高考生物总复习第12单元第43讲植物组织培养与植物有效成分的提取学案.docx
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高考生物总复习第12单元第43讲植物组织培养与植物有效成分的提取学案
第43讲植物组织培养与植物有效成分的提取
[考纲点击] 1.植物的组织培养 2.从生物材料中提取某些特定的成分
一、植物组织培养
1.培养基
(1)成分:
大量元素、微量元素、有机成分、激素和琼脂。
(2)类型:
MS培养基、发芽培养基和生根培养基。
(3)作用:
为植物组织或器官生长和发育提供营养条件。
(4)制备:
配制各种母液→配制培养基→灭菌。
2.组织培养
(1)含义:
在无菌和人工控制条件下,将离体的植物器官、组织、细胞,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。
(2)原理:
植物细胞具有全能性。
(3)过程
―→
二、植物有效成分的提取
1.植物芳香油的提取
(1)植物芳香油的主要化学成分:
萜类化合物及其衍生物,具有很强的挥发性。
提取方法有蒸馏、压榨和萃取法等。
2.胡萝卜素的提取
(1)胡萝卜素的性质:
不溶于水,易溶于石油醚等有机溶剂。
(2)实验设计
(3)鉴定方法:
纸层析法。
1.植物组织培养的4个方面
(1)理论基础:
全能性。
(2)基本过程:
包括脱分化和再分化。
(3)培养基的制备:
诱导愈伤组织的固体培养基,分装后要进行灭菌。
接种前,要对外植体进行消毒。
(4)植物激素的影响:
组织培养的培养基中必须加入生长素和细胞分裂素,两种激素的使用顺序和浓度配比将影响组织培养过程中的细胞分裂和分化。
2.植物有效成分的提取
(1)植物芳香油的提取方法:
压榨法、蒸馏法和萃取法等。
(2)芳香油的性质:
不溶于水,易溶于有机溶剂,因此可用有机溶剂作为提取剂来提取芳香油。
(3)胡萝卜素的性质:
是橘黄色结晶,从胡萝卜中提取胡萝卜素,常用亲脂(水不溶)性有机溶剂(或有机溶剂)作萃取剂。
(4)胡萝卜素的提取方法:
萃取法。
(5)胡萝卜素的鉴定:
纸层析法,在鉴定过程中需要用标准样品对照。
考法一 植物组织培养
1.MS培养基的成分及各成分的作用
成分
作用
微量元素和大量元素
提供植物细胞生活所必需的无机盐
蔗糖
提供碳源,维持细胞渗透压
甘氨酸、维生素、烟酸、肌醇
满足离体植物细胞在正常代谢途径受一定影响后所产生的特殊营养需求
2.脱分化和再分化的比较
过程
特点
条件
脱分化
外植体成为愈伤组织
排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团
离体、营养物质、植物激素和其他适宜条件
再分化
愈伤组织成为丛芽或胚状体结构
有根、芽或有生根发芽的能力
3.菊花组织培养过程
菊花组织
形成愈伤组织
长出丛芽―→生根
菊花植株
4.月季花药培养的两种途径
以上两种途径之间没有绝对的界限,主要取决于培养基中激素种类及其浓度比。
5.植物激素在组织培养过程中的作用
生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素,其作用及特点为:
激素使用
实验结果
使用顺序
先使用生长素,
后使用细胞分裂素
有利于细胞分裂,但细胞不分化
先使用细胞分裂素,
后使用生长素
细胞既分裂又分化
同时使用
分化频率提高
生长素用量和细胞分裂素用量的比例
比值高
利于根的分化、抑制芽的形成
比值低
利于芽的分化、抑制根的形成
比值适中
促进愈伤组织的生长
视角1► 以基础判断或案例分析的形式,考查植物的组织培养
1.(概念流程图示类)(2016·广东韶关模拟)下面为植物组织培养过程的流程图,以下相关叙述不正确的是( )
A.上述过程中脱分化发生在步骤b,在此过程中植物激素发挥了重要作用
B.再分化发生在步骤d,是愈伤组织重新分化形成根或芽等器官的过程
C.从叶组织块到种苗形成的过程利用的原理是植物叶片细胞具有全能性
D.人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
解析:
选B。
再分化发生在步骤c,为愈伤组织重新分化形成根或芽等器官的过程。
2.(表格信息类)(2016·山东聊城一中调研)在植物组织培养过程中,激素的添加已成为一种常规的实验手段,在植物组织培养过程中已研究过的植物激素有:
生长素、细胞分裂素、赤霉素等。
下表为某同学研究激素的使用顺序对实验结果的影响,请回答相关问题:
使用顺序
实验结果
先使用NAA,后使用KT
有利于细胞分裂,但细胞不分化
先使用KT,后使用NAA
A
同时使用
B
(1)植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、________和________的关键性激素。
该实验中属于细胞分裂素类生长调节剂的是________。
(2)请将表格中空白处A和B补充完整,A为______________,B为________________。
若NAA和KT的用量比值适中时,促进________________的形成。
(3)用于离体培养的植物器官或组织称为________。
若该实验材料为菊花,则应对其进行________(消毒/灭菌)。
(4)接种后的锥形瓶最好放在无菌箱中培养,培养环境应注意调节合适的________和________________。
接种过程中要注意在________________旁进行。
解析:
(1)生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素,NAA属于生长素类生长调节剂,KT属于细胞分裂素类生长调节剂。
(2)先使用NAA,后使用KT,有利于细胞分裂,但细胞不分化;先使用KT,后使用NAA,细胞既分裂也分化;NAA和KT同时使用,分化频率提高;NAA和KT的用量比值适中时,有利于愈伤组织的形成。
(3)用于离体培养的植物器官或组织称为外植体,组织培养过程中应对外植体消毒。
(4)接种后的锥形瓶最好放在无菌箱中培养,培养期间应注意调节温度和光照时间,接种过程要注意在酒精灯火焰旁进行,以免杂菌污染。
答案:
(1)脱分化 再分化 KT
(2)细胞既分裂也分化 分化频率提高 愈伤组织
(3)外植体 消毒
(4)温度 光照时间 酒精灯火焰
视角2► 以案例分析的形式,考查植物的花药培养
3.(概念流程图示类)如图为某二倍体植株花药中未成熟的花粉,在适宜培养基上形成完整植株的过程。
下列有关叙述正确的是( )
A.过程①②表示脱分化,过程③表示再分化
B.过程①②需要照光
C.过程①②③说明花粉细胞具有全能性
D.通过过程③获得的完整植株自交后代不会发生性状分离
解析:
选C。
A错误,过程①表示脱分化,过程②表示再分化。
B错误,通常幼小植株形成后才需要照光。
C正确,通过过程①②③,花粉细胞形成了完整的植株,体现了花粉细胞的全能性。
D错误,通过过程③获得的完整植株是单倍体,高度不育。
4.(原理判断类)(2016·河南焦作模拟)将基因型为AaBb的月季的花粉细胞通过无菌操作接入对应的培养基中,在一定条件下诱导形成幼苗,其过程如下:
月季的花粉细胞①→愈伤组织②→丛芽③→植株④
(1)①→②过程需要的条件有(填序号)____________(A.营养 B.激素 C.光照 D.pH)。
最适合进行培养花药的时期为________,选择花药时,一般要通过镜检来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期,最常用的方法为________。
(2)形成花粉的细胞分裂方式是________,花粉发育成植物体的细胞分裂方式是________,要促进花粉细胞发育成完整植株,培养基中应加入有________________的两种激素。
(3)植株④叫做________。
若要得到可育植株,需要用________对③进行处理,所得的植株基因型为________________________。
解析:
(1)植物组织培养过程的①→②脱分化需要营养、激素、适当pH。
在花粉发育过程中,一般是单核靠边期离体培养成功率最高。
确定花粉发育时期常用醋酸洋红法。
(2)花粉通过减数分裂形成,花粉发育成植物体的细胞分裂方式是有丝分裂,细胞分裂素和生长素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。
(3)植株④由花粉离体培养而来,为单倍体。
单倍体高度不育,需要用秋水仙素对③单倍体幼苗处理,诱导染色体组加倍,所得植株基因也加倍,月季AaBb产生4种花粉:
AB、Ab、aB、ab,故加倍后为AABB、AAbb、aaBB、aabb。
答案:
(1)ABD 单核期(单核靠边期) 醋酸洋红法
(2)减数分裂 有丝分裂 细胞分裂素和生长素
(3)单倍体 秋水仙素 AABB、AAbb、aaBB、aabb
考法二 植物有效成分的提取
1.三种提取方法的比较
提取
方法
水蒸气蒸馏法
压榨法
有机溶剂萃取法
实验
原理
利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来
通过机械加压,压榨出果皮中的芳香油
使芳香油溶解在有机溶剂中,蒸发溶剂获得芳香油
方法
步骤
①水蒸气蒸馏
②分离油层
③除水过滤
①石灰水浸泡、漂洗
②压榨、过滤、静置
③再次过滤
①粉碎、干燥
②萃取、过滤
③浓缩
适用
范围
适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油
适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取
适用范围广,要求原料的颗粒要尽可能细小,能充分浸泡在有机溶液中
优点
简单易行,便于分离
生产成本低,易保持原料原有的结构和功能
出油率高,易分离
局限性
水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题
分离较为困难,出油率相对较低
使用的有机溶剂处理不当会影响芳香油的质量
2.植物有效成分提取过程的注意事项
(1)在玫瑰精油的提取过程中,加入NaCl的目的是增加水层的密度,有利于玫瑰油与水分层,加入无水Na2SO4的目的是吸收精油中残留的水分。
(2)在提取橘皮精油时,为了提高出油率,需要将柑橘皮干燥去水,并用石灰水浸泡,浸泡时间为10h以上。
橘皮要浸透,这样压榨时不会滑脱,且出油率高,过滤时不会堵塞筛眼。
(3)在胡萝卜素的提取中,原料颗粒的大小、紧密程度、含水量、萃取的温度和时间等条件也能影响萃取。
因此在萃取的过程中,要先将萝卜进行粉碎和干燥,使之与萃取剂充分接触,提高溶解度。
视角1► 以案例分析的形式,考查植物芳香油的提取
1.(概念流程图类)某同学设计的提取玫瑰精油的实验流程如图所示,据图分析不正确的是( )
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
→
→
→
→
→
A.在②中使用水气蒸馏更简便易行
B.在操作时可向蒸馏烧瓶中加入几片碎瓷片防止暴沸
C.提取精油时,向混合物中加入NaCl更利于油水分层
D.加入无水Na2SO4,再用过滤法可除去分离的油层中的水分
解析:
选A。
由于玫瑰精油难溶于水,易溶于有机溶剂,因此在②中使用水中蒸馏更简便易行;在操作时可向蒸馏烧瓶中加入几片碎瓷片,目的是防止暴沸;提取精油时,为了使油水分层更彻底,要向油水混合物中加入NaCl;分离的油层还含有一定的水分,需加入无水Na2SO4,再用过滤方法将其除去。
2.(原理判断类)下列是与牡丹精油提取相关的问题,请回答:
(1)牡丹精油适合用水蒸气蒸馏法提取,其理由是牡丹精油具有_________________________的性质。
(2)当蒸馏瓶中的水和原料量一定时,蒸馏过程中,影响牡丹精油提取量的主要因素有蒸馏时间和__________。
当原料量等其他条件一定时,提取量随蒸馏时间的变化趋势是________________________________________________________________________。
(3)如果蒸馏过程中不进行冷却,则牡丹精油提取量会________,原因是________________________________________________________________________。
(4)用萃取法提取牡丹精油时,采用的溶剂是________,原理是__________________________________。
(5)牡丹花中精油的相对含量随花的不同生长发育时期的变化趋势如图所示。
提取牡丹精油时采摘花的最合适时间为________天左右。
(6)从薄荷叶中提取薄荷精油时________(填“能”或“不能”)采用从牡丹花中提取牡丹精油的方法,理由是__________________________________________。
解析:
(1)牡丹精油难溶于水、易溶于有机溶剂,化学性质稳定,故采用水蒸气蒸馏法和萃取法提取。
(2)当蒸馏瓶中的水和原料量一定时,蒸馏过程中,影响牡丹精油提取量的主要因素有蒸馏时间和蒸馏温度;当原料量等其他条件一定时,提取量随蒸馏时间的变化趋势是:
一定时间内随蒸馏时间的延长而增加,一定时间后提取量不再增加。
(3)蒸馏时牡丹精油随水蒸气一起蒸馏出来,如果不进行冷却,部分精油会随水蒸气挥发而流失。
(4)牡丹精油易溶于有机溶剂,因此萃取时所选用的溶剂必须是有机溶剂,如石油醚等。
(5)根据图示可以确定提取牡丹精油时采摘花的最合适时间为a天左右,此时牡丹精油相对含量最高。
(6)薄荷精油与牡丹精油化学性质相似,同样可以采用水蒸气蒸馏法提取。
答案:
(1)难溶于水、易溶于有机溶剂、化学性质稳定
(2)蒸馏温度 在一定时间内提取量随提取时间的延长而增加,一定时间后提取量不再增加 (3)下降 部分精油会随水蒸气挥发而流失 (4)石油醚等 牡丹精油易溶于有机溶剂 (5)a (6)能 薄荷精油与牡丹精油化学性质相似
视角2► 以案例分析的形式,考查胡萝卜素的提取与鉴定
3.(概念流程图类)胡萝卜素可用于治疗因缺乏维生素A而引起的各种疾病,下图是提取胡萝卜素的实验流程示意图,相关说法正确的是( )
→
→
→
→
→
→
A.图中干燥处理时的温度越高、时间越长越利于胡萝卜素提取
B.图中甲过程表示萃取,此过程用到的有机溶剂具有较低的沸点
C.图中乙过程表示浓缩,浓缩之前进行过滤的目的是除去萃取液中的不溶物
D.只能从植物中提取β胡萝卜素
解析:
选C。
新鲜胡萝卜素含大量水分,提取时应干燥,但要控制干燥时间和温度,若温度太高、干燥时间太长会导致胡萝卜素分解。
图中甲是萃取,所用萃取剂应具有较高的沸点,并能充分溶解胡萝卜素。
图中乙是浓缩,在浓缩之前要进行过滤除去萃取液中的不溶物。
工业生产上,β胡萝卜素的提取方法主要有三种:
一是从植物中提取,二是从岩藻中获得,三是利用微生物发酵生产。
4.(概念流程图类)胡萝卜素是一种常用的食用色素,可分别从胡萝卜或产胡萝卜素的微生物菌体中提取获得,流程如下:
(1)筛选产胡萝卜素的酵母菌R时,可选用____________或平板划线法接种。
采用平板划线法接种时需先灼烧接种环,其目的是________。
(2)培养酵母菌R时,培养基中的蔗糖和硝酸盐可分别为酵母菌R的生长提供________和________。
(3)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,干燥过程应控制好温度和________,以防止胡萝卜素分解;萃取过程中宜采用________方式加热以防止温度过高;萃取液浓缩前需进行过滤,其目的是________________。
(4)纸层析法可用于鉴定所提取的胡萝卜素,鉴定过程中需用胡萝卜素标准样品作为________。
解析:
(1)微生物分离和培养中常用的接种方法是稀释涂布平板法和平板划线法。
微生物培养需要无菌操作,其中对接种针需进行灼烧灭菌处理。
(2)蔗糖和硝酸盐可分别为微生物的生长提供碳源和氮源。
(3)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,干燥过程中若温度过高、干燥时间太长会导致胡萝卜素分解;萃取过程应避免明火加热,宜采用水浴方式加热,以防止温度过高;萃取液在浓缩之前,还要进行过滤,以除去萃取液中的不溶物。
(4)利用纸层析法鉴定所提取的胡萝卜素时,需用胡萝卜素标准样品作对照,对比分析标准样品和萃取样品出现的层析带。
答案:
(1)稀释涂布平板法 灭菌(或防止杂菌污染)
(2)碳源 氮源
(3)时间 水浴 滤去不溶物 (4)(实验)对照
易错点 植物组织培养实验操作中的易错点
[点拨]
(1)材料的选取:
菊花的组织培养实验中,应选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝;月季花药的培养实验中,应选择花粉发育过程中的单核靠边期的花粉进行培养。
(2)外植体消毒:
所用消毒剂为体积分数为70%的酒精和质量分数为0.1%的氯化汞溶液,所使用的清洗液是无菌水。
(3)培养过程:
在初期,菊花的组织培养需光照,月季花药的培养不需光照;而在后期均需光照。
(4)月季花药培养得到的并不都是单倍体植株:
花粉壁发育成二倍体,花药发育成单倍体。
(5)花药开裂长出愈伤组织或释放出胚状体时,应及时转移到分化培养基上。
►微观清障
(1)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是组织培养。
( )
(2)生根时,培养基通常应含α萘乙酸等生长素类调节剂。
( )
(3)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中,基因的突变与重组不会同时发生。
( )
(4)通过花药培养产生花粉植株一般有两种途径,这两种途径之间没有绝对的界限,主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。
( )
(5)用于生产生物柴油的植物油不易挥发,可选用蒸馏、压榨和萃取等方法从油料作物中提取。
( )
(6)柚皮易焦糊,宜采用压榨法提取柚皮精油,该过程得到的糊状液体可通过过滤除去其中的固体杂质。
( )
(7)萃取加热时需安装冷凝回流装置,其目的是防止有机溶剂挥发。
( )
(8)橘皮精油主要贮藏在橘皮部分,橘皮精油的有效成分在水蒸气蒸馏时会发生部分水解,一般采用压榨法。
( )
(9)胡萝卜素易溶于有机溶剂,可以采用萃取的方法进行提取。
( )
(10)可利用明火加热提高胡萝卜素的萃取速度。
( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)√ (7)√ (8)√ (9)√ (10)×
1.(2016·湖南长沙质检)下图表示菊花的嫩枝和月季的花药离体培养过程,请据图回答下面的问题。
(1)对菊花来说,要选取________的嫩枝来进行组织培养。
对月季来说,适宜花粉培养的时期是________期。
为确定花粉是否处于该时期,最常用的方法是________。
(2)在培养花粉的培养基中要加入一定的植物激素,常用的植物激素有________________________________________________________________________。
(3)某同学在培养过程中发现培养基上感染了几种细菌。
若在以尿素为唯一氮源的培养基中加入________指示剂培养几种菌后,指示剂变红就可以鉴定其中含有能够分解尿素的细菌。
为了避免其他微生物对培养造成的影响,所以在进行接种时应注意________。
①接种室要消毒
②只要戴口罩,操作时便可说话
③外植体可预先用体积分数为70%的酒精浸泡,取出用无菌水冲洗后,再用0.1%的氯化汞溶液消毒,并用无菌水冲洗干净
④接种操作要在酒精灯火焰旁进行
⑤接种完毕应立即盖好瓶盖
A.①②③④⑤ B.①②③④
C.①③④⑤D.②③④⑤
(4)月季的花药培养与菊花的嫩枝组织培养不同,从植株产生的途径来说,花粉植株产生的途径除了图中所示外,还可以通过________阶段发育而来,这两种发育途径的差别主要取决于________________________________________________________________________。
(5)不同植物对各种条件的要求往往不同,进行菊花组织培养一般将温度控制在________℃,并且对光照的控制为____________________。
[导学号29520662] 解析:
(1)植物组织培养法获取菊花植株时选用的材料一般是生长旺盛的嫩枝。
月季的花药培养中选择单核期的花药离体培养,成功率最高,确定花粉发育期最常用的方法是醋酸洋红法。
(2)在培养花粉的培养基中要加入细胞分裂素和生长素。
(3)在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,培养某几种细菌后,如果pH升高,指示剂将变红,可知道其中含有能够分解尿素的细菌。
(4)月季的花药培养与菊花的嫩枝组织培养不同,从植株产生的途径来说,花粉植株的产生一般有两种途径:
一是花粉通过胚状体阶段发育为植株;另一种是花粉在诱导培养基上,先形成愈伤组织,再将其诱导分化成植株。
这两种发育途径的差别主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。
答案:
(1)生长旺盛 单核 醋酸洋红法
(2)细胞分裂素和生长素
(3)酚红 C
(4)胚状体 培养基中激素的种类及其浓度配比
(5)18~22 每天12小时光照
2.传统药用植物栝楼的根、果、种子等均能入药,其合成的天花粉蛋白是中药天花粉的主要有效成分。
科研人员进行以下的研究,大致流程如下:
(1)接种在MS培养基中的栝楼种子,如先经加水浸没的萌发率为75%,不加水浸没的萌发率为2.5%,说明栝楼种子萌发需要____________________。
(2)在培育“无菌苗”过程中,使用的部分激素组合如表1(注:
—表示未添加该种植物激素),除甲组仅有顶芽长成小苗外,所有的培养基上都有腋芽长出,可见诱导腋芽生长加入____________________________是必需的。
组别
6BA(mg/L)
NAA(mg/L)
甲
—
—
乙
1.0
—
丙
—
0.5
丁
1.0
0.5
戊
2.0
0.5
表1
(3)在诱导“愈伤组织”的MS培养基中,使用了以下一些激素组合(如表2),以下培养基均能诱导叶盘缓慢长出黄绿色的愈伤组织,其中B2组和B3组诱导产生的愈伤组织在培养30天后分化出小芽点,并迅速长大成无根苗,两组的分化率分别为25.0%和14.3%,可见0.2mg/LNAA与激动素(6BA等)配合可诱导栝楼叶片________长出愈伤组织,但不利于诱导愈伤组织________。
组别
NAA
6BA(mg/L)
IAA(mg/L)
RT(mg/L)
A1
0.2
2.0
B1
0.2
4.0
C1
0.2
6.0
A2
2.0
0.2
B2
4.0
0.2
C2
6.0
0.2
A3
0.2
2.0
B3
0.2
4.0
C3
0.2
6.0
表2
[导学号29520663] 解析:
(1)从题意中可以看出,种子浸泡后萌发率提高,说明种子萌发过程中需要水分。
(2)比较表格中信息和实验结果可以推测:
只加入6BA或NAA或6BA和NAA二者均加入,都可以促进腋芽的生长。
(3)A1、B1、C1组中都是0.2mg/LNAA与激动素(6BA等)配合,根据实验结果,只出现愈伤组织,说明0.2mg/LNAA与激动素(6BA等)配合可以促进脱分化过程,由于没有长成幼苗,说明不利于再分化过程。
答案:
(1)充足的水分
(2)6BA或NAA或6BA和NAA(植物激素)
(3)脱分化 再分化
3.(2016·湖北武汉模拟)从玫瑰花中提取出的玫瑰精油称为“液体黄金”,是世界香料工业不可取代的原料,多用于制造高级香水、化妆品等。
为了扩大玫瑰的种植面积,选育优良品种,常采用植物组织培养技术,包括花粉培养等。
请回答相关问题:
(1)玫瑰精油化学性质稳定,难溶于______,易溶于____________。
除可用蒸馏法提取外,还可用___
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