资源简介

第 2 章 细胞工程
第1节 植物细胞工程(植物细胞工程的应用)
年级 高二年级 授课时间 1课时
课题 第1节 植物细胞工程（第二课时）植物细胞工程的应用
教材分析 本节是人教版选择性必修三第二章第一节第二课时内容，是植物细胞工程基本技术的延伸与落地，承接第一课时的全能性、组织培养等核心知识，核心是实现“技术原理→实践应用”的转化，为后续动物细胞工程、基因工程应用奠定基础，对培养学生科学应用思维至关重要。 教材遵循“应用分类→原理支撑→实例佐证”的逻辑，聚焦植物组织培养和体细胞杂交两大技术的应用，重点阐述快速繁殖、脱毒苗培育、次生代谢产物生产、单倍体育种等核心应用。 编写特点是理论联系实际，以经典实例为载体，兼顾基础性与拓展性，既落实核心应用知识点，又设置辨析点（如脱毒苗与无病毒苗），适配重点班学生深度理解需求。 教材内容注重知识关联，每个应用均紧扣第一课时的技术原理，同时通过实例对比，强化学生对不同技术应用场景的辨析，培养其知识迁移与综合应用能力，体现“科学技术服务于生产生活”的理念。
教学目标 【知识目标】 1. 掌握植物组织培养在快速繁殖、脱毒苗培育、次生代谢产物生产中的应用原理、实例及优势。 2. 理解单倍体育种的流程、原理及缩短育种年限的原因，掌握其核心操作环节。 3. 明确植物体细胞杂交技术的实践应用、优势及局限性，能举例说明其在育种中的应用。 4. 辨析不同植物细胞工程应用的技术差异，理清技术原理与应用场景的内在关联。 【素养目标】 1. 生命观念：结合植物细胞工程的应用实例，深化对“细胞全能性”“遗传信息控制生命发育”的理解，认识生物技术改造植物生命活动、服务人类的价值，强化生命观念。 2. 科学思维：通过分析不同应用场景的技术流程，培养逻辑推理与系统分析能力；能运用细胞全能性、染色体变异等理论，解释各类应用的原理，辨析技术差异与适用场景。 3. 科学探究：能分析脱毒苗培育、单倍体育种的实验设计思路，明确关键变量控制；能结合应用需求，初步设计简单的植物细胞工程应用方案，提升科学探究能力。 4. 社会责任：了解植物细胞工程在作物育种、生物制药、粮食安全等领域的应用价值，认识其对改善生态环境、推动医药产业发展的重要作用，形成科学看待生物技术应用与发展的态度，增强社会责任感。
教学重、难点 一、教学重点 1.植物组织培养在快速繁殖、脱毒苗培育中的应用原理与实例。 2.单倍体育种的流程、优势及在作物改良中的实践意义。 3.利用植物细胞培养生产次生代谢产物（如药物、香料）的原理与价值。 4.植物体细胞杂交在培育远缘杂交新品种中的应用及其实例。 二、教学难点 1.快速繁殖、脱毒苗培育与单倍体育种的技术原理差异及适用场景辨析。 2.次生代谢产物生产中细胞培养条件调控与产物积累的内在机制理解。 3.植物体细胞杂交育种与传统杂交育种的优势对比及局限性分析。 4.综合运用植物细胞工程各项技术，设计合理的育种或生产方案。
教学过程
教学内容 教师活动 学生活动
新课导入 教师播放视频内容——植物细胞生产新路径，引导学生结合视频思考相应问题。 思考：视频中利用植物细胞工程技术实现了高含量花青素植物组织、人参不定根、石斛原球茎等植物细胞的工业化量产。植物细胞工程在生产实践中还有哪些应用？ 学生根据教师播放的视频，思考问题，尝试回答相应问题。
新知探究 一、植物繁殖的新途径 【知识讲解】 教师根据学生回答，展示细胞的全能性的PPT ，适当一边引导学生思考，一边讲解，让学生充分理解植物繁殖的新途径相应知识点。 1.概念 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫微型繁殖技术。 2.过程 3.生殖方式 一般为无性生殖 4.原理 植物细胞的全能性 5.优点 ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 ②保持优良品种的遗传特性。 ③不受自然生长季节的限制，培养周期短。 ④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。 6.实例 为一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 思考：植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等限制。 (二) 作物脱毒（观看视频） 1.作物脱毒的原因 作物病毒积累 2.选材部位及原因 部位：植物顶端分生区附近（如茎尖、根尖）。 原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。 3. 脱毒方法 与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 注：脱毒苗≠抗毒苗 4.原理 植物细胞的全能性 5.优点 明显提高农作物的产量和品质 6.实例 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 拓展延伸 人工种子 1.概念 通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。 2.过程 3.组成 4.生殖方式 无性生殖 5.优点 ①易于储藏和运输 ②不受季节、气候和地域的限制 ③避免占用大量土地制种，节约粮食 ④解决某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题 ⑤后代无性状分离，保持优良品种的遗传特性 学生认真聆听并做笔记。 学生回应互动，思考问题，明确本模块的核心知识。 学生观看PPT视频并阅读课本，小组合作讨论完成任务。
习题巩固 教师展示PPT上的试题并引导、督促学生认真答题，根据学生的答题情况，及时得到反馈，针对性补充讲解相关知识。 1.辨正误 (1)葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。( ) (2)脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。( ) (3)取茎尖分生组织进行组织培养，可获得抗毒苗。( ) (4)作物脱毒与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。（ ） (5)从植物体上获取任何细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状一定都完全一致。（ ） 答案：× × × √ × 2.（2026·福建·一模）草莓品种“黑珍珠”因甜度高，花青素等抗氧化物质含量丰富，经济价值较高，已在我国小范围引种成功。为满足种植需求，农业研究人员利用微型繁殖技术实现种苗的快速大量繁殖，具体过程如图所示。下列叙述正确的是（ ） A．选用含病毒少的茎尖作为外植体，可以不用消毒 B．过程①形成愈伤组织必须给予适当时间的光照 C．过程②诱导生根和诱导生芽的植物激素比例相同 D．相比杂交育种该方法更能保持“黑珍珠”的优良性状 答案：D 3.（2024·甘肃·高考真题）兰州百合栽培过程中易受病毒侵染，造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗，操作流程如下图。下列叙述正确的是（ ） A．①为脱分化过程，1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块 B．②为再分化过程，愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组 C．3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1 D．百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，可以作为该研究中的外植体 答案：D 学生思考回答问题，加深对植物繁殖的新途径相关概念的理解。
二、作物新品种的培育 【小组讨论】 教师展示PPT,让学生明确任务，阅读教材第40—41页“作物新品种的培育”小组讨论、回答以下问题，并展示交流设计的思路。 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？ 你可以想到几种育种方法 请你设计相关实验思路。 设计筛选纯合的紫色甜玉米的实验思路。 (1)杂交育种 (2)单倍体育种 【知识讲解】 教师展示PPT，讲解知识点，引导学生思考并做笔记。 (一) 单倍体育种 1.单倍体 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。 2.过程 3.原理 （其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性） 4.优点 ① 明显缩短育种的年限，节约大量的人力和物力。 ② 二倍体的子代都是纯合子,能稳定遗传。 ③ 是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 5.实例 单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物 (二) 突变体的利用 1.产生原因 植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，容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.过程 3.原理 突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。 教师展示问题，学生思考：诱变处理的对象为什么要选择愈伤组织？产生的变异一定符合需要吗？ 愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。不一定，因为突变是不定向的。 教师继续讲解知识点。 4.优点 提高突变率；加速育种进程；产生新基因，大幅度改良某些性状。 5.缺点 由于突变的不定向和低频性，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。 6.实例 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 学生明确任务，阅读课本，小组合作讨论，思考并尝试作答。 学生回应互动，明确作物新品种的培育的内容。 学生认真思考问题，并尝试作答。 学生积极回应互动，自主完成实验回应互动，认真聆听并做笔记。
习题巩固 教师展示PPT上的试题并引导、督促学生认真答题，根据学生的答题情况，及时得到反馈，针对性补充讲解相关知识。 1.下列关于单倍体和单倍体育种的叙述，正确的是（　　） A．单倍体植株的体细胞中只有一个染色体组 B．单倍体植株高度不育的原因是没有同源染色体或联会紊乱 C．单倍体育种时，杂合子的花药均需筛选后再进行离体培养 D．单倍体育种后得到的植株一定是纯合子 答案：B 2.植株甲是自花传粉的二倍体植物，基因型为AaBb，这两对基因独立遗传。下图为利用植株甲培育植株A、B、C、D的过程。将植株甲自交所结的种子种下，可得到植株C。下列说法正确的是（ ） A．利用植株甲的花粉粒获得植物A的育种方法称为单倍体育种 B．植株C的获得需要用到植物组织培养技术 C．图中某种药剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂的后期 D．对愈伤组织进行诱变处理，从分化的植株中可筛选出新品种 答案：D 3.如图为利用突变体育种技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述不正确的是（ ） A．该育种过程依据的原理有基因突变和植物细胞具有全能性 B．过程①②培养基中，不同植物生长调节剂的浓度比例不同 C．白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA和RNA种类相同 D．过程④通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒除草剂 答案：C 学生思考回答问题，加作物新品种的培育相关知识的理解。
三、细胞产物的工厂化生产 【播放视频】 教师播放视频，之后展示PP问题，引导学生思考。 思考：紫杉醇是什么？能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？ 紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性。 【知识讲解】 教师展示PPT内容，并讲解知识点。 (一) 植物的代谢产物 (二) 细胞产物的工厂化生产 1.概念 人们期望利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 ①概念： 指离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 ②原理：细胞增殖 ③材料：最好是愈伤组织。（细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。） ④培养基：液体培养基（培养液）。（有利于培养的细胞与营养物质充分接触。） 2.过程 注意:一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物! 3.优点 不占用耕地、几乎不受季节、天气等的限制；对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 4.实例 【核心归纳】 植物组织培养和植物细胞培养的比较 四种育种方法的比较 【到社会中去】 市场上有一种叫作“手指植物”的工艺品受到很多人的欢迎。这些“手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分或营养物质， 它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。学习了本节课之后，你也可以尝试制作“手指植物”。 “手指植物”的制作方法用到了植物组织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染，可在培养基中加入一定量的抑菌剂。另外，还可以根据个人喜好，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。 学生思考并尝试回答问题。 回应互动，认真聆听并适当补充笔记。
习题巩固 1.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是(　　) A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一 B．植物细胞产物包括蛋白质、脂肪、药物、香料、生物碱等 C．利用细胞培养技术获得紫草素可实现细胞产物的工厂化生产 D．培养的愈伤组织需要经过再分化形成植株后才能产生特定的细胞产物 2.（2023·山东·高考真题）利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是(　　) A．利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物 B．植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产 C．次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养 D．该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量 3.（2024·广东梅州·一模）东北三宝之一的人参，是珍贵的滋补药材，叶片细胞中富含的几十种固醇类物质合称人参皂苷。下列分析正确的是（　　） A．人参皂苷是人参叶肉细胞中含量最多的有机物 B．人参皂苷不是人参生长所必需的物质，属于次级代谢产物 C．体外培养转基因细菌，可以在内质网上获得人参皂苷 D．人参皂苷是抗氧化剂，能使细胞产生自由基，防止衰老 答案：1.D 2.A 3.A 学生思考回答问题，加深对植物组织培养技术相关概念的理解。 .
课堂小结 回应互动，认真聆听并适当补充笔记 ，加深对植物繁殖的新途掌握。
趣味交互活动 学生思考回答问题，加深对植物细胞工程的应用相关概念的理解。
练习与应用 教师展示PPT上的试题，引导学生认真完成习题，及时巩固。 一、概念检测 1. 运用植物细胞工程技术可以培育单倍体 植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。 （1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（ ） （2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（ ) 2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是 （ ） A.人工诱导基因突变 B.选择优良品种进行杂交 C.进行远缘植物体细胞杂交 D.取茎尖分生组织进行组织培养 答案：1.(1)√ (2)× 2. D 二、拓展应用 1. 紫色非甜玉米（基因型为AASuSu）和白色甜玉米（基因型为aasusu）杂交（Su和su代 表一对等位基因）,得到的F1（AaSusu）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢？请你设计相关实验的思路。 【答案】F2中的紫色甜玉米的基因型可能为 Aasusu或 AAsusu。如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米(aasusu)进行测交，可以选择出基因型为 AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。 2.甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题，为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。 【提示】积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。 3.下列关于植物细胞工程应用的说法，错误的是（ ） A．微型繁殖技术可高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性 B．应用植物组织培养技术得到人参植株，然后从其细胞中提取细胞产物，可实现细胞产物的工厂化生产 C．在植物的组织培养过程中，经化学或物理诱变处理可得到有用的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗等 D．采用植物组织培养技术培养茎尖等得到的脱毒作物可提高作物产量和品质 4.郁金香碎色病毒在无性繁殖过程中很容易传播，这种病毒能够影响花青素的合成，导致花瓣上出现不规则的条状及火焰状花纹。图为培育郁金香脱毒苗的两条途径，研究发现经②过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列叙述正确的是（　　） A．带叶原基的芽与植物体其他组织中的病毒含量相同 B．图中获得的脱毒苗与原郁金香苗相比细胞核遗传物质发生了改变 C．可推测②过程的温度处理有利于组织中的病毒失去活性 D．过程③、④均属于再分化，所以培养基A和B各成分含量相同 5.（2026·新疆·二模）薄荷脑，也叫薄荷醇，是一种萜类有机化合物，可从薄荷的叶和茎中提取，可用作牙膏、香水、饮料和糖果等的赋香剂，在医药上用作刺激药，作用于皮肤或黏膜，有清凉止痒的作用。为了快速大量生产薄荷脑，科学家们制定了如下的流程进行生产，下列相关说法正确的是（　　） A．薄荷脑属于初生代谢产物，植物细胞含量很低 B．上述薄荷脑生产过程的理论基础是植物细胞的全能性 C．图中采用薄荷茎尖为材料进行培养是为了获得抗病毒的细胞 D．图中A过程不需要光照，但需要提供有机营养 6.（2026·四川广安·一模）随着合成生物学的发展，利用植物细胞悬浮培养体系生产高价值次生代谢产物（如青蒿素、紫杉醇等）已成为一种新型的“细胞工厂”模式。该技术不依赖传统种植，在生物反应器中即可实现工业化生产，为缓解某些药物原料短缺问题提供了新路径。下列叙述正确的是（ ） A．该技术利用了植物细胞的全能性，需经历脱分化和再分化过程才能获得产物 B．培养过程中生长素与细胞分裂素的比例，是决定细胞分裂与分化的关键因素 C．与传统农田种植相比，该模式完全不受环境因素影响，实现产物的稳定高产 D．该技术使药物生产可以完全不依赖农业生产，是保障供应安全的根本途径 7.（2026·山东枣庄·一模）利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是（　　） A．次生代谢产物是植物基本生命活动必需的一类小分子有机化合物 B．可以利用基因工程对植物细胞进行改造，筛选出产量高的细胞进行培养 C．该技术生产的紫杉醇具有高抗癌性，说明其能提高免疫系统的免疫自稳功能 D．植物只有在特定的组织器官中才能产生次生代谢产物，所以必须定向选取外植体 答案：3. B 4. C 5.D 6.B 7.B 学生思考回答问题，加深对本章发酵工程相关概念的理解。
板书设计 一、植物组织培养的应用（核心应用） 1. 快速繁殖 原理：植物细胞全能性 实例：兰花、草莓、名贵花卉 优势：高效、快速、保留优良性状 2. 脱毒苗培育 原理：分生区细胞病毒少/无病毒 外植体：根尖、茎尖分生区 实例：马铃薯、甘蔗脱毒苗 3. 生产次生代谢产物 原理：细胞增殖产生代谢产物 流程：离体细胞→愈伤组织→大规模培养（无需再分化） 实例：人参皂苷、紫草素、紫杉醇 4. 单倍体育种 原理：染色体变异+细胞全能性 流程：花药离体培养→单倍体植株→秋水仙素加倍→纯合子 优势：缩短育种年限，快速获得纯合优良品种 二、植物体细胞杂交的应用 核心目的：克服远缘杂交不亲和障碍 实例：番茄马铃薯杂种植株、抗逆性杂种植株 优势：突破物种界限，培育新型优良品种 局限性：杂种植株育性、性状不稳定 三、核心辨析（重点班重点） 脱毒苗 ≠ 无病毒苗（仅含少量/无病毒） 单倍体育种 ≠ 花药离体培养（后者是前者的核心步骤） 次生代谢产物生产 ≠ 完整植株培育（无需再分化） 四、技术价值 改良作物品种、提高生产效率、保障粮食安全、推动医药产业发展
教学反思 本节课作为植物细胞工程基本技术的延伸，核心任务是帮助学生掌握植物细胞工程在快速繁殖、育种、次生代谢产物生产等领域的应用，结合重点班学生的认知特点，注重知识的应用迁移和科学思维的深化，同时也反思了教学中的不足与改进方向。 在教学亮点上，我结合经典案例展开教学，通过脱毒苗培育、单倍体育种、人参皂苷生产等实例，将抽象的技术应用与具体实践结合，帮助学生理清技术原理与应用场景的关联。针对重点班学生，设计了梯度化的课堂提问，引导学生辨析不同技术的差异，有效锻炼了其逻辑推理和知识迁移能力。当堂检测题贴合课堂重点，侧重案例分析和原理应用，学生整体答题效果较好，基本掌握了核心知识点。 但教学中也存在不足：对单倍体育种与传统杂交育种的对比讲解不够深入，部分学生仍存在概念混淆；次生代谢产物生产的细胞培养条件调控，讲解过于抽象，学生理解不够透彻；分层教学落实不够到位，未能充分满足学有余力学生的探究需求，拓展延伸不足。 针对以上问题，我将在后续教学中，增加两种育种方式的对比表格，强化概念辨析；补充次生代谢产物生产的实验视频，直观呈现条件调控过程；设计针对性的拓展任务，引导重点班学生设计简单的育种或生产方案，提升综合应用能力。 本节课基本达成预设教学目标，未来我将继续注重理论与实践结合，精准把握重点班学生的学习需求，在知识应用和思维提升上发力，激发学生对生物技术应用的探索兴趣。
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