资料简介
专题3 植物的组织培养技术
课题3.2 月季的花药培养
一、【课题目标】
(一)知识与技能
1、识记被子植物花粉发育的过程
2、通过学习花药培养的基本技术,培养设计试验、动手操作、分析解释实验现象的能力
(二)过程与方法
1、列表比较花药培养与组织培养
2、选择适宜的培养材料和培养基
(三)情感、态度与价值观
1、培养动手实践、勇于探索的科学探究素质
2、通过讨论花药离体培养技术在生产实践中的应用,帮助学生确立理论联系实际的观点
二、【课题重点】
选取适宜的培养材料和培养基
三、【课题难点】
选取适宜的培养材料和培养基
四、【教学方法】
启发式教学
五、【教学工具】
多媒体课件
六、【教学过程】
(一)引入新课
利用植物的茎可以经过组织培养得到新植株,但这种方法同时也存在着一定的缺陷,繁殖出来的新植株往往无法获得一些新的性状。本节我们将学习花药离体培养技术,这是一种信的育种技术。
(二)进行新课
1.基础知识
活动2:阅读“被子植物的花粉发育”,回答下列问题:
1.被子植物的花粉是在 中由 经过 分裂形成的。
2.结合教材内容填下列示意图:
小孢子母细胞(2n)
( )时期(n)
单核( )期(n)
双核期
( )细胞核(n)
( )细胞核(n)
( )细胞(n)
( )细胞(n)
( )个精子(n)
( )分裂
( )分裂
单核( )期(n)
( )分裂
〖思考2〗由此可见,被子植物的花粉的发育要经历 四分体 时期, 单核 期和 双核 期等阶段。
〖思考3〗在正常情况下,一个小孢子母细胞可以产生 4 个精子;在一枚花药中可以产生
5
很多 个花粉。
〖思考4〗营养细胞在花粉萌发过程中的作用是什么?控制花粉的萌发并提供营养。
活动3:阅读“产生花粉植株的两条途径”,讨论并回答下列问题:
1.产生花粉植株(即单倍体植株)的两种途径:一是花粉通过 胚状体 阶段发育为植株,二是通过 愈伤组织 阶段发育为植株。这两种途径的区别主要取决于培养基中 激素 的种类及其 浓度 的配比。
2.填写培育花粉植株的途径图解:
( )
花药中
的花粉
( )
( )
( 胚状体 )
( 愈伤组织 )
( )
丛
芽
生
根
移栽
3.胚状体的结构及其发育过程与种子相似,所以把胚状体到从芽的过程称为 分化 ,而把从愈伤组织到从芽的过程称为 再分化 。
活动4:阅读“影响花药培养的因素”,回答下列问题:
1.影响花粉植株的主要因素: 材料的选择 和 培养基的组成 等。
2.材料的选择:
①从花药来看,应当选择(初花期、盛花期、晚花期)的花药;
②从花粉来看,应当选择(四分体期、单核期、双核期、萌发期)的花粉;
③从花蕾来看,应当选择(完全未开放、略微开放、完全盛开)的花蕾。
〖思考5〗除此之外,你认为影响花粉诱导成功率的因素还有哪些?
植物的种类、亲本生长条件、材料的低温处理、接种密度、培养基组成、培养的环境条件等。
〖思考6〗为什么不选择使用单核期之前或之后的花粉?
单核期之前,花药质地幼嫩,容易破碎;单核期之后,花瓣开始松动,消毒困难。
〖思考7〗花瓣松动会给材料消毒带来困难的原因是 外界环境中的微生物容易侵入到花药中 。
2.实验设计
活动5:阅读“材料的选择”,回答下列问题:
1.选择花药时一般通过 镜检 确定花粉发育时期,此时需要对花粉细胞核进行染色,最常用的染色剂是 醋酸洋红溶液 和 焙花青-铬钒溶液 ,它们分别可以将细胞核染成 红 色和 蓝黑 色。
2.在使用焙花青-铬钒溶液时,需要首先将花药用 卡诺氏固定液 处理20min。该试剂的配制方法是将 无水酒精和冰醋酸 按体积比为 3:1 的比例混合均匀。
活动6:阅读“材料的消毒”,填写下列流程图:
花蕾
(70%酒精)
大约30s
(无菌水)
清洗
(无菌吸水纸)
吸干水分
(1%氯化汞溶液)
2~4min
(无菌水)
冲洗
〖思考8〗月季花蕾的消毒与菊花外植体的消毒相比较,二者有何不同?
在酒精消毒前,花药不需要预先用流水冲洗、洗衣粉洗涤和软刷刷洗。
活动7:阅读“接种和培养”,回答下列问题:
1.剥取花药:消毒后的花蕾,要在 无菌 条件下除去花萼、花瓣。
〖思考9〗剥取花药时,一是注意不要损伤花药,原因是 容易从受伤部位产生愈伤组织 ;二是要彻底除去花丝,原因是 花丝不利于愈伤组织或胚状体的形成 。
2.接种花药:剥取的花药要立刻接种到 培养基 上。每个培养瓶接种 7~10 个花药。
3.培养:花药培养利用的培养基是 MS 培养基,pH为 5.8 ,温度为 25 ℃,幼苗形成之前(需要、不需要)光照。
〖思考10〗在花药培养基中,用量最高的激素是 IAA ;在诱导丛芽或胚状体培养基中,用量最高的激素是 BA ;在诱导生根的培养基中,用量最高的激素是 IAA 。
4.培养20-30d后,花药开裂,长出 愈伤组织 或释放出 胚状体 。前者还要转移到 分化
5
培养基 上进行分化培养成再生植株;后者要尽快 分开 并转移到新的培养基上。
5.通过愈伤组织形成的植株,常常会出现 染色体倍性 的变化,因而需要鉴定和筛选。
〖思考11〗为什么通过愈伤组织形成的植株会发生染色体倍性的变化?(05全国理综III)
有些是由花粉发育形成的单倍体花粉植株,有些是由花粉壁细胞发育形成的二倍体花药壁植株。
(三)课堂总结、点评
本课题有一定难度,成功率较低。全部完成课题不仅耗时较长,又有季节限制。最好课前做好时间规划,以提高工作效率。建议教师提前做好相关环节的准备,如花蕾的选择、培养基配方等。同时对于兴趣较高的同学可以安排在课外动手尝试,教师提供相关的技术指导。
(四)实例探究
例1.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离体培养,发育出完整植株。进行离体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:本题主要考查无性生殖特点。涉及知识点有:组织培养、体细胞、生殖细胞等。抓住无性生殖能够保持原物种特性这一特点。组织培养就是无性生殖的一种方式,它是由体细胞培养而来的,含有原物种的全部基因,而花粉粒是生殖细胞。该题易陷入思维定势,联想到花粉粒的离体培养。可见,植物组织培养若取自体细胞则为无性生殖;若取自生殖细胞则为有性生殖。
答案:D
例2. 一个初级精母细胞在减数分裂的第一次分裂时,有一对同源染色体不发生分离,所形成的次级精母细胞减数分裂的第二次分裂正常;另一个初级精母细胞减数分裂的第一次分裂正常,减数第二次分裂时,在两个次级精母细胞中,有一个次级精母细胞的1条染色体姐妹染色单体没有分开。以上两个初级精母细胞可产生染色体数目不正常的配子(以下简称不正常的配子)。上述两个初级精母细胞减数分裂的最终结果应当是
A. 两者产生的配子全部都不正常
B. 前者产生一半不正常的配子,后者产生的配子不正常
C. 两者都产生一半不正常的配子
D.前者产生全部不正常的配子,后者只产生一半不正常的配子
解析:初级精母细胞的减数第一次分裂过程,是同源染色体分开,进入两个次级精母细胞。若此过程中同源染色体不发生分离,形成的两个次级精母细胞中,一个多了一条染色体,另一个少了一条染色体。次级精母细胞进行的减数分裂的第二次分裂,是姐妹染色单体分开,平均分配到两个精子细胞中。若此过程中姐妹染色单体不分开,形成的两个精子细胞中的染色体数目均不正常。
答案:D
☆综合应用
例3.下图是被子植物的受精过程
①
②
③
⑤
④
⑥
(1) 写出图中数字所代表的结构的名称:
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
(2)草履虫进行 生殖;蘑菇进行 生殖,酵母菌和水螅常常进行 生殖。
(3)下列图解表示水稻(2n=24)胚珠中胚囊的发育过程,试根据图回答:
四分体(n)
胚囊母细胞(2n)
薄壁细胞 直接发育 减数分裂
珠心 孢原细胞(2n)
5
成熟胚囊(7细胞8核)
单核胚囊(n)
三次有丝分裂
①水稻种子的种皮遗传物质应为 n,其中遗传物质应与 相同。
②水稻胚珠中的胚囊应共有染色体 条,其中卵细胞中含染色体 条;若水稻授粉受精后发育成胚和胚乳,则胚细胞中含有染色体 条,胚乳细胞中含染色体 条。
③7细胞或8核中的7细胞其中就包括了一个卵细胞和两个极核,若水稻的基因型为AaBb,则胚囊母细胞基因型为 。
④如果水稻卵细胞基因型应为Ab,则极核的基因型为 ,其原因是
。
解析:图中给出一个被子植物子房结构示意图,首先要求学生能够正确识图,弄清各数字代表的结构名称。胚囊中7个细胞,从图解中我们可以看出是由一个胚囊母细胞发育而来的,所以这几个细胞的基因型完全相同(卵细胞和极核的基因型完全相同)。花粉粒落到雌蕊柱头上萌发生出花粉管,花粉管通过珠孔进入胚囊,释放出两个精子,一个精子与卵细胞结合,形成受精卵,受精卵发育成植物的胚;另一个精子与极核结合,形成受精极核,将来发育成胚乳(双子叶植物胚乳发育过程中,胚乳被子叶吸收)。
答案:(1)花粉管 子房壁 珠被 受精极核 受精卵 珠孔 (2)分裂 孢子
出芽 (3)2 母方 12 24 36 AaBb Ab 卵细胞和极核是由单核胚囊经三次有丝分裂而来
(五)巩固练习
1. 在月季花药培养成单倍体植株的过程中,应选择哪个时期最易成活( )
A.单核期前的花药 B.单核期后的花药 C.单核期花药 D.双核期
2. 影响花药培养的主要因素是
A.材料的选择与培养基的组成 B.亲本植株的生理状况
C.选择合适的花粉发育时期 D.材料的低温处理与接种密度
3.粗糙脉孢菌的单倍体细胞中具有7条染色体。两 个不同类型的粗糙脉孢菌A和a融合后成为二倍体,随即发生典型的减数分裂,紧接着又进行一次有丝分裂。此过程最终形成的子细胞数及每个子细胞中的染色体数分别为( )
A.8个、7条 B.8个、14条 C.4个、7条 D.4个、14条
4.某高等植物体细胞内假设有6条染色体,它们是AaBbDd,那么,一个花粉管中的两个精子中的染色体是( )
A.ABD和abd B.AbD和abd C.AaB和Bbd D.Abd和Abd
5.用兰花茎尖细胞可快速培养兰花苗,这种生殖方式不能叫 ( )
A.无性生殖 B.组织培养 C.植物克隆 D.有性生殖
6.有同源染色体存在,但在光镜下一定看不到同源染色体之间两两配对联会的是( )
A.初级精母细胞 B.次级精母细胞 C.精细胞 D.根尖分生区细胞
7.玉米的体细胞含有20条染色体。在正常情况下,它的卵细胞、一个极核、胚细胞、胚乳细胞、珠被细胞和子房壁细胞所含染色体数目依次应为( )
A.10、10、20、20、20、20 B.10、10、30、30、20、20
C.10、10、20、30、20、20 D.10、20、20、30、20、20
8.如果某种植物的基因型为AABb,这两对基因分别位于两对同源染色体上,去雄后授以aabb植株的花粉,其胚乳可能的基因型是( )
A.AAaBBb、AAabbb、AAaBbb B.AABB、AABb
C.AaaBBb、Aaabbb D.AaaBbb、Aaabbb
5
9.番茄的染色体数目是24,一个番茄细胞发生减数分裂,形成的细胞中有三个退化消失。剩下一个细胞迅速发生了三次有丝分裂,你会找到多少个细胞核?这些核含有多少个染色体( )
A.4个核,各有12个染色体 B.4个核,各有24个染色体
C.8个核,各有24个染色体 D.8个核,各有12个染色体
10.一个豆荚中种子的数目,从理论上讲取决于( )
A.花中雌蕊的数目 B.雌蕊中柱头的数目
C.子房中受精胚珠的数目 D.胚囊中胚的数目
答案:1.C 2.A 3.A 4.D 5.D 6.D 7.C 8.C 9.D 10.C
七、【课余作业】
1.为什么花瓣松动会给材料的消毒带来困难?
2.植物组织培养技术与花药培养技术有何区别?
八、【教学体会】
课题背景介绍了花药培养的历史以及花药培养在育种工作上的意义,教师可借此激发学生的学习兴趣。在教学过程中,可以采用插图提高学生的形象认识,补充一些不同植物和不同花粉发育时期的花药培养的资料,帮助学生认识材料选择和培养基配方的重要性。
九、【资料袋】
花药
每一雄蕊,由花丝(faliment)和花药(anther)两部分组成。
花药(小孢子囊)是花丝顶端膨大呈囊状的部分,是雄蕊产上花粉的主要部分,多数被子植物的花药是由4个或2个花粉囊(pollen sac)组成,分为左、右两半,中间由药隔相连。
花药在花丝上的着生方式有集中不同的情况:
底着药:花丝顶端直接与花药基部相连。
贴着药:花药背部全部贴着在花丝上。
丁字着药:花丝顶端与花药背面的一点相连,整个雄蕊犹如丁字形。
花药的开列方式分为以下四种:
纵裂:沿二花粉囊交界处成纵行裂开,如油菜、牵牛、百合等。
横裂:沿花药中部成横向裂开,如木槿,蜀葵等。
孔裂:在花药顶端开一小孔,花粉由小孔散出,如茄、番茄等。
瓣裂:在花药的侧壁上裂成几个小瓣,花粉由瓣下的小孔散出,如香樟等。
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