课题2　月季的花药培养名师教学实录

课题2

月季的花药培养

1．说出被子植物花粉发育的过程及花药离体培养产生花粉植株的两种途径。(重点) 2．知道影响花药培养的因素。(重点) 3．学习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。(难点)

被

子

植

物

的

花

粉

发

育

与

花

药

离

体

培

养

一、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

减数分裂花粉母细胞(小孢子母细胞)――――→小孢子四分体时期―→单核期有丝分裂1次有丝分裂―――――→两个精子――――→双核期―→两个细胞1个生殖细胞―

每个小孢子1个营养细胞二、产生花粉植株的两种途径

1．两种途径

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．花粉植株的特点

单倍体植株，植物弱小，高度不育。

三、影响花药培养的因素

1．主要因素

(1)材料的选择

①不同植物的诱导成功率很不相同。

②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。

③一般来说，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

亲本植株的生长条件2．其他因素

材料的低温预处理、接种密度等

[合作探讨]

探讨1：被子植物花粉发育过程中的四分体时期与减数分裂过程中的四分体时期是同一阶段吗？

提示：不是同一阶段。前者的四分体时期是指4个单倍体细胞连在一起的时期；后者的四分体时期是指同源染色体配对后，一对同源染色体含有四条染色单体的阶段。

探讨2：一个花粉粒中的生殖细胞核与营养细胞核的遗传物质是否相同？为什么？

提示：完全相同。因为一个花粉粒中的生殖细胞核和营养细胞核是由一个小孢子细胞经有丝分裂形成的。

探讨3：花粉植株弱小且高度不育，为什么还有利用价值？

提示：尽管花粉植株弱小且高度不育，但可以利用其进行单倍体育种，因为二倍体植株形成的花粉植株其细胞内无同源染色体，经诱导染色体加倍后都是纯种，因此与杂交育种相比，可以明显缩短育种年限。

[思维升华]

产生花粉植株的两种途径的比较

1．图解

脱分化分化花药中的花粉

―――→胚状体――→丛芽诱导――→生根→移栽

脱分化愈伤再分化花药中的花粉

――→―――→丛芽组织―2．途径差异：一种是花粉通过胚状体阶段发育为植株；另一种是花粉在诱导培养基上先形成愈伤组织，再将其诱导分化成植株。3.形成原因：主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。

4．花粉植株的特点：单倍体植株，植株弱小，高度不育。

1．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

C．②③④

B．②④⑤

D．①②③④⑤

【解析】

被子植物花粉形成过程中的四分体是四个细胞连在一起，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四个染色单体；不同时期的花粉发育的能力是不同的。

【答案】

A 2．下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。下列相关叙述中错误的是(

)

A．无论哪条途径都要经过脱分化和再分化过程

B．A是胚状体，C是诱导，B是生根

C．两种培养途径的理论基础都是植物细胞的全能性

D．A和种子的结构相同，都具有种皮、胚芽、胚根、胚轴等结构

【解析】

图中的A是胚状体，C是诱导，B是生根。两种途径都要经过脱分化和再分化过程。植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。胚状体中有胚轴、胚根和胚芽，但无种皮，故答案选D。

【答案】

D 3．选择合适的花粉发育时期是提高诱导成功率的重要因素之一，下列说法正确的是(

) A．任何时期的花粉都可以经过培养产生愈伤组织或胚状体

B．对所有植物来说，在单核期，即细胞核由中央移向细胞一侧的时期，花药培养成功率最高

C．对一般植物而言，单核期时花药培养成功率最高

D．为了挑选到单核期的花药，通常选择部分开放的花

【解析】

在花药离体培养过程中，并不是任何时期的花粉都可以产生愈伤组织或胚状体，在花粉发育过程中，只有某一个时期对离体刺激敏感。对一般植物来说，在单核期，细胞核由中央移向细胞一侧时，花药培养成功率最高，但不同植物之间有较大差异。为了挑选到单核期花药，通常选择完全未开放的花蕾，盛开或略微开放的花，其花瓣已经松动，会给材料消毒带来困难。故选C。

【答案】

C

花

药

培

养

的

实

验

操

作

实验操作过程

[合作探讨]

探讨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。

探讨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：(1)用秋水仙素处理幼苗。

(2)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。

[思维升华]

1．镜检花粉发育时期的方法比较

不同点

方法的

使用

醋酸洋红法

常用的方法

焙花青-铬矾法

花粉细胞核不易着色时，使用该方法

将花药放在载玻片上不

同

点

现象

相同点

步骤

→滴1滴1%醋酸洋红→用镊柄捣碎花药→盖上盖玻片→镜检

花粉细胞核染成深红色

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.单倍体育种的过程及其与花药离体培养的区别

(1)单倍体育种的过程：

①在花药培养的基础上，用秋水仙素继续处理单倍体幼苗。

②染色体加倍，重新恢复为二倍体。因为此二倍体是由单倍体的染色体本身加倍而来的，所以是纯合子，不会发生性状分离。详见下图：

(2)二者的区别：尽管花药离体培养是单倍体育种的首要环节，但二者的步骤和结果是不同的。一定注意看清楚是培养过程还是育种过程，花药离体培养只涉及上图图解中的①②③④，而单倍体育种则包括①②③④⑤。

1．下列有关单倍体、单倍体育种、花药离体培养的说法，错误的是(

) A．单倍体育种得到的是单倍体

B．花药离体培养是单倍体育种的首要环节

C．花药离体培养的目的是获得单倍体

D．单倍体育种是通过花药离体培养获得单倍体植株，然后用秋水仙素加倍获得纯合体植株

【解析】

单倍体是由配子直接发育成的个体，单倍体植株本身瘦弱，而且一般是不育的，但育种时，可以用秋水仙素使染色体加倍来获得纯合的正常植株，这种方法就是单倍体育种。单倍体可以利用花药离体培养来获得，所以，花药离

体培养的目的是获得单倍体植株，是单倍体育种的首要环节；单倍体育种最终得到的是正常的纯合植株，而纯合植株是通过单倍体的染色体加倍获得的。

【答案】

A 2．基因型为AaBb的水稻(含24条染色体)的花药通过无菌操作接种到试管后，在一定条件下形成试管苗，则：

(1)愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得______________________等营养物质。

(2)要促进花粉细胞的分裂和生长，培养基中应有________和________两类激素。

(3)愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是____________能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。

(4)试管苗的细胞核中含________条脱氧核糖核苷酸链。

(5)培育成的试管苗可能出现的基因型有____________。

(6)这种利用花药离体培养发育成的试管苗属于________________体。要使它繁殖后代必须采取的措施是____________。

【解析】

(1)愈伤组织在形成过程中，自身不能制造有机物，因此需不断地从培养基中吸取无机物(水、无机盐)、有机物(糖类、维生素)等营养物质。

(2)植物激素的种类很多，要促进花粉细胞的分裂和生长，培养基中应有细胞分裂素和生长素两类激素。

(3)试管苗属于单倍体植株，属于自养型生物，需要通过光照进行光合作用。

(4)水稻的基因型为AaBb(二倍体)，其体细胞中含有24条染色体，则单倍体细胞中含有12条染色体，12个DNA分子。每个DNA分子由2条反向平行的脱氧核糖核苷酸链盘旋而成，所以试管苗的细胞核中含有24条脱氧核糖核苷酸链。

(5)基因型为AaBb的水稻产生配子时，依据基因自由组合定律可知，配子的基因型为AB、aB、Ab、ab。

(6)由花粉发育成的个体为单倍体，且高度不育，要使它繁殖后代需用秋水仙素处理。

【答案】

(1)水、无机盐、维生素和小分子有机物

(2)细胞分裂素

生长素

(3)叶绿体

(4)24

(5)AB、aB、Ab、ab

(6)单倍

用秋水仙素处理

1．下列关于胚状体产生的说法中，不正确的是(

) A．在花药培养中，由小孢子发育成胚状体

B．可直接由器官上发生

C．在单细胞的原生质体培养中，先由细胞形成一个胚性细胞团，再发育成胚状体

D．不同胚状体的发生和发育过程，一般是同步的，在一个培养物材料中不可能同时出现不同发育时期的胚状体

【解析】

由于花药中花粉的发育程度不同，培养的难易程度也不同，因此胚状体的发生一般是不同步的。

【答案】

D 2．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中，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．从检测花粉的实验方法看，应该用显微镜观察已染色的花粉样品临时装片

【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制成临时装片，才能观察到细胞核的位置，以确定花粉发育的时期。

【答案】

D 3．下图是某组织培养过程的简图。下列有关说法中，正确的是

(

) 【导学号：05520024】

①②③花粉粒――→愈伤组织――→胚状体――→植株

A．花药离体培养的条件与种子萌发的条件完全相同

B．若花粉粒核中有两个或多个染色体组，则所得植株为二倍体或多倍体

C．②③过程都是细胞分化过程，因此起作用的激素只有生长素

D．该过程体现了植物细胞的全能性

【解析】

花药离体培养对条件要求更高，需要MS培养基，另外还需要适宜的pH、温度和光照，而种子萌发需要充足的空气和适宜的温度、水分等，所以A项错误；花粉培养形成的植株称为单倍体，所以B项错误，在细胞分化过程中多种激素起作用，其中起主要作用的是细胞分裂素和生长素，所以C项错误；在该过程中，单个细胞最终培养成了植株，体现了植物细胞的全能性，D项正确。

【答案】

D 4．关于影响花药离体培养的因素的叙述，错误的是(

) A．花粉发育过程中，单核期花粉对离体刺激最敏感，培养成功率最高

B．刺激单核期花粉发育为完整植株所用的培养基都是MS培养基，其中所用的激素等诱导成分相同

C．供体植株的年龄对花药培养也有影响，应选择早期花药进行培养，并可利用低温进行预处理，以提高诱导成功率

D．不同种的植物花药或同种植物不同基因型的花药，诱导成功率也不同

【解析】

接种花药时期的选择是影响花药培养的决定因素，初期花药(最好是细胞核由中央移向一侧时期的花药)最易诱导成功；用低温进行预处理，可提高诱导成功率；不同植物的花药培养，可采用不同的培养基进行诱导，而同种植物的不同基因型的花药，诱导成功率不同，有的甚至不能诱导成植株，如雄配子致死现象。故选B。

【答案】

B 5．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】

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。

【答案】

D 课堂小结：

网络构建

核心回扣

1.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)、双核期等阶段。

减数分裂2．小孢子母细胞――→4个小孢子有丝分裂――→4个花粉管细胞核有丝分裂―→8个精子4个生殖细胞核―

3．最合适的花粉发育时期为单核期，挑选花药时通常选择完全不开放的花蕾。

4．产生花粉植株的两种途径：一是花粉通过胚状体阶段发育为植株；另一途径为花粉在诱导培养基上先形成愈伤组织，再将其诱导分化成植株。

5．接种花药时，通常每瓶接种花药7～10个，培养温度控制在25 ℃左右，不需要光照。幼小植株形成后才

需要光照。

6．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)。