專題3植物的組織培養技術 酶的研究與應用 一 植物的組織培養技術 1 原理 植物細胞的 2 過程 離體的植物細胞 組織 器官愈傷組織根 芽植物 全能性 3 影響植物組織培養的因素 1 選材 對于同一種植物材料 材料的年齡 保存時間的長短等也會影響實驗結果 菊花的組織培養 一般選擇 植株的莖上部新生的側枝 2 培養基 成分 大量元素 有機成分 激素和 植物激素包括 和生長素 它們是啟動 和再分化的關鍵性激素 類型 常用 培養基 作用 植物細胞 組織或器官生長和發育的 其他條件 ph 和光照等條件對于植物組織的培養也很重要 未開花 微量元素 瓊脂 細胞分裂素 細胞分裂 脫分化 ms 營養物質 溫度 4 菊花的組織培養 實驗操作過程 1 制備ms固體培養基 配制好的培養基進行 滅菌 2 外植體消毒 消毒 無菌水清洗 溶液消毒 無菌水 高壓蒸汽 70 酒精 0 1 氯化汞 清洗 3 接種 始終在 旁進行 對接種工具要用 滅菌 將菊花莖段插入培養基中時注意不要倒插 4 培養與移栽 在18 22 的 中培養 得到試管苗后進行移栽 酒精燈火焰 火焰灼燒 無菌箱 5 月季的花藥培養 1 被子植物花粉的發育過程 花粉母細胞 小孢子母細胞 時期 單核期 期 精子 2 產生花粉植株的兩種途徑 四分體 雙核 3 影響花藥培養的因素 材料的選擇 選擇花藥一般選擇在 選擇的花粉應處于發育 時期的 培養基的 其他條件 如親本植株的生長條件 材料的 預處理 接種密度等 初花期 單核期 組成 低溫 4 實驗操作關鍵 材料的選取 挑選完全 的花蕾 確定花粉發育時期最常用方法是 法 接種 滅菌后的花蕾 在 條件下除去萼片和花瓣 并立即將花藥接種到培養基上 剝離花藥時盡量不要損傷花藥 培養 溫度控制在 左右 幼小植株形成后才需要 如果花藥開裂釋放出胚狀體 就要在 開裂后盡快將幼小植株分開 未開放 醋酸洋紅 無菌 25 光照 花藥 即時訓練1育種工作者常采用花藥培養的方法 使花粉粒發育為單倍體植株 下圖是采用水稻的花藥進行培養的示意圖 據圖回答下列問題 選取水稻花藥 對花蕾消毒 接種和培養 植物體 1 選取的水稻花藥應為期 此時細胞核由中央移向細胞一側 花藥培養成功率最高 2 通過花藥培養產生單倍體植株一般有兩種途徑 一種是花粉通過階段發育為植株 另一種是在誘導培養基上先形成 再將其誘導分化成植株 3 試管苗形成過程中 必須從培養基中獲得和小分子有機物質等營養物質 要促進花粉細胞分裂和生長 培養基中應有和兩類植物激素 4 若接種過花藥的培養基上出現了污染 則可能的原因有哪些 至少寫出兩條 答案 1 單核 2 胚狀體愈傷組織 3 無機鹽或礦質元素生長素細胞分裂素 4 培養基滅菌不徹底 花蕾消毒不徹底 接種時操作不規范等 有絕對的界限 主要取決于培養基中激素的種類及其濃度配比 試管苗所需的營養均由培養基提供 外植體消毒不徹底 無菌操作不規范等造成培養基被污染 解析 選擇合適的花粉發育時期是提高誘導成功率的重要因素 在花粉的發育過程中 單核期細胞核由中央移向細胞的一側 花藥培養成功率最高 選擇單核期以前的花藥接種 其質地幼嫩 極易破碎 選擇單核期以后的花藥接種 花瓣已有些松動 又給材料的消毒帶來困難 通過花藥培養產生花粉植株 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育為植株 另一種是花粉在誘導培養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 二 酶的研究與應用 1 果膠酶在果汁生產中的作用 1 果膠酶不是一種酶 而是一類酶的總稱 包括 和果膠酯酶等 2 果膠酶可以分解果膠 使 變得更容易 果膠分解后 也使得果汁變得 多聚半乳糖醛酸酶 果膠分解酶 榨取果汁 澄清 2 探討加酶洗衣粉的洗滌效果 1 加酶洗衣粉中常有的酶制劑 包括 脂肪酶 和纖維素酶四種 這些酶的活性受溫度 和表面活性劑的影響 2 加酶洗衣粉去污機理 堿性蛋白酶能將血漬 奶漬等含有的大分子 水解成可溶性的 或小分子肽 脂肪酶 和纖維素酶分別把大分子 淀粉和 水解為小分子物質 蛋白酶 淀粉酶 酸堿度 蛋白質 氨基酸 淀粉酶 脂肪 纖維素 3 酵母細胞的固定化 1 固定化酶的應用實例 果糖生產 將果糖生產中所用的 進行固定 可以連續使用該酶 降低了生產成本 提高了產品質量和生產效率 2 固定化酶和固定化細胞技術 指利用 方法將酶或細胞固定在一定空間內的技術 包括包埋法 和 其中包埋法常用于對 的固定 葡萄糖異構酶 物理或化學 化學結合法 物理吸附法 細胞 配制cacl2溶液 配制 溶液 溶液與酵母細胞混合 固定化酵母細胞 3 制備固定化酵母細胞的操作 海藻酸鈉 海藻酸鈉 酵母細胞的活化 即時訓練2如圖所示 某洗衣粉中有一種生物活性物質 為驗證其性質 進行了下述實驗 根據實驗過程的圖解 回答下列問題 1 該洗衣粉中有生物活性的物質是 2 實驗甲 紗布上蛋白膜消失的原因是 3 實驗乙 紗布上蛋白膜未消失的原因是 答案 1 酶 2 洗衣粉中的酶催化蛋白質分解 3 煮沸使酶變性失活 不能分解蛋白質 解析 加酶洗衣粉中往往含堿性蛋白酶 酶的催化作用具有專一性 能將附著在紗布上的蛋白膜分解 而酶的催化作用受溫度和酸堿度的影響 高溫使酶變性失活 所以煮沸過的洗衣粉不能將蛋白膜水解成可溶性的小分子多肽或氨基酸 1 原理 1 植物細胞全能性的概念 高度分化的植物細胞 仍然具有發育成完整植株的潛能 2 高度分化的植物細胞全能性表達的條件 離體條件 無菌操作 防止雜菌污染 適宜物質的誘導和調節 激素主要是生長素 細胞分裂素等 種類齊全 比例適合的營養物質 溫度 酸堿度 光照等條件的控制 考點一植物的組織培養 2 影響植物組織培養的因素 1 內因 植物的種類 同一種植物材料的年齡 保存時間的長短 部位等 2 3 菊花莖的組織培養與月季的花藥培養的比較 易錯提示操作過程中實現無菌環境的措施 培養基的滅菌 高壓蒸汽滅菌 外植體的消毒 酒精 氯化汞 接種的無菌操作 酒精 酒精燈 灼燒 無菌箱中培養 移栽到消過毒的環境中生存一段時間 例1 通過植物組織培養技術可以快速繁殖 生產藥物及培育無病毒的植物等 請根據植物組織培養的基本過程和下表回答下面的問題 離體的植物器官 組織或細胞愈傷組織胚狀體植物體 植物組織培養的基本過程 植物的花芽分別在含有不同比例的吲哚乙酸和細胞分裂素的培養基中的生長狀況見下表 單位 10 6g l 1 1 離體的植物器官 組織或細胞能夠被培養成新的植物體的原因是 2 用植物組織培養的方法誘導離體的植物組織形成具有生根發芽能力的胚狀體結構 若包上人造種皮 制成人工種子 可能解決有些作物品種繁殖能力差 結子困難或發芽率低等問題 胚狀體來源于離體的植物體細胞 其形成過程中要經過的生理變化大體上是植物組織培養的基本過程中的 和 過程 在此過程中被培養的細胞始終受的調節 內填序號 3 應用植物組織培養技術培養莖尖或根尖組織可獲得無病毒植株 其原因是 4 從表中的實驗結果可看出 吲哚乙酸和細胞分裂素是實驗中的兩種重要物質 其中 新芽形成必需的條件是 而在培養形成完整新個體的過程中 對它們的調控關鍵是 解析 植物組織培養利用細胞全能性的原理 植物器官 組織或細胞在離體狀態下經脫分化和再分化形成胚狀體 進一步發育成新植株或被包以人造種皮 制成人工種子 在此過程中細胞分裂素和吲哚乙酸起著調節作用 細胞分裂素濃度與吲哚乙酸濃度的比值高時 誘導芽的產生 吲哚乙酸濃度與細胞分裂素濃度的比值高時 誘導根 的產生 對它們的調控關鍵是適當控制好不同培養期的培養基中細胞分裂素與吲哚乙酸的濃度及二者的比例 答案 1 植物細胞具有全能性 2 脫分化 再分化植物激素 3 植物的莖尖或根尖很少被病毒感染 甚至無病毒 4 細胞分裂素的濃度大于吲哚乙酸的濃度適當調控好不同培養期的培養基中細胞分裂素與吲哚乙酸的濃度和它們的比例 1 有關果膠酶的實驗探究 1 酶的活性和酶反應速度 酶的活性 是指酶催化一定化學反應的能力 酶活性的高低可以用在一定條件下 酶所催化的某一化學反應的反應速度來表示 酶反應速度 用單位時間內 單位體積中反應物的減少量或產物的增加量來表示 影響因素 溫度 ph 酶濃度 底物濃度和酶的抑制劑等 考點二酶的研究與應用 實驗原理 2 探究溫度 或ph 對果膠酶活性的影響 實驗流程 記錄結果 2 探究加酶洗衣粉的洗滌效果 1 分析不同種類加酶洗衣粉的洗滌效果 實驗原理 酶的催化作用具有專一性 復合酶洗衣粉加入的酶制劑種類較多 與單一加酶洗衣粉相比 對各種污漬都有較好的洗滌效果 實驗變量 2 實驗步驟 3 實驗時注意事項 在比較普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗滌效果的實驗中 自變量為洗衣粉的種類 設計時應遵循單一變量原則 對照原則 有效控制其他變量 如水的用量 污染物的量 用于實驗的布的質地和大小 兩種洗衣粉的用量 攪拌及洗滌時間等 在使用加酶洗衣粉時不但要考慮最佳洗滌效果的條件 如最適溫度 ph 還要考慮衣物的承受力 如蛋白酶洗衣粉不能洗滌絲綢類衣物 也要考慮洗滌成本問題 因污漬的成分比較復雜 一般選擇復合加酶洗衣粉 以減少用量 該實驗探究多種加酶洗衣粉對同一污漬的洗滌效果 也可以探究同一種加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果 易錯提示加酶洗衣粉使用時必須注意的問題 1 堿性蛋白酶能使蛋白質水解 因此 蛋白質類纖維 羊毛 蠶絲等 織物就不能用加酶洗衣粉來洗滌 以免使纖維受到破壞 2 使用加酶洗衣粉時 必須注意洗滌用水的溫度 堿性蛋白酶在35 50 時活性最強 在低溫下或60 以上就會失效 3 加酶洗衣粉也不宜長期存放 存放時間過長會導致酶活力降低 例2 某生物研究性學習小組為探究溫度對果膠酶活性的影響設計了如下實驗 1 為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前 要將蘋果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理 2 該實驗中如何設置對照 3 實驗的自變量是 實驗過程中需要保持不變的因素有 4 判斷不同溫度下果膠酶活性的高低 除利用蘋果汁的體積作為檢測指標外 還可以通過比較來判斷 5 結合實驗記錄的數據 請在右圖中繪出溫度對果膠酶活性影響的大致曲線圖 解析 實驗的自變量為溫度 為確保實驗過程中酶所處的溫度恒定 實驗