课题2　月季的花药培养教学设计和教学实录

课题2月季的花药培养

1．通过花药培养产生花粉植株有两条途径：一是胚状体途径，二是愈伤组织途径，这两种途径主要取决于激素的种类及浓度配比。

2．影响花药培养的主要因素是材料的选择与培养基的组成。

3．选择单核靠边期的花药培养成功率最高。

4．确定花粉发育时期的方法有醋酸洋红法(最常用)和焙花青—铬矾法(花粉细胞核不易着色时)。

5．对培养出来的植株作进一步鉴定和筛选的原因是在花药培养中，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。花粉发育与花药离体培养

[自读教材·夯基础]

1．被子植物的花粉发育

(1)花粉：由花粉母细胞经过减数分裂形成的单倍体的生殖细胞。

(2)花粉发育过程及特点：

(3)被子植物花粉的发育过程图示：

2．产生花粉植株的两种途径

(1)过程图示：

(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。

3．影响花药培养的因素

(1)主要因素：

①材料的选择：

a．不同植物的诱导成功率很不相同。

b．就同一种植物来说，花期早期时的花药比后期的更容易产生花粉植株。

c．一般来说，在单核期，细胞核由中央移向细胞一侧的时期，花药培养成功率最高。

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。

(2)其他因素：亲本植株的生长条件、材料的低温预处理、接种密度等。

1．花粉发育时期的单核期细胞具有哪些特征？

提示：细胞含有浓厚的原生质，核位于细胞的中央；随着细胞不断长大，细胞核由中央移向细胞一侧并分裂成一个生殖细胞核和一个花粉管细胞核，进而形成两个细胞——营养细胞和生殖细胞。

2．选取材料时，为什么要选取处于适宜时期的花药？

提示：因为花粉发育的过程中，只有某一时期对离体刺激敏感。选择单核期以前的花药接种，质地幼嫩，极易破损；选择单核期以后的花药接种，花瓣已有松动，又给材料的消毒带来困难。

[跟随名师·解疑难]

1．花粉发育的“四分体”与动物细胞减数分裂过程中“四分体”的比较

(1)被子植物花粉发育过程中的“四分体”是指由1个花粉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4个小孢子细胞。

(2)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4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。

2．菊花茎段组织培养与月季花药培养比较

项目

内容

菊花组织培养

月季的花药培养

理论依据

基本过程

外植体细胞类型

体细胞

制备培养基→外植操作流程

体消毒→接种→培养→移栽→栽培

影响因素

培养结果

生殖方式

可育性

正常植株

无性生殖

可育

细胞的全能性

脱分化→再分化

生殖细胞

选材→消毒→接种→培养→筛选和诱导→移栽→栽培选育

选材、营养、激素、pH、温度、阳光等

单倍体植株

有性生殖

高度不育，秋水仙素处理，使染色体加倍后可育

[特别提醒]

花粉是小孢子母细胞先经过减数分裂再经有丝分裂形成的，因此，花粉是单倍体的生殖细胞。两个精子和一个营养细胞的细胞核的基因型相同。

花药培养的操作过程

[自读教材·夯基础]

1．在剥离花药时，为什么要尽量不损伤花药，还要彻底去除花丝？

提示：损伤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．培养形成的植株还需要怎样处理才能发育成正常植株？为什么要作进一步的鉴定和筛选？

提示：用秋水仙素处理幼苗。因为花药培养中，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。

[跟随名师·解疑难]

1．镜检花粉发育时期的方法比较

项目

方法的使用

醋酸洋红法

常用的方法

将花药放在载玻片上→不同点

步骤

滴1滴1%醋酸洋红→用镊柄捣碎花药→盖上盖玻片→镜检

现象

相同点

花粉细胞核染成深红色

焙花青—铬矾法

花粉细胞核不易着色时，使用该方法

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

花粉细胞核染成蓝黑色

都可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

在花药培养过程中，尤其是通过愈伤组织形成的花粉植株，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。

(2)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。

(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。

[特别提醒]

与菊花外植体消毒相比较，月季花蕾在酒精消毒前，不需要预先用流水冲洗、洗衣粉洗涤和软刷刷洗。

被子植物的花粉发育

[例1]

关于被子植物花粉的形成，说法正确的是(

) A．花粉的发育要经历四分体期、单核期和双核期

B．花粉是花粉母细胞经有丝分裂形成的

C．花粉发育经历的四分体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

[解析]

花粉是花粉母细胞经减数分裂及有丝分裂形成的，经历四分体期、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。四分体期指4个小孢子连在一起，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4条染色单体的阶段。

[答案]

A 归纳拓展

花粉粒的类型

(1)二核花粉粒：成熟的花粉粒中，只含花粉管细胞核和生殖细胞核(精子在花粉管中形成)。

(2)三核花粉粒：有些植物的花粉，在成熟前，生殖细胞进行一次有丝分裂，形成两个精子，这样的花粉在成熟时，含有一个营养核和两个精子核。

花药离体培养

[例2]

下列有关花药离体培养的几种说法，错误的是(

) A．材料的选择最常用的方法是焙花青—铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色

B．材料消毒时需先用酒精浸泡，然后用氯化汞或次氯酸钙溶液浸泡，最后用无菌水冲洗

C．接种花药后一段时间内不需要光照，但幼小植株形成后需要光照

D．若接种的花药长出愈伤组织或形成胚状体后，要适时转换培养基，以便进一步分化成再生植株

[解析]

确定花粉发育的时期最常用的方法是醋酸洋红法，有些植物细胞核不易着色时，需采用焙花青—铬矾法。在形成愈伤组织或胚状体前，没有叶绿素的形成，不进行光合作用，不需要光照；幼小植株形成后开始进行光合作用，需要光照。花药离体培养的不同阶段，对主要营养的需求不一样，所以要适时转换培养基。

[答案]

A

归纳拓展

月季组织培养中的三种培养基及使用顺序

(1)脱分化培养基：1 000 mL MS培养基加入0.4 mg 2，4-D、0.2 mg KT、4 mg IAA。

(2)生芽培养基：MS培养基中添加GA、IBA和BA，质量浓度分别为0.1 mg/L、0.5 mg/L和1 mg/L。

(3)生根培养基：MS培养基各成分用量减半，添加IAA，质量浓度为1.5 mg/L。

三者使用的顺序为：先用脱分化培养基，再用生芽培养基，然后用生根培养基。如果先用生根培养基，再用生芽培养基，则不能生芽。

[随堂基础巩固]

1．下列有关被子植物花粉发育的说法，错误的是(

) A．被子植物精子的形成是直接减数分裂的结果

B．花粉粒是在花药中的花粉囊中形成的

C．花粉粒在发育过程中，核先位于细胞中央，然后再移到细胞的一侧

D．被子植物花粉的发育要经历四分体时期、单核期和双核期等阶段

解析：选A

花粉母细胞(小孢子母细胞)先经减数分裂形成4个小孢子，核位于细胞中央，取得营养，不断长大。随着细胞扩大，细胞核由中央移至细胞的一侧，然后每个花粉粒的细胞核再经有丝分裂形成双核的花粉粒，进一步形成一个营养细胞和一个生殖细胞。生殖细胞再进行一次有丝分裂，形成两个精子。

2．下列关于花药培养过程中应注意的事项中正确的是(

) A．花药培养成功与否与材料选择无关

B．花药培养成幼苗后，一定不能分瓶培养

C．花药培养成幼苗的过程中，除了适宜的温度、pH等，还要始终进行光照

D．一般地讲，材料选在单核期的花药其培养成功率较高

解析：选D

花粉植株能否培养成功受多种因素影响，其中材料的选择与培养基组成是主要影响因素；对一般植物来讲选择单核期往往成功率最高；在花粉培养到幼苗阶段的前期，不需光照；当培养获得愈伤组织或幼小植株时必须分瓶培养，才能诱导愈伤组织分化或幼苗分开。

3．在花药培养过程中，需要对培育出来的植株作进一步的鉴定和筛选，目的是看其(

) A．是否有染色体丢失

B．是否有基因突变

C．是否出现染色体倍性变化

D．是由哪种形式形成的

解析：选C

在花药离体培养过程中，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，因此还需要对培养出来的植株作进一步的鉴定和筛选。

4．请回答下列与植物组织培养有关的问题：

(1)被子植物的雄蕊通常包含花丝、花药两部分，后者为囊状结构，内部含有许多花粉。一个成熟花粉粒可形成两个细胞即________、________。

(2)被子植物花粉的发育要经历____________、____________和__________等阶段。正常情况下，一个基因型为AaBb(两对基因分别位于两对同源染色体上)的小孢子母细胞能形成________个精子，精子的基因型有________种。

(3)月季的花药培养中，花药发育期的选择很重要，一般用________法染色，然后通过镜检确定花粉是否处于适宜的发育期。

(4)获取的花蕾需要消毒，常用的消毒剂有________________(至少写出两种)。

(5)消毒后的花蕾，在剥离花药时，要彻底去除花丝，这是因为________________________________________________________________________。

解析：(1)一个成熟花粉粒可形成生殖细胞和营养细胞。(2)被子植物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；基因型为AaBb的小孢子母细胞经减数分裂形成4个小孢子，再经有丝分裂形成8个精子，共有2种基因型。(3)一般选用醋酸洋红染色法确定花粉发育的时期。(4)常用70%的酒精、0.1%的氯化汞溶液(或1%的次氯酸钙溶液或饱和漂白粉溶液)对获取的花蕾进行消毒。(5)与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。

答案：(1)生殖细胞

营养细胞

(2)小孢子四分体时期

单核期

双核期

8

2

(3)醋酸洋红

(4)70%的酒精、0.1%的氯化汞溶液(或70%的酒精、1%的次氯酸钙溶液，或70%的酒精、饱和漂白粉溶液)

(5)与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成

[课时跟踪检测]

(满分50分

时间25分钟) 一、选择题(每小题3分，共24分) 1．月季的花药培养过程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期的花粉

C．从花蕾来看，应当选择略微开放的花蕾

D．从检测花粉的实验方法看，应当用显微镜观察已染色的花粉样品临时装片

解析：选D

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。

2．某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是(

) A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗

B．采用花粉粒组织培养获得单倍体苗

C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上

D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养

解析：选B

利用扦插、嫁接的方法也能快速繁殖，且保持亲代的优良性状；花粉粒为雄配子，其离体培养可获得单倍体幼苗，但获得的单倍体植株是高度不育的，且不能保持亲代的优良性状；用植物的体细胞进行植物组织培养，可快速繁殖且保持亲本优良性状。

3．接种和培养花药时应注意的事项全对的一组是(

) ①不损伤花药

②彻底去除花丝

③幼小植株形成后需要光照

④花药开裂释放出的幼小植株会分别发育成单倍体，无需分开

A．①②③

B．①②④

C．②③④

D．①③④

解析：选A

花药受损伤，易从受损部位产生愈伤组织；与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成；幼小植株形成后需见阳光，由异养转变为自养；花药开裂释放出的胚状体要尽快分开，分别移植到新培养基上，否则这些植株将难以分开。

4．下列影响花药培养因素的叙述，错误是(

) A．材料的选择和培养基的组成是主要因素

B．处于单核期的花粉是最佳的选择材料

C．亲本植株的生长条件、材料的低温处理以及接种密度都影响着花药培养能否成功

D．实验的操作时间不会影响培养结果

解析：选D

影响花药培养的主要因素是材料的选择和培养基的组成。花粉发育过程中，只有单核期的花粉对离体刺激敏感，此时进行花药培养成功率最高。亲本植株的生长条件、材料的低温处理以及接种密度都对花药培养产生一定的影响。实验的操作时间越长，被污染的机会就越大，实验成功率就越低。

5．下列有关花药培养基配制的说法中，错误的一项是(

) A．花药培养可在同一培养基上培养至长出幼小植株再更换培养基继续培养

B．花药培养的各个阶段，培养基配方不完全一样

C．诱导生根的培养基配方比诱导丛芽或胚状体的培养基配方中的IAA浓度高

D．诱导愈伤组织分化是先分化出芽再分化出根

解析：选A

花药培养在长出愈伤组织或释放出胚状体后，应及时转换到分化培养基上继续培养。

6．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．对某些植物的花粉细胞核不易着色时应采用醋酸洋红法

C．焙花青—铬矾法能将细胞核染成蓝黑色

D．醋酸洋红法和焙花青—铬矾法染色过程完全一样

解析：选C

在选择花药时，镜检确定花粉的发育时期中，最常用的方法为醋酸洋红法；对于某些植物的花粉细胞，因细胞核不易着色，可采用焙花青—铬矾法；焙花青—铬矾法可将细胞核染成蓝黑色，醋酸洋红法与焙花青—铬矾法染色过程不同，前者需将花药用镊柄捣碎，后者在染色前需用卡诺氏固定液进行固定。

7．下图中①②③④代表产生花粉植株的过程或中间结构，其中在两种途径中代表的内容不相同的是(

)

A．①②

C．②③

D．①④

D．③④

解析：选C

通过花药培养产生花粉植株(即单倍体植株)一般有两种途径：一种是花粉脱分化形成胚状体，再由胚状体分化发育成为植株；另一种是花粉在诱导培养基上先经过脱分化形成愈伤组织，然后再将其诱导再分化成植株。图示①在两种途径中都代表脱分化；②在两种途径中分别代表胚状体和愈伤组织；③在两种途径中分别代表分化和再分化；

④在两种途径中都代表丛芽。

8．下图表示某植物的花药培养过程，请据图判断下列说法错误的是(

)

A．A→F不能体现细胞的全能性

B．C中是高度液泡化的薄壁细胞

C．植株A和F中的染色体组数不同

D．植株F一般不能直接应用于生产

解析：选A

由花粉细胞发育为完整植株，该过程体现了细胞的全能性。

二、非选择题(共26分) 9．(12分)下面是植物组织培养过程的示意图，请据图回答下列有关问题：

①外植体――→愈伤②组织――→长出③④丛芽――→生根――→移栽成活

(1)外植体若是菊花茎段组织，则在配制MS固体培养基时，__________(填“必需”或“不必”)添加植物激素。

(2)外植体若是月季的花药，则图中的①过程__________(填“需要”或“不需要”)光照，而经②③④过程培养出的植物一般称为________植株。该植株产生的途径除了图中所示外，还可以是花粉通过__________阶段发育而来。

(3)外植体若是菊花的根尖组织，则在正常环境下培养成的新菊花植株叶片的颜色是____________，这一过程体现了植物细胞具有__________的特点。

(4)生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂和分化的关键性激素，在植物组织培养过程中：

①若先使用细胞分裂素，后使用生长素，实验结果是细胞____________。

②当同时使用这两种激素时，生长素用量与细胞分裂素用量的比值________(填“高”“低”或“适中”)时，将会促进愈伤组织的形成。

解析：(1)菊花茎段组织培养较容易，因此培养基中不必添加植物激素。(2)植物组织培养的脱分化阶段不需要光照，而通过花药离体培养获得的是单倍体植株，该植株产生的途径除了图中所示以外，还可以是花粉经胚状体阶段发育而来。(3)外植体若是菊花的根尖组织，由于植物细胞具有全能性，根尖细胞具有全套的遗传信息，则在正常环境下培养成的新菊花植株叶片的颜色为绿色。(4)在植物组织培养过程中若先使用细胞分裂素后使用生长素，细胞既分裂又分化。当生长素用量与细胞分裂素用量的比值适中时，促进愈伤组织的形成。

答案：(1)不必

(2)不需要

单倍体(花粉)

胚状体

(3)绿色

全能性

(4)①既分裂也分化

②适中

10．(14分)某二倍体植物是杂合体，下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：

(1)图中①表示的是该花粉培养过程中的______过程，②表示的是____________过程，X代表的是__________，③表示的是________过程，④表示的是诱导________过程。

(2)图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中____________的种类及其浓度配比，最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为________植株(甲)。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有________。

(3)对植株甲进行________，才能使其结实产生后代(乙)，否则植株甲只有通过________的方式才能产生后代(丙)。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是________植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为________种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为__________种。花药培养在育种上的特殊意义是

________________________________________________________________________，从而开辟育种新途径。

解析：愈伤组织到底是分化成胚状体还是丛芽，主要取决于培养基中激素的种类和比例，

当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导根原基形成，当细胞分裂素的含量高于生长素时，则主要诱导芽原基的形成；如果用来培养的材料是花粉细胞，则培养后的植物含有本物种配子染色体的数目，属于单倍体植株。由于甲植株是单倍体，单倍体植株在减数分裂形成配子时联会紊乱，不能产生正常配子，所以高度不育，要使之产生可育后代，需用秋水仙素处理幼苗，使染色体加倍，加倍后的植株减数分裂时可产生正常的配子，否则只能通过无性繁殖产生后代；乙、丙植株中能产生可育花粉的是乙植株，并且是纯合子，所以其花粉的基因型种类为一种。但该群体中由于每个个体的基因型可能不同，导致群体产生的可育花粉的基因型有多种；单倍体育种的优点是明显缩短育种年限。

答案：(1)脱分化

再分化

胚状体

分化(或发育)

生根

(2)激素

单倍体

细胞全能性

(3)染色体加倍(其他合理答案亦可)

无性繁殖

乙(经过染色体加倍)

一

多

缩短育种周期