1、课题2 月季的花药培养一、被子植物的花粉发育1.花粉的概念:由_经过_分裂形成的_的生殖细胞。花粉母细胞减数单倍体2.花粉发育的基本过程:减数四分体单倍体居中原生质中央靠边有丝双核生殖细胞有丝花粉管细胞精子二、产生花粉植株的两种途径1.两种途径:2.形成原因:主要取决于培养基中_的种类及其_。脱分化再分化生根激素浓度配比三、影响花药培养的因素1.主要因素:(1)材料的选择:不同植物的诱导成功率_。就同一种植物来说,花期早期的花药比_的更容易产生花粉植株。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。(2)_的组成。很不相同后期中央培养基2.其他因素:(1)亲本植株的_。
2、(2)_、接种密度等。生长条件材料的低温预处理四、实验操作1.材料的选取:(1)花药的选择:一般通过_来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期。(2)镜检醋酸洋红法2.材料的消毒:通常先将花蕾用体积分数为_浸泡大约30 s,立即取出,在无菌水中清洗。取出后再用无菌吸水纸吸干花蕾表面的水分,放入质量分数为0.1%的_溶液中2 min4 min(也可用质量分数为1%的_溶液或饱和漂白粉溶液),取出后再用无菌水冲洗3次5次。70%的酒精氯化汞次氯酸钙3.接种和培养:(1)接种要求:在无菌条件下除去_和_,并立即将花药接种到培养基上。(2)培养过程:温度在_左右且无需光照情况下培养_,长出_或释放出_后及
3、时将其转移到分化培养基上,幼苗形成后需要_。(3)鉴定和筛选:在花药培养中,特别是通过愈伤组织形成的花粉植株,_的数目常常会发生变化,因此还需要对培养出来的植株作进一步的鉴定和筛选。萼片花瓣2520天30天愈伤组织胚状体光照染色体组【思考辨析】1.判断正误(1)月季花粉是由花粉母细胞经过减数分裂形成的单倍体生殖细胞。()(2)花粉在发育过程中,核先位于细胞一侧,再移到细胞中央。()【分析】花粉发育过程中,在四分体时期,4个单倍体细胞连在一起,进入单核期时,四分体的4个单倍体细胞彼此分离称为单核期。随着细胞不断长大,细胞核由中央移向细胞一侧称为单核靠边期。(3)花粉经脱分化形成胚状体,分化出根,
4、然后诱导生芽。()【分析】花粉经脱分化形成胚状体,分化出丛芽,然后诱导生根。(4)选择适宜的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素。()2.问题思考(1)被子植物花粉发育的“四分体时期”与高等动物细胞减数分裂过程中的“四分体时期”是否完全相同?提示：被子植物的花粉母细胞经减数分裂形成4个小孢子,这4个单倍体细胞连在一起称四分体时期;高等动物精子、卵细胞形成过程中在减数第一次分裂的前期,同源染色体联会形成四分体,每个四分体内含有4条染色单体。(2)花粉植株弱小且高度不育,因此它在作物育种方面就没有可利用的价值吗?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,能够明显缩短育种年限。
5、一、花药培养与单倍体育种1.花药培养过程:(1)过程:材料的选取:选单核期花粉,常用醋酸洋红法和焙花青-铬矾法镜检材料的消毒:用体积分数为70%的酒精和质量分数为0.1%的氯化汞溶液消毒接种和培养:形成幼苗前不需要光照,形成幼苗后需要光照(2)流程解读:进行组织培养时要配备三种培养基,期间进行两次转接。a.脱分化培养基:生长素与细胞分裂素比例适中,促进愈伤组织的形成;b.生芽培养基:生长素与细胞分裂素比值较低,促进芽的分化,抑制根的形成;c.生根培养基:生长素与细胞分裂素比值较高,促进根的分化,抑制芽的形成。若培养的外植体含有叶绿体,则培养过程中要提供充足光照,让其自养;若培养的组织或细胞不含
6、叶绿体,则培养过程中不进行光照,以免光线对其造成损伤。2.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:3.比较: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,而单倍体育种则包括。【易错提醒】(1)经花药离体培养得到的植株并非全为高度不育的单倍体植株,因为花药壁细胞为体细胞。(2)花药离体培养得到的往往是高度不育的单倍体植株,单倍体育种是将花药离体培养得
7、到的高度不育的单倍体植株进行染色体加倍得到可育的植株。【典例训练1】基因型为AaBb的水稻(含24条染色体)的花药通过无菌操作接种到试管后,在一定条件下形成试管苗,则:(1)愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团,愈伤组织形成过程中,必须从培养基中获得等营养物质。(2)要促进花粉细胞的分裂和生长,培养基中应有_和两类激素。(3)愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根,再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照,其原因是_能利用光能制造有机物,供试管苗生长发育。(4)试管苗的细胞核中含条脱氧核糖核苷酸链。(5)培育成的试管苗可能出现的基因型有。【解题关键】解答本题需要明确以下两点:(1)掌握
8、植物组织培养的基础知识,如原理、操作条件等。(2)植物组织培养实验过程分析:植物激素的比例;生物体基因型的变化。【解析】(1)愈伤组织在形成过程中,自身不能制造有机物,因此需不断地从培养基中吸取无机物(水、无机盐)、有机物(糖类、维生素)等营养物质。(2)植物激素的种类很多,要促进花粉细胞的分裂和生长,培养基中应有细胞分裂素和生长素两类激素。(3)试管苗属于单倍体植株,属于自养型生物,需要通过光照进行光合作用。(4)水稻的基因型为AaBb(二倍体),其体细胞中含有24条染色体,则单倍体细胞中含有12条染色体,12个DNA分子。每个DNA分子由2条平行的脱氧核糖核苷酸链盘旋而成,所以试管苗的细胞
9、核中含有24条脱氧核糖核苷酸链。(5)基因型为AaBb的水稻产生配子时,依据基因自由组合定律可知,配子的基因型为AB、aB、Ab、ab。答案：(1)水、无机盐、维生素和小分子有机物(2)细胞分裂素 生长素(3)叶绿体(4)24 (5)AB、aB、Ab、ab【互动探究】(1)上题中得到的试管苗是否可育?为什么?提示：不育。因为得到的都是单倍体植株,细胞内不含成对的同源染色体,不能产生正常的生殖细胞。(2)影响上述操作是否成功的主要因素是什么?提示：花药的选择和培养基的组成。二、花药培养与植物组织培养的比较项 目菊花组织培养月季花药培养理论依据植物细胞的全能性基本过程脱分化再分化影响因素选材、营养
10、、激素、pH、温度、光照等材料选取未开花植株茎上部新萌生的侧枝(体细胞)完全未开放的花蕾(花粉粒)外植体类型体细胞生殖细胞项 目菊花组织培养月季花药培养光照状况每日用日光灯照射12 h开始不需要光照,幼小植株形成后需要光照操作流程制备MS固体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培养结果正常植株单倍体植株可育性可育高度不育,秋水仙素处理后可育【思维拓展】(1)花药的全能性高于植物组织。(2)植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差,对培养条件要求较高,一旦被微生物污染就会导致实验失败。【典例训练2】植物组织培养和花药离体培养都是在实验室条件下快速得到大
11、量幼苗的两种方法。下列关于二者的比较中,错误的是()A.植物组织培养和花药离体培养的理论前提都是细胞具有全能性B.花药能诱导为单倍体植株的原因是花药细胞中含有本物种的全部遗传信息,尽管遗传物质是体细胞的一半,但仍具有全能性C.植物组织培养获得的试管苗必须经过移栽炼苗后,才能移到大田栽培,而花药离体培养不需要D.植物组织培养中若发生突变,则其后代可表现出突变性状,但是花药离体培养中的突变,一定表现相应突变性状【解题关键】组织培养的理论依据是细胞的全能性,原因是细胞中含有完成个体发育所需的全部遗传信息。【解析】选C。花药离体培养和植物组织培养的理论依据都是细胞的全能性,尽管花药细胞中遗传物质是体细
12、胞的一半,但仍含有本物种生长发育所需的全部基因(或遗传信息),因此仍具有全能性。在组织培养过程中,若发生隐性的基因突变,由于基因成对存在,所以后代不一定表现其突变性状,但仍能保持亲代的性状;而花药中的基因单个存在,若有突变,性状就发生变化。两种方法所得到的试管苗,都必须通过移栽炼苗后才可进行大田栽培。【变式训练】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培育,发育成完整植株。进行组织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】选D。花粉粒是由花粉母细胞经减数分裂形成的。由于基因重组,细胞内的遗传物质与亲本相比发生了很大变化,所以繁殖名贵花卉时,为了防止性状分离,既不能用种子繁殖,也不能用花粉粒进行组织培养。
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