园艺植物组织培养 一、课程基本信息 中文名称 园艺植物组织培养 课程名称 英文名称 Tissues Culture of Horticultural Plants 课程代码 010055 课程类型 专业基础课 开课学期 第4学期 总学时 32 讲课 22 实验(实习) 10 学分 2 预修课程 植物学,分析化学(或无机化学),植物生理学 二、课程的性质、地位和任务 园艺植物组织培养是以细胞全能性理论为基础,重点研究园艺植物器官再生和离体快繁 的一门技术性学科,是园艺植物生物技术和现代育种技术的重要组成部分,已广泛应用于园 艺植物科学研究和良种快繁之中。该课程是园艺本科专业的专业基础课之一,是学习园艺植 物生物技术等后续课程的基础。本课程的任务是:使学生掌握植物组织培养的基本原理和基 本方法,熟悉植物组织培养的特点和主要应用领域,重点掌握组织培养脱分化与再分化的基 本途径、主要园艺作物工厂化育苗的基本程序、无菌体系的建立与无菌操作、胚培养与胚挽 救技术、试管脱毒与病毒检测的方法、试管苗的生理特点与移栽驯化技术,为今后从事生物 技术与良种快繁等方面的教学、科研、生产和经营管理奠定坚实的理论与实践基础。 三、课程教学的基本要求 本课的教学包括课堂讲授和实验两个环节。通过教学使学生达到下列基本要求: 1.掌握植物组织培养的基本概念、基本原理。 2.熟悉实验室基本设备和无菌操作技术。 3.掌握园艺植物组织培养和无毒苗培育的基本程序和方法。 4.掌握试管苗的生理特点与移栽驯化的基本程序和方法
四、课程学时分配的建议 教学时数 讲课 实验课 小计 课程内容 绪论 2 2 植物组织培养的原理 31 2 实验室的基本设备和一般技术 2 培养基 7 2 6 组织培养的基本程序 6 4 10 植物脱毒技术 2 2 4 胚与胚乳培养 2 2 6 花药培养 2 2 总计 22 10 32 五、课程的主要内容与教学要求 (一)绪论 植物组织培养的一般概念。外植体、微繁的概念。植物组织培养的类型:植株培养、器 官培养、组织与愈伤组织培养、细胞培养、原生质培养。植物组织培养的发展简史。 本章重点:植物组织培养、外植体、微繁的概念。微繁的特点及应用。植物组织培养在 园艺科学研究和产业发展中的作用。 本章难点:外植体与微繁的概念。 教学要求:通过课堂讲授使学生掌握植物组织培养中基本的概念和类型(植物组织培养、 植株培养、器官培养、细胞培养、原生质培养、外植体、愈伤组织、微繁):了解植物组织 培养的三个迅速发展阶段及具有代表性的技术突破:明确园艺植物组织培养与园艺产业发展 的密切关系。 习题与作业: 1.植物组织培养的概念与类型。 2.微繁的概念与特点。 3.植物组织培养在园艺植物中的应用。 (二)植物组织培养的原理 细胞全能性理论是植物组织培养的理论基础。植物细胞全能性的概念。细胞全能性实现 的基本过程。脱分化的概念及影响因素。再分化的概念及其分化方式。人工种子的概念。 本章重点:细胞全能性的概念及实现途径。脱分化的概念。再分化的概念与发生方式:
体细胞胚的概念及特性。 本章难点:细胞全能性的概念。脱分化的概念。分化与再分化的区别:体细胞胚 教学要求:通过课堂讲授使全面理解细胞全能性是植物组织培养的理论基础。深刻理解 再分化与脱分化的内涵。正确理解植物细胞的脱分化与再分化是实现细胞全能性的基本过 程,脱分化与愈伤组织的形成在性质上是不能等同的,脱分化是细胞生理状态的改变,而愈 伤组织是离体培养过程培养物的一种形态表现,脱分化后细胞分裂的结果是形成愈伤组织, 但不是所有的细胞脱分化的结果都必然形成愈伤组织,植物细胞全能性表达最有力的证据应 该是通过胚状体阶段分化形成完整的植株。在此基础上掌握影响脱分化的因素和再分化的类 型。了解体细胞胚的特性与人工种子的基本特点。 习题与作业: 1,细胞全能性的概念与实现途径。 2.脱分化的概念与影响因素。 3.再分化的概念与分化方式。 4.体细胞胚的概念与特性。 (三)实验室的基本设备和一般要求 植物组织实验室的设计原则及注意事项。组织培养室的组成:药品室、称量室、洗涤室、 配制室、灭菌室、接种室、培养室、观察室、贮藏室。各室的设计要求和功能。组织培养室 的常用设备和器械。培养器皿的清洗方法。组织培养中常用的灭菌方法:物理灭菌法(湿热 灭菌法、干热灭菌法、火焰灭菌法、紫外线灭菌法、熏蒸法、过滤灭菌法)和化学灭菌法(酒 精、消毒剂、抗生素)。各灭菌方法的特点及使用对象。组织培养中产生污染的来源:培养 容器、培养基、培养材料、接种器械、培养环境、接种室和超净台、酒精污染、操作技术。 本章重点:组织培养室的组成及各部分设计要求和功能。组织培养中常用的灭菌方法、 特点及使用对象。组织培养中产生污染的来源及防治措施。 本章难点:过滤灭菌的原理和特点。酒精导致组织培养中产生污染的原因。 教学要求:掌握植物组织培养室的设计与合理的结构布局;熟悉植物组织培养中的常用 设备及其使用方法:掌握植物组织培养中常用的消毒方法及无菌操作要求,能够分析组织培 养中产生污染的来源并提出相应的解决措施。了解实验型组培室与生产型组培室的主要区 别。 习题与作业: 1.设计一个组织培养室,画出平面图,并说明各部分的设计要求和功能。 2.列举组织培养中常见的几种灭菌方法,并说明其特点和使用对象。 3.组织培养中产生污染的来源有哪些?如何防治污染? 4.举例说明常用培养架的结构特点及主要参数。 5.简述过滤灭菌的原理和特点
(四)培养基 1.培养基成份培养基由无机营养成分、有机营养成分、碳原、生长调节剂、凝固剂 等基本成分组成。无机营养成分包括大量元素和微量元素。有机营养成分包括维生素、氨基 酸、肌醇、其它有机添加物(CM、CH、LH、YE等)。生长调节剂包括生长素类(IAA、BA、 NAA、2.4-D)、细胞分裂素类(KT、6-BA、2-ip、ZT、TDZ)、赤霉素。碳源主要为蔗糖和 葡萄糖。 2.培养基的种类根据培养基盐浓度划分为高盐培养基、高硝酸盐培养基、中盐培养 基、低盐培养基。不同种类培养基的典型代表及使用对象。 3.培养基的配制母液的概念。母液的配制方法及标签格式。母液的保存方法与使用 要求。培养基的配制程序与方法。培养基pH值的调整方法与要求。培养容器的封口方法与 要求。培养基的灭菌方法与要求。影响培养基凝固的因素:琼脂用量、pH值、灭菌温度与 时间。 本章重点:培养基的基本成份。生长调节剂的种类、作用及使用方法。母液的配制方法 和保存条件。培养基配制的基本程序和方法。 本章难点:离体培养中生长调节剂的生理功能。培养基母液扩大倍数、定容体积与抽取 量之间的关系。影响培养基凝固的因素。 教学要求:通过对培养基基本成分的学习,能全面理解培养基是组织培养的物质基础, 它既具有营养功能,又具有生理调节功能。重点掌握维生素、生长调节剂的生理功能和使用 方法。通过理论学习和实验操作,熟练掌握培养基的配制方法和程序,能够根据培养基的分 装量确定适宜的灭菌时间,能够正确分析导致培养基过硬或过软原因,并提出相应的解决措 施。了解目前主要使用的培养基类型。 习题与作业: 1.简述培养基的基本成分和使用浓度范围? 2.用图标形式表述MS培养基母液的配制方法。 3.影响培养基凝固的因素有哪些? 4,组织培养中生长调节物质如何配制与保存? 5.VB3和VB5的商品名日前有混淆现象,通过查阅资料进行纠正。 6.生物素和叶酸如何溶解配制水溶液? (五)组织培养的基本程序 1.初代培养外植体的选择与确定:包括品种选择、部位确定、取材季节、器宫的生 理状态和发育年龄。外植体的表面消毒:常用消毒剂的种类、特点、使用浓度和消毒时间, 不同外植体的消毒方法。外植体污染物的识别和特点:细菌性污染(包括芽孢杆菌)和真菌 性污染,污染的防治和污染物的处理措施。外植体褐化的概念、产生的原因及防治措施
2.继代培养继代培养、继代周期、增殖系数的概念。继代的方式(液体培养和固体培 养)。试管苗繁殖规模的计算方法,提高繁殖速度的措施(改进培养基、改善培养条件)。驯 化现象的概念和特点。玻璃化现象的概念、产生原因及解决措施。 3.生根培养试管苗生根有试管内生根和试管外生根两种方式,以试管内生根为主。 试管内生根:根的发生过程,影响试管内生根的因素(基本培养基、激素、有机添加物、培 养条件)。试管外生根:在试管内诱导根原基后移栽、在生根小室进行生根和炼苗、盆插或 瓶插生根法。 4.试管苗移栽驯化试管苗的形态解剖特点:叶片形态解剖特点和根系形态解剖特点。 试管苗的生理特点:根无吸收功能或极低、叶片极易散失水分、气孔不能关闭或者开口过大、 光合作用能力弱。试管苗炼苗的概念与过程:光培炼苗(包括闭瓶炼苗和开瓶炼苗)和沙培 炼苗。移栽基质与移栽方法。提高试管苗移栽成活率的技术和措施。 本章重点:外植体的采集与消毒方法。褐化现象的产生与控制措施。污染的识别与防治 措施。继代培养增殖规模的计算方法和提高增殖速度的技术途径。玻璃化现象的产生原因与 防治措施。试管苗的发根过程与促进试管内生根的方法。试管苗的形态解剖特点与生理特点。 炼苗的方法与过程。提高试管苗移栽成活率的措施。 本章难点:芽孢杆菌的污染特征与防治措施。褐化现象的产生原因。玻璃化现象的理解 与产生原因。试管苗的形态解剖特点。炼苗的概念与过程。 教学要求:通过对本章的学习,能全面了解组织培养从无菌体系建立到试管苗移栽的全 部环节。采用理论教学结合实验操作的方式,熟练掌握外植体的消毒方法、继代培养与接种 方法、无菌操作的基本步骤和要求、促进试管苗生根的措施、炼苗的基本过程和试管苗移栽 方法。能正确辨认组织培养过程中污染的种类、褐化现象与污染的区别、玻璃化现象的基本 特征。从理论上能够提出降低污染率、控制褐化率、防治玻璃化现象的技术措施和途径。掌 握试管苗的形态解剖特点和生理特点。 习题与作业: 1.外植体初代培养时为什么会发生褐化,是由什么原因引起的? 2.玻璃化问题的主要表现及其解决办法。 3.比较不同材料消毒方法的异同,并对其原因作简要叙述。 4.提高试管苗移栽成活率的技术和措施有哪些? 5.影响试管苗生根的因素有哪些? 6.如何促进试管叶片保护组织的发生和气孔功能的恢复? 7.如何进行试管苗的炼苗? (六)植物脱毒技术 脱毒苗的概念。病毒在植物体内的分布的特点。脱毒的基本方法:茎尖培养、热处理、 热处理与茎尖培养相结合、花药培养、基因工程技术等。热处理的方式与温度范围。茎尖培
养脱毒的原理及主要影响因素。病毒检测的主要方法及特点。 本章重点:脱毒的基本方法。茎尖培养脱毒的原理及主要影响因素。热处理脱毒的方式 与温度范围。植物病毒检测主要方法及特点。 本章难点:茎尖培养脱毒的原理及主要影响因素。病毒检测的方法。 教学要求:通过对本章的学习,能正确理解园艺植物无毒苗”或“脱毒苗的内涵。掌握 园艺植物通过组织培养手段脱除病毒的基本方法,能够在解剖镜下正确辨认植物的茎尖,并 能熟练剥离茎尖,掌握茎尖培养的基本方法。了解不同脱毒方法、病毒检测方法的优缺点。 习题与作业: 1.简述植物脱毒的主要方法及其特点。 2,为什么茎尖培养能够脱除病毒? 3,植物病毒检测主要有哪些方法?简述其各自的特点。 (七)胚与胚乳培养 1.胚培养胚培养的概念及作用。胚培养的类型:成熟胚培养、幼胚培养。幼胚培养 的适宜取材时期。幼胚早熟萌发的概念与防止措施。影响胚培养成活率的因素。 2.胚乳培养胚乳培养的概念及用途。胚乳培养的基本方法和过程。影响胚乳培养的 因素。 本章重点:胚与胚乳培养的意义。影响幼胚培养成活率的因素。胚乳培养的方法与提高 培养成功率的措施。 本章难点:幼胚培养取材时期的确定。提高胚乳培养成功率的途径。 教学要求:通过对本章的学习,能掌握园艺植物胚和胚乳培养的基本方法,了解胚培养 (胚挽救)在克服种乃至属间的杂交(后期)不育、打破种子休眠、缩短育种周期、创造新 种质资源等方面的重要意义。 习题与作业: 1.通过查阅资料,列出主要园艺作物通过胚乳培养获得的新品种和相应的培养基与培 养条件。 2.通过查阅资料,列出主要园艺作物通过幼胚培养获得的新品种和相应的培养基与培 养条件。 (八)花药培养 花药培养的概念及意义。花药材料的选择:花粉发育时期、基因型、生理状况。花药预 处理方法:低温冷藏、钴60照射、乙烯利喷母株。培养条件下小孢子发育:A途径(不均 等分裂)和B途径(均等分裂)。花药培养与花粉培养的区别。影响花药培养的因素
本章重点:花药培养材料的选取与处理。影响花药培养的因素。花药培养与花粉培养的 区别。 本章难点:培养条件下小孢子发育的途径。 教学要求:掌握花药培养的基本方法和离体培养条件下小孢子发育的途径,能够正确区 分花药培养和花粉培养的不同之处,掌握影响花药培养效果的关键技术环节,了解花药培养 的意义和实践应用价值。 习题与作业: 1.花药培养的影响因素有哪些? 2.在离体培养条件下,小孢子发育有哪些途径? 3,通过查阅资料,列出主要园艺植物通过花药培养成功获得单倍体的品种与相应的培 养方法。 六、大纲说明 关于考核知识点。考核知识点是由相关知识构成的系统。包括基本概念、基本原理和基 本方法。 关于考核知识点的层次。本考试大纲考核知识点分三个层次,即识记、理解和综合应用。 识记的主要内容是基本概念、基本方法,是最基础的内容,要求必须在记忆的基础上准确理 解和严谨表述;理解的内容主要包括基本概念与基本原理,通过实验教学,在增强感性认识 的基础上,上升到理性认识的高度,能够深刻理解并科学表述,是比识记内容更多、难度更 大、要求更高的高一级的知识层次。综合应用是结合所学的基础课的相关知识,将本课程的 知识点能够有机的串连形成一个知识面,能够正确分析组织培养过程出现的现象和问题,并 能提出相应的解决措施。 考试题型分为七种,分别是单项选择、多项选择、判断题、名词解释、简答题、论述题、 综合应用题。试题应题意明确,表述严密。单选题和判断题的答案是唯一的。多项选择题至 少有2个答案,多选或少选均不得分。每套题至少由5种以上的题型组成。 七、课程考核要求 学生成绩评定:平时成绩20%,实验成绩20%,期末考试60%。 平时成绩包括:学习态度,考勤、课堂讨论发言、课程论文等。每旷课2学时平时成绩 扣10分,每请假2学时平时成绩扣5分。旷课达理论授课时数1/3以上者,取消考试资格。 实验成绩依据实验报告评定。每次试验报告按“优”、“良”、“中”、“及格”、“不及格”五 个等级评分,对应百分制分数分别为95分、85分、75分、65分、55分,缺少实验报告按0” 分记本次实验成绩。按本课程实验报告的平均成绩作为实验成绩。 期末考试采用笔试形式
八、课程采用的教材 王蒂.植物组织培养教程(第二版).北京:中国农业出版社,2010 九、主要教学参考书及材料 1.曹孜义.实用植物组织培养技术教程,兰州:甘肃科学技术出版社,1998 2.程文广.名优花卉组织培养技术.北京:科学技术文献出版社,2001 3.杨增海.园艺植物组织培养,花药和花粉培养.北京:农业出版社,1987 4.李云,林果花菜组织培养快速育苗技术.北京:中国农业出版社,2000 5.陈振光等.园艺植物离体培养学.北京:中国农业出版社,1996 6.陈正华.木本植物组织培养及其应用.北京:高教出版社,1986 7.李浚明.植物组织培养教程(第二版).北京:中国农业大学出版社,2005