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1、2022年高考生物二輪復(fù)習(xí)《植物的組織培養(yǎng)》教案 中圖版選修1
在《生物技術(shù)實(shí)踐》模塊課程標(biāo)準(zhǔn)中,植物組織培養(yǎng)的具體要求是“嘗試植物的組織培養(yǎng)”。嘗試是技能性目標(biāo)中的模仿水平,即學(xué)生仿照教師的示范性動(dòng)作完成對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的操作。
植物組織培養(yǎng)是一項(xiàng)操作復(fù)雜而精細(xì),操作難度較大的實(shí)踐活動(dòng),其操作流程包括:配制母液、培養(yǎng)基配制與滅菌、外植體選擇和消毒、接種、形成愈傷組織、誘導(dǎo)叢芽和生根、組培苗移栽等操作環(huán)節(jié)。從操作的持續(xù)時(shí)間看,完成前四項(xiàng)活動(dòng)需要一天,后三項(xiàng)活動(dòng)需要1~2個(gè)月。為了確保在有限的時(shí)間內(nèi)順利地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué),需要確定學(xué)生動(dòng)手操作的一些重要環(huán)節(jié)和步驟,并針對(duì)這些環(huán)節(jié)和步驟提前做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。
2、
1 實(shí)驗(yàn)室的準(zhǔn)備工作
?本實(shí)驗(yàn)需要作好三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:一是提前配制各種母液;二是提前準(zhǔn)備MS培養(yǎng)基;三是選擇外植體并進(jìn)行預(yù)處理。
1.1 配制母液
?母液中含有大量元素、微量元素、激素(植物生物調(diào)節(jié)劑)和維生素等有機(jī)成分,母液濃度是實(shí)際溶液濃度的5~10倍。配制母液花費(fèi)時(shí)間多,需要用到溶量瓶、移液管等精密儀器,無(wú)法由每位學(xué)生親自操作,教師可帶領(lǐng)部分學(xué)生在課外進(jìn)行。母液的類(lèi)型和配制順序如下:
配制母液的注意事項(xiàng):⑴自來(lái)水或河水中含有大量的礦質(zhì)元素,勿用配制母液;⑵配制大量元素和微量元素母液時(shí),應(yīng)將每種化合物單獨(dú)溶解后,再一一混合,同時(shí)還應(yīng)用適量的蒸餾水清洗燒杯內(nèi)壁,并將清洗后的蒸餾水倒
3、入混合溶液中,這樣可以保證每種元素的濃度,混合時(shí)要按照教材附表中的順序進(jìn)行,最后加入的是氯化鈣溶液,這樣可以避免發(fā)生沉淀;⑶配制好的母液要先倒入1 000 ml燒杯中,再由燒杯轉(zhuǎn)入1 000 ml細(xì)口瓶中,不可由容量瓶直接倒入細(xì)口瓶中;⑷注意觀察母液中是否有絮狀物,出現(xiàn)絮狀物表明離子之間發(fā)生反應(yīng),需要重新配制母液;⑸植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑難溶于水,需要堿或酸助溶,一般生長(zhǎng)素類(lèi)物質(zhì)用堿(0.1 mol/LNaOH1~3 ml)或酒精(75~95%的酒精1~3ml)助溶,細(xì)胞分裂素類(lèi)物質(zhì)一般用酸(0.1 mol/LHCL1~3 ml)助溶,加入蒸餾水定溶時(shí)要緩慢,也可用水浴法助溶;⑹用棕色細(xì)口瓶盛裝有機(jī)物
4、母液和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑母液,避免透射光損害母液中的有機(jī)成分;⑺在瓶壁上貼好各種母液的標(biāo)簽(下圖所示);⑻將配制好的母液放入冰箱中或陰涼處保存。?
MS是穆拉希吉(Murashige)和斯庫(kù)克(Skoog)兩位科學(xué)家第一個(gè)字母的縮寫(xiě),他們于1962年為培養(yǎng)煙草而設(shè)計(jì)了一種培養(yǎng)基,這就是組培使用中最為廣泛的MS培養(yǎng)基;標(biāo)簽中間一行的數(shù)字及單位表示的意義如下,例如,100ml/L,即配制1升培養(yǎng)基只需從母液中提取100ml即可;50mg/100ml,表明100ml母液中含有50mg萘乙酸,如取4mg的萘乙酸,只需提取8ml母液。
?除母液需提前配制好外,消毒液也需要提前配制好。外植體消毒一般采用7
5、5%的酒精、2~10%的次氯酸鈉溶液等。
1.2 培養(yǎng)基的配制與滅菌
?培養(yǎng)基的類(lèi)型有很多種,通常采用MS培養(yǎng)基。配制培養(yǎng)基的流程如下:
?
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上述的培養(yǎng)基配制流程中,加入各種母液的時(shí)間是在瓊脂溶化之后,這樣既可避免加熱使母液中的各種離子發(fā)生反應(yīng),又可避免有機(jī)物母液和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑因高溫受到損害。將母液加入培養(yǎng)基的順序是:先提取大量元素、微量元素、鐵鹽、有機(jī)物母液,后提取植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑母液,切勿先提取植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑母液,這是因?yàn)樵撊芤褐泻兴峄驂A,容易與其他元素形成沉淀而失敗。
?培養(yǎng)基通常采用高壓蒸汽滅菌,滅菌時(shí)間一般為15~20min,滅好菌的培養(yǎng)
6、基不易保存過(guò)長(zhǎng)時(shí)間,通常是現(xiàn)用現(xiàn)配。在對(duì)培養(yǎng)基滅菌的同時(shí),也要對(duì)解剖刀、鑷子、燒杯、錐形瓶、牛皮紙等必要的儀器設(shè)備進(jìn)行滅菌。
1.3 外植體的選擇和預(yù)處理
根據(jù)植物細(xì)胞的全能性原理,選擇任何活的植物體都能培養(yǎng)出組培苗,但不同植物的各種組織和器官的分裂能力不同,同時(shí)還要考慮消毒處理的特殊情況,因此,選擇恰當(dāng)?shù)耐庵搀w進(jìn)行接種既有利于消毒,避免污染,又有利于在較短時(shí)間內(nèi)形成組培苗,從而提高組培成功率。下面是選擇外植體時(shí)需要考慮的一些因素及說(shuō)明。?
?考慮的因素
?? 說(shuō)?? 明
外植體的年齡
一般情況外植體的年齡越小,分化的程度越小,組培的成功率就越高,因此,盡量選擇幼嫩的植物組織或器官
7、作為外植體
外植體的大小
外植體很小和很大都不合適,很小的外植體極容易死亡,很大的外植體不容易消毒,因此,要選擇大小適中的外植體。例如,如果用菊花的芽進(jìn)行組培,選取的芽可為3mm左右
外植體所在的部位
一般選擇植物的芽尖、根尖或幼嫩的莖作為外植體,這些部位的組織分裂能力強(qiáng),容易形成愈傷組織
外植體的外觀形態(tài)
由于外植體的消毒工作非常重要,因此,要選擇哪些表面相對(duì)光滑容易消毒的外植體較好
選擇好外植體后教師還要做一些預(yù)處理,以便學(xué)生進(jìn)一步消毒時(shí)能有效地殺死外植體表面的微生物。預(yù)處理包括:用清水沖洗;用洗滌靈或洗衣粉清洗;芽作為外植體時(shí)要放在錐形瓶中加清水反復(fù)振蕩,如果芽中有很多凹陷
8、,還需要用毛刷輕刷;用自來(lái)水細(xì)流沖洗2~4小時(shí)左右。組培室要進(jìn)行紫外線消毒,或用化學(xué)藥劑如甲醛和高錳酸鉀進(jìn)行蒸汽消毒。操作臺(tái)、接種器械、工作服等都要提前進(jìn)行消毒,等等。
2?教學(xué)建議
2.1 重視實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí),幫助學(xué)生形成網(wǎng)絡(luò)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)
?組培的原理及過(guò)程是教學(xué)中的重點(diǎn),對(duì)于學(xué)生理解組培在生產(chǎn)實(shí)踐中的重要性具有十分積極的現(xiàn)實(shí)意義,同時(shí),有助于學(xué)生理解生命的本質(zhì),以及人類(lèi)對(duì)生命現(xiàn)象進(jìn)行干預(yù)的意義。組培的原理、過(guò)程及作用可用下面的圖示表示。
?為幫助學(xué)生理解組培的原理、操作和過(guò)程,教學(xué)時(shí)可引導(dǎo)學(xué)生討論下列問(wèn)題:⑴滅菌和消毒的區(qū)別以及在組培中是如何應(yīng)用的?⑵在脫分化和再分化過(guò)程中怎樣
9、使用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑? ⑶組培過(guò)程中有時(shí)需要換瓶操作,這是為什么(改變培養(yǎng)基中的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的濃度比例)? ⑷組培過(guò)程中的每一步都需要光照嗎(愈傷組織的形成不一定需要光照,但叢芽和根的形成需要光照)?⑸組培中用的蔗糖作為能源和原料物質(zhì),用葡萄糖行不行(使用蔗糖主要是考慮經(jīng)濟(jì)因素,也可用葡萄糖或果糖替代)?⑹花藥離體培養(yǎng)獲得的植物幼苗都是單倍體嗎(不是,也有正常的植物體)?等等。
2.2 合理安排時(shí)間,確保學(xué)生動(dòng)手操作關(guān)鍵的步驟
?既然我們不可能讓每一位學(xué)生都經(jīng)歷組培的全過(guò)程,但又要讓學(xué)生實(shí)踐操作,因此,選擇什么樣的操作環(huán)節(jié)讓學(xué)生實(shí)踐就顯得尤為重要。以下的幾種方案供參考和借鑒。
方案1:學(xué)
10、生完成外植物體的消毒和接種工作。外植體的消毒工作至關(guān)重要,需要那些操作認(rèn)真、細(xì)致的學(xué)生才能夠很好地完成,因此這種方案要求學(xué)生具備一定的操作技能,并且做到耐心、細(xì)致。外植體的消毒流程如下。
上述流程中,酒精起到表面消毒的作用,次氯酸鈉溶液的消毒作用更強(qiáng)。這兩種消毒劑的使用時(shí)間可根據(jù)外植體的種類(lèi)決定,一般而言,芽尖等相對(duì)幼嫩的組織消毒的時(shí)間要短些,而莖、根的消毒時(shí)間可用時(shí)長(zhǎng)一些。總的原則是,既要?dú)缤庵搀w表面的全部微生物,又要避免損害和殺死外植體本身。除上述的消毒劑外,過(guò)氧化氫溶液(10%,5~15min)和氯化汞溶液(0.1~0.5%,2~7min)也是極好的消毒劑。通過(guò)以上操作學(xué)生能體會(huì)到無(wú)
11、菌對(duì)于組織培養(yǎng)成功的重要作用,從而提高他們的實(shí)驗(yàn)操作技能、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)精神和態(tài)度。
方案2:學(xué)生完成愈傷組織的繼代培養(yǎng)或分化換瓶。由于減少了外植體消毒這一重要的環(huán)節(jié),操作相對(duì)簡(jiǎn)單,成功率很高,學(xué)生容易獲得成功的滿(mǎn)足感。因此,這種方案是針對(duì)那些實(shí)踐操作能力一般的學(xué)生而設(shè)置的。一方面可以讓學(xué)生體驗(yàn)組培接種的操作過(guò)程,另一方面保證了實(shí)驗(yàn)的成功率,節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。
方案3:探討植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的不同濃度對(duì)組培的影響。為強(qiáng)凋不同濃度的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在誘導(dǎo)愈傷組織分化形成叢芽或生根中的作用,可配制植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑不同濃度的培養(yǎng)基,然后讓學(xué)生根據(jù)自己的意愿選擇這些培養(yǎng)基進(jìn)行換瓶操作。當(dāng)學(xué)生看到植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)
12、劑的神奇作用時(shí),一定能夠深刻地理解激素對(duì)植物生長(zhǎng)的重要作用,從而激發(fā)學(xué)生濃厚的探究興趣。下表為組培中常用的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的類(lèi)型及作用。?
調(diào)節(jié)劑
名稱(chēng)
濃度范圍
作用
生長(zhǎng)素類(lèi)
2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)、萘乙酸(NAA)、吲哚丁酸(IBA)等
0.01~5mg/L
促進(jìn)細(xì)胞的伸長(zhǎng)和分裂,促進(jìn)愈傷組織和根的形成
細(xì)胞分裂素類(lèi)
激動(dòng)素(KT)、6-芐基腺嘌呤(BA或6-BA)、玉米素(ZT)等
0.5~10mg/L
促進(jìn)細(xì)胞的橫向生長(zhǎng)和分裂,促進(jìn)芽的分化和形成
誘導(dǎo)外植體形成不定芽時(shí),一般用細(xì)胞分裂素類(lèi)物質(zhì)的濃度較高,生長(zhǎng)素類(lèi)物質(zhì)的濃度較低;如果這兩類(lèi)物質(zhì)的濃度
13、相同,則有利于形成愈傷組織;如果其比值小于1,則有利于生根。教學(xué)中可選擇不同的配比濃度,探討哪種配比濃度更有利于芽的形成,哪種配比濃度更有利于根的形成。
2.3 成立課外活動(dòng)小組,培養(yǎng)學(xué)生中的積極分子
?組培實(shí)驗(yàn)的操作繁多而復(fù)雜,需要教師提前做好大量的準(zhǔn)備工作,因此,成立活動(dòng)小組,培養(yǎng)學(xué)生中的積極分子十分重要。活動(dòng)小組主要完成以下工作:(1)幫助老師完成實(shí)驗(yàn)室的前期準(zhǔn)備,如各種母液的配制、各種培養(yǎng)基的配制和滅菌,等等;(2)做好接種的示范操作,并拍成錄像,提供給其他學(xué)生借鑒;(3)接種后的觀察和記錄;(4)進(jìn)行繼代培養(yǎng)和分化轉(zhuǎn)瓶;(5)幼苗的移栽及管理;(6)進(jìn)行課題延伸項(xiàng)目的研究,等等。