選修一生物技術實踐知識點梳理(3)
選修一生物技術實踐知識點梳理
專題三 植物的組織培養(yǎng)技術
課題一 菊花的組織培養(yǎng)
植物組織培養(yǎng)的基本過程
細胞分化：在生物個體發(fā)育過程中，細胞在形態(tài)、結構和生理功能上出現(xiàn)穩(wěn)定性差異的過程。
離體的植物組織或細胞，在培養(yǎng)了一段時間以后，會通過細胞分裂，形成愈傷組織，愈傷組織的細胞排列疏松而無規(guī)則，是一種高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞。由高度分化的植物組織或細胞產生愈傷組織的過程，稱為植物細胞的脫分化，或者叫做去分化。脫分化產生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)，又可以重新分化成根或芽等器官，這個過程叫做再分化。再分化形成的試管苗，移栽到地里，可以發(fā)育成完整的植物體。
植物細胞工程
具有某種生物全套遺傳信息的任何一個活細胞，都具有發(fā)育成完整個體的能力，即每個生物細胞都具有全能性。但在生物體的生長發(fā)育過程中并不表現(xiàn)出來，這是因為在特定的時間和空間條件下，通過基因的選擇性表達，構成不同組織和器官。
植物組織培養(yǎng)技術的應用有：實現(xiàn)優(yōu)良品種的快速繁殖;培育脫毒作物;制作人工種子;培育作物新品種以及細胞產物的工廠化生產等。
·細胞分化是一種持久性的變化，它有什么生理意義?
使多細胞生物體中細胞結構和功能趨向專門化，有利于提高各種生理功能的效率。
比較根尖分生組織和愈傷組織的異同
影響植物組織培養(yǎng)的條件
材料：不同的植物組織，培養(yǎng)的難易程度差別很大。植物材料的選擇直接關系到試驗的成敗。植物的種類、材料的年齡和保存時間的長短等都會影響實驗結果。菊花組織培養(yǎng)一般選擇未開花植物的莖上部新萌生的側枝作材料。一般來說，容易進行無性繁殖的植物容易進行組織培養(yǎng)。選取生長旺盛嫩枝進行組培的是嫩枝生理狀態(tài)好，容易誘導脫分化和再分化。
營養(yǎng)：離體的植物組織和細胞，對營養(yǎng)、環(huán)境等條件的要求相對特殊，需要配制適宜的培養(yǎng)基。常用的培養(yǎng)基是MS培養(yǎng)基，其中含有的大量元素是N、P、S、K、Ca、Mg，微量元素是Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、I、Co，有機物有甘氨酸、煙酸、肌醇、維生素、蔗糖等。
激素：植物激素中生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵性激素。在生長素存在的情況下，細胞分裂素的作用呈現(xiàn)加強趨勢。在培養(yǎng)基中需要添加生長素和細胞分裂素等植物激素，其濃度、使用的先后順序、用量的比例等都影響結果。
4、操作流程 環(huán)境條件：PH、溫度、光等環(huán)境條件。
不同的植物對各種條件的要求往往不同。進行菊花的組織培養(yǎng)，一般將pH控制在5.8左右，溫度控制在18~22℃，并且每日用日光燈照射12h.
配制MS固體培養(yǎng)基：配制各種母液：將各種成分按配方比例配制成的濃縮液(培養(yǎng)基母液)。
·使用時根據(jù)母液的濃縮倍數(shù)，計算用量，并加蒸餾水稀釋。
·配制培養(yǎng)基：應加入的物質有瓊脂、蔗糖、大量元素、微量元素、有機物和植物激素的母液，并用蒸餾水定容到1000毫升。
·在菊花組織培養(yǎng)中，可以不添加植物激素
原因是菊花莖段組織培養(yǎng)比較容易。·滅菌：采取的滅菌方法是高壓蒸汽滅菌。
·MS培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)物質的作用是什么?與肉湯培養(yǎng)基相比，MS培養(yǎng)基有哪些特點?
大量元素和微量元素提供植物細胞所必需的無機鹽;蔗糖提供碳源，維持細胞滲透壓;甘氨酸、維生素等物質主要是為了滿足離體植物細胞在正常代謝途徑受到一定影響后所產生的特殊營養(yǎng)需求。
微生物培養(yǎng)基以有機營養(yǎng)為主，MS培養(yǎng)基則需提供大量無機營養(yǎng)。
外植體的消毒 外植體：用于離體培養(yǎng)的植物器官或組織片段。選取菊花莖段時，要取生長旺盛的嫩枝。菊花莖段用流水沖洗后可加少許洗衣粉，用軟刷輕輕刷洗，刷洗后在流水下沖洗20min左右。用無菌吸水紙吸干外植體表面的水分，放入體積分數(shù)為70%的酒精中搖動2~3次，持續(xù)6~7s，立即將外植體取出，在無菌水中清洗。取出后仍用無菌吸水紙吸干外植體表面水分，放入質量分數(shù)為0.1%的氯化汞溶液中1~2min。取出后，在無菌水中至少清洗3次，漂洗消毒液。
注意：對外植體進行表面消毒時，就要考慮藥劑的消毒效果，又要考慮植物的耐受能力。
接種：接種過程中插入外植體時形態(tài)學上端朝上，每個錐形瓶接種7～8個外植體。外植體接種與細菌接種相似，操作步驟相同，而且都要求無菌操作。
培養(yǎng)：應該放在無菌箱中進行，并定期進行消毒，保持適宜的溫度(18~22℃)和光照(12h)
移栽：栽前應先打開培養(yǎng)瓶的封口膜，讓其在培養(yǎng)間生長幾日，然后用流水清洗根部培養(yǎng)基。然后將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中生活一段時間，進行壯苗。最后進行露天栽培。
栽培
外植體在培養(yǎng)過程中可能會被污染，原因有外植體消毒不徹底;培養(yǎng)基滅菌不徹底;接種中被雜菌污染;錐形瓶密封性差等。
課題二 月季的花藥培養(yǎng)
被子植物的花粉發(fā)育被子植物的雄蕊通常包含花絲、花藥兩部分?；ㄋ帪槟覡罱Y構，內部含有許多花粉?；ǚ凼怯苫ǚ勰讣毎涍^減數(shù)分裂而形成的，因此，花粉是單倍體的生殖細胞。被子植物花粉的發(fā)育要經歷小孢子四分體時期、單核期和雙核期等階段。在小孢子四分體時期，4個單倍體細胞連在一起，進入單核期時，四分體的4個單倍體細胞彼此分離，形成4個具有單細胞核的花粉粒。這時的細胞含濃厚的原生質，核位于細胞的中央(單核居中期)。隨著細胞不斷長大，細胞核由中央移向細胞一側(單核靠邊期)，并分裂成1個生殖細胞核和1個花粉管細胞核，進而形成兩個細胞，一個是生殖細胞，一個是營養(yǎng)細胞。生殖細胞將在分裂一次，形成兩個精子。
注意：①成熟的花粉粒有兩類，一類是二核花粉粒，其花粉粒中只含花粉管細胞核和生殖細胞核，二核花粉粒的精子是在花粉管中形成的;另一類是三核花粉粒，花粉在成熟前，生殖細胞就進行一次有絲分裂，形成兩個精子，此花粉粒中含有兩個精子核和一個花粉管核(營養(yǎng)核)②花粉發(fā)育過程中的四分體和動物細胞減數(shù)分裂的四分體不同?；ǚ郯l(fā)育過程中的四分體是花粉母細胞經減數(shù)分裂形成的4個連在一起的單倍體細胞;而動物細胞減數(shù)分裂過程中的四分體是聯(lián)會配對后的一對同源染色體，由于含有四條染色單體而稱為四分體。③同一生殖細胞形成的兩個精子，其基因組成完全相同。
產生花粉植株的兩種途徑通過花藥培養(yǎng)產生花粉植株(即單倍體植株)一般有兩種途徑，一種是花粉通過胚狀體階段發(fā)育為植物，另一種是花粉在誘導培養(yǎng)基上先形成愈傷組織，再將其誘導分化成植株。這兩種途徑之間并沒有絕對的界限，主要取決于培養(yǎng)基中激素的種類及其濃度配比。
注意：①無論哪種產生方式，都要先誘導生芽，再誘導生根②胚狀體：植物體細胞組織培養(yǎng)過程中，誘導產生的形態(tài)與受精卵發(fā)育成的胚非常類似的結構，其發(fā)育也與受精卵發(fā)育成的胚類似，有胚芽、胚根、胚軸等完整結構，就像一粒種子，又稱為細胞胚。
影響花藥培養(yǎng)的因素誘導花粉能否成功及誘導成功率的高低，受多種因素影響，其中材料的選擇與培養(yǎng)基的組成是主要的影響因素
·親本的生理狀況：花粉早期是的花藥比后期的更容易產生花粉植株，選擇月季的初花期。
·合適的花粉發(fā)育時期：一般來說，在單核期，細胞核由中央移向細胞一側的時期，花藥培養(yǎng)成功率最高
·花蕾：選擇完全未開放的花蕾
·親本植株的生長條件、材料的低溫預處理以及接種密度等對誘導成功率都有一定影響
·材料的選?。哼x擇花藥時，一般要通過鏡檢來確定其中的花粉是否處于適宜的發(fā)育期。確定花粉發(fā)育時期的最常用的方法是醋酸洋紅法。但是，某些植物的花粉細胞核不易著色，需采用焙花青-鉻礬法，這種方法能將花粉細胞核染成藍黑色
·材料的消毒
·接種和培養(yǎng)：滅菌后的花蕾，要在無菌條件下除去萼片和花瓣，并立即將花藥接種到培養(yǎng)基上。在剝離花藥時，要盡量不損傷花藥(否則接種后容易從受傷部位長生愈傷組織)，同時還要徹底去除花絲，因為與花絲相連的花藥不利于愈傷組織或胚狀體的形成，通常每瓶接種花藥7～10個,培養(yǎng)溫度控制在25℃左右,不需要光照.幼小植株形成后才需要光照.一般經過20～30天培養(yǎng)后,會發(fā)現(xiàn)花藥開裂,長出愈傷組織或形成胚狀體。將愈傷組織及時轉移到分化培養(yǎng)基上，以便進一步分化出再生植株。如果花藥開裂釋放出胚狀體，則一個花藥內就會產生大量幼小植株，必須在花藥開裂后盡快將幼小植株分開，分別移植到新的培養(yǎng)基上，否則這些植株將很難分開。還需要對培養(yǎng)出來的植株做進一步的鑒定和篩選。
植物組織培養(yǎng)技術與花藥培養(yǎng)技術的相同之處是：培養(yǎng)基配制方法、無菌技術及接種操作等基本相同。兩者的不同之處在于：花藥培養(yǎng)的選材非常重要，需事先摸索時期適宜的花蕾;花藥裂開后釋放出的愈傷組織或胚狀體也要及時更換培養(yǎng)基;花藥培養(yǎng)對培養(yǎng)基配方的要求更為嚴格。這些都使花藥培養(yǎng)的難度大為增加。
樣品水分含量(%)計算公式如下：
(烘干前容器和樣品質量-烘干后容器和樣品質量)/烘干前樣品質量
·毛霉的生長：條件：將豆腐塊平放在籠屜內，將籠屜中的控制在15～18℃，并保持一定的溫度。
來源：1.來自空氣中的毛霉孢子，2.直接接種優(yōu)良毛霉菌種
時間：5天
·加鹽腌制：將長滿毛霉的豆腐塊分層整齊地擺放在瓶中，同時逐層加鹽，隨著層數(shù)的加高而增加鹽量，接近瓶口表面的鹽要鋪厚一些。加鹽腌制的時間約為8天左右。
·用鹽腌制時，注意控制鹽的用量：鹽的濃度過低，不足以抑制微生物的生長，可能導致豆腐腐敗變質;鹽的濃度過高會影響腐乳的口味
·食鹽的作用：1.抑制微生物的生長，避免腐敗變質2.析出水分，是豆腐變硬，在后期制作過程中不易酥爛3.調味作用，給腐乳以必要的咸味4.浸提毛酶菌絲上的蛋白酶。
·配制鹵湯：鹵湯直接關系到腐乳的色、香、味。鹵湯是由酒及各種香辛料配制而成的。鹵湯中酒的含量一般控制在12%左右。
·酒的作用：1.防止雜菌污染以防腐2.與有機酸結合形成酯，賦予腐乳風味3.酒精含量的高低與腐乳后期發(fā)酵時間的長短有很大關系，酒精含量越高，對蛋白酶的抑制作用也越大，使腐乳成熟期延長;酒精含量過低，蛋白酶的活性高，加快蛋白質的水解，雜菌繁殖快，豆腐易腐敗，難以成塊。
·香辛料的作用：1.調味作用2.殺菌防腐作用3.參與并促進發(fā)酵過程
·防止雜菌污染：①用來腌制腐乳的玻璃瓶，洗刷干凈后要用沸水消毒。②裝瓶時，操作要迅速小心。整齊地擺放好豆腐、加入鹵湯后，要用膠條將瓶口密封。封瓶時，最好將瓶口通過酒精燈的火焰，防止瓶口被污染。
疑難解答
(1)利用所學的生物學知識，解釋豆腐長白毛是怎么一回事?
豆腐生長的白毛是毛霉的白色菌絲。嚴格地說是直立菌絲，在豆腐中還有匍匐菌絲。
(2)為什么要撒許多鹽，將長毛的豆腐腌起來?
鹽能防止雜菌污染，避免豆腐腐敗。
(3)我們平常吃的豆腐，哪種適合用來做腐乳?
含水量為70%左右的豆腐適于作腐乳。用含水量高的豆腐制作腐乳，不易成形。
(4)吃腐乳時，你會發(fā)現(xiàn)腐乳外部有一層致密的“皮”。這層“皮”是怎樣形成的呢?它對人體有害嗎?它的作用是什么?
“皮”是前期發(fā)酵時在豆腐表面上生長的菌絲(匍匐菌絲)，對人體無害。它能形成腐乳的“體”，使腐乳成形。
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