专题3 植物的组织培养技术
课题3.2 月季的花药培养
一、【课题目标】
（一）知识与技能
1、识记被子植物花粉发育的过程
2、通过学习花药培养的基本技术，培养设计试验、动手操作、分析解释实验现象的能力
（二）过程与方法
1、列表比较花药培养与组织培养
2、选择适宜的培养材料和培养基
（三）情感、态度与价值观
1、培养动手实践、勇于探索的科学探究素质
2、通过讨论花药离体培养技术在生产实践中的应用，帮助学生确立理论联系实际的观点
二、【课题重点】
选取适宜的培养材料和培养基
三、【课题难点】
选取适宜的培养材料和培养基
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
利用植物的茎可以经过组织培养得到新植株，但这种方法同时也存在着一定的缺陷，繁殖出来的新植株往往无法获得一些新的性状。本节我们将学习花药离体培养技术，这是一种信的育种技术。
（二）进行新课
1．基础知识
活动2：阅读“被子植物的花粉发育”，回答下列问题：
1．被子植物的花粉是在 中由 经过 分裂形成的。
2．结合教材内容填下列示意图：
小孢子母细胞（2n）
（ ）时期（n）
单核（ ）期（n）
双核期
（ ）细胞核（n）
（ ）细胞核（n）
（ ）细胞（n）
（ ）细胞（n）
（ ）个精子(n)
（ ）分裂
（ ）分裂
单核（ ）期（n）
（ ）分裂
〖思考2〗由此可见，被子植物的花粉的发育要经历 四分体 时期， 单核 期和 双核 期等阶段。
〖思考3〗在正常情况下，一个小孢子母细胞可以产生 4 个精子；在一枚花药中可以产生
5
很多 个花粉。
〖思考4〗营养细胞在花粉萌发过程中的作用是什么？控制花粉的萌发并提供营养。
活动3：阅读“产生花粉植株的两条途径”，讨论并回答下列问题：
1．产生花粉植株（即单倍体植株）的两种途径：一是花粉通过 胚状体 阶段发育为植株，二是通过 愈伤组织 阶段发育为植株。这两种途径的区别主要取决于培养基中 激素 的种类及其 浓度 的配比。
2．填写培育花粉植株的途径图解：
（ ）
花药中
的花粉
（ ）
（ ）
（ 胚状体 ）
（ 愈伤组织 ）
（ ）
丛
芽
生
根
移栽
3．胚状体的结构及其发育过程与种子相似，所以把胚状体到从芽的过程称为 分化 ，而把从愈伤组织到从芽的过程称为 再分化 。
活动4：阅读“影响花药培养的因素”，回答下列问题：
1．影响花粉植株的主要因素： 材料的选择 和 培养基的组成 等。
2．材料的选择：
①从花药来看，应当选择（初花期、盛花期、晚花期）的花药；
②从花粉来看，应当选择（四分体期、单核期、双核期、萌发期）的花粉；
③从花蕾来看，应当选择（完全未开放、略微开放、完全盛开）的花蕾。
〖思考5〗除此之外，你认为影响花粉诱导成功率的因素还有哪些？
植物的种类、亲本生长条件、材料的低温处理、接种密度、培养基组成、培养的环境条件等。
〖思考6〗为什么不选择使用单核期之前或之后的花粉？
单核期之前，花药质地幼嫩，容易破碎；单核期之后，花瓣开始松动，消毒困难。
〖思考7〗花瓣松动会给材料消毒带来困难的原因是 外界环境中的微生物容易侵入到花药中 。
2．实验设计
活动5：阅读“材料的选择”，回答下列问题：
1．选择花药时一般通过 镜检 确定花粉发育时期，此时需要对花粉细胞核进行染色，最常用的染色剂是 醋酸洋红溶液 和 焙花青－铬钒溶液 ，它们分别可以将细胞核染成 红 色和 蓝黑 色。
2．在使用焙花青－铬钒溶液时，需要首先将花药用 卡诺氏固定液 处理20min。该试剂的配制方法是将 无水酒精和冰醋酸 按体积比为 3：1 的比例混合均匀。
活动6：阅读“材料的消毒”，填写下列流程图：
花蕾
（70％酒精）
大约30s
（无菌水）
清洗
（无菌吸水纸）
吸干水分
（1％氯化汞溶液）
2～4min
（无菌水）
冲洗
〖思考8〗月季花蕾的消毒与菊花外植体的消毒相比较，二者有何不同？
在酒精消毒前，花药不需要预先用流水冲洗、洗衣粉洗涤和软刷刷洗。
活动7：阅读“接种和培养”，回答下列问题：
1．剥取花药：消毒后的花蕾，要在 无菌 条件下除去花萼、花瓣。
〖思考9〗剥取花药时，一是注意不要损伤花药，原因是 容易从受伤部位产生愈伤组织 ；二是要彻底除去花丝，原因是 花丝不利于愈伤组织或胚状体的形成 。
2．接种花药：剥取的花药要立刻接种到 培养基 上。每个培养瓶接种 7～10 个花药。
3．培养：花药培养利用的培养基是 MS 培养基，pH为 5.8 ，温度为 25 ℃，幼苗形成之前（需要、不需要）光照。
〖思考10〗在花药培养基中，用量最高的激素是 IAA ；在诱导丛芽或胚状体培养基中，用量最高的激素是 BA ；在诱导生根的培养基中，用量最高的激素是 IAA 。
4．培养20－30d后，花药开裂，长出 愈伤组织 或释放出 胚状体 。前者还要转移到 分化
5
培养基 上进行分化培养成再生植株；后者要尽快 分开 并转移到新的培养基上。
5．通过愈伤组织形成的植株，常常会出现 染色体倍性 的变化，因而需要鉴定和筛选。
〖思考11〗为什么通过愈伤组织形成的植株会发生染色体倍性的变化？（05全国理综III）
有些是由花粉发育形成的单倍体花粉植株，有些是由花粉壁细胞发育形成的二倍体花药壁植株。
（三）课堂总结、点评
本课题有一定难度，成功率较低。全部完成课题不仅耗时较长，又有季节限制。最好课前做好时间规划，以提高工作效率。建议教师提前做好相关环节的准备，如花蕾的选择、培养基配方等。同时对于兴趣较高的同学可以安排在课外动手尝试，教师提供相关的技术指导。
（四）实例探究
例1．某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，可以利用该植物的一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整植株。进行离体培养时不应采用该植株的（ ）
A．茎尖 B．子房壁 C．叶片 D．花粉粒
解析：本题主要考查无性生殖特点。涉及知识点有：组织培养、体细胞、生殖细胞等。抓住无性生殖能够保持原物种特性这一特点。组织培养就是无性生殖的一种方式，它是由体细胞培养而来的，含有原物种的全部基因，而花粉粒是生殖细胞。该题易陷入思维定势，联想到花粉粒的离体培养。可见，植物组织培养若取自体细胞则为无性生殖；若取自生殖细胞则为有性生殖。
答案：D
例2． 一个初级精母细胞在减数分裂的第一次分裂时，有一对同源染色体不发生分离，所形成的次级精母细胞减数分裂的第二次分裂正常；另一个初级精母细胞减数分裂的第一次分裂正常，减数第二次分裂时，在两个次级精母细胞中，有一个次级精母细胞的1条染色体姐妹染色单体没有分开。以上两个初级精母细胞可产生染色体数目不正常的配子（以下简称不正常的配子）。上述两个初级精母细胞减数分裂的最终结果应当是
A． 两者产生的配子全部都不正常
B． 前者产生一半不正常的配子，后者产生的配子不正常
C． 两者都产生一半不正常的配子
D．前者产生全部不正常的配子，后者只产生一半不正常的配子
解析：初级精母细胞的减数第一次分裂过程，是同源染色体分开，进入两个次级精母细胞。若此过程中同源染色体不发生分离，形成的两个次级精母细胞中，一个多了一条染色体，另一个少了一条染色体。次级精母细胞进行的减数分裂的第二次分裂，是姐妹染色单体分开，平均分配到两个精子细胞中。若此过程中姐妹染色单体不分开，形成的两个精子细胞中的染色体数目均不正常。
答案：D
☆综合应用
例3．下图是被子植物的受精过程
①
②
③
⑤
④
⑥
（1） 写出图中数字所代表的结构的名称：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
（2）草履虫进行 生殖；蘑菇进行 生殖，酵母菌和水螅常常进行 生殖。
（3）下列图解表示水稻（2n=24）胚珠中胚囊的发育过程，试根据图回答：
四分体（n）
胚囊母细胞（2n）
薄壁细胞 直接发育 减数分裂
珠心 孢原细胞（2n）
5
成熟胚囊（7细胞8核）
单核胚囊（n）
三次有丝分裂
①水稻种子的种皮遗传物质应为 n，其中遗传物质应与 相同。
②水稻胚珠中的胚囊应共有染色体 条，其中卵细胞中含染色体 条；若水稻授粉受精后发育成胚和胚乳，则胚细胞中含有染色体 条，胚乳细胞中含染色体 条。
③7细胞或8核中的7细胞其中就包括了一个卵细胞和两个极核，若水稻的基因型为AaBb，则胚囊母细胞基因型为 。
④如果水稻卵细胞基因型应为Ab，则极核的基因型为 ，其原因是
。
解析：图中给出一个被子植物子房结构示意图，首先要求学生能够正确识图，弄清各数字代表的结构名称。胚囊中7个细胞，从图解中我们可以看出是由一个胚囊母细胞发育而来的，所以这几个细胞的基因型完全相同（卵细胞和极核的基因型完全相同）。花粉粒落到雌蕊柱头上萌发生出花粉管，花粉管通过珠孔进入胚囊，释放出两个精子，一个精子与卵细胞结合，形成受精卵，受精卵发育成植物的胚；另一个精子与极核结合，形成受精极核，将来发育成胚乳（双子叶植物胚乳发育过程中，胚乳被子叶吸收）。
答案：（1）花粉管 子房壁 珠被 受精极核 受精卵 珠孔 （2）分裂 孢子
出芽 （3）2 母方 12 24 36 AaBb Ab 卵细胞和极核是由单核胚囊经三次有丝分裂而来
（五）巩固练习
1． 在月季花药培养成单倍体植株的过程中，应选择哪个时期最易成活（ ）
A．单核期前的花药 B．单核期后的花药 C．单核期花药 D．双核期
2． 影响花药培养的主要因素是
A．材料的选择与培养基的组成 B．亲本植株的生理状况
C．选择合适的花粉发育时期 D．材料的低温处理与接种密度
3．粗糙脉孢菌的单倍体细胞中具有7条染色体。两 个不同类型的粗糙脉孢菌A和a融合后成为二倍体，随即发生典型的减数分裂，紧接着又进行一次有丝分裂。此过程最终形成的子细胞数及每个子细胞中的染色体数分别为（ ）
A．8个、7条 B．8个、14条 C．4个、7条 D．4个、14条
4．某高等植物体细胞内假设有6条染色体，它们是AaBbDd，那么，一个花粉管中的两个精子中的染色体是（ ）
A．ABD和abd B．AbD和abd C．AaB和Bbd D．Abd和Abd
5．用兰花茎尖细胞可快速培养兰花苗，这种生殖方式不能叫 （ ）
A．无性生殖 B．组织培养 C．植物克隆 D．有性生殖
6．有同源染色体存在，但在光镜下一定看不到同源染色体之间两两配对联会的是（ ）
A．初级精母细胞 B．次级精母细胞 C．精细胞 D．根尖分生区细胞
7．玉米的体细胞含有20条染色体。在正常情况下，它的卵细胞、一个极核、胚细胞、胚乳细胞、珠被细胞和子房壁细胞所含染色体数目依次应为（ ）
A．10、10、20、20、20、20 B．10、10、30、30、20、20
C．10、10、20、30、20、20 D．10、20、20、30、20、20
8．如果某种植物的基因型为AABb，这两对基因分别位于两对同源染色体上，去雄后授以aabb植株的花粉，其胚乳可能的基因型是（ ）
A．AAaBBb、AAabbb、AAaBbb B．AABB、AABb
C．AaaBBb、Aaabbb D．AaaBbb、Aaabbb
5
9．番茄的染色体数目是24，一个番茄细胞发生减数分裂，形成的细胞中有三个退化消失。剩下一个细胞迅速发生了三次有丝分裂，你会找到多少个细胞核？这些核含有多少个染色体（ ）
A．4个核，各有12个染色体 B．4个核，各有24个染色体
C．8个核，各有24个染色体 D．8个核，各有12个染色体
10．一个豆荚中种子的数目，从理论上讲取决于（ ）
A．花中雌蕊的数目 B．雌蕊中柱头的数目
C．子房中受精胚珠的数目 D．胚囊中胚的数目
答案：1.C 2.A 3.A 4.D 5.D 6.D 7.C 8.C 9.D 10.C
七、【课余作业】
1．为什么花瓣松动会给材料的消毒带来困难？
2．植物组织培养技术与花药培养技术有何区别？
八、【教学体会】
课题背景介绍了花药培养的历史以及花药培养在育种工作上的意义，教师可借此激发学生的学习兴趣。在教学过程中，可以采用插图提高学生的形象认识，补充一些不同植物和不同花粉发育时期的花药培养的资料，帮助学生认识材料选择和培养基配方的重要性。
九、【资料袋】
花药
每一雄蕊，由花丝（faliment）和花药（anther）两部分组成。
花药(小孢子囊)是花丝顶端膨大呈囊状的部分，是雄蕊产上花粉的主要部分，多数被子植物的花药是由4个或2个花粉囊（pollen sac）组成，分为左、右两半，中间由药隔相连。
花药在花丝上的着生方式有集中不同的情况：
底着药：花丝顶端直接与花药基部相连。
贴着药：花药背部全部贴着在花丝上。
丁字着药：花丝顶端与花药背面的一点相连，整个雄蕊犹如丁字形。
花药的开列方式分为以下四种：
纵裂：沿二花粉囊交界处成纵行裂开，如油菜、牵牛、百合等。
横裂：沿花药中部成横向裂开，如木槿，蜀葵等。
孔裂：在花药顶端开一小孔，花粉由小孔散出，如茄、番茄等。
瓣裂：在花药的侧壁上裂成几个小瓣，花粉由瓣下的小孔散出，如香樟等。
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