高二生物選修1復(fù)習(xí)提綱(3)
專題三 植物的組織培養(yǎng)技術(shù)
課題一 菊花的組織培養(yǎng)
植物組織培養(yǎng)的基本過程
細胞分化:在生物個體發(fā)育過程中,細胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上出現(xiàn)穩(wěn)定性差異的過程。
離體的植物組織或細胞,在培養(yǎng)了一段時間以后,會通過細胞分裂,形成愈傷組織,愈傷組織的細胞排列疏松而無規(guī)則,是一種高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞。由高度分化的植物組織或細胞產(chǎn)生愈傷組織的過程,稱為植物細胞的脫分化,或者叫做去分化。脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng),又可以重新分化成根或芽等器官,這個過程叫做再分化。再分化形成的試管苗,移栽到地里,可以發(fā)育成完整的植物體。
植物細胞工程
具有某種生物全套遺傳信息的任何一個活細胞,都具有發(fā)育成完整個體的能力,即每個生物細胞都具有全能性。但在生物體的生長發(fā)育過程中并不表現(xiàn)出來,這是因為在特定的時間和空間條件下,通過基因的選擇性表達,構(gòu)成不同組織和器官。
植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用有:實現(xiàn)優(yōu)良品種的快速繁殖;培育脫毒作物;制作人工種子;培育作物新品種以及細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)等。
·細胞分化是一種持久性的變化,它有什么生理意義?
使多細胞生物體中細胞結(jié)構(gòu)和功能趨向?qū)iT化,有利于提高各種生理功能的效率。
比較根尖分生組織和愈傷組織的異同
影響植物組織培養(yǎng)的條件
材料:不同的植物組織,培養(yǎng)的難易程度差別很大。植物材料的選擇直接關(guān)系到試驗的成敗。植物的種類、材料的年齡和保存時間的長短等都會影響實驗結(jié)果。菊花組織培養(yǎng)一般選擇未開花植物的莖上部新萌生的側(cè)枝作材料。一般來說,容易進行無性繁殖的植物容易進行組織培養(yǎng)。選取生長旺盛嫩枝進行組培的是嫩枝生理狀態(tài)好,容易誘導(dǎo)脫分化和再分化。
營養(yǎng):離體的植物組織和細胞,對營養(yǎng)、環(huán)境等條件的要求相對特殊,需要配制適宜的培養(yǎng)基。常用的培養(yǎng)基是MS培養(yǎng)基,其中含有的大量元素是N、P、S、K、Ca、Mg,微量元素是Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、I、Co,有機物有甘氨酸、煙酸、肌醇、維生素、蔗糖等。
激素:植物激素中生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵性激素。在生長素存在的情況下,細胞分裂素的作用呈現(xiàn)加強趨勢。在培養(yǎng)基中需要添加生長素和細胞分裂素等植物激素,其濃度、使用的先后順序、用量的比例等都影響結(jié)果。
4、操作流程 環(huán)境條件:PH、溫度、光等環(huán)境條件。
不同的植物對各種條件的要求往往不同。進行菊花的組織培養(yǎng),一般將pH控制在5.8左右,溫度控制在18~22℃,并且每日用日光燈照射12h.
配制MS固體培養(yǎng)基:配制各種母液:將各種成分按配方比例配制成的濃縮液(培養(yǎng)基母液)。
·使用時根據(jù)母液的濃縮倍數(shù),計算用量,并加蒸餾水稀釋。
·配制培養(yǎng)基:應(yīng)加入的物質(zhì)有瓊脂、蔗糖、大量元素、微量元素、有機物和植物激素的母液,并用蒸餾水定容到1000毫升。
·在菊花組織培養(yǎng)中,可以不添加植物激素
原因是菊花莖段組織培養(yǎng)比較容易。·滅菌:采取的滅菌方法是高壓蒸汽滅菌。
·MS培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質(zhì)的作用是什么?與肉湯培養(yǎng)基相比,MS培養(yǎng)基有哪些特點?
大量元素和微量元素提供植物細胞所必需的無機鹽;蔗糖提供碳源,維持細胞滲透壓;甘氨酸、維生素等物質(zhì)主要是為了滿足離體植物細胞在正常代謝途徑受到一定影響后所產(chǎn)生的特殊營養(yǎng)需求。
微生物培養(yǎng)基以有機營養(yǎng)為主,MS培養(yǎng)基則需提供大量無機營養(yǎng)。
外植體的消毒 外植體:用于離體培養(yǎng)的植物器官或組織片段。選取菊花莖段時,要取生長旺盛的嫩枝。菊花莖段用流水沖洗后可加少許洗衣粉,用軟刷輕輕刷洗,刷洗后在流水下沖洗20min左右。用無菌吸水紙吸干外植體表面的水分,放入體積分數(shù)為70%的酒精中搖動2~3次,持續(xù)6~7s,立即將外植體取出,在無菌水中清洗。取出后仍用無菌吸水紙吸干外植體表面水分,放入質(zhì)量分數(shù)為0.1%的氯化汞溶液中1~2min。取出后,在無菌水中至少清洗3次,漂洗消毒液。
注意:對外植體進行表面消毒時,就要考慮藥劑的消毒效果,又要考慮植物的耐受能力。
接種:接種過程中插入外植體時形態(tài)學(xué)上端朝上,每個錐形瓶接種7~8個外植體。外植體接種與細菌接種相似,操作步驟相同,而且都要求無菌操作。
培養(yǎng):應(yīng)該放在無菌箱中進行,并定期進行消毒,保持適宜的溫度(18~22℃)和光照(12h)
移栽:栽前應(yīng)先打開培養(yǎng)瓶的封口膜,讓其在培養(yǎng)間生長幾日,然后用流水清洗根部培養(yǎng)基。然后將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中生活一段時間,進行壯苗。最后進行露天栽培。
栽培
外植體在培養(yǎng)過程中可能會被污染,原因有外植體消毒不徹底;培養(yǎng)基滅菌不徹底;接種中被雜菌污染;錐形瓶密封性差等。
課題二 月季的花藥培養(yǎng)
被子植物的花粉發(fā)育被子植物的雄蕊通常包含花絲、花藥兩部分。花藥為囊狀結(jié)構(gòu),內(nèi)部含有許多花粉。花粉是由花粉母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂而形成的,因此,花粉是單倍體的生殖細胞。被子植物花粉的發(fā)育要經(jīng)歷小孢子四分體時期、單核期和雙核期等階段。在小孢子四分體時期,4個單倍體細胞連在一起,進入單核期時,四分體的4個單倍體細胞彼此分離,形成4個具有單細胞核的花粉粒。這時的細胞含濃厚的原生質(zhì),核位于細胞的中央(單核居中期)。隨著細胞不斷長大,細胞核由中央移向細胞一側(cè)(單核靠邊期),并分裂成1個生殖細胞核和1個花粉管細胞核,進而形成兩個細胞,一個是生殖細胞,一個是營養(yǎng)細胞。生殖細胞將在分裂一次,形成兩個精子。
注意:①成熟的花粉粒有兩類,一類是二核花粉粒,其花粉粒中只含花粉管細胞核和生殖細胞核,二核花粉粒的精子是在花粉管中形成的;另一類是三核花粉粒,花粉在成熟前,生殖細胞就進行一次有絲分裂,形成兩個精子,此花粉粒中含有兩個精子核和一個花粉管核(營養(yǎng)核)②花粉發(fā)育過程中的四分體和動物細胞減數(shù)分裂的四分體不同?;ǚ郯l(fā)育過程中的四分體是花粉母細胞經(jīng)減數(shù)分裂形成的4個連在一起的單倍體細胞;而動物細胞減數(shù)分裂過程中的四分體是聯(lián)會配對后的一對同源染色體,由于含有四條染色單體而稱為四分體。③同一生殖細胞形成的兩個精子,其基因組成完全相同。
產(chǎn)生花粉植株的兩種途徑通過花藥培養(yǎng)產(chǎn)生花粉植株(即單倍體植株)一般有兩種途徑,一種是花粉通過胚狀體階段發(fā)育為植物,另一種是花粉在誘導(dǎo)培養(yǎng)基上先形成愈傷組織,再將其誘導(dǎo)分化成植株。這兩種途徑之間并沒有絕對的界限,主要取決于培養(yǎng)基中激素的種類及其濃度配比。
注意:①無論哪種產(chǎn)生方式,都要先誘導(dǎo)生芽,再誘導(dǎo)生根②胚狀體:植物體細胞組織培養(yǎng)過程中,誘導(dǎo)產(chǎn)生的形態(tài)與受精卵發(fā)育成的胚非常類似的結(jié)構(gòu),其發(fā)育也與受精卵發(fā)育成的胚類似,有胚芽、胚根、胚軸等完整結(jié)構(gòu),就像一粒種子,又稱為細胞胚。
影響花藥培養(yǎng)的因素誘導(dǎo)花粉能否成功及誘導(dǎo)成功率的高低,受多種因素影響,其中材料的選擇與培養(yǎng)基的組成是主要的影響因素
·親本的生理狀況:花粉早期是的花藥比后期的更容易產(chǎn)生花粉植株,選擇月季的初花期。
·合適的花粉發(fā)育時期:一般來說,在單核期,細胞核由中央移向細胞一側(cè)的時期,花藥培養(yǎng)成功率最高
·花蕾:選擇完全未開放的花蕾
·親本植株的生長條件、材料的低溫預(yù)處理以及接種密度等對誘導(dǎo)成功率都有一定影響
·材料的選?。哼x擇花藥時,一般要通過鏡檢來確定其中的花粉是否處于適宜的發(fā)育期。確定花粉發(fā)育時期的最常用的方法是醋酸洋紅法。但是,某些植物的花粉細胞核不易著色,需采用焙花青-鉻礬法,這種方法能將花粉細胞核染成藍黑色
·材料的消毒
·接種和培養(yǎng):滅菌后的花蕾,要在無菌條件下除去萼片和花瓣,并立即將花藥接種到培養(yǎng)基上。在剝離花藥時,要盡量不損傷花藥(否則接種后容易從受傷部位長生愈傷組織),同時還要徹底去除花絲,因為與花絲相連的花藥不利于愈傷組織或胚狀體的形成,通常每瓶接種花藥7~10個,培養(yǎng)溫度控制在25℃左右,不需要光照.幼小植株形成后才需要光照.一般經(jīng)過20~30天培養(yǎng)后,會發(fā)現(xiàn)花藥開裂,長出愈傷組織或形成胚狀體。將愈傷組織及時轉(zhuǎn)移到分化培養(yǎng)基上,以便進一步分化出再生植株。如果花藥開裂釋放出胚狀體,則一個花藥內(nèi)就會產(chǎn)生大量幼小植株,必須在花藥開裂后盡快將幼小植株分開,分別移植到新的培養(yǎng)基上,否則這些植株將很難分開。還需要對培養(yǎng)出來的植株做進一步的鑒定和篩選。
植物組織培養(yǎng)技術(shù)與花藥培養(yǎng)技術(shù)的相同之處是:培養(yǎng)基配制方法、無菌技術(shù)及接種操作等基本相同。兩者的不同之處在于:花藥培養(yǎng)的選材非常重要,需事先摸索時期適宜的花蕾;花藥裂開后釋放出的愈傷組織或胚狀體也要及時更換培養(yǎng)基;花藥培養(yǎng)對培養(yǎng)基配方的要求更為嚴(yán)格。這些都使花藥培養(yǎng)的難度大為增加。
樣品水分含量(%)計算公式如下:
(烘干前容器和樣品質(zhì)量-烘干后容器和樣品質(zhì)量)/烘干前樣品質(zhì)量
·毛霉的生長:條件:將豆腐塊平放在籠屜內(nèi),將籠屜中的控制在15~18℃,并保持一定的溫度。
來源:1.來自空氣中的毛霉孢子,2.直接接種優(yōu)良毛霉菌種
時間:5天
·加鹽腌制:將長滿毛霉的豆腐塊分層整齊地擺放在瓶中,同時逐層加鹽,隨著層數(shù)的加高而增加鹽量,接近瓶口表面的鹽要鋪厚一些。加鹽腌制的時間約為8天左右。
·用鹽腌制時,注意控制鹽的用量:鹽的濃度過低,不足以抑制微生物的生長,可能導(dǎo)致豆腐腐敗變質(zhì);鹽的濃度過高會影響腐乳的口味
·食鹽的作用:1.抑制微生物的生長,避免腐敗變質(zhì)2.析出水分,是豆腐變硬,在后期制作過程中不易酥爛3.調(diào)味作用,給腐乳以必要的咸味4.浸提毛酶菌絲上的蛋白酶。
·配制鹵湯:鹵湯直接關(guān)系到腐乳的色、香、味。鹵湯是由酒及各種香辛料配制而成的。鹵湯中酒的含量一般控制在12%左右。
·酒的作用:1.防止雜菌污染以防腐2.與有機酸結(jié)合形成酯,賦予腐乳風(fēng)味3.酒精含量的高低與腐乳后期發(fā)酵時間的長短有很大關(guān)系,酒精含量越高,對蛋白酶的抑制作用也越大,使腐乳成熟期延長;酒精含量過低,蛋白酶的活性高,加快蛋白質(zhì)的水解,雜菌繁殖快,豆腐易腐敗,難以成塊。
·香辛料的作用:1.調(diào)味作用2.殺菌防腐作用3.參與并促進發(fā)酵過程
·防止雜菌污染:①用來腌制腐乳的玻璃瓶,洗刷干凈后要用沸水消毒。②裝瓶時,操作要迅速小心。整齊地擺放好豆腐、加入鹵湯后,要用膠條將瓶口密封。封瓶時,最好將瓶口通過酒精燈的火焰,防止瓶口被污染。
疑難解答
(1)利用所學(xué)的生物學(xué)知識,解釋豆腐長白毛是怎么一回事?
豆腐生長的白毛是毛霉的白色菌絲。嚴(yán)格地說是直立菌絲,在豆腐中還有匍匐菌絲。
(2)為什么要撒許多鹽,將長毛的豆腐腌起來?
鹽能防止雜菌污染,避免豆腐腐敗。
(3)我們平常吃的豆腐,哪種適合用來做腐乳?
含水量為70%左右的豆腐適于作腐乳。用含水量高的豆腐制作腐乳,不易成形。
(4)吃腐乳時,你會發(fā)現(xiàn)腐乳外部有一層致密的“皮”。這層“皮”是怎樣形成的呢?它對人體有害嗎?它的作用是什么?
“皮”是前期發(fā)酵時在豆腐表面上生長的菌絲(匍匐菌絲),對人體無害。它能形成腐乳的“體”,使腐乳成形。
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