2.1.1植物细胞工程的基本技术教学设计-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 一 植物细胞工程的基本技术 教学分析 · 教学目标 1.通过引导学生观察和分析菊花组织培养不同阶段的图片，梳理植物组织培养的基本流程，并通过实验操作提升科学探究能力。（生命观念、科学思维、科学探究） 2.让学生通过分析植物体细胞杂交技术的要点，能构建植物体细胞杂交技术的概念和流程，认同植物体细胞杂交技术具有重要的应用价值。（生命观念、科学思维） 3.让学生探讨植物细胞工程在濒危植物保护、作物改良及资源节约中的应用，提升环保意识。（社会责任） · 教学重难点 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和过程 难点：菊花组织培养实验的操作步骤、无菌技术要求及影响再分化的关键因素。 · 教学方法 采用直观演示、实验探究、讨论交流等教学方法，结合PPT与视频资源，帮助学生理解关键概念。 · 课时安排 2课时 · 教学准备 多媒体、白板、学案、PPT等。 教学设计 导入新课 菊花在自然条件下只能在秋天开放，那么如何使它在其他季节也能大量、快速地繁殖呢？科学家利用植物组织培养技术解决了这一问题，我们一起来探究该技术的原理和应用。PPT展示学习目标，让学生阅读了解本节课学习目标。 (设计意图:由诗文导入,能激发学生的学习兴趣,同时引出本节课要解决的问题,效果较好。) 任务一、植物组织培养技术 活动1　自主阅读教材第34页第一段的内容，思考并完成下列问题。 1.教学任务：通过阅读教材内容，理解植物组织培养的基本原理，进一步分析离体植物细胞表现全能性的原因，体内植物细胞未表现全能性的原因，引起进一步探究学习的兴趣。 2.教学实施 教师活动：展示菊花茎段韧皮部的一些细胞进行离体培养的流程图，引导学生阅读教材第34页第一段内容，并提出下列问题。 ①这一科学实验证明了植物细胞具有什么特点？ ②上述菊花幼嫩的茎段细胞能发育成完整新植株的原因是？③菊花芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶的原因？ 答案：①全能性 ②含有发育成为完整个体所需的全部遗传信息 ③在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。 学生活动：学生自主阅读教材第34页第一段的内容，思考完成上面三个问题，小组讨论后，根据展示答案反思总结，整理笔记。 3.评价设计 根据学生的回答，评价其对植物细胞全能性的理解程度，检测学生是否掌握了植物组织培养的基本原理。 （设计意图：通过问题引导学生理解植物组织培养的核心概念，为后续学习奠定基础。） 活动2 自主阅读教材第35~37的内容，思考并讨论以下问题 1.教学任务：引导学生观看菊花组织培养的流程实验视频，分析菊花组织培养的流程图并探讨总结植物组织培养的流程、原理。 2.教学实施 教师活动：引导学生阅读教材第35~37的内容，观看菊花组织培养实验视频，展示菊花组织培养的流程图，引导学生完成学案中的问题。 2 下列菊花的组织培养流程图正确的排序是？答案：①②④⑤③ ②与叶肉细胞相比，图中的愈伤组织细胞不含有哪种细胞器？原因是什么？ 答案：不含有叶绿体；因为外植体经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞。因此，愈伤组织细胞中不含有叶绿体。 ③菊花的组织培养实验中为何要进行一系列的消毒、灭菌并要求无菌操作？ 答案：为了防止细菌、真菌等微生物的污染。培养物一旦受到微生物的污染，这些微生物就会与外植体争夺培养基中的营养物质，且其部分代谢产物对外植体有害，可能导致外植体死亡。 ④离体的植物细胞是如何启动细胞分裂、脱分化和再分化的？ 答案：在适宜的营养供给、适当比例的植物激素(主要为生长素和细胞分裂素)及其他适宜外界条件的诱导下，离体的植物细胞会启动细胞分裂、脱分化和再分化。 ⑤在植物组织培养的过程中，植物组织培养的不同阶段如何调控光照条件？为什么再分化需要特定的光照？ 答案：脱分化过程中一般不需要光照，但是再分化过程中需要给予适当时间和强度的光照。 ⑥设计一个实验，来验证诱导形成愈伤组织的生长素/细胞分裂素的最佳比例，请写出实验思路。 答案：选择生长状态一致的植物的茎尖，将其均分为多个实验组，每组施加不同比例的生长素和细胞分裂素，将各组外植体置于相同且适宜的培养条件下，观察并记录各组愈伤组织形成情况。 ⑦认真观察图中的实验结果，分析诱导生芽生根与什么因素有关？并完成表格。 生长素/细胞分裂素 植物组织的发育方向 高 有利于___的分化，抑制___的形成 低 有利于___的分化，抑制___的形成 适中 促进______的形成 答案：植物激素 生长素/细胞分裂素 植物组织的发育方向 高 有利于根的分化，抑制芽的形成 低 有利于芽的分化，抑制根的形成 适中 促进愈伤组织的形成 植物激素的种类及配比 学生活动：学生阅读教材第35~37的内容，观看菊花组织培养实验视频，观察流程图并结合教材知识完成学案问题，小组讨论后展示答案，总结绘制植物组织培养技术流程图。 外植体愈伤组织芽、根等―→试管苗完整植株。 3.评价设计 评价项目 标准 分值 完整性 流程图涵盖了外植体、愈伤组织、脱分化、再分化等所有步骤 5 逻辑性 流程图从左到右依次展示各步骤，顺序合理，符合实际操作流程 3 清晰度 图表设计简洁明了，文字说明清晰易懂，便于学生理解和记忆 2 （设计意图：通过流程图分析和实验条件探讨，帮助学生掌握植物组织培养的关键步骤和技术要求。） 任务二、植物体细胞杂交技术 以我国首批“太空娃娃”导入，激发学生学习兴趣。 阅读教材第36~38“植物体细胞杂交技术”部分，思考并回答学案问题。 1.教学任务：理解植物体细胞杂交技术的流程、原理、意义。 2.教学实施 教师活动：展示植物体细胞杂交技术流程图，引导学生阅读教材第36~38 “植物体细胞杂交技术”部分内容，引导学生完成学案问题。 ①图中过程①②④⑤分别是什么？②应在_________(填“低渗”或“等渗”)溶液中获得原生质体时，理由是？③将若干a和b等量混合后，经过程②得到的细胞类型有几种？若只考虑两两融合，则融合细胞有哪几种？④从结果上看，杂种植株最终为几倍体？杂种植株一定能表现出两种亲本的优良性状吗？为什么？ 答案：①去除细胞壁 诱导原生质体融合 脱分化 再分化 聚乙二醇(PEG)融合法高Ca2+—高pH融合法 ②等渗 低渗溶液中原生质体易吸水涨破 ③细胞类型有3种，即未融合的细胞、两两融合的细胞和多细胞融合体，其中两两融合的细胞为aa、bb和ab。 ④异源四倍体。不一定，杂种植株具有两种亲本的遗传物质，但生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，故其不一定能表现出两种亲本的优良性状。 学生活动：学生观察流程图并结合教材知识回答学案中的问题，小组讨论后展示，根据展示的答案再总结归纳。 3.评价设计 根据学生对学案中的问题的回答和总结，评估其对体细胞杂交流程的理解。 （设计意图：通过流程图分析，帮助学生掌握植物体细胞杂交的关键技术和步骤。） 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组织培养和体细胞杂交的基本原理。（2）通过流程图分析和问题讨论，学生对实验条件和技术细节有了更深入的认识。本节课也有不足之处：实验设计部分学生的参与度较低，需加强互动。 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 1.原理：植物细胞的全能性。 2.条件：①离体；②适宜的营养；③植物激素。 3.菊花的组织培养实验。 4.流程：外植体愈伤组织芽、根等―→试管苗完整植株 二、植物体细胞杂交技术 1.原理：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。 2.步骤：去壁―→原生质体融合―→杂种细胞―→杂种植株 3.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 备课资源 1.愈伤组织 愈伤组织原指植物体的局部受到创伤刺激后，在伤口表面新生的组织。它由活的薄壁细胞组成，可起源于植物体任何器官内各种组织的活细胞。 在植物体的创伤部分，愈伤组织可帮助伤口愈合；在嫁接中，可促使砧木与接穗愈合，并由新生的维管组织使砧木和接穗沟通；在扦插中，伤口愈伤组织可分化出不定根或不定芽，进而形成完整植株。在植物器官、组织或细胞离体培养时，条件适宜也可以长出愈伤组织，其发生过程是：外植体中的活细胞经诱导，恢复其潜在的全能性，转变为分生细胞，进而形成愈伤组织，愈伤组织在一定条件下可进一步诱导器官再生而形成植株；在单倍体育种中，花粉产生的愈伤组织或胚状体分化成单倍体植株。故愈伤组织的概念已不局限于植物体创伤部分的新生组织了。 在植物组织培养中，从一块外植体形成典型的愈伤组织，大致要经历三个时期：启动期、分裂期和形成期。启动期指细胞准备进行分裂的时期，外源植物激素对诱导细胞开始分裂有较好的效果，通常使用比例为1:1的细胞分裂素和生长素来诱导外植体形成愈伤组织。分裂期是指外植体细胞经过诱导以后脱分化，不断分裂产生子细胞的过程。分裂期愈伤组织的特点是：细胞分裂快，结构疏松，颜色浅而透明。分化期是指在分裂的末期，细胞内开始出现一系列形态和生理上的变化，从而使愈伤组织内产生不同形态和功能的细胞，这些细胞类型有薄壁细胞、分生细胞、色素细胞、纤维细胞等。外植体的细胞经过启动、分裂和分化等一系列变化，形成了无序结构的愈伤组织。如果在原来的培养基上继续培养愈伤组织，培养基中营养物质不足或有毒代谢物的积累，会导致愈伤组织停止生长，甚至老化变黑，最终死亡。如果要让愈伤组织继续生长增殖，必须定期地（2～4个星期）将它们分成小块接种到新鲜的培养基上，这样愈伤组织就可以长期保持旺盛地生长。 在离体培养中，细胞在特定条件的诱导下会进入脱分化，经持续分裂形成细胞团，进一步发展成为不受亲本植株影响的愈伤组织。除茎尖分生组织培养和一部分器官培养以外，其他几种培养形式都要先形成愈伤组织，再由愈伤组织进一步形成再生植株。愈伤组织还常常是悬浮培养的细胞和原生质体，因此愈伤组织培养具有多种用途：一方面可研究植物生长发育及分化的机制、遗传变异规律，对植物遗传育种具有特殊意义；另一方面可用于细胞产物的大规模工厂化生产，或用于细胞培养筛选工业、农业、医药生产上有用的无性系，或作为原生质体培养中原生质体的来源等。实践证明，愈伤组织培养不仅是一种植物快速繁殖的新手段，同时也是植物改良、种质保存和有用化合物生产的理想途径。 2.植物激素在植物组织培养中对脱分化和再分化的影响 大量研究表明：在调节控制脱分化和再分化的过程中，除了植物材料本身的特性以及营养、光照、温度等条件外，植物激素起着十分重要的作用，其中影响最显著的是生长素和细胞分裂素。植物组织培养中常用的生长素类有吲哚乙酸（IAA）、萘乙酸（NAA）、2,4二氯苯氧乙酸（2,4-D）等；细胞分裂素类有激动素（KT）、6-苄基氨基嘌呤（6-BA）、玉米素（ZT）等。 通常，在外植体经脱分化形成愈伤组织的过程中，生长素和细胞分裂素是必要的。由于植物种类及所取部位的不同，诱导其形成愈伤组织所需的激素浓度和组合不同。双子叶植物一般采用生长素/细胞分裂素较高的配方；单子叶植物的细胞分裂则要求较高的生长素浓度，但对细胞分裂素无明显反应。在大多数情况下，只用2,4-D就可以成功地诱导外植体形成愈伤组织。 在再分化的过程中，激素的种类和浓度对愈伤组织的再生方式和器官发生的类型可产生不同的影响。例如，在矮牵牛茎、叶组织切块的培养中，用同一浓度（1mg/L）不同种类的生长素(IAA、NAA、2,4-D)处理，可得到不同的结构。IAA只引起愈伤组织的有限生长；NAA可引起根的大量形成；2,4-D则促进愈伤组织产生，培养两周后还有胚状体发生。用2,4-D作进一步浓度实验，发现0.1~0.5mg/L浓度的2,4-D，可诱导植物材料形成胚状体，提高2,4-D的浓度（2mg/L），可促进愈伤组织生长，但抑制胚状体形成。 生长素，特别是2,4-D是控制体细胞胚状体发生的重要因素。2,4-D对促进胚状体的发生虽有良好效果，但对胚状体的形成和发育有抑制倾向。所以，为了促进培养物分化，应及时除去或减少培养基中的2,4-D。 激素的调控作用不但取决于激素的种类和浓度，而且还取决于激素相互之间的配比和绝对用量。50年代，F.Skoog和C.O.Miller在烟草茎髓愈伤组织中发现激动素/生长素的比例高时，利于芽的分化；比例低时，利于根的分化；两者比例适中时，愈伤组织占优势。有大量的实验结果表明，激动素/生长素的比例控制器官发生的这种模式，在组织培养中（特别对双子叶植物的器官发生）具有较普遍意义，但激素之间的配比控制器官发生的类型还受激素绝对用量的影响。例如，在番茄叶愈伤组织培养中，用2mg/L IAA+2mg/L KT可促进根的形成；而促进茎和芽形成时，只能用4mg/L IAA+4mg/L KT。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$