一、植物组织培养及其影响因素（阅读教材P32～33）
1．植物组织培养
(1)理论基础：细胞的全能性。 (2)植物细胞的全能性
当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。
(3)基本过程
2．影响植物组织培养的因素 (1)材料选取
①不同的植物组织，培养的难易程度差别很大。
②对于同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。 ③菊花的组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。 (2)营养成分
常用的一种培养基是 MS培养基，其主要成分包括： ①大量元素，如 N、P、K、Ca、Mg、S。
②微量元素，如 B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co。
③有机物，如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素，以及蔗糖等。
(3)植物激素：生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，二者的浓度、使用顺序及用量比例等都会影响实验结果。
(4)外界条件：如pH、温度、光照等环境条件。
二、菊花组织培养的实验操作（阅读教材P34～36）
1．制备MS固体培养基
(1)配制各种母液：大量元素、微量元素，激素类、维生素类等有机物。 (2)配制培养基。
(3)灭菌：高压蒸汽灭菌。
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3．接种
(2)菊花茎段插入培养基时注意方向，不要倒插。
4．培养：最好在无菌箱中培养，培养期间应定期消毒。培养温度控制在18～22_℃，pH控制在5.8左右，每日用日光灯光照12 h。
5．移栽和栽培
(1)移栽前应先打开培养瓶的封口膜，让试管苗在培养间生长几日。然后用流水清洗根部的培养基，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境下生活一段时间，等幼苗长壮后再移栽到土壤中。
(2)移栽后，每天观察并记录幼苗生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
[共研探究]
1．植物组织培养
(1)概念：在人工培养基上，离体培养植物的器官、组织、细胞，并使其生长、增殖、分化以及再生植株的技术。
(2)原理：植物细胞的全能性。 (3)基本过程
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根据植物组织培养的过程，回答下列问题： ①A过程表示脱分化，是指由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，又叫去分化。脱分化的实质是已分化的细胞回到未分化状态。
②B是愈伤组织，其特点是：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。
③C过程表示再分化，是指愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程。 (4)影响植物组织培养的因素 ①内因
植物的种类、材料的年龄或保存时间的长短等都会影响实验结果。一般来说，容易进行无性繁殖的植物容易进行组织培养。例如，菊花的组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝作材料(选取生长旺盛的嫩枝进行组织培养的原因是嫩枝生理状态好，容易诱导脱分化和再分化)。
②外因
c．环境因素：pH、温度、光照等 2．细胞分化
(1)概念：在植物的个体发育过程中，细胞在形态、结构和生理功能上出现稳定性差异的过程。
(2)实质：基因的选择性表达。 (3)结果：形成不同的细胞和组织。 3．植物细胞的全能性
(1)概念：已经分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。
(2)原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。
(3)全能性大小：一般分化程度越低的细胞，全能性越高。特例：卵细胞的分化程度和全能性都比较高。
(4)全能性表达的条件
①离体的植物组织或细胞(用于离体培养的植物器官或组织片段，叫做外植体)。 ②一定的营养物质。 ③植物激素。
④其他适宜的外界条件。 (5)在生物体内，细胞并不表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官的原因是什么？
提示：细胞全能性表达的基本条件之一是处于离体状态。例如，植株上的分生组织细胞在体内只能进行分裂分化，形成不同的组织，但不能表现出全能性，这是生物体内基因程序性表达的结果。
[总结升华]
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1．细胞全能性大小与细胞种类的关系
(1)受精卵＞生殖细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞；分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞。
(2)一般地说，离体后的植物细胞的全能性在一定条件下可充分体现。
(3)离体的动物细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性可借助卵细胞的细胞质体现出来。
(4)未离体的细胞的全能性不能表达，只是在机体的调控下进行定向分化。 2．植物激素在组织培养过程中的重要作用
(1)在配制好的MS培养基中，常常需要添加植物激素。植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。
(2)激素使用的先后顺序及同时使用时，两者用量的比例对细胞分裂和分化的影响
①激素使用的先后顺序产生的影响 使用顺序 先使用生长素，后使用细胞分裂素 先使用细胞分裂素，后使用生长素 同时使用 ②激素用量比例产生的影响
生长素用量/细胞分裂素用量 比值高时 比值低时 比值适中时
[对点演练]
1．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：
结果 有利于根的分化，抑制芽的形成 有利于芽的分化，抑制根的形成 促进愈伤组织的形成 实验结果 有利于细胞分裂，但细胞不分化 细胞既分裂也分化 分化频率提高
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，其在植物组织培养中的主要作用是______________________________；则植物激素X的名称是____________。
(5)生产上常用试管苗保存植物的优良性状，其原因是______________________。
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解析：(1)用于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)仔细分析所给示意图，可知植物激素X与植物激素Y浓度比等于1时，未分化细胞群形成愈伤组织，大于1时细胞群分化出芽，小于1时细胞群分化出根。(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需要细胞分裂素，二者共同起作用。(5)植物组织培养是一种无性繁殖技术，能保持亲本的优良性状。
答案：(1)外植体 (2)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)植物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
[共研探究]
植物细胞具有全能性，利用菊花的组织或细胞能获得完整的幼苗，可以加快优良品种的繁殖速度。
1．菊花组织培养的操作过程
2．菊花组织培养的几个关键点 (1)培养基
①微生物培养基以有机营养为主。MS培养基主要包括植物生长必需的大量元素和微量元素，能提供大量无机营养。
②植物组织培养利用离体的植物组织或细胞，在其脱分化过程中不能进行光合作用合成糖类，因此必须在培养基中添加糖类作为碳源和能源物质，同时维持培养基的渗透压。
(2)外植体要经过严格消毒才能接种，因为一些异养型的细菌能在加入有机物的培养基中生长繁殖，细菌与培养的植物组织争夺营养，同时细胞代谢产生一些有毒物质，会导致培
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养物腐烂。
(3)在植物组织培养过程中，脱分化过程不需要光；再分化过程中，细胞中叶绿素的形成需要光。
(4)实验设计
①设置重复组：每种材料或配方至少要做一组以上的重复。 ②设置对照实验：取一个经过灭菌的装有培养基的锥形瓶，与接种后的锥形瓶一同培养，用以说明培养基制作合格，没有被杂菌污染。
[总结升华]
1．MS培养基中各成分的作用 成分 微量元素和大量元素 蔗糖 甘氨酸、维生素、 烟酸、肌醇等 作用 提供植物细胞生活所必需的无机盐 提供碳源，维持细胞渗透压 满足离体植物细胞在正常代谢途径受一定影响后所产生的特殊营养需求 2.试管苗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，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，移出瓶后一定要保温、保湿。
(4)试管苗光合作用能力低，在移栽前应给予较强光照且进行闭瓶炼苗，以促进小苗向自养转化。
[对点演练] 2．辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域，辣椒素的获得途径如图所示：
(1)图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的________和________过程。
(2)图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是________。培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值________(填“高”或“低”)时，有利于芽的分化。对培养基彻底灭菌时，应采取的灭菌方法是__________________________________。
(3)图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是________。
解析：(1)由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化或去分化。脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可重新分化成根或芽等器官，这个过程叫再分化。(2)培养基中常用的凝固剂是琼脂。在使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。生长素和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化；反之则有利于根的分化。培养基应用高压蒸汽灭菌法灭菌。(3)外植体消毒所用酒精的体积分
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数是70%。
答案：(1)脱分化(或去分化) 再分化 (2)琼脂 低 高压蒸汽灭菌 (3)70%
1．下列关于影响植物组织培养的因素的说法，正确的是( )
A．不同植物组织培养的难易程度不同，同一种植物材料培养的难易程度相同 B．在植物组织培养中，培养基中必须添加植物激素 C．植物激素中生长素和细胞分裂素的作用是互相独立的 D．pH、温度、光照等条件对植物组织培养特别重要
解析：选D 不同植物组织培养的难易程度不同，同一种植物材料也会因材料的年龄、保存时间的长短等影响实验结果；在植物组织培养中，培养基中常常要添加植物激素，但不是都必须添加植物激素，如菊花茎段组织培养不必添加植物激素；各种植物激素的作用是相互联系的，而不是互相独立的。
2．下列有关菊花的组织培养的说法，正确的是( )
A．需要有三种培养基，其营养成分中的碳源应该是无机碳源
B．要用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌，即在100 ℃下保持15～30 min C．在培养过程中要先让愈伤组织生根后再使其生芽 D．用酒精对外植体进行消毒时，持续的时间不能太长
解析：选D 在菊花组织培养过程中，共需配制三种培养基，分别是脱分化培养基、生芽培养基和生根培养基，这些培养基需要的碳源是蔗糖，而不是无机碳源；在对培养基进行高压蒸汽灭菌时，要在121 ℃下保持15～30 min，以便杀死所有微生物的细胞、芽孢和孢子等，100 ℃下不能杀死微生物的芽孢；在培养过程中要先让愈伤组织生芽后再使其生根；用酒精对外植体进行消毒时，持续的时间不能太长，否则容易杀死外植体细胞。
3．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用烟草组织培养出可育的完整植株
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A．①② B．①③ C．②③ D．①②③
解析：选B 细胞的全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。其中①和③都是由已经分化的细胞经过离体培养形成了可育的植株，均体现了细胞的全能性。植物用种子繁殖后代，实际上是由未经分化的细胞(受精卵)发育成新个体的过程，属于植物的个体发育过程，因此不能体现细胞的全能性。
4．请回答下列有关植物组织培养的几个问题：
(1)离体的植物组织或细胞培养常用的一种培养基是________，其主要成分中的大量元素有_________________________________，培养中常用的两种植物激素是________和________，两者使用时的____________、____________、____________等，都会影响实验的结果。
(2)植物组织培养的一般步骤为_____________________________________。 (3)如图为植物组织培养的部分过程：
①过程是________，②过程是________，A是________。
(4)组织培养过程中还需要维持一定的外界条件，一是要有适宜的________，二是________等。
解析：(1)组织培养常用的基本培养基为MS培养基，其中含有N、P、K、Ca、Mg、S等大量元素；激素的种类和浓度对外植体的分化和增殖起到了重要的作用，尤其是生长素和细胞分裂素，二者的浓度、使用的先后顺序、用量的比例等都会影响实验结果。(2)植物组织培养的一般步骤为：制备MS固体培养基、外植体消毒、接种、培养、移栽、栽培。(3)植物组织培养的主要过程是先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成试管苗。(4)组织培养过程中需要保持适宜温度和无菌(环境)等外界条件。
答案：(1)MS培养基 N、P、K、Ca、Mg、S 生长素(类) 细胞分裂素(类) 浓度 使用的先后顺序 用量的比例
(2)制备MS固体培养基、外植体消毒、接种、培养、移栽、栽培 (3)脱分化 再分化 愈伤组织 (4)温度 无菌环境
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