2.1.1植物细胞工程的基本技术教案-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章　细胞工程 第1节 植物细胞工程 一 植物细胞工程的基本技术 教学分析 · 教学目标 1.让学生梳理植物组织培养的核心概念和流程，进而理解植物细胞工程的基本原理——植物细胞具有全能性，并能够结合实例加以说明。（生命观念） 2.引导学生对蝴蝶兰组织培养不同时期的材料进行观察和排序，让学生建构植物组织培养的基本流程，进而概括出植物组织培养的概念。（生命观念、科学思维） 3.让学生分析教材资料，进而理解植物体细胞杂交技术的概念和流程，并探讨其在现代农业育种中的应用价值。（科学思维、社会责任） · 教学重难点 重点：1.植物组织培养技术 2.植物体细胞杂交技术 难点：植物组织培养技术的原理及其在实际应用中的关键步骤。 · 教学方法 采用讲授法、讨论法、实验法、多媒体辅助教学以及案例分析等方法，促进学生对植物细胞工程技术的理解和应用。 · 课时安排 2课时 · 教学准备 卡片、组织培养瓶、多媒体、白板、学案、PPT等。 教学设计 导入新课 “花卉博览会”是青州市一张亮丽的城市名片，每年全市花卉交易额达110亿元，为青州市经济发展作出了突出贡献，其中兰花是主要的出产品种。兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题。如何使兰花快速、大量繁殖呢？科学家们通过细胞工程技术成功解决了这个难题，而其中最重要的方法就是——植物组织培养。 (设计意图:利用家乡特色经济产业进行情境导入，能激发学生的学习兴趣，在增强学生家长自豪感和责任感的同时引出本节课要解决的问题，效果较好。) 任务一、植物组织培养的流程 学生任务 教师活动 学生活动 评价设计 设计意图 归纳植物组织培养的流程 【播放视频】 参观组培工厂视频 【提供组培图】 【提出问题】 阅读教材第35页图2-1，结合视频内容，分析兰花组织培养过程中不同阶段的材料变化，整理出正确的流程，并在学案上书写。 【归纳概括】 概括出植物组织培养概念 观看视频，小组合作将手中的组织培养材料图按流程排序后展示。 在学案相应部位写出植物组织培养的基本流程。 能够正确写出植物组织培养的基本流程，并根据流程概括出植物组织培养的概念。 从真实情境出发，通过分析比较图片，归纳出植物组织培养的概念和流程。 训练学生归纳和概括的科学思维能力。 归纳植物组织培养过程中的注意事项 【资料分析】 资料1.脱分化是指在无光、一定激素和营养等条件的诱导下，已分化的细胞失去其特有结构和功能，转变成未分化细胞的过程。 资料2.再分化是指在有光、一定激素和营养等条件的诱导下，脱分化形成的愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 资料3.植物激素对植物组织培养过程影响 【提出问题】 1.愈伤组织细胞有什么特点？ 2.在植物组织培养过程中起关键作用的植物激素有哪些？ 3.如何启动细胞的脱分化和再分化过程？ 【应用技术】 设计快速繁殖菊花的方案 根据资料归纳出愈伤组织的特点是高度液泡化、薄壁、不定型。在组织培养过程中生长素和细胞分裂素的作用方式。脱分化和再分化的条件。 能够独立完成快速繁殖菊花的方案设计并展示 结合科学资料和相关问题，引导学生分析植物组织培养过程中的注意事项。 任务二、植物组织培养基本原理 学生任务 教师活动 学生活动 评价设计 设计意图 明确植物组织培养的基本原理 【引导回扣教材】 阅读教材第34页的内容 【提出问题】 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？ 4.为什么在自然条件下，生物体的大多数细胞不会表现出全能性？而在组织培养条件下，它们能够恢复全能性？ 【拓展提升】 植物细胞表现出全能性的条件有哪些？ 带着问题阅读教材第34页的内容，并展示回答问题。 小组合作，根据问题提示归纳植物细胞表现出全能性的条件。 通过小组合作和相互补充的方式，归纳出植物细胞表现出全能性的条件。 基于事实，提高学生的自主学习能力以及概括得出结论的能力。 任务三、植物体细胞杂交技术 学生任务 教师活动 学生活动 评价设计 设计意图 明确植物细胞杂交技术流程 【引导回扣教材】 阅读教材第37～38页的内容 【提出问题】 1.为什么要去除细胞壁？ 2.用什么方法可以温和地去除细胞壁？ 3.诱导原生质体融合的方法有哪些？ 4.如何将杂种细胞培养成杂种植株？ 【归纳总结】 植物体细胞杂交技术概念 带着问题阅读教材第37～38页的内容，并展示回答问题。 小组合作，根据问题提示归纳植物体细胞杂交技术的概念。 能够根据问题的提示，归纳出植物体细胞杂交技术的概念。 通过回归课本内容，提升学生对植物体细胞杂交技术的理解，提升学生自主学习的能力。 情感提升 希望同学们将来有一天能够将今天学到的技术应用到家乡花卉产业当中，为家乡的经济发展助力。 增强学生爱家乡、为家乡作贡献的意识。 评价反馈 当堂训练的题目主要考查学生对植物组织培养、植物体细胞杂交等生物技术的基本理解和分析能力。通过检测发现学生对于植物组织培养的过程，包括脱分化、再分化等阶段有较为清晰的认识。学生能够准确分析题目信息，找出关键信息点，如细胞的全能性、植物组织培养的过程等。但在部分题目的解答中，学生对一些细节问题的理解可能不够深入，如植物细胞全能性的具体表现、植物组织培养的具体过程等。 课堂小结 带领学生根据板书小结本节课内容。 布置作业 完成素养训练 教学反思 本节课的主要目标是让学生了解植物细胞工程的基本技术，包括植物组织培养、植物体细胞杂交技术等。通过课堂讲解、视频演示和学生互动，我认为大部分学生能够较好地掌握这些基本概念和技术原理。学生们对植物组织培养的过程和条件表现出了浓厚的兴趣，并能够理解植物体细胞杂交技术在植物育种中的应用。 在课堂上，我积极鼓励学生参与讨论和提问，通过学生的反馈，我发现大部分学生能够积极参与课堂互动，对所学知识表现出浓厚的兴趣。然而，部分学生对植物细胞全能性的表现形式和条件的理解不够清晰，因此还需要在细胞脱分化和再分化的概念区分上做进一步的强调。针对这种情况，我认为在今后的教学中，需要更多地关注这部分学生的需求，通过个别辅导、小组讨论等方式，帮助他们克服学习困难，提高参与度。 板书设计 第1节　植物细胞工程 一 植物细胞工程的基本技术 （一）植物组织培养技术再分化 脱分化 离体组织、器官或细胞等 愈伤组织 植物体 （二）植物体细胞杂交技术融合 去壁 A细胞 A原生质体杂种植株 植物组织培养 杂种细胞 去壁 B细胞 B原生质体 备课资源 1.原生质体制备方法 原生质体制备的方法主要包括机械法和酶解法两种，其中酶解法因其高效、成功率高、杂质少的特点而被广泛应用。以下是对这两种方法的详细介绍： （1）机械法 机械法去除细胞壁主要通过物理手段对细胞施加外力，从而破坏细胞壁结构。以下是机械法去除细胞壁的几种常见方法。 研磨法： 将植物组织样本放在研钵中，加入适量的研磨介质（如石英砂、玻璃珠等），或使用研磨棒对样本进行研磨。通过研磨过程中的机械剪切力和摩擦力，破坏细胞壁结构，释放出细胞内的原生质体。研磨法适用于细胞壁较薄或较软的植物组织，但需要注意研磨力度和时间，以避免破坏原生质体。 匀浆法： 将植物组织样本放入匀浆器中，加入适量的缓冲液或生理盐水。开启匀浆器，通过高速旋转的刀片或搅拌器对样本进行剪切和搅拌。匀浆法能够高效地破碎细胞壁，适用于处理大量植物组织样本，但需要注意匀浆过程中的温度、转速和时间，以避免对原生质体造成损伤。 超声波法： 利用超声波的高频振动和空化效应，对植物组织样本进行破碎。超声波振动产生的微小气泡在细胞壁周围爆炸，产生强烈的冲击力，从而破坏细胞壁结构。超声波法具有操作简便、破碎效率高的优点，但需要选择合适的超声波频率和功率，以避免对原生质体造成过度损伤。 高压法： 通过高压设备对植物组织样本施加高压，使细胞壁在高压下破裂。高压法能够迅速破坏细胞壁，但需要注意高压设备的选择和操作安全。 需要注意的是，用机械法去除细胞壁时可能会对原生质体造成一定的损伤。因此，在操作过程中需要严格控制条件，如研磨力度、匀浆转速、超声波频率和功率等，以尽可能减少对原生质体的损伤。同时，在去除细胞壁后，还需要对原生质体进行洗涤和纯化，以去除残留的细胞壁碎片和其他杂质。 此外，机械法去除细胞壁的效果还受到植物组织种类、细胞壁结构等因素的影响。因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的机械法，并优化操作条件以获得最佳效果。机械法对于不同种类的植物细胞效果不一，有些细胞壁坚韧的植物组织难以通过机械法有效制备原生质体。 （2）酶解法 酶解法是目前制备原生质体最常用的方法。它利用纤维素酶、果胶酶等酶类来分解细胞壁，从而释放出原生质体。以下是酶解法的具体步骤。 样本的选择和处理： 选择新鲜、健康的植物组织作为样本。对样本进行预处理，如剪成小块或去除表皮等，以增加与酶解液的接触面积。 酶解液的制备： 根据植物组织的种类选择合适的酶类，如纤维素酶、果胶酶等。添加适量的渗透压稳定剂（如甘露醇、蔗糖等），以维持原生质体的完整性。调整酶解液的pH和温度至适宜范围，以保证酶的活性。 酶解过程： 将预处理后的植物组织置于酶解液中进行酶解。酶解过程中需要避光、轻轻振荡，以促进酶解反应。酶解时间因植物组织的种类和酶的种类而异，一般需要通过预实验确定最佳酶解时间。 洗涤纯化： 酶解结束后，通过离心等方法将原生质体与酶解液分离。使用适当的缓冲液对原生质体进行洗涤，以去除残留的酶和杂质。 镜检： 使用显微镜对纯化后的原生质体进行检查，评估其形态、完整性和活性。 三、注意事项 酶解液的pH和温度：pH和温度会影响酶的活性，从而影响原生质体的制备效率。因此，在制备酶解液时需要严格控制其pH和温度。 渗透压稳定剂的选择：渗透压的变化会影响原生质体的完整性。因此，在制备酶解液时需要选择合适的渗透压稳定剂，以维持原生质体的稳定性。 避光措施：酶解过程中需要采取避光措施，以避免对细胞膜造成伤害，从而导致原生质体的活性降低。 酶解时间：酶解时间过长会导致原生质体的活性下降。因此，需要通过预实验确定最佳酶解时间。 2.我国植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术最新进展 （1）植物组织培养技术 桢楠大树组织培养获突破：四川省林科院的“诱导桢楠大树当年生茎段腋芽萌发和培育丛生芽的方法”获国家发明专利授权，攻克了桢楠大树外植体顶/腋芽萌发慢、在高浓度生长素诱导下易愈伤化、在高浓度细胞分裂素诱导下易褐化等技术瓶颈，为桢楠的保育和优良种质资源的开发利用奠定了基础。 苹果砧木组培技术创新：国家植物园（北园）的樊金龙牵头研制出一种提高苹果砧木组培苗快繁效率的方法，大幅提高了苹果砧木组培苗的生长速度和增殖系数，缩短了传统苹果砧木组培三分之一至二分之一的时间。 种苗企业发展带动组培技术的应用：高明区鹏力农业科技有限公司成为专门从事植物组织培养技术研究与开发、种苗生产和销售的高新技术种苗企业，年生产组培苗数可达几百万株，培育的组培苗销往全国各地花卉种植基地和市场。 （2）植物体细胞杂交技术 培育耐盐抗旱小麦新品种：山东大学夏光敏教授开展了小麦不对称体细胞杂交的项目，创制了耐盐、抗旱小麦新品种——山融3号，以及多个优质、高产、抗病、抗逆新品系。 创建油菜新不育系和恢复系：胡琼等将甘蓝型油菜与新疆野生油菜的原生质体进行融合，创建了油菜异源细胞质雄性不育系和具有抗菌核病、抗裂角性等优良性状的恢复系，并成功进行了三系配套。 获得抗晚疫病马铃薯体细胞杂株：有科学家利用茄子与马铃薯进行体细胞杂交，获得了抗晚疫病的体细胞杂株。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$