【教材拓展】植物组织培养的两种途径

来源:江苏省仪征中学高一生物备课组 时间:2024-12-24
 

1.人教版(2019)选择性必修三第35页:“植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞等,培养在人工配制的培养基上,给与适宜的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。”教材介绍的流程:外植体→脱分化→再分化→幼苗。若根据定义来说,我将带芽的土豆块放入经处理后的土壤中,将来发育成土豆幼苗。这种方式既有培养基(处理后的土壤属于固定培养基或天然培养基),又有外植体(土豆芽),最终也发育成幼苗了。那么这是否属于植物组织培养?

以下内容选自李志勇编著《细胞工程》(第三版)

植物组织培养再生植株可以通过两条途径完成:

(1)器官发生途径:指离体培养的植物组织或细胞团(愈伤组织)分化形成不定根、不定芽等器官的过程。在自然界中,许多植物的无性繁殖(如插条、嫁接等)属于器官发生途径的发育方式。

(2)体细胞胚(胚状体发生途径:指离体培养条件下没有经过受精过程而形成的胚胎类似物。

体细胞胚(胚状体)发生是指体细胞在离体培养过程中经过了胚胎发育过程。体细胞胚(胚状体)起源于非合子细胞,因此不同于合子胚。

体细胞胚发生有以下几种途径。

1)器官外植体直接发生途径

茎表皮、叶、子叶、下胚轴等外植体细胞经过脱分化后均可以产生胚状体。以叶片为外植体直接形成体细胞胚为例,一般经过以下两个阶段。

①诱导期:叶片表皮细胞或亚表皮细胞感受刺激后进入分裂状态,形成小的瘤状突起。

②胚胎发育期:瘤状物继续发育,经过球形胚、心形胚等阶段,最后形成体细胞胚。

2)悬浮培养细胞发生途径

植物细胞悬浮培养液中存在两种细胞:①自由分散的大而高度液泡化的细胞,这类细胞一般不具备胚胎发生能力;②成簇、成团的体积小而细胞质致密的细胞,具有成胚能力,这类细胞被称为胚性细胞团。

在胚性细胞团外周是成群的非常活跃的分生细胞,具有若干个小液泡和一个大的核。胚性细胞团中央的细胞具有大的液泡和小而致密的核。随着胚性细胞团外周细胞不断分裂,中央细胞体积逐渐增大,彼此分离,从而引起胚性细胞团解体。周围的分生细胞离散形成新的小细胞团,再发育成新的胚性细胞团。将胚性细胞团转移到胚胎发生培养基上,周围的细胞开始第一次不均等分裂,细胞团的一个细胞较大,以后发育成类似胚柄的结构;另一些细胞继续分裂成类似原胚的结构,再经过类似于合子发育的球形胚、心形胚等阶段发育成体细胞胚。

3)愈伤组织发生途径

愈伤组织发生途径是胚状体常见的发生形式。愈伤组织内部或表面细胞均可以产生胚状体。这种途径包括三个阶段:①诱导外植体形成愈伤组织;②诱导愈伤组织胚性化;③体细胞胚形成。

以胡萝卜再生植株为例,可以采取的途径如下图所示。

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有上述描述可知,“将带芽的土豆块放入经处理后的土壤中,将来发育成土豆幼苗”这种途径也属于植物组织培养。

2.人教版(2019)选择性必修三第35页:“图2-1 植物组织培养流程图 接种外植体→诱导愈伤组织→诱导生芽→诱导生根”以及“探索·实践”中也介绍“培养15~20d后,将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后,再将转接到诱导生根的培养基上,进一步诱导形成试管苗。”从课本原文描述,我们很容易理解为:植物组织培养必须先生芽再生根。真是这样吗?

《教师教学用书》第89页:诱导再分化时,需要在无菌条件下将愈伤组织转移至诱导生芽的培养基上,生芽后再转移至诱导生根的培养基上。也可以先诱导生根,再诱导生根,再诱导生芽。不同培养材料,诱导生芽或生根的难易程度不一样。

《细胞工程》(第三版)李志勇编著。第38页:“器官发生有以下三种方式:

(1)先发芽后生根:愈伤组织先分化成芽,然后在芽的基部长出根,进而发育成完整植株。

(2)先生根后发芽:愈伤组织先分化成根,然后在根上产生不定芽,再形成完整植株。

(3)同时生根发芽:在愈伤组织的不同部位同时(有时也略有先后)形成芽和根。芽中的维管组织向下分化,与根部的维管组织相互连接,形成统一的轴状结构,发育成植株。”

所以,我们需根据不同植物的特点来确定培养方向,即愈伤组织分化方向的先后取决植物的生长发育特点。


 
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