和③都是属于由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，实际上就是由一个受精卵，通过细胞的增殖和分化发育成新个体，所以是由未经分化的细胞(受精卵)发育成新个体的过程，因此不能体现细胞的全能性。
【答案】 B
2．在工业化大量培养植物试管苗的过程中，一般进行如下操作，则正确的操作顺序是( )
①诱导形成芽
②取合适外植体
③诱导形成愈伤组织
④诱导形成未分化状态的细胞
⑤诱导形成根
A．②①③④⑤ B．②④③①⑤
C．②③④①⑤ D．②⑤①④③
【解析】 外植体经过诱导脱分化，形成未分化状态的细胞，进而形成愈伤组织。再分化的诱导应该先诱导生芽，再诱导生根。
【答案】 B
3．如图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：
(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素，营养物质包括________和小分子有机物；激素包括细胞分裂素和________两类植物激素。
(2)此过程要无菌操作，主要是指对__________进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是________。
(3)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因________的结果。
【解析】此题综合考查了植物组织培养过程、所需条件等方面的知识。植物组织培养是用离体的植物组织片段或器官接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶中叶绿素的合成需要光照条件。
【答案】 (1)无机物(或矿质元素) 生长素 (2)培养基 叶绿素的形成需要光照条件 (3)选择性表达
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