专题3 植物的组织培养技术
课题3.1 菊花的组织培养
一、【课题目标】
（一）知识与技能
1、熟悉植物组织培养的基本过程
2、理解细胞分化的概念及离体植物细胞的脱分化和再分化
3、通过联系农业生产实际，培养学生活学活用，理论联系实际的能力
（二）过程与方法
归纳MS培养基的配制方法，并设计表格比较微生物培养基与MS培养基的配方的异同。
（三）情感、态度与价值观
通过阅读植物组织培养技术的发展史，课下查阅植物组织培养技术在生产实践中应用的资料，关注学生科学态度的教育，拓展学生视野，感受科学技术在生产实践中的重要价值。
二、【课题重点】
植物组织培养过程中使用的无菌技术
三、【课题难点】
植物组织培养过程中使用的无菌技术
四、【教学方法】
启发式教学
五、【教学工具】
多媒体课件
六、【教学过程】
（一）引入新课
上节课我们探讨学习了如何从土壤中分离出尿素分解菌和纤维素分解微生物及其计数方法。这节课我们来学习研究植物的组织培养技术。
（二）进行新课
1．基础知识
知识回顾：联系“植物细胞工程”，回答下列问题：
1．1具有某种生物全套遗传信息的任何一个活细胞，都具有发育成完整个体的能力，即每个生物细胞都具有全能性。但在生物体的生长发育过程中并不表现出来，这是因为在特定的时间和空间条件下，通过基因的选择性表达，构成不同组织和器官。
1．2植物组织培养技术的应用有：实现优良品种的快速繁殖；培育脱毒作物；制作人工种子；培育作物新品种以及细胞产物的工厂化生产等。
活动1：阅读“植物组织培养的基本过程”，讨论并完成以下问题：
1．3细胞分化：个体发育中细胞在形态、结构和生理功能上出现稳定性差异的过程。
〖思考1〗细胞分化是一种持久性的变化，它有什么生理意义？
使多细胞生物体中细胞结构和功能趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。
1．4愈伤组织是通过细胞分裂形成的，其细胞排列疏松而无规则，高度液泡化呈无定形状态的薄壁细胞。
〖思考2〗填表比较根尖分生组织和愈伤组织的异同：
组织类型
细胞来源
细胞形态
细胞结构
细胞排列
细胞去向
根尖
分生组织
受精卵
正方形
无液泡
紧密
分化成多种
细胞组织
愈伤组织
高度分化细胞
无定形
高度液泡化
疏松
再分化成新个体
相同点
都通过有丝分裂进行细胞增殖
1．5植物组织培养的过程可简单表示为：
（脱分化）
离体细胞、组织、器官
（又叫外植体）
（再分化）
愈伤
组织
（生长）
胚状体
丛芽等
新个体
活动2：阅读“影响植物组织培养的条件”，讨论并完成以下问题：
1．6材料：植物的种类、材料的年龄和保存时间的长短等都会影响实验结果。菊花组织培养一般选择未开化植物的茎上部新萌生的侧枝作材料。
〖思考3〗一般来说，容易进行无性繁殖的植物容易进行组织培养。
〖思考4〗选取生长旺盛嫩枝进行组培的原因是嫩枝生理状态好，容易诱导脱分化和再分化。
4
1．7营养：常用的培养基是MS培养基，其中含有的大量元素是N、P、S、K、Ca、Mg，微量元素是Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni、I、Co，有机物有甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等。
1．8激素：在培养基中需要添加生长素和细胞分裂素等植物激素，其浓度、使用的先后顺序、用量的比例等都影响结果。
〖思考5〗填表：激素使用的先后顺序及其用量比例对细胞分裂和分化的影响。
生长素／细胞分裂素比值与结果
比值高时
促根分化，
抑芽形成
比值低时
促芽分化，
抑根形成
比值适中
促进愈伤组织生长
使用顺序
实验结果
先生长素，
后细胞分裂素
有利于分裂但不分化
先细胞分裂素，
后生长素
细胞既分裂也分化
同时使用
分化频率提高
1.9环境条件：PH、温度、光等环境条件。菊花组培所需PH为5.8，温度为18-22℃，光照条件为每日用日光灯照射12小时。
2．实验设计
活动3：阅读“制备MS固体培养基”，回答下列问题：21
2．1配制各种母液：将各种成分按配方比例配制成的浓缩液。使用时根据母液的浓缩倍数，计算用量，并加蒸馏水稀释。
2．2配制培养基：应加入的物质有琼脂、蔗糖、大量元素、微量元素、有机物和植物激素的母液，并用蒸馏水定容到1000毫升。在菊花组织培养中，可以不添加植物激素，原因是菊花茎段组织培养比较容易。
2．3灭菌：采取的灭菌方法是高压蒸汽灭菌。
［思考6］MS培养基中各种营养物质的作用是什么？肉汤培养基相比，MS培养基有哪些特点？
大量元素和微量元素提供植物细胞所必需的无机盐；蔗糖提供碳源，维持细胞渗透压；甘氨酸、维生素等物质主要是为了满足离体植物细胞在正常代谢途径受到一定影响后所产生的特殊营养需求。微生物培养基以有机营养为主，MS培养基则需提供大量无机营养。
活动4：阅读“外植体消毒”，填写下列流程图：
旺盛
嫩枝
(流水)
冲洗
刷洗，冲洗
20分钟左右
(无菌吸水纸)
吸干表面水分
(70％的酒精)
摇动2-3次6-7秒
(无菌水)清洗
(无菌吸水纸)
吸干表面水分
(氯化汞)溶液
浸泡1～2分钟
(无菌水)清洗
3次
［思考7］在此消毒过程中，是不是强度越大越好，为什么？
不是。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。
3．发酵操作
活动5：阅读“接种、培养、移栽和栽培”，填写：
3．1前期准备：用70％的酒精消毒工作台，点燃酒精灯。注意所有接种工作都必须在酒精灯旁进行，器械使用前后都要用火焰灼烧灭菌。
3．2接种操作：接种过程中插入外植体时形态学上端朝上，每个锥形瓶接种7～8个外植体。
〖思考8〗外植体接种与细菌接种相似之处是操作步骤相同，而且都要求无菌操作。
3．3培养过程应该放在无菌箱中进行，并定期进行消毒，保持适宜的温度和光照。
3．4移栽前应先打开培养瓶的封口膜
4
，让其在培养间生长几日，然后用流水清洗根部培养基。然后将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中生活一段时间，进行壮苗。最后进行露天栽培。
［思考9］外植体在培养过程中可能会被污染，你认为造成污染的原因有哪些？
外植体消毒不彻底；培养基灭菌不彻底；接种中被杂菌污染；锥形瓶密封性差等。
（三）课堂总结、点评
菊花的组织培养
基本原理
细胞的全能性
基本过程
脱分化
愈伤组织
再分化
影响因素
材料性质、营养物质、调节物质、环境条件
操作流程
配制MS固体培养基
外植体的消毒
接种
培养
移栽
栽培
（四）实例探究
例1 甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的
A.有丝分裂 B.分化 C.减数分裂 D.全能性
解析：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间后，脱分化，通过细胞分裂，形成愈伤组织；脱分化的愈伤组织继续培养，又可重新分化成根或芽等器官；再分化形成的试管苗，移栽到地里，可以发育成完整的植物体。由愈伤组织发育为完整的植物体体现了细胞的全能性。植物组织培养的过程是无性繁殖的过程，不涉及减数分裂，减数分裂是生物在进行有性生殖的过程中的一种分裂方式。本题解决的关键是要了解植物的组织培养过程。
答案：C
例2植物细胞表现出全能性的必要条件是
A.导入其他植物细胞的基因
B.将成熟的细胞核移植到去核的卵细胞中
C.用适当浓度的秋水仙素处理
D.脱离母体后，给予适宜的营养和适宜的温度等外界条件
解析：植物细胞只有脱离了植物体，在一定的外部因素作用下，经过细胞分裂形成愈伤组织，才能表现出全能性，由愈伤组织细胞发育、分化出新的植物体。
答案：D
☆综合应用
例3、在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的
A.消毒灭菌 B.适宜的温度
C.充足的光照 D.适宜的养料和激素
解析：离体的植物器官、组织或细胞脱分化过程是在无菌条件下进行的，在愈伤组织形成过程中，需要适宜的温度、一定的营养物质和植物激素的诱导，但不需要阳光。
答案：C
（五）巩固练习
1.植物组织培养技术的理论基础之一是：
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
2.要大量繁殖用植物体细胞杂交方法获得的植物，应该采用哪种繁殖方式？
A.种子繁殖 B.分裂生殖 C.出芽生殖 D.营养生殖
3.下列关于愈伤组织的说法中不正确的是
A.愈伤组织的细胞能够进行细胞分裂
B.用叶培养形成的愈伤组织细胞能够进行光合作用
C.培养愈伤组织的培养基中应含有有机养料
D.人们可以从愈伤组织中提取所需物质
4
4.在一个多细胞生物体内，存在形态、结构和生理功能上具有稳定性差异的细胞，是因为
A.细胞失去全能性 B．不同的细胞，基因是不同的
C.不同细胞中基因选择性表达的结果 D．变异一般是不定向的
5.细胞具有全能性的原因是
A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能
B.生物体的每一个细胞都具有全能性
C.生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因
D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的
6.植物组织培养过程中的脱分化是指
A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞
B.未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程
C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程
D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
7.下列植物细胞全能性最高的是
A.形成层细胞 B.韧皮部细胞 C.木质部细胞 D.叶肉细胞
8．植物组织培养是指
A．离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织
B．愈伤组织培育成植株
C．离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体
D．愈伤组织形成高度液泡化组织
9．某园艺场经过长期精心选育，培养出一株形态优美的兰花，如果要保持母本的优良性状，并尽快大规模繁殖，最适合的繁殖方式是 （ ）
A．分裂生殖 B．有性生殖 C．孢子生殖 D．组织培养
10．胡萝卜的韧皮部细胞通过组织培养，能发育成新的植株。下列有关的叙述中，不正确的是 （ ）
A．说明高度分化的植物细胞具有全能性
B．植物细胞的全能性得以表达要离开母体
C．新植株的形成是细胞分裂和分化的结果
D．高度分化的动物细胞也具有全能
答案：1～5 C DBCC 6～10 CACDD
七、【课余作业】
1、为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植株？
2、植物组织培养与花药培养技术有何相同点与不同点？
八、【教学体会】
课题背景介绍了植物细胞的全能性，说明离体的植物器官或组织在一定的条件下能够发育成完整的植株。在教学过程中，教师可以从植物组织培养的发展历史导入，激发学生的学习兴趣。
九、【资料袋】
克隆羊多利
2003年2月14日苏格兰罗斯林研究所证实世界上首只成年体细胞克隆动物多利已经死亡。多利的尸体将被制成标本，存放在苏格兰国家博物馆。
多利于1996年7月5日出生，于1997年2月23日被介绍给公众，它是用一只6岁母羊的体细胞进行克隆，由罗斯林研究所与英国PPL医疗公司共同培育而成的。罗斯林研究所所长哈里·格里芬说，绵羊通常能活11到12年。但2002年1月科学家发现多利羊的左后腿患上了关节炎这种典型的“高龄病症”，现在，多利羊壮年死于老年羊常得的肺部感染疾病。研究人员对它实施了“安乐死”。世界第一只体细胞克隆动物多利羊的诞生曾震惊了世界，它的死也引起了人们对克隆动物的关注、以及对克隆技术发展前景的再思考。
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