课题2　月季的花药培养教学评价实录

★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

★课题重点

选取适宜的培养材料和培养基

★课题难点

选取适宜的培养材料和培养基

★教学方法

启发式教学

★教学工具

多媒体课件

★教学课时

2学时

★教学过程

第一学时

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

（一）学生自主探究

1．基础知识

活动1：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：

〖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

8个精子；在一枚花药中可以产生

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。

（二）学生合作探究

活动2：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：

〖思考5〗为什么胚状体和愈伤组织到丛芽分别称为分化和再分化？

〖思考6〗花粉植株弱小，高度不育，是否就没有利用价值？

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3：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）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。

〖思考7〗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8〗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9〗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

。

（三）学生活学活用

1．被子植物的花粉发育依次经过(

) ①双核期

②四分体时期

③单核居中期

④单核靠边期

A．①②③④

B．②③④① C．②④③①

D．②①③④

解析：选B

被子植物的花粉发育过程为：四分体时期→单核居中期→单核靠边期→双核期。

2．从小孢子母细胞到形成精子，经历的分裂方式是(

) A．有丝分裂

B．减数分裂

C．先有丝分裂后减数分裂

D．先减数分裂后有丝分裂

解析：选D

小孢子母细胞形成精子过程如下：

3．花粉植株能否诱导成功受多种因素的影响，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．接种密度

D．材料的低温处理效果

解析：选A

花粉植株能否诱导成功受多种因素的影响，如植株的生理状况、接种密度、材料的低温处理效果，但主要影响因素是材料的选择与培养基的组成。

（四）学生总结归纳成果展示

核心要点一| 被子植物的花粉发育

1．花粉发育的基本过程

2．花粉发育过程中细胞数目及细胞内染色体数目的变化(设体细胞内染色体数目为2n)

[教师点拨]

关于花粉发育过程的三点提醒

(1)由上面发育过程可以得出，1个小孢子母细胞最终可发育形成4个花粉粒、8个精子。

(2)在被子植物的花粉发育过程中，2个精子和1个营养细胞是由同一个细胞经过有丝分裂而形成的，所以它们的核基因是相同的。

(3)花粉管细胞核与花粉管的生成和生长有关，生殖细胞核直接参与受精作用。

三、课堂训练

[题组冲关] 1．关于被子植物花粉的形成，下列说法正确的是(

) A．花粉是花粉母细胞经有丝分裂形成的

B．花粉的发育要经历四分体时期、单核期和双核期等

C．花粉发育经历的四分体时期与减数第一次分裂的四分体时期含义相同

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：选B

花粉是花粉母细胞经减数分裂及有丝分裂形成的，经历四分体时期、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。花粉发育的四分体时期指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。

2．下面是被子植物花粉发育过程的简略表示，请据此回答问题：

小孢子母细胞―→①―→②―→③―→双核期

(1)①是指________时期，由小孢子母细胞经________分裂形成。

(2)②和③分别是指__________期和__________期，这两个时期细胞的共同特点是________________________________________________________________________。

(3)1个花粉母细胞经过分裂最多能形成________个花粉粒，________个细胞核。

(4)双核期的两个核分别叫________核和________核。

(5)在进行花药组织培养时选择________阶段的培养成功率最高。

解析：花粉是由小孢子母细胞先经减数分裂后再经有丝分裂(依次经历了四分体时期、单核期和双核期等阶段)产生的。单核期的细胞含浓厚的原生质，核开始时位于细胞的中央，随着细胞不断长大，核由中央移向细胞一侧，此时是花药组织培养的最佳时期，细胞核再分裂成1个生殖细胞核和1个花粉管细胞核，进而形成两个细胞，即生殖细胞和营养细胞，生殖细胞将再分裂一次，形成两个精子。

答案：(1)四分体

减数

(2)单核居中

单核靠边

含浓厚的原生质

(3)4

12

(4)生殖细胞

花粉管细胞

(5)②→③

3．(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，一个基因组成为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)通过花药培养产生花粉植株，一般有两种途径即通过胚状体阶段发育为植株或通

过愈伤组织发育为植株，这两种途径主要取决于培养基中_______________________________。

(4)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。

(5)获取的花蕾需要消毒，常用的消毒剂有__________________________________。(至少填两种) (6)灭菌后的花蕾，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、双核期等阶段；正常情况下，一个基因组成为AaBb(两对基因分别位于两对同源染色体上)的小孢子母细胞经减数分裂形成4个小孢子，再经有丝分裂形成8个精子，精子的基因型有2种。(3)月季的花药培养中，花药发育期的选择很重要，一般用醋酸洋红法染色，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，常用的消毒剂有体积分数为70%的酒精、质量分数为0.1%的HgCl2溶液(或质量分数为1%的Ca(ClO)2溶液或饱和漂白粉溶液)。(5)灭菌后的花蕾，在剥离花药时，要彻底去除花丝，这是因为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)激素的种类及其浓度配比

(4)醋酸洋红

(5)体积分数为70%的酒精、质量分数为0.1%的HgCl2溶液(或质量分数为1%的Ca(ClO)2溶液或饱和漂白粉溶液)

(6)与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成

4．在月季花药培养成单倍体植株的过程中，应选择哪个时期的花药最易成活(

) A．四分体时期

B．单核期前

C．单核期

D．双核期

解析：选C

单核期的花药菌少、易消毒。而单核期以前的花药质地幼嫩，极易破碎。选择单核期以后的花药，其花瓣已有些松动，给材料的消毒带来困难。

5．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一铬矾法

B．对某些植物的花粉细胞核不易着色时采用醋酸洋红法

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，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；对于不易着色的花粉细胞核，则采用焙花青—铬矾法；焙花青—铬矾法可将花粉细胞核染成蓝黑色，醋酸洋红法与焙花青—铬矾法过程不同，前者需用镊柄将花粉捣碎，后者在染色前需用卡诺氏固定液固定。

第二学时

（一）学生自主探究

2．实验操作

活动1：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5：阅读“材料的消毒”，填写下列流程图：

〖思考10〗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。

〖思考11〗为什么花瓣松动会给消毒带来困难？

花瓣松动后，微生物就可能侵入到花药，给材料的消毒带来困难。

（二）学生合作探究

活动2：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12〗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（不需要）光照。幼小植株形成后才需要光照。

〖思考13〗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14〗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？

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）学生活学活用

[题组冲关] 1．下列有关花药离体培养的说法错误的是(

) A．材料的选择最常用的方法是醋酸洋红法，这种方法能将花粉细胞核染成深红色

B．材料消毒时消毒剂一般是酒精和氯化汞

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．接种的花药长出愈伤组织后，要适时转换培养基，以便进一步分化成再生植株，若

释放出胚状体，则不必转换培养基

解析：选D

确定花粉发育的时期最常用的方法是醋酸洋红法，有些植物花粉细胞核不易着色，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。

2．为提高玉米产量，科学家在育种和栽培过程中进行研究。下图是关于玉米培养的过程，请回答下列问题：

(1)取茎尖进行组织培养，发育成植株D，取D的花药培养成幼苗，经秋水仙素处理后发育成为植株G。从细胞分裂方式上分析，E→F过程中进行了____________分裂；从育种方式上分析，D→G属于____________育种。

(2)D植株上的小孢子母细胞形成精子所经历的分裂方式是________________________。在该过程中，首先要经过“小孢子四分体时期”，这里的“四分体”是指________________________。在其后某个时期对离体刺激最敏感，一般来说在____________期，花药培养成功率最高。

(3)选取茎尖放入A瓶中培养，是因为______________________________________，如果选取D植株茎的切段放入A瓶培养，首先要进行________________________，一般是刷洗后用流水冲洗20 min，用无菌吸水纸吸干后再放入体积分数为70%的酒精中摇动2～3次，在无菌水中冲洗并用无菌吸水纸吸干，再放入质量分数为0.1%的氯化汞溶液中

1～2

min，取出后在无菌水中清洗至少3次。

(4)C和F试管苗不能直接栽培到大田中，要进行__________________。

解析：(1)取茎尖进行组织培养，发育成植株D，取D的花药培养成幼苗，经秋水仙素处理后发育成为植株G。从细胞分裂方式分析，E→F 过程属于植物组织培养，进行有丝分裂；从育种方式分析，D→G是花药离体培养过程，属于单倍体育种。(2)D植株上的小孢子母细胞形成精子所经历的分裂方式是减数分裂和有丝分裂，即1个小孢子母细胞经过减数分裂形成四分体(四个小孢子，单核期)，每个小孢子再经过一次有丝分裂形成一个营养细胞和一个生殖细胞(双核期)，最后生殖细胞再经过一次有丝分裂形成两个精子。在该过程中，首先要经过“小孢子四分体时期”，这里的“四分体”是指四个小孢子连在一起。一般来说在单核期对离体刺激最敏感，花药培养成功率最高。(3)选取茎尖放入A瓶中培养，是因为茎尖细胞是具有旺盛分裂能力的幼嫩细胞，更容易通过培养表达出全能性；如果选取D植株茎的切段放入A瓶培养，首先要进行外植体消毒，一般是刷洗后用流水冲洗20 min，用无

菌吸水纸吸干后再放入体积分数为70%的酒精中摇动2～3次，在无菌水中冲洗并用无菌吸水纸吸干，再放入质量分数为0.1%的氯化汞溶液中

1～2 min，取出后在无菌水中清洗至少3次。(4)C和F试管苗不能直接栽培到大田中，要进行试管苗移栽，使其更好的适应环境。

答案：(1)有丝

单倍体

(2)减数分裂和有丝分裂

四个小孢子连在一起

单核

(3)茎尖细胞是具有旺盛分裂能力的幼嫩细胞，更容易通过培养表达出全能性

外植体消毒

(4)试管苗移栽

（四）学生总结归纳成果展示

核心要点二| 花药的离体培养

1．实验操作及注意事项

[教师点拨]

在花药培养过程中，常常会出现染色体组数目变化的原因：(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，生殖细胞核与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。

2．菊花的组织培养与月季的花药培养比较

项目

内容

理论依据

基本过程

影响因素

菊花的组织培养

植物细胞的全能性

脱分化→再分化

选材、营养、激素、pH、温度、光照等

月季的花药培养

材料选取

繁殖方式

培养结果

可育性

操作流程

三、课堂训练

体细胞

无性生殖

正常植株

可育

制备培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培

生殖细胞

有性生殖

单倍体植株

高度不育，染色体加倍后可育

选材→消毒→接种→培养→筛选和诱导→移栽→栽培选育

1．选择单核期以后的花药接种，花瓣已有些松动，会给材料的消毒带来困难。主要原因是(

) A．花瓣松动后，微生物就可能侵入到花药，给材料消毒带来困难

B．花瓣松动后，体积变大，给消毒带来困难

C．花瓣松动后，就会使花药消毒时接触酒精而被杀死

D．花瓣松动后，会使花药老化，不适宜作花药培养

解析：花瓣松动后，会增加微生物侵入到花药部位的机会，给材料消毒带来困难。

答案：A 2．某科技活动小组将二倍体番茄植株的花粉按如图所示的程序进行实验。根据实验，下列分析正确的是(

)

A．花粉也能通过培养形成植株M，这是因为番茄的生殖细胞也含有控制生长发育的全套遗传物质

B．植株M一定为单倍体植株，其特点之一是往往高度不育，因此不能体现生殖细胞具有全能性

C．由花粉培育得到植株M的过程中，植物器官的发生主要通过营养物质的配比进行调节

D．由花粉培育得到植株N，整个过程都必须在无菌条件下进行

解析：B选项能体现生殖细胞的全能性，细胞全能性的体现与最终能否形成完整植物个体有关，而与植物个体是否可育无关。C选项中，植物器官的发生主要通过调节植物激素的配比进行调节。D选项中，植株M到植株N的过程不需要在无菌条件下进行。

答案：A 3．下列有关花药培养基配制的说法中，不正确的是(

) A．花药培养可在同一培养基上培养至长出幼小植株后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：花药培养长出愈伤组织或释放出胚状体后，应及时更换培养基。

答案：A 4．植物组织培养是克隆植物的一种方法，过程如下图所示，回答相应的问题。

(1)为了获得脱毒植株，外植体往往取自植物的花芽、叶芽等处的分生组织，其原因是__________________________________ _____________________________________________________。

(2)培养皿中的培养基除添加营养物质外，还需要添加植物激素，其目的是诱导外植体________________________________________ _____________________________________________________。

(3)在生产实践中为获得大量的细胞产物，如紫杉醇，可将①________放入液体培养基中，经机械作用分散成单个细胞，制备成细胞悬浮液，再经过________即可获得大量细胞。

(4)组织培养过程需要植物生长和繁殖的最适条件，否则在光学显微镜下可能观察到发生__________________异常，进而使植物出现遗传不稳定甚至不育。

(5)植物组织培养技术不仅应用于花卉和果树的快速大量繁殖以及脱毒植株的获取，还广泛用于____________、____________、____________等育种过程中。

解析：刚长出的茎尖或芽尖还没有受到病毒的侵染，因此用这些部位的细胞做植物组织培养的材料，可以获得脱毒植株。在植物组织培养时，常用生长素和细胞分裂素来诱导植物形成愈伤组织，生根发芽，从而形成新的植物体。在植物形成愈伤组织时，此时很容易发生细胞融合，从而使植物发生染色体结构或数目的变异。植物组织培养技术除了用于微型繁殖、脱毒植株的培育外，还可以用于植物体细胞杂交、基因工程育种和单倍体育种等多个方面。

答案：(1)这些部位很少受到病毒等病原体的侵害

(2)脱分化和再分化

(3)愈伤组织

细胞分裂

(4)染色体结构与数目

(5)植物体细胞杂交育种

基因工程育种

单倍体育种

四、课后训练