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实验04 菊花的组织培养
人教版2019选择性必修3
细胞的全能性是植物细胞所特有的生命潜能，也是现代植物生物技术的理论基石。菊花生长旺盛、取材便捷、分化能力强，是进行植物组织培养的经典材料。本实验以菊花的茎段等外植体为材料，通过人工调控营养与激素条件，诱导其经历脱分化和再分化，最终形成完整植株。我们将在无菌环境中，亲身实践植物组织培养的完整流程，直观见证单个组织片段发育成完整植株的生命奇迹，深入理解植物细胞全能性的内涵，掌握植物快速繁殖的核心技术，开启探索植物生物技术的实验之旅。
一、生命观念
通过菊花的组织培养实验，理解植物细胞的全能性，建立“细胞具有全能性、植物组织培养依赖细胞全能性表达”的生命观念，认同植物细胞的全能性与环境条件的密切关系。
二、科学思维
运用观察、对比、推理、归纳等科学方法，分析植物组织培养的原理，解读培养基成分、培养条件对组织培养的影响，推理脱分化、再分化的核心过程，形成基于实验证据的逻辑推理能力和误差分析意识。
三、科学探究
通过设计和实施菊花的组织培养实验，掌握植物组织培养的基本操作方法，提升实验设计、操作实施、现象描述与结果分析能力，理解实验设计的单一变量原则、对照原则。
四、社会责任
结合实验原理，联系植物组织培养在农业生产、园艺培育中的应用价值，认识植物组织培养技术对花卉繁殖、作物育种的重要意义，树立“科学利用生物技术服务人类生产生活”的责任意识。
提出问题
基础知识
实验设计
实验过程
得出结论，交流讨论
1.实验原理
植物细胞一般具有全能性。在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化，即失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块，这称为愈伤组织。愈伤组织能重新分化成芽、根等器官，该过程称为再分化。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激素，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。
2.目的要求
（1）了解植物组织培养的基本原理
（2）了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响
（3）尝试进行植物组织培养
3.材料用具
（1）材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水等。
3.材料用具
（2）用具： 50 mL锥形瓶（或植物组织培养瓶）、烧杯、酒精灯、超净工作台（或接种箱）、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。
植物组织培养瓶
4.实验步骤
用酒精擦拭双手和超净工作台台面。
消毒：
30s
2-3次
30min
材料：
幼嫩的菊花茎段
2-3次
酒精
无菌水
次氯酸钠溶液
无菌水
①外植体消毒
4.实验步骤
用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段
将消过毒的外植体置于无菌培养皿中
用无菌滤纸吸去表面的水分
②外植体切段
4.实验步骤
用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记
在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中
（将形态学上端朝上，形态学下端朝下）
③接种外植体
4.实验步骤
培养条件：
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
脱分化
定期观察和记录愈伤组织的生长情况
将接种了外植体的锥形瓶置于18-22℃的培养箱中培养
激素比例1：1
避光培养
提供有机碳源（蔗糖）
④诱导愈伤组织
4.实验步骤
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上
注意顺序：先诱导生芽，再诱导生根；
长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！
⑤诱导生芽、生根
4.实验步骤
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日
用流水清洗掉根部的培养基
将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土
⑥移栽
注意：
实验中使用的培养基和所有器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。
为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？
防止杂菌污染。因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害物质，导致培养物迅速死亡。
① 接种3~4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。
培养基、接种工具灭菌不彻底；
外植体消毒不彻底；
操作过程不符合无菌操作要求等。
被污染的培养基
②为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？
原因是避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物生长。
③杂菌和植物细胞之间有哪些关系？
竞争或寄生。
芽、根
胚状体
脱分化
再分化
培养条件：
①无菌
②营养物质
③适宜环境条件（温度、PH、光等）
④植物激素：
细胞分裂素 生长素
遮光
一定的光照
愈伤组织
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
试管苗
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
1.关于植物组织培养的再分化过程，说法错误的是(　　)
A．再分化过程中，不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质
B．脱分化与再分化过程所使用的培养基主要是激素浓度及用量比例的不同
C．再分化过程在实验室或植物组织培养车间进行，需要避光处理
D．再分化过程中，核遗传物质没有发生改变，但mRNA有变化
再分化过程是形成根和芽等营养器官，芽的形成需要光照的参与，才能形成叶绿素，再分化过程需要光照
再分化的本质就是细胞分化，分化的实质是细胞内的基因选择性表达
C
2.SOD是一种广泛分布于各种细胞中的抗氧化酶，它能催化超氧阴离子自由基形成H2O2，增强植物的抗逆性。下图为培育能够产生SOD农作物新品种的一种方式，有关叙述正确的是(　　)
A．①过程中最常用的方法是采用Ca2+处理法将SOD基因导入植物细胞
B．②需要进行照光培养，以诱导叶绿素的形成
C．③表示再分化过程，不需要严格的无菌操作
D．该育种方式利用了细胞工程和基因工程，能体现细胞的全能性
②③分别表示脱分化、再分化过程，均需要在严格的无菌条件下完成
农杆菌转化法将SOD基因导入植物细胞
②表示脱分化过程，不需要在光照条件下进行
D
3.兰州百合栽培过程中易受病毒侵染，造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗，操作流程如下图。下列叙述正确的是(　　)
A.①为脱分化过程，1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块
B.②为再分化过程，愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组
C.3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1
D．百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，可以作为该研究中的外植体
排列不规则
不会发生
比值小于1
D
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