2019-2020学年高二生物人教版选修一讲义:专题三 课题2 月季的花药培养 Word版含答案.pdf
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1、 一、被子植物的花粉发育一、被子植物的花粉发育 1发育场所:被子植物雄蕊的花药中。发育场所:被子植物雄蕊的花药中。 2花粉的形成:由花粉母细胞经过减数分裂形成,因此,花粉是单倍体的生殖细胞。花粉的形成:由花粉母细胞经过减数分裂形成,因此,花粉是单倍体的生殖细胞。 3花粉的发育要经历小孢子四分体时期、单核期和双核期等阶段。花粉的发育要经历小孢子四分体时期、单核期和双核期等阶段。 (1)小孢子四分体时期:小孢子四分体时期:4 个单倍体细胞连在一起。个单倍体细胞连在一起。 (2)单核期:单核期: 四分体的四分体的 4 个单倍体细胞彼此分离,形成个单倍体细胞彼此分离,形成 4 个具有单细胞核的花粉粒。
2、个具有单细胞核的花粉粒。 单核期分为单核居中期和单核靠边期两个时期。单核期分为单核居中期和单核靠边期两个时期。 (3)双核期:细胞中含有生殖细胞核和花粉管细胞核,它们进而形成一个生殖细胞和一双核期:细胞中含有生殖细胞核和花粉管细胞核,它们进而形成一个生殖细胞和一 个营养细胞,其中的生殖细胞再分裂一次形成两个精子。个营养细胞,其中的生殖细胞再分裂一次形成两个精子。 二、产生花粉植株的两种途径二、产生花粉植株的两种途径 阅阅读读教教材材P38 这两种途径之间并没有绝对的界限,主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。这两种途径之间并没有绝对的界限,主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。 三、影
3、响花药培养的因素三、影响花药培养的因素 1材料的选择材料的选择 (1)从花药来看,应当选择初花期从花药来看,应当选择初花期(花期早期花期早期)的花药。的花药。 (2)从花粉来看,应当选择单核期的花粉。从花粉来看,应当选择单核期的花粉。 (3)从花蕾来看,应当选择完全未开放的花蕾。从花蕾来看,应当选择完全未开放的花蕾。 2培养基的组成:培养基的成分及比例对花药培养也有影响。培养基的组成:培养基的成分及比例对花药培养也有影响。 3其他因素:亲本植株的生长条件、材料的低温预处理以及接种密度等对诱导成功率其他因素:亲本植株的生长条件、材料的低温预处理以及接种密度等对诱导成功率 都有一定影响。都有一定影
4、响。 四、实验操作四、实验操作 1材料的选取材料的选取 课课题题2 月月季季的的花花药药培培养养 (1)一般通过镜检来确定花粉是否处于适宜的发育期。一般通过镜检来确定花粉是否处于适宜的发育期。 (2)镜检方法:最常用的是醋酸洋红法。但某些植物的花粉细胞核不易着色,需采用焙镜检方法:最常用的是醋酸洋红法。但某些植物的花粉细胞核不易着色,需采用焙 花青铬矾法。花青铬矾法。 2消毒消毒 3接种和培养接种和培养 (1)接种要求:消毒后的花蕾,要在无菌条件下除去萼片、花瓣和花丝,并立即将花药接种要求:消毒后的花蕾,要在无菌条件下除去萼片、花瓣和花丝,并立即将花药 接种到培养基上。通常每瓶接种花药接种到培
5、养基上。通常每瓶接种花药 710 个。个。 (2)培养条件:培养温度控制在培养条件:培养温度控制在 左右,不需要光照。幼小植株形成后才需要光照。左右,不需要光照。幼小植株形成后才需要光照。25 4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,常常会出现染鉴定和筛选:在花药培养中,特别是通过愈伤组织形成的花粉植株,常常会出现染 色体倍性的变化,因此需要对培养出来的植株作进一步的鉴定和筛选。色体倍性的变化,因此需要对培养出来的植株作进一步的鉴定和筛选。 探究点一探究点一花粉的发育与培养花粉的发育与培养 共研探究共研探究 1964 年,印度科学家在培养毛叶曼陀罗的花药时,首次获得了由花
6、药中的花粉粒发育 而来的单倍体植株。这个实验说明生殖细胞和体细胞一样,在离体条件下也具有发育成完 整植株的潜能。花药离体培养技术是一种新兴的育种技术,不仅能缩短育种周期,也为新 品种的培育开辟了新途径。 年,印度科学家在培养毛叶曼陀罗的花药时,首次获得了由花药中的花粉粒发育 而来的单倍体植株。这个实验说明生殖细胞和体细胞一样,在离体条件下也具有发育成完 整植株的潜能。花药离体培养技术是一种新兴的育种技术,不仅能缩短育种周期,也为新 品种的培育开辟了新途径。 1被子植物花粉发育的过程被子植物花粉发育的过程(填图填图) 1被子植物花粉发育过程经历哪些阶段?被子植物花粉发育过程经历哪些阶段? 2产生
7、花粉植株的两种途径分别是怎样的?产生花粉植株的两种途径分别是怎样的? 3影响花药培养的主要因素有哪些?影响花药培养的主要因素有哪些? 4花药培养如何选材、花粉发育时期如何确定?如何进行材料的消毒 及接种和培养? 花药培养如何选材、花粉发育时期如何确定?如何进行材料的消毒 及接种和培养? 2产生花粉植株的两种途径产生花粉植株的两种途径 根据图示,回答下列问题:根据图示,回答下列问题: (1)选择哪一时期的花粉培养成功率最高?为什么?选择哪一时期的花粉培养成功率最高?为什么? 提示:单核期,单核期对离体刺激敏感,可以经过培养产生愈伤组织或胚状体,花药 培养成功率最高。 提示:单核期,单核期对离体刺
8、激敏感,可以经过培养产生愈伤组织或胚状体,花药 培养成功率最高。 (2)能否选择单核期以前或单核期以后的花药接种?为什么?能否选择单核期以前或单核期以后的花药接种?为什么? 提示:不能。单核期以前的花药质地幼嫩,极易破碎;单核期以后的花药,花瓣已有 些松动,给材料的消毒带来困难。 提示:不能。单核期以前的花药质地幼嫩,极易破碎;单核期以后的花药,花瓣已有 些松动,给材料的消毒带来困难。 (3)花粉植株花粉植株(单倍体植株单倍体植株)有什么特点?有什么特点? 提示:植株弱小,高度不育。提示:植株弱小,高度不育。 总结升华总结升华 1被子植物花粉发育过程的易误提醒被子植物花粉发育过程的易误提醒 (
9、1)被子植物的花粉是由花粉母细胞被子植物的花粉是由花粉母细胞(小孢子母细胞小孢子母细胞)经过减数分裂形成的, 因此, 花粉是 单倍体的生殖细胞。 经过减数分裂形成的, 因此, 花粉是 单倍体的生殖细胞。 (2)小孢子所进行的一系列分裂均为有丝分裂,因此,两个精子和一个营养细胞的细胞 核的基因型相同。 小孢子所进行的一系列分裂均为有丝分裂,因此,两个精子和一个营养细胞的细胞 核的基因型相同。 (3)正常情况下,正常情况下,1 个小孢子母细胞最终形成个小孢子母细胞最终形成 4 个花粉粒,个花粉粒,8 个精子;在一枚花药中可以 产生很多个花粉。 个精子;在一枚花药中可以 产生很多个花粉。 (4)营养
10、细胞在花粉萌发过程中能够控制花粉的萌发并提供营养。营养细胞在花粉萌发过程中能够控制花粉的萌发并提供营养。 (5)花粉发育过程中的四分体和动物细胞减数分裂中的四分体不同。花粉发育过程中的四分体和动物细胞减数分裂中的四分体不同。 被子植物花粉发育过程中的“四分体”是指由一个小孢子母细胞经过减数分裂产生 的连在一起的 被子植物花粉发育过程中的“四分体”是指由一个小孢子母细胞经过减数分裂产生 的连在一起的 4 个单倍体细胞,即“四分体”中的“四”指的是个单倍体细胞,即“四分体”中的“四”指的是 4 个小孢子细胞。个小孢子细胞。 减数分裂中的“四分体”是指在联会状态下的一对同源染色体,因为含有减数分裂中
11、的“四分体”是指在联会状态下的一对同源染色体,因为含有 4 条染色 单体,所以叫做“四分体” ,即“四分体”中的“四”指的是 条染色 单体,所以叫做“四分体” ,即“四分体”中的“四”指的是 4 条染色单体。条染色单体。 2产生花粉植株的两种途径的比较产生花粉植株的两种途径的比较 (1)途径差异: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。 途径差异: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。 (2)形成原因:主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。形成原因:主要取决于培养基
12、中激素的种类及其浓度配比。 (3)在产生花粉植株时,无论哪种途径都是先生芽后生根,并且都得到单倍体植株。在产生花粉植株时,无论哪种途径都是先生芽后生根,并且都得到单倍体植株。 (4)胚状体是植物体细胞组织培养过程中,诱导产生的形态与受精卵发育成的胚非常相 似的结构,其发育也与受精卵发育成的胚类似,有胚芽、胚根、胚轴等完整结构,就像一 粒种子,又称为体细胞胚。由单倍体花粉粒诱导形成的花粉胚,也可发育成单倍体植株。 胚状体是植物体细胞组织培养过程中,诱导产生的形态与受精卵发育成的胚非常相 似的结构,其发育也与受精卵发育成的胚类似,有胚芽、胚根、胚轴等完整结构,就像一 粒种子,又称为体细胞胚。由单倍
13、体花粉粒诱导形成的花粉胚,也可发育成单倍体植株。 对点演练对点演练 1下列关于被子植物花粉形成的叙述,正确的是下列关于被子植物花粉形成的叙述,正确的是( ) A花粉的发育要经历小孢子四分体时期、单核期和双核期花粉的发育要经历小孢子四分体时期、单核期和双核期 B花粉是花粉母细胞经有丝分裂形成的花粉是花粉母细胞经有丝分裂形成的 C花粉发育经历的小孢子四分体时期和减数第一次分裂的四分体时期的含义相同花粉发育经历的小孢子四分体时期和减数第一次分裂的四分体时期的含义相同 D花粉母细胞形成花粉粒中精子的过程是一系列减数分裂的过程花粉母细胞形成花粉粒中精子的过程是一系列减数分裂的过程 解析 : 选解析 :
14、选A 花粉是由花粉母细胞经减数分裂形成的, 其发育要经历小孢子四分体时期、 单核期和双核期等阶段。花粉粒中的生殖细胞经有丝分裂产生 花粉是由花粉母细胞经减数分裂形成的, 其发育要经历小孢子四分体时期、 单核期和双核期等阶段。花粉粒中的生殖细胞经有丝分裂产生 2 个精子。花粉发育的小孢 子四分体时期指 个精子。花粉发育的小孢 子四分体时期指 4 个小孢子连在一起的时期,而减数分裂的四分体时期是指同源染色体配 对后, 个小孢子连在一起的时期,而减数分裂的四分体时期是指同源染色体配 对后,1 个四分体含个四分体含 4 条染色单体的阶段。条染色单体的阶段。 2如图是花药培养产生花粉植株的两种途径,下列
15、相关叙述错误的是如图是花药培养产生花粉植株的两种途径,下列相关叙述错误的是( ) A图中的甲和乙表示胚状体和愈伤组织图中的甲和乙表示胚状体和愈伤组织 B和过程的实质相同和过程的实质相同 C选择花药时,其中的花粉所处的发育时期越早越好选择花药时,其中的花粉所处的发育时期越早越好 D整个培养过程中的细胞增殖方式只有有丝分裂整个培养过程中的细胞增殖方式只有有丝分裂 解析:选解析:选 C 图中甲和乙表示胚状体和愈伤组织。和过程表示分化和再分化,它 们的实质都是基因的选择性表达;选择花药时,其中的花粉所处的发育时期过早或过晚都 不利于培养,一般选择单核期的花粉;整个培养过程中细胞增殖方式只有有丝分裂。
16、图中甲和乙表示胚状体和愈伤组织。和过程表示分化和再分化,它 们的实质都是基因的选择性表达;选择花药时,其中的花粉所处的发育时期过早或过晚都 不利于培养,一般选择单核期的花粉;整个培养过程中细胞增殖方式只有有丝分裂。 探究点二探究点二花药培养的实验操作花药培养的实验操作 共研探究共研探究 以月季花药的培养为例探究花药培养的过程,结合图示和教材回答下列问题:以月季花药的培养为例探究花药培养的过程,结合图示和教材回答下列问题: 1实验操作过程实验操作过程(填图填图) 2花药培养的注意事项花药培养的注意事项 (1)在剥离花药时,为什么尽量不要损伤花药,还要彻底去除花丝?在剥离花药时,为什么尽量不要损伤
17、花药,还要彻底去除花丝? 提示:损伤的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。 提示:损伤的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)培养形成的幼苗需要用秋水仙素处理才能发育成正常可育植株。培养形成的幼苗需要用秋水仙素处理才能发育成正常可育植株。 总结升华总结升华 1镜检花粉发育时期的方法比较镜检花粉发育时期的方法比较 醋酸洋红法醋酸洋红法焙花青铬矾法焙花青铬矾法 使用使用 条件条件 常用的方法常用的方法花粉细胞核不易着色时花粉细胞核不易着色时 步骤步骤 将花药放在载玻片上滴将花药放在载玻片上滴
18、1 滴质量分 数为 滴质量分 数为 1%的醋酸洋红用镊柄捣碎花 药盖上盖玻片镜检 的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花药在卡诺氏固定液中固定 20 min取出,放在载玻片上焙花青 铬矾溶液染色盖上盖玻片镜检 取出,放在载玻片上焙花青 铬矾溶液染色盖上盖玻片镜检 不不 同同 点点 现象现象花粉细胞核染成深红色花粉细胞核染成深红色花粉细胞核染成蓝黑色花粉细胞核染成蓝黑色 相同点相同点都通过镜检来确定花粉是否处于适宜的发育期都通过镜检来确定花粉是否处于适宜的发育期 2.花粉植株出现染色体组数目变化的原因分析花粉植株出现染色体组数目变化的原因分析 在花药培养过程中,尤其
19、是通过愈伤组织形成花粉植株的过程中,常常会出现染色体 组数目的变化,其原因有以下几个方面: 在花药培养过程中,尤其是通过愈伤组织形成花粉植株的过程中,常常会出现染色体 组数目的变化,其原因有以下几个方面: (1)花粉细胞的融合。花粉细胞的融合。 (2)接种花粉过程中混有小孢子母细胞。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。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,生殖细胞核和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。 在双核期时,生殖细胞核和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。 另外,花药的花药
20、壁细胞属于体细胞,染色体组数目正常,如果花药破损,就可能会 使花药壁细胞脱分化形成愈伤组织,进而再分化形成染色体组数目正常的植株。因此对培 养出来的植株要进行进一步的鉴定和筛选。 另外,花药的花药壁细胞属于体细胞,染色体组数目正常,如果花药破损,就可能会 使花药壁细胞脱分化形成愈伤组织,进而再分化形成染色体组数目正常的植株。因此对培 养出来的植株要进行进一步的鉴定和筛选。 3花药离体培养在单倍体育种中的应用花药离体培养在单倍体育种中的应用 (1)单倍体育种单倍体育种 花药经过离体培养发育成单倍体植株,然后用秋水仙素处理,使其染色体数目加倍, 重新恢复到正常植株的染色体数目,这样的植株不仅能够正
21、常生殖,而且都是纯合子,自 交产生的后代不会发生性状分离,这种育种方法称为单倍体育种。单倍体育种不仅缩短了 育种周期,而且为新品种的培育开辟了新途径。 花药经过离体培养发育成单倍体植株,然后用秋水仙素处理,使其染色体数目加倍, 重新恢复到正常植株的染色体数目,这样的植株不仅能够正常生殖,而且都是纯合子,自 交产生的后代不会发生性状分离,这种育种方法称为单倍体育种。单倍体育种不仅缩短了 育种周期,而且为新品种的培育开辟了新途径。 (2)花药离体培养与单倍体育种的步骤和结果不同。花药离体培养只涉及图示中的 ,单倍体育种则包括;花药离体培养得到的是单倍体植株,单倍体育 种得到的是正常可育植株。 花药
22、离体培养与单倍体育种的步骤和结果不同。花药离体培养只涉及图示中的 ,单倍体育种则包括;花药离体培养得到的是单倍体植株,单倍体育 种得到的是正常可育植株。 4菊花组织培养与月季花药培养的比较菊花组织培养与月季花药培养的比较 项目项目菊花组织培养菊花组织培养月季花药培养月季花药培养 理论依据理论依据细胞的全能性细胞的全能性 基本过程基本过程脱分化、再分化脱分化、再分化 影响因素影响因素选材、营养、激素、选材、营养、激素、pH、温度、光照等、温度、光照等 外植体类型外植体类型体细胞体细胞生殖细胞生殖细胞 生殖方式生殖方式无性生殖无性生殖有性生殖有性生殖 操作流程操作流程 制备培养基外植体消毒接种培
23、养移栽栽培 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转移 鉴定和筛选 选材材料消毒接种和培养转移 鉴定和筛选 培养结果培养结果正常植株正常植株单倍体植株单倍体植株 对点演练对点演练 3如图表示菊花的嫩枝和月季的花药离体培养的过程,请据图回答下面的问题:如图表示菊花的嫩枝和月季的花药离体培养的过程,请据图回答下面的问题: (1)对 菊 花 来 说 , 要 选 择 生 长 旺 盛 的 嫩 枝 来 进 行 组 织 培 养 , 其 原 因 是对 菊 花 来 说 , 要 选 择 生 长 旺 盛 的 嫩 枝 来 进 行 组 织 培 养 , 其 原 因 是 _;对月季来说,适宜花药培养
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