高中生物选修一精品学案：3.2 月季的花药培养

高中生物选修一

1 第9课时 月季的花药培养

学习目标 1.理解被子植物花粉发育的过程。2.掌握产生花粉植株的两种途径及影响因素。3.掌握花药培养的选材方法、材料的消毒方法及花药的接种和培养方法。

一、影响花药培养的因素

1．被子植物的花粉发育

(1)花粉的概念：由花粉母细胞经过减数分裂形成的单倍体的生殖细胞。

(2)花粉发育的基本过程

被子植物花粉的发育要经历小孢子四分体时期、单核期(单核居中期、单核靠边期)和双核期等阶段。具体过程如图所示：

特别提醒 (1)1个小孢子母细胞最终形成4个花粉粒，8个精子。

(2)在被子植物的花粉发育过程中，同一个具有单细胞核的花粉粒形成的2个精子和1个营养细胞的核基因是相同的。

2．产生花粉植株的两种途径及影响因素

(1)产生花粉植株的两种途径

(2)影响两种途径的因素

①培养基中激素的种类。

②培养基中激素的浓度配比。 高中生物选修一

2 3．影响花药培养的因素

(1)内因：材料的选择。

①从花药来看，应当选择初花期的花药。

②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。

(2)外因

①培养基的组成。

②亲本植株的生长条件、材料的低温预处理以及接种密度等。

1．运用文字和箭头表示出被子植物花粉发育的过程。

提示 小孢子母细胞――→减数分裂小孢子四分体时期―→单核居中期―→单核靠边期――→有丝分裂双核期(花粉管细胞核、生殖细胞核)。

2．花粉发育过程中的四分体与减数分裂过程中的四分体是同一个概念吗？有什么不同？

提示 不是。减数分裂过程中的四分体是指联会状态下的一对同源染色体，含有4条染色单体；花粉发育过程中的四分体是指小孢子母细胞经减数分裂后形成的连在一起的4个小孢子。

3．进行花粉植株培养时要配制3种培养基，试说出每种培养基中激素的比例和作用。

提示 ①诱导愈伤组织培养基：生长素与细胞分裂素比值适中，促进愈伤组织的形成。②生芽培养基：生长素与细胞分裂素比值较低，促进芽的分化，抑制根的形成。③生根培养基：生长素与细胞分裂素比值较高，促进根的分化，抑制芽的形成。

4．愈伤组织与胚状体有何差异？

提示 愈伤组织的细胞是未分化的细胞，需经再分化生根发芽；胚状体的细胞已经经过了再分化，具有了生根发芽的能力，可以直接通过分化形成根、芽结构。

1．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A表示愈伤组织

B．①和②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

D．整个培养过程中的细胞增殖方式只有有丝分裂 高中生物选修一

3 [答案] C

[解析] 图中的A表示愈伤组织，A正确；①和②过程分别表示分化和再分化，它们的实质都是基因的选择性表达，B正确；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药，C错误；整个培育过程中无减数分裂，细胞增殖方式只有有丝分裂，D正确。

2．在花粉的发育过程中，选择下列哪个时期的花药培养成功率最高( )

A．小孢子四分体时期 B．单核居中期

C．单核靠边期 D．双核期

[答案] C

[解析] 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；在单核靠边期花药培养成功率最高。

二、月季的花药培养过程

1．月季的花药培养操作

2．结果分析与评价

(1)选材是否恰当：通过镜检找到处于适宜的发育期的花粉是成功的关键。 高中生物选修一

4 (2)无菌技术是否过关：如果出现了被污染的现象，说明某些操作步骤，如培养基灭菌、花蕾消毒或接种等有问题。

(3)接种是否成功：如果接种的花药长出愈伤组织或释放出胚状体，花药培养的第一步就成功了。要适时更换培养基，以便使愈伤组织或胚状体进一步分化成再生植株。

1．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？

提示 在酒精消毒前，月季花蕾不需要预先用流水冲洗、洗衣粉洗涤和软刷刷洗。

2．在菊花的组织培养和月季的花药培养过程中，对光照的要求是否相同？

提示 不相同。在菊花的组织培养过程中每日用日光灯光照12 h，但是月季的花药培养过程中，初期不需要光照，幼小植株形成后才需要光照。

3．植物花药离体培养得到的单倍体植株是不可育的，如何能使其具有正常的繁殖能力呢？此育种方法有哪些优点？

提示 花粉粒发育为单倍体植株，再经过人工诱导使染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。这样得到的植株能够正常生殖，而且每对染色体上成对的基因都是纯合的，自交的后代不会发生性状分离。单倍体育种不仅缩短了育种周期，也为新品种的培育开辟了新途径。

3．(2018·湖北沙市中学期中)下列关于月季花药培养的实验操作的叙述，错误的是( )

A．花药开裂后长出的愈伤组织可在同一培养基上培养至形成幼小植株再更换培养基继续培养

B．镜检花粉时可用醋酸洋红法或焙花青－铬矾法染色，后者能将花粉细胞核染成蓝黑色

C．在剥离花药时，要尽量不损伤花药，否则易从受伤部位产生愈伤组织

D．如果接种的花药长出愈伤组织并分化成幼小植株，还需对植株作进一步的鉴定和筛选

[答案] A

[解析] 花药离体培养形成愈伤组织后必须转移至分化培养基上，才能形成幼小植株，A错误。选择花药时，一般要通过镜检来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期。确定花粉发育时期最常用的方法是醋酸洋红法，但某些植物的花粉细胞核不易着色，需采用焙花青－铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色，B正确。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位产生愈伤组织，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胚状体的形成，C正确。如果接种的花药长出愈伤组织并分化成幼小植株，高中生物选修一

5 还需对植株作进一步的鉴定和筛选，D正确。

4．(2019·四川新津中学月考)植物组织培养和花药培养是在实验室条件下快速得到大量幼苗的两种方法。下列关于二者的比较，错误的是( )

A．植物组织培养和花药培养的理论前提均是植物细胞具有全能性

B．花粉能被诱导为单倍体植株的原因是花粉中含有本物种全套的遗传信息，尽管遗传物质是体细胞的一半，但仍具有全能性

C．植物组织培养获得的试管苗必须经过移栽炼苗后，才能进行大田栽培，而花药培养不需要

D．植物组织培养中若基因发生突变，则其后代可能会表现出突变性状，但是花药培养中若发生基因突变，后代一定表现相应突变性状

[答案] C

[解析] 植物组织培养和花药培养的理论前提均是植物细胞具有全能性，A正确；花药中的花粉是被子植物的生殖细胞，通过减数分裂形成，其遗传物质是体细胞的一半，由于含有本物种全套的遗传信息，具有全能性，因此可经过诱导形成单倍体植株，B正确；植物组织培养和花药培养获得的试管苗都需要经过移栽炼苗后，才能转入大田栽培，C错误；在植物组织培养过程中，若发生隐性的基因突变，由于基因成对存在，所以其后代不一定表现突变性状，仍能保持亲代的性状；而花药中基因单个存在，若发生基因突变，性状就发生改变，D正确。

方法技巧 植物组织培养技术与花药培养技术的异同点

(1)相同点：培养基配制方法、无菌技术及接种操作要求相同，原理相同，基本过程相同。

(2)不同点：植物组织培养形成的一般是正常植株；花药培养形成的植株一般是单倍体，高度不育，必须用秋水仙素处理，使其染色体加倍成为正常植株。花药培养的选材非常重要，要通过镜检确定花药中的花粉是否处于适宜的发育期；花药裂开后长出愈伤组织或形成胚状体后，要及时更换培养基；花药培养对培养基配方的要求更为严格。

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1．判断正误：

(1)被子植物花粉的发育要依次经过小孢子四分体时期、双核期和单核期等阶段( )

(2)双核期的花粉粒中包含两个细胞核( )

(3)影响花药培养的主要因素是材料的选择和温度( )

(4)不易着色的花粉可采用醋酸洋红法进行染色镜检( )

(5)确定花粉发育时期最常用的方法是醋酸洋红法( )

[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√

2．月季的花药培养过程中的难点之一是材料的选择，下列有关材料选择的叙述，正确的是( )

A．从花药来看，应当选择盛花期的花药

B．从花粉来看，应当选择小孢子四分体时期的花粉

C．从花蕾来看，应当选择略微开放的花蕾

D．为确定花粉发育时期，应该用显微镜观察已染色的花粉样品临时装片

[答案] D

[解析] 从花药来看，应当选择初花期的花药；从花粉来看，应当选择单核期的花粉；从花蕾来看，应当选择完全未开放的花蕾；用已染色的花粉样品作临时装片，才能观察到细胞核的位置，以确定花粉发育的时期。

3．下列有关月季花药培养的叙述，正确的是( )

①月季花粉是由花粉母细胞经过减数分裂而形成的单倍体生殖细胞 ②被子植物花粉形成过程中的四分体与高等动物精子形成过程中的四分体概念相同 ③被子植物一个小孢子母细胞经过减数分裂共形成了8个精子 ④任何时期的花粉都可以经过培养产生愈伤组织或胚状体

⑤花药培养初期不需要光照，幼小植株形成后才需要光照

A．①③⑤ B．②④⑤

C．②③④ D．①②③④⑤ 高中生物选修一

7 [答案] A

[解析] 被子植物花粉形成过程中的四分体是四个单倍体细胞连在一起，高等动物精子形成过程中的四分体是一对同源染色体含有的四个染色单体，②错误；不同时期的花粉发育的能力是不同的，④错误。

4．(2019·辽宁大连二十四中高二下学期期中)选择花药时，一般要通过镜检来确定花粉的发育时期，以下说法正确的是( )

A．确定花粉发育时期最常用的方法是焙花青－铬矾法

B．某些植物的花粉细胞核不易着色时，需采用醋酸洋红法

C．焙花青－铬矾法能将花粉细胞核染成蓝黑色

D．醋酸洋红法和焙花青－铬矾法染色过程完全一样

[答案] C

[解析] 在选择花药时，一般要通过镜检确定花粉的发育时期，最常用的方法是醋酸洋红法，A错误；某些植物的花粉细胞核不易着色时，需采用焙花青－铬矾法，B错误；焙花青－铬矾法可将花粉细胞核染成蓝黑色，C正确；醋酸洋红法与焙花青－铬矾法染色过程不同，前者需用镊柄将花药捣碎，后者在染色前需用卡诺氏固定液固定，D错误。

5．(2018·江西临川二中高二下学期期末)如图是水稻的花药通过无菌操作，培养产生花粉植株的两种途径的示意图。请据图回答下列问题：

(1)图中的花粉应选自__________________的时期，此时花药培养成功率最高。

(2)这两种途径之间没有绝对的界限，主要取决于____________________________________。

(3)配制培养基时加琼脂的目的是________________________________________________。

(4)植物组织培养要求无菌操作的原因是_____________________________________。

(5)要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应用________________和________________两类植物激素；由花药诱导成为愈伤组织的过程为__________，由愈伤组织重新长出根或芽等器官的过程称为______________。