资源简介

2.1植物细胞工程的应用 教学设计
【教材分析】
《植物细胞工程的实际应用》是选修三专题二中的内容，学生在学习了前一节《植物细胞工程的基本技术》之后，本节着重介绍这种技术的应用和成就，让学生体验到现代生物科技对生产生活的影响。学生在已经学习了细胞的全能性、植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术等三方面内容的基础上，学习植物细胞工程应用的一些实例（植物繁殖的新途径、作物新品种的培育，以及细胞产物的工厂化生产等内容）和实际意义。
【学情分析】
学生在学习了《植物细胞工程的基本技术》之后，对课程内容的理解还仅仅停留在理论层面，因此本课的学习有助于学生对该技术的进一步理解和对生物科学的更深层次的认识。
【教学目标】
1.知识与技能
（1）通过学习，掌握微型繁殖、植物组织培养的概念及它们之间的相关联系
（2）了解作物脱毒、人工种子的制备，掌握其过程及意义
（3）探索突变体及单倍体育种的现实应用进行
（4）了解细胞产物
2.过程与方法
（1）在教学过程中，合理利用课件、书籍等相关资料，培养学生的分析、整理、观察能力。
（2）.通过联系实际，培养学生生活意识，提高学生的生物应用意识。
3.情感态度价值观
（1）认同细胞学基础理论研究与技术开发之间的关系；
（2）关注细胞工程研究的发展和应用前景。
【教学重难点】
1. 教学重点
植物细胞工程在植物繁殖、育种方面的应用。
2. 教学难点
植物细胞工程在植物育种方面的应该。
【教学过程】
1.植物繁殖的新途径
教师活动：创设情境，导入新课
简要介绍石斛和连翘的应用价值，提出问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……如何解决？引出植物快速繁殖。
学生活动：联想到植物快速繁殖的实质是植物组织培养技术，而植物组织培养技术的生殖方式是无性生殖，能分析出快速繁殖的优点及相关事例。
设计意图：教师引导学生思考微型繁殖是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，实际上是无性生殖的一种。在繁殖过程中，细胞进行有丝分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同具有相同的基因，因此能保证亲、子代遗产特性不变。利用这种技术能高效快速实现种苗的大量繁殖。通过快速繁殖的例子，让学生切身感受到科技对我国农业发展的促进作用。
展示资料：生姜作为一种经济作物，拥有药用与食用两种功能，且栽培容易，产量高，价值合理，受到了各地种植者的追捧。但是，由于生姜栽培多采用无性繁殖，致使生姜的感病率升高，质量变差，生长缓慢，造成减产的后果。
教师活动：提出问题串，引导学生通过四个问题分析作物脱毒。1.我们可以用什么方式获取无毒的作物呢？作物要进行脱毒的原因？2、选择什么部位培育脱毒苗，并说出原因？3、如何培育出脱毒苗呢？脱毒苗有何优点？
联系植物组织培养技术，对应说出脱毒过程。教师再举一些现实生活中常见的作物脱毒实例，例如草莓、土豆、菠萝等。
学生活动：学生对第一个问题可以产生诸多联想，例如可以通过转基因技术获得无毒作物，教师在这里引导学生想到植物组织培养技术。作物脱毒的原因是无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。选用分生区的细胞，理由在于植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒。学生小组讨论分析脱毒的具体过程。完成当堂检测1、2题。
设计意图：利用图片和文字资料，营造情境，有助于激活学生的思维。通过对文字的分析，注重学生对社会责任和科学思维的培养。作物脱毒是另一个植物组织培养取得实际应用成果非常多的领域，学生通过学习相关内容将进一步领悟生物技术造福人类。
2.作物新品种的培育
教师活动：展示资料目前，已有科学家在西瓜上对多倍体育种进行了实践，成功培育出了3倍体无籽西瓜，此类西瓜具有无籽、糖分高、口感脆等特点，受人喜爱。但是，也是因其无籽的特点，使得人们必须采用四倍体和二倍体西瓜杂交的方式来获取种子，无形之中增加了生产成本，阻碍了无籽西瓜的推广。
教师进一步创设情境，若要用高杆抗病植株和矮杆感病植株获得矮杆抗病纯种植株，该如何获得呢？除了杂交育种外，我们还学过一种更为简便的方式，即单倍体育种。在单倍体育种的全过程中哪里涉及到植物组织培养技术呢？而突变体的利用中实际上就是诱变育种，学生在必修二中已经学习过，在这里只做简单回顾和对知识的融会贯通。
学生活动：学生回忆单倍体育种的方法，能快速反应出单倍体育种的原理即染色体变异，后小组讨论出在花药离体培养的阶段涉及到植物组织培养技术。并能讲出单倍体育种的优点，后简单跟随教师回顾突变体的利用并回忆诱变育种的相关知识，即为突变体的产生原理和优缺点。
总结：作物新品种的培育
1.单倍体育种
（1）方法：花药→离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→纯合子
（2）优点：对缩短育种年限有显著效果，且得到的后代都是纯合体，有助于遗传稳定
2.突变体的利用
（1）产生原因：在植物组织培养过程中，易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变
（2）利用：筛选对人们有利突变体，进而培育新品种
（3）实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草
3.细胞产物的工厂化生产
教师活动： 教师介绍初生代谢物和次生代谢物的概念，学生要理解次生代谢物不是生物生长所必需的一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。实例为人参皂苷的工厂化生产，这个生产过程实际也是运用了植物组织培养技术。
学生活动： 生产过程：第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中得适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。第三部，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。
总结：细胞产物的工厂化生产
（1）产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等（2）技术：植物组织培养技术
（3）实例：人参皂甙干粉、三七、银杏，紫杉醇（正在研究）
设计意图：细胞产物的工厂化生产是植物组织培养技术与发酵工程技术相结合产生的一项新技术，该技术近年来发展迅速，我国在该领域取得了不少进展。教材先介绍了次生代谢物的种类和作用；在学生具备这些基础知识的基础上，再阐述了进行细胞产物的工厂化生产的原因和意义，进一步还通过细胞产物的工厂化生产为紫杉醇的生产提供新思路的例子，深化学生对这项技术的认识，让他们从中感悟生物技术在解决人类面临的一些问题时发挥的重要作用。
4. 拓展应用
让学生尝试制作“手指植物”，以及调查相关产品的销售情况和经济效益并进行分析，这样编排目的在于让学生学以致用，通过实践体验所学知识与社会生产、生活的密切联系。

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