高中生物 专题2 2.1.1 植物细胞工程的基本技术教案 新人教版选修3.doc

植物细胞工程的基本技术【教学目标】1、知识与技能（1）理解植物细胞的全能性；（2）说出实现细胞全能性的条件；（3）掌握植物组织培养的概念及原理；（4）简述植物组织培养流程。2、过程与方法（1）尝试自主学习和合作学习；（2）学会应用比较、归纳方法分析实验；（3）尝试进行实验设计及实验方案的写作。3、情感态度与价值观（1）参与小组合作交流，体验合作学习的乐趣；（2）认识生物科学的价值。【教学重点】1、植物细胞的全能性；2、植物组织培养的原理和过程。【教学难点】1、植物细胞的全能性；2、植物组织培养的原理和过程。【课时安排】2课时【教学过程】一、新课导入请大家欣赏屏幕上的图片。自然界中无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过种子播种或扦插的方式实现繁殖的。大家想一下，假如没有这两种方法，我们能不能也繁殖出大量的幼苗？【思考与交流】学生分组讨论，设想用不同的方法繁殖下一代。各小组选派代表陈述观点。学生的结论可能有较多，老师肯定学生合理的想法，借助生活实例（如：兰花的生产）引导得出结论：利用植物的一片叶子、一瓣花瓣，甚至一粒花粉，也可以得到千千万万的幼小植株（展示微型繁殖的菊花）。【问题思考】 为什么用菊花的花瓣就可以培育出一株完整的植株呢？带着这个问题我们来学习植物细胞工程的基本技术。二、新课学习老师启发学生回顾必修1 分子与细胞学习过的有关细胞的分化和细胞全能性的内容。老师介绍植物的发育：受精卵细胞分裂早期胚细胞分裂、分化不同的组织、器官（花、根、茎），以提问的方式由一个学生回答：什么是细胞分化。（个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和功能上发生稳定差异的过程，叫做细胞分化）。老师提示：菊花花瓣是已经高度分化的组织了，但其细胞都是来源于受精卵。引导同学得出菊花的花瓣可以培育出一株完整的植株的原因：花瓣每个细胞都含有像受精卵一样的全套遗传信息，都具有发育成完整个体的全部基因。从而总结出细胞全能性的概念及全能性的基础。1细胞全能性（1）概念：指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。（2）细胞全能性的基础：每个细胞都含有该物种特有的全套遗传信息，都具有发育成完整个体的全部基因。【提问】每个细胞都有全能性，但不同细胞的细胞全能性表达的难易程度是否相同？此问题由一个学生回答，老师加以引导补充。（3）细胞全能性程度：受精卵早期胚细胞生殖细胞体细胞；植物细胞动物细胞【提问】细胞全能性表达的难易程度跟细胞的分化程度有什么关系呢？此问题由另一个学生回答，老师加以引导，帮助其完成。师：受精卵，有没分化呢？ 生：没有。师：其分裂能力、全能性表达的难易程度如何呢？生：它的分裂能力强，全能性最易表达。师：那体细胞呢？ 生：它已经高度分化，其分裂能力弱，全能性最难表达。师生共同总结：一个细胞的分化程度越低，分裂能力越强，其全能性越易表达；一个细胞的分化程度越高，分裂能力越弱，其全能性越难表达。（4）对于体细胞来说，分化程度越低，分裂能力越强，全能性越易表达 注意：对于性细胞来说，虽已分化，但全能性也较易表达。【提问】：植物细胞具有全能性，植物体内细胞的全能性能不能表达出来呢？为什么？学生阅读课本p34页第一段，由学生回答问题，老师加以点评。答案:在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋 白质，分化成不同的细胞，构成生物体的不同组织器官,并不会表现出全能性。老师可举反面例子，强化此观点。假如植物体内细胞的全能性可以表达出来，我们校友楼前面的每棵木棉树上岂不是都可以长出千千万万棵小木棉。（5）生物体中细胞的全能性不能表达：这是基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果。老师总结：我们要注意，细胞全能性是细胞的一种潜在能力，这种能力只有在特定的环境中才能表现出来，而不是细胞在任何条件下都能发育成完整的个体。【过渡】：利用细胞的全能性，怎样把植物的一块组织培养成一株完整的植株呢？这就涉及到植物细胞工程中最基本的技术之一植物组织培养。下面我们就通过“胡萝卜的组织培养”实验来了解这一技术。2.植物组织培养技术（1）（课本p34页）：胡萝卜的组织培养课前布置学生预习了相关的实验原理、实验目的、材料用具、方法步骤等内容。老师提问并介绍实验原理、实验目的、材料用具、方法步骤等相关内容。实验原理：植物细胞的全能性实验目的：a尝试进行植物的组织培养b了解植物组织培养的基本原理材料用具（显示图片或提供实物观察）：胡萝卜根；经过灭菌的培养基（展示实物）（提供植物组织生长所需养分、激素等）；高温灭菌锅（对培养器皿、培养基、器械等进行高温灭菌）；超净工作台（能形成无菌的工作界面）；光照培养箱（提供组织培养过程所需的光照条件、温度）；药物：70%酒精，20%次氯酸钠（对组织进行消毒）。方法步骤a.将胡萝卜洗净,切段。用酒精棉球擦手消毒。b.在超净工作台上，胡萝卜消毒与洗涤(无菌水) 。c.吸干水分，切取有形成层部位1cm3左右的小块。【提问】：这是形成层，这些是我们切取的部位。为什么要切取含形成层部位附近的组织呢？老师介绍形成层细胞的特点，引导学生回忆刚刚学习的理论知识并回答：细胞全能性程度跟细胞的分化程度有的关系，得出答案：形成层细胞分裂能力最强，分化程度低，细胞全能性易表达。d.把胡萝卜组织块（外植体）接种到诱导培养基上,封盖瓶口,贴上标签。e.放在23-26恒温避光培养。4d后检查污染情况，14天后，观察其生长情况。展示胡萝卜接种的图片和生长后的图片，学生观察相关图片的特点。图片的细胞有何特点？老师从图片细胞结构、功能等方面加以引导，由学生观察并找出两者的区别，并总结出此过程的名称(脱分化)，以及新形成的组织名称(愈伤组织)。脱分化：让高度分化的细胞，失去原来特有的结构和功能，而转变成未分化细胞的过程，叫做脱分化。愈伤组织：离体组织或器官经脱分化后，形成具有分裂能力的无定形态的薄壁细胞，称为愈伤组织。f.一段时间后将生长良好的愈伤组织转接到分化培养基上，诱导生长发育。展示分化出芽和根的图片。【提问】：此过程愈伤组织有什么变化(愈伤组织长出了根和芽)，此过程的名称叫做什么呢？(再分化)。再分化：愈伤组织重新进行分化，产生植物的各种组织和器官（如：根、芽），进而形成完整的植株，这个过程叫做植物细胞的再分化。师：形成试管苗后便可移入大田栽种，形成正常植株。【思考与交流】你们能不能根据我们上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。学生之间进行相互的交流，老师请一位同学到黑板上写实验的流程简图，老师根据学生书写的情况进行点评。流程简图：植物材料消毒接种到诱导培养基诱导出愈伤组织愈伤组织接种到分化培养基上再分化出根、芽完整植株移栽到大田。老师展示实物（包括接种组织块、培养出愈伤组织、根分化、芽分化的实物），并作总结：胡萝卜组织块也是属于高度分化的组织，利用它来培育出新的植株，首先要通过细胞的脱分化过程，培养出愈伤组织，然后再从愈伤组织分化成小植株。在愈伤组织的形成，愈伤组织再分化的过程中，生长素、细胞分裂素及其比例起到了非常重要的作用。两者同时使用，用量比例相当时，能促进愈伤组织的生长；当生长素比细胞分裂素用量多时，有利于根的分化；当生长素比细胞分裂素用量少时，有利于芽的分化。当然使离体的植物器官、组织或细胞脱分化、再分化，要求的条件是十分严格的，整个实验过程必须无菌操作，要有适宜的培养条件，以及诱导其脱分化和再分化的培养基。【问题思考】通过学习胡萝卜的组织培养的过程，大家能否总结出实现细胞全能性的条件？ 学生思考并总结，由一位学生说出实现细胞全能性的条件。（2）实现细胞全能性的条件a离体（即组织、器官脱离原来所处位置）b一定的营养（大量元素、微量元素、有机物等）c激素（生长素、细胞分裂素等）d一定的外界环境条件（温度、光照、ph值等）【提问】：根据同学们对组织培养技术认识，那什么是植物组织培养呢？学生思考并与老师一起归纳。（3）植物组织培养：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。【思考与交流】（1）在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？学生分组讨论，并选代表进行交流，老师加以引导，并展示感染后的图片及实物，加深同学们对此过程的认识。提示：植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分,有利于培养物的生长,然而细菌等微生物同样也可以在上面迅速生长。一旦培养基被污染，迅速生长的各种杂菌在生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入细菌等微生物。 【科学探究】（课本p35）（2）在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请你思考一下，胡萝卜的其它部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？学生分组讨论，老师加以引导，分析，要求每一位同学选择任一胡萝卜的其它部分（如茎、叶、花），利用课外时间完成一份实验流程设计方案。提示：胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。让学生参考利用胡萝卜根进行组织培养的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、叶、花进行组织培养的实验流程。植物材料（茎/叶/花）消毒接种到诱导培养基诱导出愈伤组织愈伤组织接种到分化培养基上再分化出根、芽完整植株移栽到大田。三、课堂小结这节课主要学习了植物细胞的全能性和植物组织培养技术。植物细胞具有全能性，在无菌和人工控制条件下，离体的植物器官、组织、细胞可脱分化产生愈伤组织，愈伤组织可再分化形成根、丛芽，最终形成完整的植株。四、课堂练习某二倍体植物是杂合体，图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：（1）图中表示的是该花粉培养过程中的 过程，表示的是 过程，表示的是诱导 过程。（2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那一条途径主要取决于培养基成分中 的种类及其浓度配比，最后获得的来源于为成熟花粉的完整植株都称为 植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明为成熟花粉具有 。（3）对植株甲进行 ，才能使其结实产生后代（乙），否则植株甲只有通过 的方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是 植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为 种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为 种。花药培养在育种上的特殊意义是 ，从而开辟育种新途径。【板书设计】1细胞的全能性（1）概念：（2）基础：（3）全能性程度：（4）全能性与分化程度关系：（5） 生物体中细胞的全能性不能表达原因： （1）胡萝卜的组织培养原理目的材料用具方法步骤概念：脱分化 愈伤组织 再分化（3）概念： 离体营养激素外界环境条件（2）实现细胞全能性的条件2.植物组织培养技术【设计思路】 植物细胞工程的基本技术分两个课时完成。本课时主要讲述细胞的全能性、植物组织培养技术两方面的内容，第二课时介绍植物体细胞杂交技术并完成课后思考与探究。本节课首先通过与学生进行交流引出“为什么用菊花的花瓣就可以培育出一株完整的植株呢？”这一问题，由此导入对植物细胞全能性的学习。通过引导，加强学生对细胞全能性的基础、细胞全能性的程度、全能性与分化程度的关系、生物体中细胞的全能性不能表达原因的理解。以“胡萝卜的组织培养”实验为例，通过老师和部分学生组成的生物兴趣小组拍摄的照片及提供的实物，学习胡萝卜的组织培养的过程，学生通过合作学习，应用观察、比较等方法，归纳出脱分化、再分化、植物组织培养的概念，并总结出组织培养的流程、实现细胞全能性的条件。通过进一步的讨论，加深学生对组织培养技术的了解，最后通过练习检验学生知识掌握的情况。【教学反思】1. 成功之处（1）突出“倡导探究性学习”的理念。据本校教学实际,老师指导部分学生提前进行胡萝卜的组织培养实验探究，获取了实验数据、图片并制作出直观的教具（如：制作培养基；接种组织块；培养出愈伤组织、根分化、芽分化的实物等）,学生动手能力得到充分的锻炼,成果用于