资源简介

2.1植物细胞工程
一 植物细胞工程的基本技术 教案
一、教学目标
1.概述细胞的全能性，阐明植物细胞工程的主要技术——植物组织培养和植物体细胞杂交。
2.通过介绍植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术，激发学生探索生命科学奥秘的兴趣，通过学习使学生达到用发展的眼光看问题、分析问题，勇于开拓、推陈出新。
3.在植物细胞工程两种技术的学习中，渗透科学态度、科学方法和科学精神的养成教育，培养学生形成正确的唯物主义世界观和人生观。
4.通过联系生产生活实际，培养学生理论联系实际的能力。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）植物组织培养的原理和过程。
（2）植物体细胞杂交技术的原理。
2.教学难点
（1）植物组织培养的实验。
三、教学过程
【新课导入】
教师利用课件展示一些兰花的图片，并让学生自我阅读教材第34页“从社会中来”，思考教材中最后提出的问题，然后教师通过介绍植物细胞工程的基本技术，让学生明确解决这一问题的思路，引导学生学习对应的知识内容。
“其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开,凝晴瀼露,万态千妍,薰风自来,四坐芬郁，岂非入兰室乎!岂非有国香乎!”这是我国历史上第一部兰谱——《金漳兰谱》（宋·赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢兰花。但是兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长，繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
讨论：如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
提示：利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。兰花是观赏植物中最常见的一类依靠植物组织培养繁育种苗的植物，其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40%
植物细胞工程的理论基础是什么 （全能性）
【新课讲授】
（一）植物细胞工程的基本技术
教师组织学生阅读教材第34页“植物细胞的工程的基本技术”的相关内容，结合“从社会中来”思考讨论，提问：
1.植物组织培养的基本原理是什么？
2.什么是细胞的全能性？
3.体细胞具有全能性的根本原因是什么？
学生带着问题去阅读教材，并小组成员之间互相讨论，得出答案。
通过分析讨论，使学生对本节的内容学习由浅入深，加深学生对植物组织培养基本原理的理解。知识梳理：
1.细胞的全能性
（1）概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
（2）原因：一般来说，生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传信息。
（3）细胞全能性的比较：
①受精卵＞生殖细胞（卵细胞＞精子）＞体细胞；
②植物细胞＞动物细胞；
③幼嫩的细胞＞衰老的细胞；
④分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞；
⑤分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞。
（二）植物组织培养技术
教师利用课件介绍植物组织培养的概念和流程，并展示流程图，让学生加深植物组织培养的过程，并通过自己动手操作“菊花的组织培养”让学生对植物组织培养的流程形成直观的认识，并促进他们理解和掌握相关概念。
知识梳理：
（1）概念：植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞（称为外植体）等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
（2）原理：植物细胞的全能性。
（3）过程：
外植体是指离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。植物的茎尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外植体。
①愈伤组织：不定形的薄壁组织团块。细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。注意：无叶绿体，可进行有丝分裂
②脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞，进而形成愈伤组织的过程。
③再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养,又可以重新分化成胚状体、根、芽等，这个过程叫做再分化。
④适宜的培养条件：离体、无菌条件、种类和比例适宜的营养物质、植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）的诱导和调节、适宜的外界条件（温度、pH、光照等）。
脱分化过程一般不需要光照、再分化过程需要光照。生长素/细胞分裂素＞1，有利于根的分化；＜1，有利于芽的分化；=1，促进愈伤组织的形成。
教师拿出提前准备好的实验材料，并以小组为单位，分发不同时期的实验材料，让学生进行观察，通过观察植物组织培养实验中不同时期的实验材料，让学生写出植物组织培养的基本流程，并让学生阅读教材中的实验过程，通过阅读实验内容和观察实验不同时期的生长状况，让学生更直观的对植物组织培养的认知，并促进他们理解和掌握相关概念。
探究 实践：菊花的组织培养
观看视频《菊花的组织培养》，通过视频初步了解菊花组织培养过程，提出问题，知识点归纳梳理。
1.原理：
2.目的要求：
（1）了解植物组织培养的基本原理
（2）了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响
（3）尝试进行植物组织培养
3.方法步骤：
（1）制备外植体
（2）接种到诱导愈伤组织培养基
（3）接种到诱导生芽培养基
（4）接种到诱导生根培养基
脱分化：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18-22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
再分化：培养15~2 d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上，将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
4.结果分析与评价
（1）接种3～4 d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。
用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。导致外植体被污染的原因可能有：培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。
（2）你培养出愈伤组织了吗？如果培养出来了，从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？这些愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？
观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间。
（3）观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。
做好统计和对照，填好结果记录表，培养严谨的科学态度。从实验的第一步开始就要做好实验记录，可以分组配制不同的培养基，如诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基等，还可以进行不同配方的比较。
（4）你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？
生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12 h。掀开塑料薄膜24 h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。可以在课后统计移栽的成活率，看看移栽是否合格。
5.进一步探究
（5）若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
①空白对照：不加任何激素；
②实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值等于1；
③实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；
④实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。
特殊的植物组织培养——花药离体培养：该过程涉及的生殖方式是有性生殖，经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为纯合子。
（三）植物体细胞杂交技术
教师利用课件展示“番茄—马铃薯”的想象图，并介绍科学家以此进行的实验探究，通过这个实例，引出植物体细胞杂交的概念。
总结植物体细胞杂交的概念：
植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
展示植物体细胞杂交过程示意图，让小组之间互相讨论以下问题，并得出答案：
1.在进行植物体细胞杂交时，为什么要去除细胞壁？去除细胞壁的方法是什么？
细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）
酶解法
2.诱导融合的方法有哪些？
物理法（电融合法、离心法）和化学法（聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法）
3.若只考虑两两融合，融合后的原生质体有哪些类型？所需的类型是什么？用什么方法可以得到所需类型？
4.植物体细胞杂交完成的标志是什么？再生出新的细胞壁
5.得到杂种细胞后再如何操作才能得到杂种植株？
学生通过阅读教材第36-38页的内容，小组之间互相交流，并得出答案。
教师根据学生的回答，进行适当的补充，纠错。
通过讨论、交流，培养学生的团队合作精神，锻炼学生的思维。
知识梳理：
1.概念：植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
2.过程：植物细胞融合、植物组织培养。
3.去除细胞壁的方法：酶解法。
（1）所用酶：纤维素酶和果胶酶。
（2）去壁的原因：细胞壁阻碍了原生质体间的融合（阻碍着细胞间的杂交）。
4.原生质体间的融合（关键环节）
（1）原理：细胞膜具有一定的流动性。
（2）诱导融合的方法：物理法（电融合法、离心法）和化学法（聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法）。
5.植物细胞融合和植物体细胞杂交完成的标志
（1）植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁。
（2）植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体。
6.实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。
7.意义：植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
四、板书设计
2.1.1 植物细胞工程的基本技术

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