高中人教版 (2019)一 植物细胞工程的基本技术教学设计

“植物细胞工程的基本技术”  教学设计

【教材分析】

“植物细胞工程的基本技术”这一节内容隶属于人教版高中生物学《选择性必修3·生物技术与工程》第二章第一节的内容，是“细胞工程”一章的第一节第一小节内容，依次介绍了细胞的全能性、植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术3个方面的内容。其中植物细胞的全能性是植物组织培养技术的理论基础，而植物体细胞杂交也是以植物组织培养技术为基础的，植物组织培养技术是植物细胞工程中最基本的技术。

【学情分析】

由于植物微型繁殖技术的迅速发展，学生已经或多或少见识过“试管苗”“组培苗”等词语，学生已经学习了必修一细胞的结构与功能、细胞的分化和细胞的全能性，但对这些知识的实际应用还有些陌生。

【教学目标】

1．知识方面：

（1）细胞的全能性。

（2）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．情感态度方面：

（1）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。

（2）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的唯物主义世界观和人生观。

3．能力方面：

（1）合理利用图像、资料等多媒体课件，培养学生的观察能力、分析应用能力和整合信息的综合能力。

（2）创设问题，在质疑、探究中培养学生独立思考、推理判断和创造性思维能力。

（3）通过联系生产生活实际，培养学生理论联系实际的能力。

【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

【教学过程】

1、新课导入

教师活动：创设情境，导入新课。作为广东的学生都比较熟悉花市，教师课利用课件展示花市上一些美丽兰花的图片，引导学生朗读程樊的《咏怀》，感受兰花的气节。提出问题：兰花高洁典雅，而兰花在自然条件下繁殖慢，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？

学生活动：朗读诗句，体会兰花的观赏价值高，象征寓意好。意识到自然繁殖困难，结合课本内容回答：可以利用植物组织培养技术快速繁殖兰花。

设计意图：联系生活和文学中的实例，创设问题情境，导入新课。

2、新课讲授

一、植物细胞工程的基本技术

教师活动：让学生阅读课本，并提出以下问题，引导学生分析和讨论：

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.     生物体内所有细胞都能表现出全能性吗？-分别介绍体现全能性和不体现全能性的实例。
5.     为什么有些细胞不能表现全能性？-在特定时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。

学生活动：通过阅读课本和分析，逐步认识到植物组织培养的基本原理是植物细胞具有全能性。细胞具有全能性的根本原因是生物体的每个细胞都包含该物种所特有的全套遗传物质。

设计意图：由浅入深，层层递进，使学生逐渐理解植物组织培养的原理，回顾全能性的知识，温故知新。

二、植物组织培养技术

教师活动：以菊花的组织培养实验为例，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，促进他们理解和掌握相关概念。

根据实验步骤一步一步讲解，并提出相关问题引起学生思考。

1、外植体制备：什么是外植体？为什么外植体要消毒？怎么消毒？整个实验过程为什么都要在无菌操作下完成？

2、培养愈伤组织：什么是愈伤组织？形态如何？怎么形成的？诱导愈伤组织需要什么条件？

3、愈伤组织再分化产生芽和根：再分化需要什么培养条件？植物激素的种类和比例对愈伤组织的分化结果有何影响？如何运用植物激素来诱导愈伤组织形成幼苗？

4、移栽试管苗

5、从整个实验总结出植物细胞表现全能性需要哪些条件？

学生活动：通过阅读课本和老师的讲解，经过分析和讨论认识到，在一定的培养条件下，已经分化的细胞可以启动细胞分裂、脱分化和再分化；植物激素中主要是生长素和细胞分裂素的比例对愈伤组织再分化的结果产生影响。

设计意图：使学生完全理解植物组织培养的规程和每一步操作的目的，为他们进行植物组织培养实践打下基础。

三、植物体细胞杂交技术

教师活动：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。

并通过课件，随植物体细胞杂交过程图的展示，引出一系列问题，引起学生思考：

1.     利用传统有性杂交的方法能培育出番茄马铃薯吗？什么是植物体细胞杂交技术？
2.     原生质体制备：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？什么是原生质体？原生质体和原生质层有什么区别？
3.     原生质体融合：诱导融合的方法有哪些？融合的过程体现了细胞膜的什么特性？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.     细胞壁的再生：植物体细胞杂交完成的标志是什么？
5.     得到杂种细胞后再如何操作才能得到杂种植株？
6.     植物体细胞杂交技术有什么意义与缺点？

学生活动：听教师的讲解。思考、回答教师提出的问题，认识到：细胞壁会阻碍细胞融合，所以需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。原生质体需要在一些物理或化学的方法的帮助下诱导融合，融合后的杂交体细胞还需经过植物组织培养技术才能形成杂种植物。进而充分理解体细胞杂交的流程和意义。

设计意图：通过流程梳理主我体细胞杂交技术的流程，帮助学生形成对植物体细胞融合技术的整体认识通过问题来引导学生把握该技术的要点，提高学习效率。

【板书设计】

【作业设计】

课前作业：学生提前预习本节内容，查阅植物细胞工程的相关资料。

课中作业：完成探究实践和小组讨论。

课后作业：

1. 下列有关植物组织培养的叙述错误的是( )

A. 植物组织培养过程中要注意细胞分裂素和生长素的适宜比例
B. 用纤维素酶和果胶酶处理获得的植物细胞原生质体失去了全能性
C. 同种植物的不同基因型个体的细胞全能性表达程度会大不相同
D. 同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因可能不同

2. 下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述正确的是（   ）
   植株

A. ②和③阶段会发生减数分裂
B. ①阶段和③阶段所用的培养基相同
C. ①阶段有细胞增殖但无细胞分化
D. 此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体

3. 传统的人工繁殖兰花的方法是分株繁殖和用种子播种，随着科学技术的进步，人们开始采用“组织培养繁殖兰花”，如图所示。

（1）植物组织培养是在无菌和人工培养条件下，将________的植物组织、器官、细胞，培养在人工配制的________上，诱导其产生________、丛芽，最终发育成完整植株的过程。

（2）兰花的叶肉细胞之所以能培养为新个体，是因为细胞中含有________，具有发育成完整个体的潜能，这种潜能叫________。

（3）请用简单的文字和箭头，绘出①②③④之间的关系________________________。

（4）有人想到利用植物体细胞杂交技术解决兰花生根速度慢、幼苗生存能力弱的好办法，但操作后得到的“韭菜—兰花”，并没有预想中的“繁殖容易，香气浓郁”，可能的原因是________。

4. 如图是“白菜—甘蓝”的培育过程示意图，据图回答以下问题：

(1)为了得到原生质体需先用________和________来处理白菜细胞和甘蓝细胞。

(2)诱导原生质体融合的方法有多种，常用的物理方法有_________等，原生质体融合完成的标志是____________。

(3)通常情况下，白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的，原因是_____________________________________。

植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比，其优点是

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

1.【答案】B

【解析】

A.植物组织培养过程中细胞分裂素和生长素的比例不同，愈伤组织分化的方向也不同，A正确；
B.用纤维素酶和果胶酶处理获得的植物细胞原生质体保留了细胞的全能性，B错误；
C.因遗传组成差异，同种植物的不同基因型个体的细胞全能性表达程度会大不相同，C正确；
D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因可能不同，如花药壁细胞和花粉细胞经培养获得的愈伤组织基因组成不同，D正确。

2.【答案】C

【解析】

A.在植物组织培养过程中涉及有丝分裂，没有减数分裂，A错误；
B.①阶段和②阶段培养基需要加入细胞分裂素和生长素，而③阶段不需要，B错误；
C.植物组织培养技术包括脱分化和再分化两个阶段，过程①是脱分化，有细胞增殖但无细胞分化，②是再分化， C正确；
D.由花药离体培养获得的是单倍体植株，D错误。

3.【答案】

（1）离体；培养基；愈伤组织　
（2）本物种发育所需的全部遗传信息；全能性　
（3）组织细胞愈伤组织胚状体　
（4）两个物种之间的基因相互影响，导致某些基因无法正常表达

【解析】

（1）植物组织培养是在无菌和人工培养条件下，将离体的植物组织、器官、细胞，培养在人工配制的培养基上，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终发育成完整植株的过程。
（2）兰花的叶肉细胞之所以能培养为新个体，是因为细胞中含有本物种发育所需的全部遗传信息，具有发育成完整个体的潜能，这种潜能叫细胞全能性。
（3）依据植物组织培养的过程，①②③④之间的关系为：组织细胞愈伤组织胚状体。
（4）“韭菜—兰花”经植物体细胞杂交后并没有预想中的“繁殖容易，香气浓郁”，可能的原因是两个物种之间的基因相互影响，导致某些基因无法正常表达。

4.【答案】　(1)纤维素酶　果胶酶　(2)离心法、电融合法　杂种细胞再生出新的细胞壁　(3)存在生殖隔离　能够打破生殖隔离，克服远缘杂交障碍，培育出作物新品种

【解析】(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，可采用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。(2)诱导原生质体融合的方法包括：物理方法(离心法、电融合法等)和化学方法(聚乙二醇融合法、高Ca2＋—高pH融合法等)；原生质体融合完成的标志是杂种细胞再生出新的细胞壁。(3)通常情况下，由于白菜和甘蓝之间存在生殖隔离，因此白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的；植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比，其优点是能够打破生殖隔离，克服远缘杂交障碍，培育出作物新品种。