2.1.1 植物细胞工程的基本技术 教案 高中生物新人教版选择性必修3（2022-2023学年）

/index2.1.1植物细胞工程的基本技术一、教学目标1.说出植物细胞工程的基本原理。2.通过对菊花组织培养不同时期的材料进行观察和排序，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。3.通过分析植物体细胞杂交技术的要点，阐明植物体细胞杂交技术的流程和概念，认同植物体细胞杂交技术具有重要的应用价值。4.通过菊花组织培养的实验操作，进一步掌握植物组织培养技术。二、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.教学难点植物组织培养的实验。三、教学过程细胞工程的概念阐述：指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。植物细胞工程的发展历程：【本节聚焦】1.植物细胞工程的理论基础是什么？2.什么是植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术？3.怎样进行菊花的组织培养？【导入】从社会中来：“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xūn）风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！”这是我国历史上第一部兰谱——《金漳（zhānɡ）兰谱》（宋·赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。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？提示：植物组织培养技术【一、植物细胞工程的基本技术】植物组织培养技术植物体细胞杂交技术植物细胞工程的理论基础是什么？答：细胞的全能性【细胞的全能性】1.全能性定义：细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。2.具有全能性的原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。3.体现全能性的标志：细胞→完整个体或其他各种细胞实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株受精卵发育成个体（动植物）蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株4.不体现全能性的实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶5.不体现全能性的原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达6.全能性大小的比较：随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。【二、植物组织培养技术】1.概念：指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。2.理论基础：植物细胞的全能性3.一般过程：见课件【相关概念】脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞，进而形成愈伤组织的过程。愈伤组织：不定形的薄壁组织团块。再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。适宜的培养条件：（1）离体状态（2）无菌操作（3）种类齐全、比例适合的营养物质（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）{探究•实践}菊花的组织培养①外植体的消毒流水冲洗→酒精消毒30s→无菌水清洗2～3次→次氯酸钠溶液处理30min→无菌水清洗2～3次。②外植体的切段将消过毒的外植体置于无菌培养皿中→用无菌滤纸吸去表面的水分→用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。③接种外植体在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！（将“形态学上端”朝上，下端朝下）④诱导愈伤组织培养基及培养条件：激素比例1：1、置于黑暗、提供有机碳源（蔗糖）⑤诱导生芽生根生芽过程：生长素比例少、有机营养、不需光照；生根过程：生长素比例多、无机营养、需光照。⑥移栽移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。视频演示：菊花的组织培养结果分析与评价1.接种3~4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。提示：培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。2.从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？提示：两周左右3.培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？提示：生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h，掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。4.进一步探究若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？提示：①空白对照：不加任何激素；②实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；③实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；④实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。【三、植物体细胞杂交技术】欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？提示：不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离。1.过程【相关提醒】（1）去除细胞壁①去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）。②方法：酶解法。③相关酶：纤维素酶和果胶酶。*为什么用上述酶？提示：植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成*酶解法利用了原理？提示：酶的专一性*纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？提示：使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常（2）原生质体间的融合理论基础：细胞膜具有流动性方法：物理方法：电融合法、离心法化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法（3）细胞融合完成的标志*：融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞验证再生出新壁的实验：质壁分离和质壁分离复原实验思考：1、参与此过程中的主要细胞器是？（高尔基体）2、杂种细胞的染色体数是多少？（两亲本染色体数之和）3、杂种细胞染色体组数是多少？（两亲本染色体组数之和）4、融合后，培养基中有几种类型的细胞？（①未融合的细胞：A、B②两两融合的细胞：AA、BB、AB③多细胞融合体）总结：植物体细胞杂交技术1.概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。2.融合实例：3.理论基础：细胞膜的流动性和细胞全能性4.步骤说明：1）酶解法去壁：纤维素酶和果胶酶2）理化法促融：物理法和化学法3）融合的原生质体再生出细胞壁为杂种细胞，可诱导形成愈伤组织5.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。【课堂小结】【练习与应用】一、概念检测1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（A）A.进行a处理时能用胰蛋白酶B.b是诱导融合后得到的杂种细胞C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？提示：纤维素酶和果胶酶二、拓展应用"番茄—马铃薯"杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什