1、专题3 植物的组织培养技术、酶的研究与应用一、植物的组织培养技术1.原理:植物细胞的_。2.过程离体的植物细胞、组织、器官 愈伤组织 根、芽 植物全能性3.影响植物组织培养的因素(1)选材: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。菊花的组织培养,一般选择_植株的茎上部新生的侧枝。(2)培养基。成分:大量元素、_、有机成分、激素和_。植物激素包括_和生长素,它们是启动_、_和再分化的关键性激素。类型:常用_培养基。作用:植物细胞、组织或器官生长和发育的_。其他条件:pH、_和光照等条件对于植物组织的培养也很重要。未开花微量元素琼脂细胞分裂素细胞分裂脱分化MS营养物质温度
2、4.菊花的组织培养实验操作过程。(1)制备MS固体培养基:配制好的培养基进行_灭菌。(2)外植体消毒:_消毒无菌水清洗_溶液消毒无菌水高压蒸汽70%酒精0.1%氯化汞清洗(3)接种:始终在_旁进行,对接种工具要用_灭菌。将菊花茎段插入培养基中时注意不要倒插。(4)培养与移栽:在1822 的_中培养,得到试管苗后进行移栽。酒精灯火焰火焰灼烧无菌箱5.月季的花药培养(1)被子植物花粉的发育过程:花粉母细胞(小孢子母细胞)_时期单核期_期精子。(2)产生花粉植株的两种途径。四分体双核(3)影响花药培养的因素。材料的选择:选择花药一般选择在_,选择的花粉应处于发育时期的_。培养基的_。其他条件:如亲本
3、植株的生长条件、材料的_预处理、接种密度等。初花期单核期组成低温(4)实验操作关键。材料的选取:挑选完全_的花蕾,确定花粉发育时期最常用方法是_法。接种:灭菌后的花蕾,在_条件下除去萼片和花瓣,并立即将花药接种到培养基上。剥离花药时尽量不要损伤花药。培养:温度控制在_左右,幼小植株形成后才需要_。如果花药开裂释放出胚状体,就要在_开裂后尽快将幼小植株分开。未开放醋酸洋红无菌25 光照花药 即时训练1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。下图是采用水稻的花药进行培养的示意图。据图回答下列问题。选取水稻花药对花蕾消毒接种和培养植物体(1)选取的水稻花药应为 期,此时细胞核由中央
4、移向细胞一侧,花药培养成功率最高。(2)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。(3)试管苗形成过程中,必须从培养基中获得 和小分子有机物质等营养物质。要促进花粉细胞分裂和生长,培养基中应有 和 两类植物激素。(4)若接种过花药的培养基上出现了污染,则可能的原因有哪些?(至少写出两条)。答案:(1)单核(2)胚状体 愈伤组织(3)无机盐或矿质元素 生长素 细胞分裂素(4)培养基灭菌不彻底;花蕾消毒不彻底;接种时操作不规范等有绝对的界限,主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。试管苗所需的营养均由培养基提供
5、,外植体消毒不彻底,无菌操作不规范等造成培养基被污染。解析:选择合适的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素。在花粉的发育过程中,单核期细胞核由中央移向细胞的一侧,花药培养成功率最高。选择单核期以前的花药接种,其质地幼嫩,极易破碎;选择单核期以后的花药接种,花瓣已有些松动,又给材料的消毒带来困难。通过花药培养产生花粉植株(即单倍体植株)一般有两种途径,一种是花粉通过胚状体阶段发育为植株,另一种是花粉在诱导培养基上先形成愈伤组织,再将其诱导分化成植株。这两种途径之间并没二、酶的研究与应用1.果胶酶在果汁生产中的作用(1)果胶酶不是一种酶,而是一类酶的总称,包括_、_和果胶酯酶等。(2)果胶酶可以
6、分解果胶,使_变得更容易;果胶分解后,也使得果汁变得_。多聚半乳糖醛酸酶果胶分解酶榨取果汁澄清2.探讨加酶洗衣粉的洗涤效果(1)加酶洗衣粉中常有的酶制剂。包括_、脂肪酶、_和纤维素酶四种,这些酶的活性受温度、_和表面活性剂的影响。(2)加酶洗衣粉去污机理。碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子_水解成可溶性的_或小分子肽。脂肪酶、_和纤维素酶分别把大分子_、淀粉和_水解为小分子物质。蛋白酶淀粉酶酸碱度蛋白质氨基酸淀粉酶脂肪纤维素3.酵母细胞的固定化(1)固定化酶的应用实例果糖生产。将果糖生产中所用的_进行固定,可以连续使用该酶,降低了生产成本,提高了产品质量和生产效率。(2)固定化酶和固定化细
7、胞技术。指利用_方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术,包括包埋法、_和_。其中包埋法常用于对_的固定。葡萄糖异构酶物理或化学化学结合法物理吸附法细胞_配制CaCl2溶液配制_溶液_溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞。(3)制备固定化酵母细胞的操作。海藻酸钠海藻酸钠酵母细胞的活化 即时训练2如图所示,某洗衣粉中有一种生物活性物质,为验证其性质,进行了下述实验:根据实验过程的图解,回答下列问题。(1)该洗衣粉中有生物活性的物质是。(2)实验甲:纱布上蛋白膜消失的原因是。(3)实验乙:纱布上蛋白膜未消失的原因是。答案:(1)酶(2)洗衣粉中的酶催化蛋白质分解(3)煮沸使酶变性失活,不能分解蛋白质解析:
8、加酶洗衣粉中往往含碱性蛋白酶,酶的催化作用具有专一性,能将附着在纱布上的蛋白膜分解。而酶的催化作用受温度和酸碱度的影响,高温使酶变性失活,所以煮沸过的洗衣粉不能将蛋白膜水解成可溶性的小分子多肽或氨基酸。1.原理(1)植物细胞全能性的概念:高度分化的植物细胞,仍然具有发育成完整植株的潜能。(2)高度分化的植物细胞全能性表达的条件:离体条件;无菌操作(防止杂菌污染);适宜物质的诱导和调节(激素主要是生长素、细胞分裂素等);种类齐全、比例适合的营养物质;温度、酸碱度、光照等条件的控制。考点一 植物的组织培养2.影响植物组织培养的因素(1)内因:植物的种类,同一种植物材料的年龄、保存时间的长短、部位等
9、。(2):NPKCaMgS,:BMnZnCuFeMoICo:pH矿质元素 含大量元素、营 微量元素、养 有机物 甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等使用顺序不同结果不同调节剂 生长素、细胞分裂素 两者用量比不同植物细胞发育方向不同环境因子、温度、光照菊花茎的组织培养月季的花药培养材料选取未开花植株的茎上部新萌生的侧枝通常选择完全未开放的花蕾光照状况每日用日光灯照12 h开始不需光照,幼小植株形成后才需光照操作流程制备培养基外植体消毒接种培养移栽栽培选材材料消毒接种和培养筛选和诱导移栽栽培选育结果 正常植株单倍体植株3.菊花茎的组织培养与月季的花药培养的比较 易错提示操作过程中实现无菌环境的措施培
10、养基的灭菌(高压蒸汽灭菌);外植体的消毒(酒精、氯化汞);接种的无菌操作(酒精,酒精灯灼烧);无菌箱中培养;移栽到消过毒的环境中生存一段时间。【例1】通过植物组织培养技术可以快速繁殖、生产药物及培育无病毒的植物等。请根据植物组织培养的基本过程和下表回答下面的问题。离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 胚状体 植物体植物组织培养的基本过程植物的花芽分别在含有不同比例的吲哚乙酸和细胞分裂素的培养基中的生长状况见下表。(单位/10-6gL-1)A组B组C组D组E组吲哚乙酸0330.030细胞分裂素00.20.0021.00.2花芽生长状况仍是组织切块形成愈伤组织愈伤组织分化出根愈伤组织分化出嫩芽稍生
11、长(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是。(2)用植物组织培养的方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构,若包上人造种皮,制成人工种子,可能解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。胚状体来源于离体的植物体细胞,其形成过程中要经过的生理变化大体上是植物组织培养的基本过程中的 和 过程,在此过程中被培养的细胞始终受 的调节(内填序号)。(3)应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株,其原因是。(4)从表中的实验结果可看出:吲哚乙酸和细胞分裂素是实验中的两种重要物质。其中,新芽形成必需的条件是 ;而在培养形成完整新个体的过程中,对它们
12、的调控关键是。解析:植物组织培养利用细胞全能性的原理,植物器官、组织或细胞在离体状态下经脱分化和再分化形成胚状体,进一步发育成新植株或被包以人造种皮,制成人工种子。在此过程中细胞分裂素和吲哚乙酸起着调节作用。细胞分裂素浓度与吲哚乙酸浓度的比值高时,诱导芽的产生;吲哚乙酸浓度与细胞分裂素浓度的比值高时,诱导根的产生。对它们的调控关键是适当控制好不同培养期的培养基中细胞分裂素与吲哚乙酸的浓度及二者的比例。答案:(1)植物细胞具有全能性(2)脱分化 再分化 植物激素(3)植物的茎尖或根尖很少被病毒感染,甚至无病毒(4)细胞分裂素的浓度大于吲哚乙酸的浓度 适当调控好不同培养期的培养基中细胞分裂素与吲哚
13、乙酸的浓度和它们的比例1.有关果胶酶的实验探究(1)酶的活性和酶反应速度。酶的活性:是指酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下,酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。酶反应速度:用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。影响因素:温度、pH、酶浓度、底物浓度和酶的抑制剂等。考点二 酶的研究与应用实验原理。(),()pHpH果胶酶活性受温度 或影响 处于最适温度 或时活性最高果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比(2)探究温度(或pH)对果胶酶活性的影响。实验流程。实验温度/303540455055606570果汁量/mL记录结果:2.探究加酶洗
14、衣粉的洗涤效果(1)分析不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果。实验原理。酶的催化作用具有专一性,复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多,与单一加酶洗衣粉相比,对各种污渍都有较好的洗涤效果。实验变量。:(pH)自变量 不同种类的加酶洗衣粉无关变量 其他条件相同且适宜 如温度、等步骤烧杯编号注入自来水500 mL500 mL500 mL加入物质(等量)奶渍布奶渍布奶渍布控制水温37 37 37 加入洗衣粉(等量)蛋白酶洗衣粉 复合酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉用玻璃棒搅拌5 min5 min5 min观察实验现象(2)实验步骤。(3)实验时注意事项。在比较普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果的实验中,自变量为洗衣粉的种类,设
15、计时应遵循单一变量原则、对照原则,有效控制其他变量,如水的用量、污染物的量、用于实验的布的质地和大小、两种洗衣粉的用量、搅拌及洗涤时间等。在使用加酶洗衣粉时不但要考虑最佳洗涤效果的条件,如最适温度、pH,还要考虑衣物的承受力,如蛋白酶洗衣粉不能洗涤丝绸类衣物;也要考虑洗涤成本问题,因污渍的成分比较复杂,一般选择复合加酶洗衣粉,以减少用量。该实验探究多种加酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果,也可以探究同一种加酶洗衣粉对不同污渍的洗涤效果。易错提示加酶洗衣粉使用时必须注意的问题(1)碱性蛋白酶能使蛋白质水解,因此,蛋白质类纤维(羊毛、蚕丝等)织物就不能用加酶洗衣粉来洗涤,以免使纤维受到破坏。(2)使用加
16、酶洗衣粉时,必须注意洗涤用水的温度。碱性蛋白酶在3550 时活性最强,在低温下或60 以上就会失效。(3)加酶洗衣粉也不宜长期存放,存放时间过长会导致酶活力降低。【例2】某生物研究性学习小组为探究温度对果胶酶活性的影响设计了如下实验:(1)为什么在混合苹果泥和果胶酶之前,要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理?。(2)该实验中如何设置对照?。(3)实验的自变量是 ,实验过程中需要保持不变的因素有。(4)判断不同温度下果胶酶活性的高低,除利用苹果汁的体积作为检测指标外,还可以通过比较 来判断。(5)结合实验记录的数据,请在右图中绘出温度对果胶酶活性影响的大致曲线图。解析:实验的自变量为温度,为确保实验过程中酶所处的温度恒定,实验之前,要将苹果泥和果胶酶分装在相同温度下不同试管中恒温处理。实验的因变量是酶的活性,无关变量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间等;实验的检测指标是苹果汁的体积或果汁的澄清度。(2)准备一组烧杯,分别盛有不同温度的水,在不同温度梯度之间进行相互对照。(3)温度 苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间(至少答两个方面)(4)果汁的澄清度(5)如右图所示答案:(1)保证底物和酶在混合时温度是相同的,避免影响混合时混合物的温度,从而影响果胶酶的活性。