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1、2021/9/1312021/9/132课题2 月季的花药培养一、课题目标：一、课题目标：说出被子植物花粉发育的过程及花药培养产生花粉说出被子植物花粉发育的过程及花药培养产生花粉植株的两种途径，说出影响花药培养的因素，学习植株的两种途径，说出影响花药培养的因素，学习花药培养的基本技术，尝试用月季或其他植物的花花药培养的基本技术，尝试用月季或其他植物的花药进行培养。药进行培养。二、课题重点和难点：二、课题重点和难点：选取适宜的培养材料和培养基。选取适宜的培养材料和培养基。三、技能目标：三、技能目标：知道被子植物花粉发育的过程；说出产生花粉植株知道被子植物花粉发育的过程；说出产生花粉植株的两种途径
2、；记住影响花药培养的因素，尝试花药的两种途径；记住影响花药培养的因素，尝试花药培养的实验操作过程，并进行无菌操作；知道花药培养的实验操作过程，并进行无菌操作；知道花药培养在育种上的意义。培养在育种上的意义。2021/9/133 植物的花药培养在育种上有什植物的花药培养在育种上有什么意义？么意义？花粉粒（花粉粒（1N）单倍体植株单倍体植株（1N）二倍体纯合子二倍体纯合子植株（植株（2N）缩短了缩短了育种周期，育种周期，为新品种的为新品种的培育开辟了培育开辟了新途径。新途径。2021/9/134花的结构花的结构2021/9/135花丝花丝:将花药托展在空间，以利将花药托展在空间，以利传粉，同时把营
3、养输送到花药传粉，同时把营养输送到花药部分供其发育时用部分供其发育时用花药：囊状结构，多数被子植花药：囊状结构，多数被子植物的花药由物的花药由4个花粉囊组成，分个花粉囊组成，分左右两半，中间由药隔相连，左右两半，中间由药隔相连，花粉囊外由囊壁包围，内生许花粉囊外由囊壁包围，内生许多花粉粒。多花粉粒。（一）被子植物的花粉发育（一）被子植物的花粉发育雄蕊雄蕊2021/9/136一、花药的发育epidermis thinwalledcontainers vascularbundle clinandriumconnective 囊壁囊壁花药横切示意图花药横切示意图2021/9/137（一）被子植物的花
4、粉发育（一）被子植物的花粉发育2021/9/138药室内壁药室内壁纤维层纤维层纤维层纤维层唇细胞唇细胞花药花药原始原始体体(初生壁细胞初生壁细胞)花花粉粉囊囊壁壁2021/9/139造孢细胞造孢细胞 多次有丝分裂多次有丝分裂 花粉母细胞花粉母细胞单核花粉单核花粉减数分裂减数分裂花粉母细胞花粉母细胞epidermis thinwalledcontainers vascularbundle clinandriumconnective 2021/9/1310花药及花粉粒的发育未经分未经分化的花化的花药药表皮表皮孢原细胞孢原细胞平周平周分裂分裂初生壁初生壁细胞细胞平周平周分裂分裂药室内壁药室内壁中层中
5、层绒毡层绒毡层花花粉粉囊囊壁壁造孢细胞造孢细胞有丝有丝分裂分裂 花粉母细胞即花粉母细胞即（小孢子母细胞）（小孢子母细胞）减数减数分裂分裂4个小孢子个小孢子（小孢子四（小孢子四分体时期）分体时期）每个小孢每个小孢子（单核子（单核居中期）居中期）每个小孢每个小孢子（单核子（单核靠边期）靠边期）核分裂核分裂双核期双核期生殖核生殖核 生殖细胞生殖细胞营养核（花粉管细胞核）营养核（花粉管细胞核）有丝有丝分裂分裂2个精子个精子营养细胞营养细胞1个花粉粒个花粉粒2021/9/1311花药及花粉粒的发育造孢细胞经不断分裂形成大量小孢子母细胞，造孢细胞经不断分裂形成大量小孢子母细胞，每个小孢子母细胞经减数分裂产
6、每个小孢子母细胞经减数分裂产4个小孢子个小孢子（染色体减半）。此时进入小孢子（染色体减半）。此时进入小孢子四分体时期四分体时期，4个小孢子集合在一起，此后个小孢子集合在一起，此后4个小孢子各自分个小孢子各自分离，成为离，成为4个单核花粉粒。核位于细胞中央，个单核花粉粒。核位于细胞中央，即进入即进入单核居中期单核居中期。随着细胞的扩大，细胞核。随着细胞的扩大，细胞核由中央位置移向细胞一侧（由中央位置移向细胞一侧（单核靠边期单核靠边期），并），并经细胞分裂形成一个生殖核与一个营养核（经细胞分裂形成一个生殖核与一个营养核（双双核期核期），进而形成），进而形成2个细胞，一个生殖细胞，个细胞，一个生殖细
7、胞，一个营养细胞一个营养细胞2021/9/1312营养细胞以后与花粉管的生成和生长有关。营养细胞以后与花粉管的生成和生长有关。对于部分植物生殖细胞接着有丝分裂形成对于部分植物生殖细胞接着有丝分裂形成2个精子，而另一些植物需等到花粉粒萌发个精子，而另一些植物需等到花粉粒萌发长出花粉管时才开始分裂成长出花粉管时才开始分裂成2个精子，但总个精子，但总之，在授粉时，每个花粉粒均能提供之，在授粉时，每个花粉粒均能提供2个精个精子，且二者同营养细胞的基因型都一样。子，且二者同营养细胞的基因型都一样。注：此处的四分体时期不同于减数分裂中注：此处的四分体时期不同于减数分裂中的四分体。的四分体。花粉是由花粉母细
8、胞（即小孢子母细胞）花粉是由花粉母细胞（即小孢子母细胞）经过经过减数分裂减数分裂而形成的，因此，花粉是而形成的，因此，花粉是单单倍体的生殖细胞倍体的生殖细胞。2021/9/1313卵细胞的形成大孢子大孢子母细胞母细胞减数减数分裂分裂4个大孢子（个大孢子（3个退化消失）个退化消失）3次核次核分裂分裂卵细胞卵细胞2个助细胞个助细胞3个反足细胞个反足细胞2个极核个极核2021/9/1314成熟胚囊的结构与功能成熟胚囊的结构与功能反足细胞反足细胞3:数目不定数目不定,通常通常3个个,向胚囊转运物质向胚囊转运物质极核极核2:与一精子结合与一精子结合,发育发育成胚乳成胚乳助细胞助细胞2:为卵细胞提供营为卵
9、细胞提供营养养,受精前消失受精前消失.卵细胞卵细胞1:雌配子雌配子,受精后发受精后发育成胚育成胚.2021/9/1315 雄蕊雄蕊（花药）（花药）（花粉粒）（花粉粒）花花 柱头柱头 花柱花柱 雌蕊雌蕊 （精子（精子2 2个）个）卵细胞（卵细胞（1 1个）个）1 1个精子个精子 受精卵受精卵 胚胚 胚珠胚珠 极核（极核（2 2个）个）1 1个精子个精子 受精极核受精极核 胚乳胚乳 种子种子 子房子房 珠被珠被 种皮种皮 果实果实 子房壁子房壁 果皮果皮 （萌发）（萌发）根、茎、叶根、茎、叶2021/9/1316（二）产生花粉植株的两种途径二）产生花粉植株的两种途径形成原因：主要形成原因：主要取决
10、于培养基中取决于培养基中的激素的种类及的激素的种类及其浓度的配比其浓度的配比2021/9/1317体细胞胚（胚状体）：体细胞胚（胚状体）：在组织培养过程中，某些体细胞在形态上在组织培养过程中，某些体细胞在形态上转变为与合子发育成的胚非常相似的结构，发转变为与合子发育成的胚非常相似的结构，发育过程亦与合子胚类似，被称为育过程亦与合子胚类似，被称为体细胞胚（胚体细胞胚（胚状体）状体）。除了植物的体细胞外，由单倍体性细胞产生的除了植物的体细胞外，由单倍体性细胞产生的花粉胚，也可发育成为单倍体植株。花粉胚，也可发育成为单倍体植株。胚状体发生过程胚状体发生过程1、直接胚胎发生（从培养物中的器官组织，细、
11、直接胚胎发生（从培养物中的器官组织，细胞或原生质体直接分化成胚，中间不经过愈伤胞或原生质体直接分化成胚，中间不经过愈伤组织）组织）2、间接胚胎发生（外植体先愈伤化，然后由愈、间接胚胎发生（外植体先愈伤化，然后由愈伤组织细胞分化成熟）伤组织细胞分化成熟）2021/9/1318（三）影响花药培养的因素（三）影响花药培养的因素在诸多影响因素中，材料的选择与培养在诸多影响因素中，材料的选择与培养基的组成是主要的影响因素基的组成是主要的影响因素1、材料的选择、材料的选择不同植物诱导成功率不同不同植物诱导成功率不同同一植物的不同生理状况同一植物的不同生理状况（花期早期初花期花期早期初花期）合适的花粉发育期
12、合适的花粉发育期（单核居中期与靠边期之间单核居中期与靠边期之间）为了挑选到单核期的花药，通常选择完全未开为了挑选到单核期的花药，通常选择完全未开放的花蕾。放的花蕾。此外，植株生长条件、材料低温预处理、接种此外，植株生长条件、材料低温预处理、接种密度等密度等2021/9/1319为什么花瓣松动会给材料的为什么花瓣松动会给材料的消毒带来困难？消毒带来困难？答：花瓣松动后，微生物就答：花瓣松动后，微生物就可能侵入到花药，给材料可能侵入到花药，给材料的消毒带来困难。的消毒带来困难。2021/9/1320（三）影响花药培养的因素（三）影响花药培养的因素2、培养基的组成、培养基的组成2021/9/1321
13、实验操作实验操作材料选取材料选取材料和材料和消毒消毒接种和接种和培养培养2021/9/1322（一）材料选取（一）材料选取一般通过镜检来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期。（镜一般通过镜检来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期。（镜检看几套染色体或几个被着色的核，可区分单核期还是双核检看几套染色体或几个被着色的核，可区分单核期还是双核期）期）最常用的方法：最常用的方法：醋酸洋红法。醋酸洋红法。某些植物的花粉细胞核不易着色，某些植物的花粉细胞核不易着色，采用采用焙花青焙花青-铬矾法铬矾法，这种方法能将，这种方法能将花粉细胞核花粉细胞核染成染成蓝黑色蓝黑色。醋酸洋红法中醋酸是染料的溶剂，在染色时增加
14、细胞的通透性，醋酸洋红法中醋酸是染料的溶剂，在染色时增加细胞的通透性，而不引起细胞膨胀，利于染液的离子进入细胞内使染色体着而不引起细胞膨胀，利于染液的离子进入细胞内使染色体着色。色。碱性染料不是通常所说的酸碱性，而指染料中着色基团是阴离碱性染料不是通常所说的酸碱性，而指染料中着色基团是阴离子子/阳离子，若为阳离子则为碱性染料阳离子，若为阳离子则为碱性染料月季的初花期月季的初花期。2021/9/1323卡诺氏液适用于一般植物组织和细胞的固定。有极适用于一般植物组织和细胞的固定。有极快的渗透力，可迅速穿透细胞，将其固定快的渗透力，可迅速穿透细胞，将其固定并维持染色体结构的完整性，并能增强染并维持染
15、色体结构的完整性，并能增强染色体的嗜碱性，达到优良的染色效果。色体的嗜碱性，达到优良的染色效果。2021/9/1324二、材料的消毒：二、材料的消毒：花花蕾蕾（70酒精）酒精）大约大约30s（无菌（无菌水）水）清洗清洗（无菌吸（无菌吸水纸）水纸）吸干水分吸干水分（0.1氯氯化汞溶液）化汞溶液）24min（无菌（无菌水）水）冲洗冲洗 月季花蕾的消毒与菊花外植体的消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？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水冲洗、洗衣粉洗涤和软刷刷洗 2021/9/1325（三）接种和培
16、养（三）接种和培养灭菌后花蕾，要在无菌条件下除去萼片和花瓣，灭菌后花蕾，要在无菌条件下除去萼片和花瓣，并立即将花药接种到培养基上。在剥离花药时，并立即将花药接种到培养基上。在剥离花药时，要尽量不损伤花药（否则接种后，容易从受伤部要尽量不损伤花药（否则接种后，容易从受伤部位产生二倍体的愈伤组织），同时还要彻底去除位产生二倍体的愈伤组织），同时还要彻底去除花丝，因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或花丝，因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。胚状体的形成。通常每瓶接种花药通常每瓶接种花药7-10个，温度控制在个，温度控制在25左左右，不需要光照。幼小植株形成后才需要光照。右，不需要光照。
17、幼小植株形成后才需要光照。一般经过一般经过20-30天培养后，会发现花药开裂，长天培养后，会发现花药开裂，长出愈伤组织或释放出胚状体。将愈伤组织及时转出愈伤组织或释放出胚状体。将愈伤组织及时转移到分化培养基上，以便进一步分化出再生植株。移到分化培养基上，以便进一步分化出再生植株。2021/9/1326 如果花药开裂释放出胚状体，则一个花如果花药开裂释放出胚状体，则一个花药内就会产生大量幼小植株，必须在花药开药内就会产生大量幼小植株，必须在花药开裂后尽快将幼小植株分开，分别移植到新的裂后尽快将幼小植株分开，分别移植到新的培养基上，否则这些植株将很难分开。培养基上，否则这些植株将很难分开。在花药培
18、养中，特别是通过愈伤组织形成在花药培养中，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。的花粉植株，常常会出现染色体倍性的变化。（主要原因是（主要原因是营养核和生殖核融合营养核和生殖核融合造成的。）造成的。）所以还需要对培养出来的植株作进一步的鉴所以还需要对培养出来的植株作进一步的鉴定和筛选定和筛选2021/9/1327植物组织培养技术与花药培养技术的植物组织培养技术与花药培养技术的异同点异同点项目项目相同点相同点不同点不同点植物组织培养植物组织培养技术技术离体的植物离体的植物组织经脱分组织经脱分化形成愈伤化形成愈伤组织，再分组织，再分化成丛芽，化成丛芽，诱导出根，诱导出根，然
19、后进行移然后进行移栽。栽。外植体为体细胞，外植体为体细胞，染色体数染色体数无无需加倍。需加倍。花药培养技术花药培养技术取材为花药，培养的为取材为花药，培养的为单倍体幼苗单倍体幼苗，植株，植株弱小，弱小，高度不育高度不育，必须用，必须用秋水秋水仙素处理仙素处理，使染色体加，使染色体加倍，恢复正常植株的染倍，恢复正常植株的染色体数，而且为纯种。色体数，而且为纯种。2021/9/13282、基因型为、基因型为AaBb的水稻（条染色体）的花药通的水稻（条染色体）的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下培养成试管过无菌操作，接入试管后，在一定条件下培养成试管苗。苗。（）愈伤组织是花粉细胞分裂形成的不
20、规则的细胞（）愈伤组织是花粉细胞分裂形成的不规则的细胞团，愈伤组织必须从培养基中获得（）（团，愈伤组织必须从培养基中获得（）（）和）和小分子有机物等营养物质。小分子有机物等营养物质。（）要促进花粉细胞的分裂分化，培养基中应有（）要促进花粉细胞的分裂分化，培养基中应有（）（）（）两种激素。）两种激素。愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，由芽发育成愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，由芽发育成叶茎。这一过程必须给予光照，其原因是（）叶茎。这一过程必须给予光照，其原因是（）利用光能制造有机物促进试管苗生长发育。利用光能制造有机物促进试管苗生长发育。（）试管苗的细胞核中有（）条脱氧核苷酸（）试管苗的细
21、胞核中有（）条脱氧核苷酸链。试管苗的基因型有：链。试管苗的基因型有：水水无机盐无机盐生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素叶叶24ABAbaBab2021/9/13293（9分）草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病分）草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低。品质变差。运用微型繁殖毒传播给后代，导致产量降低。品质变差。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草技术可以培育出无病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本过程莓微型繁殖的基本过程如下：如下：外植体外植体愈伤组织愈伤组织芽、根芽、根植株植株请回答：请回答：（1）微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取）微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般
22、选取_作为外植体，其依据是作为外植体，其依据是_。（2）在过程）在过程中，常用的中，常用的MS培养基主要成分包括大量培养基主要成分包括大量元素、微量元素和元素、微量元素和_，在配制好的培养基中，常常，在配制好的培养基中，常常需要添加需要添加_，有利于外植体启动细胞分裂形成愈，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后伤组织。接种后25d，若发现外植体边缘局部污染，原，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是因可能是_。（3）在过程）在过程中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是成根，但分化出了芽，其原因可能是_。茎尖、根尖茎尖、根尖茎尖、根尖不含病毒茎尖、根尖不含病毒有机物有机物植物激素植物激素外植体消毒不彻底外植体消毒不彻底培养基中生长素类培养基中生长素类物质和细胞分裂素类物质用量的比值偏低物质和细胞分裂素类物质用量的比值偏低