课程解读
一、学习目标：
本部分课程对“实验12：乳酸脱氢酶同工酶的分离”与“实验13：DNA片段的PCR扩增”不作要求；只要求学生做1个实验，即“实验11：植物的组织培养”。
实验11：植物的组织培养
1. 进行菊花的组织培养
2. 尝试植物激素的应用
二、重点、难点：
进行菊花的组织培养
三、考点分析：
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1—4浅尝现代生物技术 |
要求 |
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（1）植物的组织培养 |
掌握程度参考生物考试说明中的： 一、考试的能力要求 （二）实验与探究能力 |
（二）实验与探究能力
1. 能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。
2. 具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。
3. 具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。
4. 能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修订。
知识梳理
实验：植物的组织培养
一、植物的组织培养原理
1. 理论基础：细胞的全能性
细胞的全能性是指已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能，原因是生物体的每一个细胞都含有本物种的全套遗传物质，都具有发育成完整个体的全套基因。
植物细胞表现出全能性的必要条件：离体、提供营养物质、激素及其他适宜条件。
2. 植物组织培养的过程，概括来说就是：离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织，再分化成根、芽，最终形成植株的过程。
植物无性生殖的方法有扦插、嫁接和组织培养等。植物的组织培养有两种形式：愈伤组织培养（固体培养基、琼脂培养基）和细胞悬浮培养（液体培养基）。植物组织培养的原理是细胞的全能性。植物组织培养的应用体现在快速繁殖、除去植物病毒、新品种的培育（诱变育种、花药或花粉的单倍体培育、细胞融合、基因工程等）、品种资源的保护、某些代谢产物（如色素、芳香物质等）的生产等方面。植物组织培养的过程包括脱分化和再分化。
植物组织培养流程图：
二、植物组织培养所需的培养基的配制
1. 培养基配制的原理
培养基是进行组织培养时植物组织或器官赖以生长和发育的营养条件。它包括植物需要的大量元素、微量元素、有机成分、激素和琼脂。
2. 培养基的种类及配制原则
种类有MS培养基、发芽培养基和生根培养基等。在培养基中通常加入一定量的蔗糖，其除作为营养成分外，还可用于维持培养基中一定的渗透压。细胞分裂素/生长素的摩尔浓度比决定组织是生根还是生芽，当两者在培养基中所占比例高时（细胞分裂素＞生长素），诱导芽的生成；当两者比例大致相等时（细胞分裂素=生长素），愈伤组织继续生长而不分化；两者比例低时（细胞分裂素＜生长素），诱导根的形成。在实验中不用天然激素而使用人工合成的激素（如奈乙酸NAA、6—苄基氨基腺嘌呤BA等）是因为植物中存在相应的能分解天然激素的酶，而没有分解人工合成激素的相应的酶，所以天然激素在植物体内作用和存在的时间短，人工合成激素的作用和存在的时间长，作用效果明显。
3. 培养基的配制步骤
最常用的MS培养基（生芽培养基、生根培养基）的配制：
配制过程包括称量、溶解、调pH、分装（三角瓶）、加盖灭菌等步骤。
三、植物组织培养的步骤
培养过程应该在无菌的条件下进行，实验过程为：外植体→愈伤组织→丛状苗→生根苗→移栽植株。培养过程需要一定的光照和温度条件。
典型例题
知识点：实验：植物的组织培养
例1. 某名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离现象。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的特点。涉及知识点有：组织培养、体细胞、生殖细胞等。在抓住无性生殖能够保持原物种特性这一特点进行解题。组织培养就是无性生殖的一种方式，它是由体细胞培养出来的，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，常会联想到花粉粒的离体培养。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. 人参是一种名贵中药材，其有效成分主要是人参皂苷。利用细胞培养技术生产人参皂苷的大致流程如下：
请回答：
（1）配制诱导愈伤组织的固体培养基，分装后要进行
。接种前，要对人参根进行
。
（2）用于离体培养的人参根切块，叫做
。培养几天后发现少数培养基被污染，若出现有颜色的绒毛状菌落，属于
污染；若出现有光泽的黏液状菌落，属于
污染。
（3）用少量
酶处理愈伤组织，获取单细胞或小细胞团，在液体培养基中进行悬浮培养，可有效提高人参皂苷合成量。
（4）人参皂苷易溶于水溶性（亲水性）有机溶剂，从培养物干粉中提取人参皂苷宜选用
方法，操作时应采用
加热。
解析：本题主要考查对课本基础知识的理解，题目较简单。以植物组织培养为材料背景考查了植物组织培养过程中涉及到的培养基和消毒灭菌的相关知识，及污染后的菌落特征的比较。同时考查了选修一中关于物质的提取和鉴定的专题，跨度较大，考查的知识面较广。
（1）接种前，要对材料进行消毒（不能填灭菌，灭菌时采用的是强烈的因素杀菌），配制培养基并分装后要用灭菌锅灭菌。
（2）比较菌落特征：真菌污染：有颜色的绒毛状菌落
细菌污染：有光泽的黏液状菌落
（3）利用果胶酶处理愈伤组织可以获得单个的细胞
（4）由题干可知，人参皂苷易溶于亲水性有机溶液，故而采用萃取的方法可以从培养物干粉中提取人参皂苷。
答案：（1）灭菌 消毒
（2）外植体
真菌（霉菌） 细菌
（3）果胶
（4）萃取（浸取） 水浴
例3. 草莓生产上的传统繁殖方式易将植株所感染的病毒传播给后代，导致产量降低，品质变差。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本过程如下：
外植体
愈伤组织
芽、根
植株
请回答：
（1）微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取_________作为外植体，其依据是________
。
（2）在过程①中，常用的MS培养基的主要成分包括大量元素、微量元素和______，在配制好的培养基中，常需要添加________，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后2~5d，若发现外植体边缘局部出现污染，原因可能是__________。
（3）在过程②中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是_____________。
解析：培育无病毒植株苗，应选择不含病毒的部分进行培养，而植物体新生部位不含病毒。植物组织培养的培养基成分应包含大量元素、微量元素、有机物，另外常需要添加植物激素以诱导植物细胞分裂、分化，外植体边缘局部出现污染，说明消毒不彻底，不同植物激素的比例影响植物细胞发育方向，生长素用量与细胞分裂素用量的比值高时，有利于根的分化，抑制芽的形成；反之，有利于芽的分化，抑制根的形成。
答案：（1）茎尖（或根尖） 茎尖（或根尖）病毒极少，甚至无病毒
（2）有机物 植物激素 外植体消毒不彻底
（3）培养基中生长素浓度偏低
提分技巧
一、植物的组织培养需注意的几个问题
1. 在“植物的组织培养”实验中，要注意无菌操作的重要性，要保证培养基、材料及操作过程的无菌性。在整个流程中，一旦其中任何一个环节出现污染，组织培养就无法成功，实验就会失败。
2. 在培养基的配制中，要根据所培养材料的特点，注意各成分的含量，尤其是生长素与细胞分裂素等植物激素的含量及其摩尔浓度比。
3. 在培养过程中，要保证有一定的光照与适宜的湿度，同时要经常进行观察，了解组织培养的进度与生长状况，出现问题要随时进行调整或处理，以保证组织培养的成功率。
二、选择外植体时需要考虑的一些因素及说明
根据植物细胞的全能性原理，选择任何活的植物体都能培养出组培苗，但不同植物的各种组织和器官的分裂能力不同，此外还要考虑消毒处理的特殊情况，因此，选择恰当的外植体进行接种既有利于消毒，避免污染，又有利于在较短时间内形成组培苗，从而提高组培成功率。
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考虑的因素 |
说明 |
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外植体的年龄 |
一般情况下，外植体的年龄越小，分化的程度越小，组培的成功率就越高，因此，尽量选择幼嫩的植物组织或器官作为外植体。 |
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外植体的大小 |
外植体很小或很大都不合适，很小的外植体极容易死亡，很大的外植体不容易消毒，因此，要选择大小适中的外植体。例如，如果用菊花的芽进行组培，选取的芽可为 |
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外植体所在的部位 |
一般选择植物的芽尖、根尖或幼嫩的茎作为外植体，这些部位的组织分裂能力强，容易形成愈伤组织。 |
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外植体的外观形态 |
由于外植体的消毒工作非常重要，因此，选择那些表面相对光滑，容易消毒的外植体较好。 |
预习导学
一、预习新知
下节课我们将进入高三专题复习，请同学们预习专题一的知识内容
专题一：细胞的分子组成（一）
（一）组成细胞的元素
元素的含量特点：
1. 占细胞鲜重最多的元素是O
2. 占细胞干重最多的元素是C
3. 细胞中含量最多的四种元素是C、H、O、N
（二）细胞中的无机物：水和无机盐
水和无机盐的含量、存在形式和作用
（三）细胞中的有机物：糖类和脂质
糖类和脂质的元素组成、种类和作用
二、预习点拨
探究与反思
探究任务一：组成细胞的元素
【反思】组成细胞的元素在含量上有什么特点？
探究任务二：细胞中的无机物：水和无机盐
【反思】（1）水和无机盐的含量有什么特点？
（2）水和无机盐有哪几种存在形式？分别有什么作用？
探究任务三：细胞中的有机物：糖类和脂质
【反思】（1）糖类和脂质在元素组成上有什么特点？
（2）糖类和脂质分别有哪些种类和功能？
同步练习
（答题时间：60分钟）
一、选择题
1. 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
2. 一般情况下，植物组织培养属于下列哪种生殖方式（ ）
A. 卵式生殖 B. 分裂生殖 C. 无性生殖 D. 有性生殖
3. 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
4. 在下列选项中，没有采用植物组织培养技术的一项是（ ）
A. 利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到多倍体植株
B. 利用花药离体培养得到单倍体植株
C. 利用基因工程培育抗棉铃虫的棉花植株
D. 利用细胞工程培育“番茄-马铃薯”杂种植株
5. 若使用自然生长的植物的茎进行植物组织培养，则需补充的那部分实验工作的主要目的是（ ）
A. 灭菌 B. 消毒 C. 灭菌和消毒 D.
加强营养
6. 培养获得丛状苗的培养基是（ ）
A. MS培养基 B. 生芽培养基 C. 生根培养基 D.
普通培养基
7. 下列不属于植物组织培养特点的是（ ）
A. 快速繁殖
B.
受开花季节的限制
C. 明显缩短育种年限 D.
需经历脱分化和再分化两个过程
8. 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
9. 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
10. 植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分化、脱分化和再分化的关键性因素。在植物组织培养过程中，如何使用这两种激素更有利于愈伤组织的形成（ ）
A. 生长素的用量与细胞分裂素用量的比值高时
B. 生长素的用量与细胞分裂素用量的比值低时
C. 生长素的用量与细胞分裂素用量的比值适中时
D. 生长素的用量与细胞分裂素用量的比值相等时
11. 愈伤组织分化过程中，培养基中细胞分裂素/生长素的比值较低时诱导分化的是（ ）
A. 根 B. 芽 C. 叶 D. 胚性细胞团
12. 植物组织培养的过程可以归纳为：①
②
③
④，下列各项对此过程叙述有错误的是（ ）
A. ②→③的再分化过程中，细胞增殖的方式为有丝分裂
B. 植物组织培养依据的原理是细胞的全能性
C. ③→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段
D. 将①经脱分化培养成②时，再植上人造种皮可获得人工种子
二、简答题：
13.
回答下列有关植物组织培养的问题。
（1）用于植物组织培养的植物材料称为________。
（2）组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为________。
（3）在再分化阶段所用的培养基中，含有植物激素X和植物激素Y，逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如下图所示，据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系：
1）当植物激素X与植物激素Y的浓度比等于1时，______________________________；
2）________________________________________________________；
3）________________________________________________________；
（4）若植物激素Y是生长素，在植物组织培养中其主要作用是________；则植物激素X的名称是________________。
（5）生产上用试管苗保留植物的优良性状，其原因是_________________________。
14. 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：
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实验组别 |
1 |
2 |
3 |
4 |
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激素种类及 浓度关系 |
6－BA |
6－BA＞IBA |
6－BA＝IBA |
6－BA＜IBA |
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结果 |
组织块产生 愈伤组织 |
愈伤组织 分化出芽 |
愈伤组织 不断生长 |
愈伤组织有 长根趋势 |
（1）6－BA属于
类激素，其作用是
。
（2）IBA属于 类激素，它在本实验中的作用是
。
（3）在植物组织培养中，脱分化可用的激素组合是实验
中的激素浓度关系，再分化时可用的激素组合是实验
中的激素浓度关系。
（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）判断愈伤组织是否产生，依据是：看是否产生了____________________的细胞。
15. 某二倍体植物是杂合体，下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：
（1）图中①表示的是该花粉培养过程中的 过程，②表示的是_____________过程，X代表的是 ，③表示的是 过程，④表示的是诱导 过程。
（2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中 的种类及其浓度配比，最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为 植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有 。
（3）对植株进行 ，才能使其结实产生后代（乙），否则植株甲只有通过_________的方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是 植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为 种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为 种。花药培养在育种上的特殊意义是 ，从而开辟育种新途径。
试题答案
1. C 2.
C 3. D 4.
A 5.
B 6.
B
7. B 8.
B 9. C 10.
D 11. A 12.
C
13. （1）外植体 （2）去分化（脱分化）
（3）1）未分化细胞群经分裂形成愈伤组织；
2）当植物激素X与植物激素Y的浓度比大于1时，未分化细胞群分化形成芽；
3）当植物激素X与植物激素Y的浓度比小于1时，未分化细胞群分化形成根。
（4）促进细胞的生长（伸长）、分裂和分化 细胞分裂素
（5）组织培养形成试管苗的过程属于无性生殖，后代不发生性状分离。
解析：本题主要考查植物组织培养的相关知识。
（1）植物组织培养的植物材料叫外植体；
（2）植物组织培养的核心过程是脱分化与再分化，脱分化指由分化状态变为未分化状态，再分化指由未分化状态变为分化状态；
（3）仔细分析题目所给示意图，可知植物激素X与植物激素Y浓度比为1时，利于愈伤组织的形成，大于1时利于未分化细胞群分化出芽，小于1时利于未分化细胞群分化出根；
（4）生长素在植物组织培养中的主要作用是促进细胞生长、分裂和分化，植物组织培养过程中除需要生长素外还必需细胞分裂素，二者共同起作用；
（5）植物组织培养是一种无性繁殖技术，利于保持亲本的优良性状。
14. （1）细胞分裂素 促进细胞分裂 （2）生长素 促进生根
（3）1和3 2和4（4）营养物质 有机物、矿质元素
（5）排列疏松、无定形、液泡化。
15.（1）脱分化；再分化；胚状体；分化（或发育）；生根
（2）激素；单倍体；细胞的全能性；
（3）染色体加倍（其他合理答案均可）；无性繁殖；乙（或经过染色体加倍的）；一；多；缩短育种周期