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专题3植物的组织培养技术课题2月季的花药培养学习目标：1.说出被子植物花粉发育的过程及花药离体培养产生花粉植株的两种途径。(重点)2.知道影响花药培养的因素。(重点)3.学习花药培养的基本技术，尝试用月季或其他植物的花药进行培养。(难点)自主预习探新知1．被子植物的花粉发育(1)花粉的概念由__________经过减数分裂形成的______的生殖细胞。花粉母细胞单倍体(2)花粉发育的基本过程花粉母细胞(小孢子母细胞)―――――→（减数）分裂小孢子______时期―→单核期―――――――→（有丝）分裂（每个小孢子）____期―→两个细胞1个生殖细胞――――――→有丝分裂1次__个精子1个营养细胞四分体双核两2．产生花粉植株的两种途径(1)两种途径胚状体(2)形成原因主要取决于培养基中____的种类及其________。(3)花粉植株的特点______植株，植物弱小，高度不育。激素浓度配比单倍体3．影响花药培养的因素(1)主要因素①材料的选择ⅰ不同植物的诱导成功率________。ⅱ就同一种植物来说，花期早期时的花药比____的更容易产生花粉植株。ⅲ一般来说，在单核期，细胞核由____移向细胞一侧的时期，花药培养成功率最高。很不相同后期中央②培养基的组成(2)其他因素亲本植株的________材料的低温预处理、接种密度等生长条件4．花药培养的实验操作(1)材料的选取①花粉的鉴定：一般通过____来确定花药中的花粉是否处于适宜的发育期。镜检②镜检方法：最常用的方法是________法。但是，某些植物的花粉细胞核不易着色，需采用______________，这种方法能将花粉细胞核染成____色。(2)材料的消毒①将花蕾放入体积分数为70%的____中L浸泡约30s，立即取出，在无菌水中冲洗，后用无菌吸水纸吸干。②放入质量分数为0.1%的______溶液中2～4min，再用无菌水冲洗3～5次。醋酸洋红焙花青—铬矾法蓝黑酒精氯化汞(3)接种①剥离花药时，尽量不损伤花药，彻底去除____。②每瓶接种花药________个。(4)培养①温度：________左右。②光照：开始不需要____，幼小植株形成后才需要光照。③转移：将愈伤组织及时转移到__________上；如果释放出胚状体，尽快将幼小植株分开，分别移植到新的培养基上。(5)鉴定和筛选：鉴定__________的变化，并进行筛选。花丝7～1025℃光照分化培养基染色体倍性1．判断对错(1)材料的选择最常用的方法是焙花青－铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色。()(2)材料消毒时需先用酒精浸泡，然后用氯化汞或次氯酸钙溶液浸泡，最后用无菌水冲洗。()(3)接种花药后一段时间内不需要光照，但幼小植株形成后需要光照。()(4)若接种的花药长出愈伤组织或形成胚状体后，要适时转换培养基，以便进一步分化成再生植株。()提示：(1)×确定花粉发育的时期最常用的方法是醋酸洋红法，有些植物细胞核不易着色时，需采用焙花青－铬矾法。(2)√(3)√(4)√2．从小孢子母细胞到形成精子，经历的分裂方式是()A．有丝分裂B．减数分裂C．先有丝分裂后减数分裂D．先减数分裂后有丝分裂D[小孢子母细胞形成精子过程如下：小孢子母细胞―――――→减数分裂小孢子―――――→有丝分裂花粉(内含精子)。]3．花粉植株能否诱导成功受多种因素的影响，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．接种密度D．材料的低温处理效果A[花粉植株能否诱导成功受多种因素的影响，如植株的生理状况、接种密度、材料低温处理效果，但主要影响因素是材料的选择与培养基的组成。]合作探究攻重难被子植物的花粉发育[合作交流]1．被子植物花粉发育过程中的四分体时期与减数分裂过程中的四分体时期是同一阶段吗？提示：不是同一阶段。前者的四分体时期是指4个单倍体细胞连在一起的时期；后者的四分体时期是指同源染色体配对后，一对同源染色体含有四条染色单体的阶段。2．一个花粉粒中的生殖细胞核与营养细胞核的遗传物质是否相同？为什么？提示：完全相同。因为一个花粉粒中的生殖细胞核和营养细胞核是由一个小孢子细胞经有丝分裂形成的。3．花粉植株弱小且高度不育，为什么还有利用价值？提示：尽管花粉植株弱小且高度不育，但可以利用其进行单倍体育种，因为二倍体植株形成的花粉植株其细胞内无同源染色体，经诱导染色体加倍后都是纯种，因此与杂交育种相比，可以明显缩短育种年限。[归纳总结]1．花粉发育的基本过程2．花粉发育过程中细胞数目及细胞内染色体数目的变化(设体细胞内染色体数目为2n)特别提醒：关于花粉发育过程的几点提醒(1)由上面发育过程可以得出，1个小孢子母细胞最终可发育形成4个花粉粒、8个精子。(2)在被子植物的花粉发育过程中，2个精子和1个营养细胞是由同一个细胞经过有丝分裂而形成的，所以它们的核基因是相同的。(3)花粉管细胞核与花粉管的生成和生长有关，生殖细胞核直接参与受精作用。[典题通关]如图是花药培养产生花粉植株的两种途径。下列相关判断错误的是()花药中的花粉――→脱分化A――→C丛芽花药中的花粉――→脱分化B――→D丛芽――→诱导生根―→移栽A．图中的A和B分别是胚状体和愈伤组织B．C和D过程的实质相同C．选择的花药在花粉发育过程中越早越好D．整个培养过程中的细胞增殖方式只有有丝分裂[技巧点拨](1)两种途径中，脱分化的结果不同，一个是形成愈伤组织，一个是形成胚状体。(2)细胞分化的实质是基因的选择性表达。(3)选择的培养材料处于单核期最好，尤其是处于单核靠边期的花药最好。C[图中A和B分别是胚状体和愈伤组织，C和D表示分化和再分化。无论是再分化还是分化，它们的实质都是基因的选择性表达。选择的花药太早或太晚都不利于培养，处于单核期的最好，尤其是单核靠边期，故C错误。整个培养过程中无减数分裂，所以细胞增殖方式只有有丝分裂。](1)图中用于培养的“花药中的花粉”选择单核期以前或单核期以后，均不利于培养，为什么？(2)两种形成花粉植株的途径基本相同，主要区别在于脱分化的结果不同，决定两种途径的决定性因素是什么？提示：(1)选择单核期以前的花药质地幼嫩，极易破碎；选择单核期以后的花药花瓣有些松动，给消毒带来困难。(2)培养基中生长素和细胞分裂素的使用顺序及其浓度配比。1．下列有关月季花药培养的叙述，正确的是()①月季花粉是由花粉母细胞经过减数分裂而形成的单倍体生殖细胞②被子植物花粉形成过程中的四分体与高等动物精子形成过程中的四分体概念相同③被子植物一个小孢子母细胞经过减数分裂共形成了8个精子④任何时期的花粉都可以经过培养产生愈伤组织或胚状体⑤花药培养初期不需要光照，幼小植株形成后才需要光照A．①③⑤B．②④⑤C．②③④D．①②③④⑤A[被子植物花粉形成过程中的四分体是四个细胞连在一起，高等动物精子形成过程中的四分体是一对同源染色体含有四个染色单体；不同时期的花粉发育的能力是不同的。]2．下图是水稻的花药通过无菌操作，培养产生花粉植株的两种途径的示意图。下列相关叙述中错误的是()A．无论哪条途径都要经过脱分化和再分化过程B．A是胚状体，C是诱导，B是生根C．两种培养途径的理论基础都是植物细胞的全能性D．A和种子的结构相同，都具有种皮、胚芽、胚根、胚轴等结构D[图中的A是胚状体，C是诱导，B是生根。两种途径都要经过脱分化和再分化过程。植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。胚状体中有胚轴、胚根和胚芽，但无种皮，故答案选D。]花药培养的实验操作[合作交流]1．在剥离花药时，为什么要尽量不损伤花药，还要彻底去除花丝？提示：损伤花药接种后容易从受伤部位产生愈伤组织；与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。2．培养形成的植株还需要怎样处理才能发育成正常植株？为什么要作进一步的鉴定和筛选？提示：(1)用秋水仙素处理幼苗。(2)因为花药培养中，特别是通过愈伤组织形成的花粉植株，常常会出现染色体倍性的变化。[归纳总结]1．实验操作及注意事项2．镜检花粉发育时期的方法比较醋酸洋红法焙花青－铬矾法不同点方法的使用常用的方法花粉细胞核不易着色时，使用该方法步骤将花药放在载玻片上→滴1滴1%醋酸洋红→用镊柄捣碎花药→盖上盖玻片→镜检花药在卡诺氏固定液中固定20min→取出，放在载玻片上→焙花青－铬矾溶液染色→盖上盖玻片→镜检不同点现象花粉细胞核染成深红色花粉细胞核染成蓝黑色相同点都可通过镜检来确定花粉是否处于适宜的发育期3.单倍体育种的过程及其与花药离体培养的区别(1)单倍体育种的过程：①在花药培养的基础上，用秋水仙素继续处理单倍体幼苗。②染色体加倍，重新恢复为二倍体。因为此二倍体是由单倍体的染色体本身加倍而来的，所以是纯合子，不会发生性状分离。详见下图：(2)二者的区别：尽管花药离体培养是单倍体育种的首要环节，但二者的步骤和结果是不同的。一定注意看清楚是培养过程还是育种过程，花药离体培养只涉及上图图解中的①②③④，而单倍体育种则包括①②③④⑤。特别提醒：在花药培养过程中，常常会出现染色体组数目变化的原因(1)花粉细胞的融合。(2)接种花粉过程中混有小孢子母细胞。(3)在材料的低温预处理时低温抑制了纺锤体的形成。(4)在双核期时，生殖细胞核与花粉管细胞核并没有形成两个细胞，而是两个核发生了融合。[典题通关]育种工作者常采用花药培养的方法，使花粉粒发育为单倍体植株。下面过程是采用水稻的花药进行培养的步骤。请据此回答下面的问题：选取水稻花药―→对花药消毒―→接种和培养―→植物体(1)诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低，受多种因素的影响，其中____________、____________是主要的影响因素；选择合适的____________也是提高诱导成功率的重要因素。(2)花粉在发育过程中要经历______________________、________、______________等阶段，选取的水稻花药应为________期的花药，此时细胞核由中央移向细胞一侧，花药培养成功率最高。(3)在剥离花药时，要尽量不损伤花药，原因是_____________________________________________________________；同时还要彻底去除花丝，原因是________________________________________________________________________。(4)通过花药培养产生单倍体植株一般有两种途径：一种是花粉通过__________阶段发育为植株；另一种是在诱导培养基上先形成__________，再将其诱导分化成植株。(5)试管苗形成过程中，必须从培养基中获得无机盐或矿质元素和小分子有机物等营养物质。要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应有________和________两类激素。[解析]诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低，受多种因素的影响，其中材料的选择与培养基的组成是主要的影响因素；选择合适的花粉发育时期也是提高诱导成功率的重要因素。花粉在发育过程中要经历小孢子四分体时期、单核期、双核期等阶段，选取的水稻花药应为单核期的花药；在剥离花药时要尽量不损伤花药，否则接种后容易从受伤的部位产生愈伤组织；同时还要彻底去除花丝，因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成；通过花药培养产生单倍体植株一般有两种途径：一种是通过胚状体阶段发育为植株；一种是先形成愈伤组织再将其诱导分化成植株。[答案](1)材料的选择培养基的组成花粉发育时期(2)小孢子四分体时期单核期双核期单核靠边(3)如果花药受损，接种后容易从受损伤的部位产生愈伤组织与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成(4)胚状体愈伤组织(5)细胞分裂素生长素(1)选择材料时，需要使用显微镜对花药进行观察，对花药进行染色的方法有哪些？(2)是否整个培养过程都需要光照？提示：(1)醋酸洋红法和焙花青—铬矾法。(2)不是，在幼小植株形成以后才需要光照。1．下列有关花药离体培养的说法，错误的是()A．材料的选择最常用的方法