2.1.2植物细胞工程的应用教学设计-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 二 植物细胞工程的应用教学分析 · 教学目标 1.通过让学生分析植物细胞工程在农业、医药的应用，构建这些应用涉及的技术流程模型，并归纳出应用的优势。（生命观念、科学思维） 2.通过资料分析、问题讨论和模型构建，培养学生运用植物细胞工程技术解决实际问题的能力。（科学思维、科学探究） 3.培养学生保护濒危植物和可持续利用生物资源的意识，并提升沟通与合作能力。（社会责任） · 教学重难点 重点： 1.单倍体育种和突变体育种的原理及优缺点。 2.通过紫杉醇生产的案例，掌握细胞产物工厂化生产的原理、流程及其在实际生产生活中的应用。 难点： 1.通过实验视频和模型构建，理解植物组织培养技术的操作细节和实际应用。 2.通过问题讨论和案例分析，理解单倍体育种和突变体育种的原理及优缺点。 · 教学方法 采用直观教学法、启示法、讨论法等教学方法，准备PPT。 · 课时安排 1课时 导入新课教学设计 展示“手指植物”的图片，提问：“手指植物”存活需要什么条件？ (设计意图:通过真实情境激发兴趣，明确学习目标，提高科学探究的角色代入感。) 任务一：植物繁殖的新途径 1.教学任务：学生能解释植物快速繁殖的原理，能描述作物脱毒的方法和意义。 2.教学实施 教师活动: 展示铁皮石斛和草莓的图片及资料，引导学生阅读教材第39~40页内容，引导学生分析植物组织培养在快速繁殖和作物脱毒中的应用，解决学案问题：“1.农场需快速繁殖铁皮石斛，植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？2.农场种植的草莓感染病毒，科学家建议用“茎尖脱毒技术”培养脱毒苗。培养过程中为什么要进行作物脱毒？如何进行作物脱毒？3.脱毒苗是否等同于抗病毒植株？为什么？” （答案：1.植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。植物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。2.对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。3. 脱毒苗不等同于抗病毒植株。“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，而后者指的是能抵抗病毒的感染。） 学生活动 ①自主阅读教材第39~40页“植物繁殖的新途径”部分，结合资料思考并回答学案问题： “1.农场需快速繁殖铁皮石斛，植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？2.农场种植的草莓感染病毒，科学家建议用“茎尖脱毒技术”培养脱毒苗。培养过程中为什么要进行作物脱毒？如何进行作物脱毒？3.脱毒苗是否等同于抗病毒植株？为什么？” ②分组讨论，总结植物组织培养技术在快速繁殖和作物脱毒中的优势。 ③小组代表分享讨论结果。 3.评价设计：根据学生的讨论结果和分享内容，评价其对植物组织培养技术在快速繁殖和作物脱毒中的优势的理解程度。植物组织培养技术广泛应用于草莓、马铃薯等经济作物的脱毒繁殖，能够有效提高产量和品质。 （设计意图：通过案例分析和讨论，帮助学生理解植物组织培养技术的实际应用价值，并培养其批判性思维能力。） 任务二、作物新品种的培育 1.教学任务：组织活动让学生能准确完成玉米单倍体育种流程图的填空，能利用植物组织培养技术构建培育彩色马铃薯新品种的模型。 2.教学实施 教师活动 ①展示玉米单倍体育种流程图，讲解单倍体育种的步骤。 提问：单倍体育种如何提高育种效率？在杂交育种中如何应用？ ②提供彩色马铃薯培育的资料，引导学生利用植物组织培养技术构建突变体育种的流程模型，思考突变体育种的原理是什么？请结合基因突变类型分析，突变体在育种中的优点是什么？有哪些可能的局限性？ 学生活动: ①阅读教材第40~41页“作物新品种的培育”部分，结合资料思考并回答学案问题。 “单倍体育种有哪些优点？突变体育种的原理是什么？突变体利用的优点、缺点是什么？ 在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？” ②展示玉米单倍体育种和彩色马铃薯诱变育种的案例，引导学生掌握单倍体育种流程图和利用植物组织培养技术构建突变体流程模型。 归纳总结，整理笔记 项目 单倍体育种 突变体的利用 原理 染色体变异和植物细胞的全能性 基因突变和植物细胞的全能性 优点 明显缩短育种年限 产生突变，大幅度改良某些性状 过程 花药离体培养→单倍体幼苗→人工诱导染色体数目加倍→纯合二倍体植株（以二倍体为例） 　　　　　　　 3.活动评价设计： 评价维度 分值 说明 内容完整性 4 展示内容是否涵盖所有关键步骤和要点 逻辑清晰度 2 展示内容是否逻辑清晰、易于理解 团队合作 2 小组成员是否分工明确、合作顺畅 表达能力 2 展示者是否表达流畅、语言准确 模型构建评价表 评价维度 分值 说明 设计合理性 4 模型设计是否符合技术流程的逻辑 创新性 2 模型是否体现创新思维和独特设计 细节呈现 4 模型是否清晰呈现关键步骤和技术要点 (设计意图:通过流程图分析和模型构建，帮助学生掌握作物新品种培育的关键步骤和技术要求。) 任务三、细胞产物的工厂化生产 1.教学任务：通过紫杉醇生产的案例，理解细胞产物工厂化生产的原理及优势。 2.教学实施 教师活动： ①展示红豆杉和紫杉醇的图片及资料，讲解紫杉醇的传统提取方式及其缺陷。 提问：紫杉醇属于哪种代谢物？生产中用到了哪些植物细胞工程技术？ ②紫杉醇生产涉及哪些细胞培养阶段？如何控制其代谢产物的积累？ 学生活动： 1 阅读资料并思考：“1.紫杉醇属于初生代谢物还是次生代谢物？ 2.紫杉醇的生产用到的植物细胞工程的技术手段是什么？ 在生产中通常要培养到什么阶段？为什么？3.细胞产物的工厂化生产具有哪些优势？”（答案：1.次生代谢物。2.植物组织培养技术、植物细胞培养技术；愈伤组织阶段；因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。3.细胞产物的工厂化生产对植物资源的破坏小，不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。） ②分组讨论工厂化生产的优势，并总结其在实际应用中的意义。 ③小组讨论，完成植物组织培养和植物细胞培养的比较表格，并分享讨论结果。 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 获得植物体 获得细胞产物 原理 植物细胞的全能性 细胞增殖 过程 应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等 3. 评价设计 根据学生的讨论结果和总结内容，评价其对细胞产物工厂化生产优势的掌握程度。 (设计意图: 通过案例分析和讨论，帮助学生理解细胞产物工厂化生产的实际应用价值，并培养其科学思维能力。） 评价反馈 完成学案中的当堂训练 课堂小结 布置作业 完成课后作业（30分钟）。 教学反思 本节课的教学设计以小组合作探究为中心，注重学生的自主学习与合作探究。在课堂上教师采用了问题引导、实验引领的方式展开教学。在整个教学过程中，充分发挥学生学习的主动性，鼓励他们大胆去探究、主动地获取知识，打造高效课堂。反思整堂课，主要在以下几方面做得较好：（1）学生能够较好地理解植物细胞工程的实际应用。（2）案例分析和模型构建等活动激发了学生的兴趣和参与度。本节课也有不足之处：（1）部分学生对突变体育种的原理理解不够深入。（2）模型构建环节需要更多时间进行指导和反馈。 板书设计 植物细胞工程的应用 一、植物繁殖的新途径 1. 快速繁殖：植物细胞的全能性 2. 脱毒技术：茎尖培养 二、作物新品种的培育 1. 单倍体育种：流程与优点 2. 突变体育种：原理与优缺点 三、细胞产物的工厂化生产 1. 紫杉醇生产：技术手段与优势 2. 工厂化生产的应用前景 备课资源 1.种植脱毒草莓前景广 脱毒草莓具有科技含量高、栽培容易、增产效果显著、周期短、没有风险和经济效益高等特点，是发展我国高效农业和绿色有机农业的首选经济作物。一般草莓目前由于普遍严重感染病毒病，果子变小，品质下降，畸形，叶子皱缩，生长缓慢，并逐年加重，每667平方米产值为2000元～3000元。而脱病毒草莓可达6000元以上，尤其是大棚脱毒草莓，每667平方米产值可达1.5万元～2万元，经济效益是一般草莓的10倍左右。 （1）草莓生产具有栽培容易、周期短和适应性广的优点 草莓是草本果品，一般从事农业和蔬菜生产的单位或农户均能立即转入草莓生产，当年就能产生效益。草莓对土壤和水肥条件的要求不高，栽培技术也比较简单，一般农户和果农均能很快掌握。草莓生产的劳动强度也不大，妇女和半劳力均可以胜任。草莓的适应性很广，全国各地都可以种植，且出现了不少高产典型。由于草莓是冬季和早春的首批上市水果，营养价值高，口味好，价格高，因此经济效益很高。 （2）草莓是国外最受欢迎的保健水果，具有不断增长的出口需求和发展前景 草莓被欧美国家誉为“水果皇后”，不仅含有比其他水果高10倍的维生素，而且果实中所含的鞣花酸具有抗癌效果，因此在欧美市场十分畅销，售价是苹果的5倍、葡萄的2倍，而且供不应求。日本、东南亚和欧美国家每年从我国进口上万吨速冻草莓，所以大力发展我国优质草莓生产，满足日益增长的出口需求将是利国富民的重要举措。 2.原生质体融合的方法 原生质体融合，可分自发融合和诱导融合两类。因自发融合的机率较低，故在处理过程中多采用许多不同的诱导融合方法，包括以下几种： 　 硝酸钠融合法 　 　 20世纪初，Kuster就发现机械法分离的洋葱质壁分离体在钠盐中得以重新融合。1970年，Power和Cocking创立了用硝酸钠（0.25mol/L）作为融合剂的离子诱导融合法，首次使燕麦和玉米的根尖原生质体融合。1972年，Carlson等以此为诱导剂，使两种烟草原生质体融合成功并首次再生出杂种植株。Cocking认为其诱导原理是钠离子能中和原生质体表面所带的阴电荷而促进了融合，但这种方法因诱导率较低（0.1%）而未被广泛采用。 　 高Ca2+—高pH融合法 　 1973年Keller和Melchers首次用高Ca2+（0.05mol/L）、高pH（pH 10.5）诱导烟草原生质体融合获得成功，诱导融合率为20%～50%。这是由于Ca2+能促进两种原生质体的结合，而高pH则能改变质膜的表面电荷性质，有利于融合。 　　 PEG融合法 　 高国楠和Michayluk于1974年创立了PEG（聚乙二醇）高聚分子的诱导融合技术，使原生质体融合率大幅度提高，特别是与高Ca2+—高pH融合法结合使用，可使融合率提高40%～50%，说明PEG是一种高效诱导融合剂。此外，它的最大优点是无特异性，甚至动植物界间的界限也可以打破。如使用得当，对原生质体也无伤害作用。Gleba等于1979年采用PEG法获得了烟草种间体细胞杂种植株。 　 电融合法 　 1979年Senda等发现用两个玻璃毛细管微电极可诱导原生质体融合，Vienken等（1981）用高强度的电场诱导原生质体融合，Yamada（1984）、Watts与King（1984）等设计并改进了电融合方法。由于电融合技术在融合过程中的各种参数易于控制，而且能显著提高异核体率，为此，电刺激融合为大家普遍接受，而且广泛采用。 多聚化合物法 　 1975年，Kanega用不同浓度的甘露醇处理烟草原生质体获得了20%以上的融合率；1978年，Nagata用聚乙烯醇（15%）+0.05mol/L氯化钙+0.3mol/L甘露醇组成的融合剂，成功地将烟草与大豆、烟草与萝卜等组成原生质体融合。此外，还有一些其他多聚合物也成功地用于融合原生质体。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$