第2章細(xì)胞工程第1節(jié)植物細(xì)胞工程一植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)教學(xué)分析教學(xué)分析教學(xué)目標(biāo)1.通過引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析菊花組織培養(yǎng)不同階段的圖片，梳理植物組織培養(yǎng)的基本流程，并通過實驗操作提升科學(xué)探究能力。（生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究）2.讓學(xué)生通過分析植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的要點，能構(gòu)建植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的概念和流程，認(rèn)同植物體細(xì)胞雜交技術(shù)具有重要的應(yīng)用價值。（生命觀念、科學(xué)思維）3.讓學(xué)生探討植物細(xì)胞工程在瀕危植物保護(hù)、作物改良及資源節(jié)約中的應(yīng)用，提升環(huán)保意識。（社會責(zé)任）教學(xué)重難點重點：1.植物組織培養(yǎng)的原理和過程2.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的原理和過程難點：菊花組織培養(yǎng)實驗的操作步驟、無菌技術(shù)要求及影響再分化的關(guān)鍵因素。教學(xué)方法采用直觀演示、實驗探究、討論交流等教學(xué)方法，結(jié)合PPT與視頻資源，幫助學(xué)生理解關(guān)鍵概念。課時安排2課時教學(xué)準(zhǔn)備多媒體、白板、學(xué)案、PPT等。教學(xué)教學(xué)設(shè)計導(dǎo)入新課菊花在自然條件下只能在秋天開放，那么如何使它在其他季節(jié)也能大量、快速地繁殖呢？科學(xué)家利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)解決了這一問題，我們一起來探究該技術(shù)的原理和應(yīng)用。PPT展示學(xué)習(xí)目標(biāo)，讓學(xué)生閱讀了解本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)。(設(shè)計意圖:由詩文導(dǎo)入,能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時引出本節(jié)課要解決的問題,效果較好。)任務(wù)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)活動1自主閱讀教材第34頁第一段的內(nèi)容，思考并完成下列問題。1.教學(xué)任務(wù)：通過閱讀教材內(nèi)容，理解植物組織培養(yǎng)的基本原理，進(jìn)一步分析離體植物細(xì)胞表現(xiàn)全能性的原因，體內(nèi)植物細(xì)胞未表現(xiàn)全能性的原因，引起進(jìn)一步探究學(xué)習(xí)的興趣。2.教學(xué)實施教師活動：展示菊花莖段韌皮部的一些細(xì)胞進(jìn)行離體培養(yǎng)的流程圖，引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材第34頁第一段內(nèi)容，并提出下列問題。①這一科學(xué)實驗證明了植物細(xì)胞具有什么特點？②上述菊花幼嫩的莖段細(xì)胞能發(fā)育成完整新植株的原因是？③菊花芽原基的細(xì)胞只能發(fā)育為芽，葉原基的細(xì)胞只能發(fā)育為葉的原因？答案：①全能性②含有發(fā)育成為完整個體所需的全部遺傳信息③在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會選擇性地表達(dá)。學(xué)生活動：學(xué)生自主閱讀教材第34頁第一段的內(nèi)容，思考完成上面三個問題，小組討論后，根據(jù)展示答案反思總結(jié)，整理筆記。3.評價設(shè)計根據(jù)學(xué)生的回答，評價其對植物細(xì)胞全能性的理解程度，檢測學(xué)生是否掌握了植物組織培養(yǎng)的基本原理。（設(shè)計意圖：通過問題引導(dǎo)學(xué)生理解植物組織培養(yǎng)的核心概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。）活動2自主閱讀教材第35~37的內(nèi)容，思考并討論以下問題1.教學(xué)任務(wù)：引導(dǎo)學(xué)生觀看菊花組織培養(yǎng)的流程實驗視頻，分析菊花組織培養(yǎng)的流程圖并探討總結(jié)植物組織培養(yǎng)的流程、原理。2.教學(xué)實施教師活動：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材第35~37的內(nèi)容，觀看菊花組織培養(yǎng)實驗視頻，展示菊花組織培養(yǎng)的流程圖，引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)案中的問題。下列菊花的組織培養(yǎng)流程圖正確的排序是？答案：①②④⑤③②與葉肉細(xì)胞相比，圖中的愈傷組織細(xì)胞不含有哪種細(xì)胞器？原因是什么？答案：不含有葉綠體；因為外植體經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞。因此，愈傷組織細(xì)胞中不含有葉綠體。③菊花的組織培養(yǎng)實驗中為何要進(jìn)行一系列的消毒、滅菌并要求無菌操作？答案：為了防止細(xì)菌、真菌等微生物的污染。培養(yǎng)物一旦受到微生物的污染，這些微生物就會與外植體爭奪培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)，且其部分代謝產(chǎn)物對外植體有害，可能導(dǎo)致外植體死亡。④離體的植物細(xì)胞是如何啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的？答案：在適宜的營養(yǎng)供給、適當(dāng)比例的植物激素(主要為生長素和細(xì)胞分裂素)及其他適宜外界條件的誘導(dǎo)下，離體的植物細(xì)胞會啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化。⑤在植物組織培養(yǎng)的過程中，植物組織培養(yǎng)的不同階段如何調(diào)控光照條件？為什么再分化需要特定的光照？答案：脫分化過程中一般不需要光照，但是再分化過程中需要給予適當(dāng)時間和強度的光照。⑥設(shè)計一個實驗，來驗證誘導(dǎo)形成愈傷組織的生長素/細(xì)胞分裂素的最佳比例，請寫出實驗思路。答案：選擇生長狀態(tài)一致的植物的莖尖，將其均分為多個實驗組，每組施加不同比例的生長素和細(xì)胞分裂素，將各組外植體置于相同且適宜的培養(yǎng)條件下，觀察并記錄各組愈傷組織形成情況。⑦認(rèn)真觀察圖中的實驗結(jié)果，分析誘導(dǎo)生芽生根與什么因素有關(guān)？并完成表格。生長素/細(xì)胞分裂素植物組織的發(fā)育方向高有利于___的分化，抑制___的形成低有利于___的分化，抑制___的形成適中促進(jìn)______的形成答案：植物激素生長素/細(xì)胞分裂素植物組織的發(fā)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，抑制根的形成適中促進(jìn)愈傷組織的形成植物激素的種類及配比學(xué)生活動：學(xué)生閱讀教材第35~37的內(nèi)容，觀看菊花組織培養(yǎng)實驗視頻，觀察流程圖并結(jié)合教材知識完成學(xué)案問題，小組討論后展示答案，總結(jié)繪制植物組織培養(yǎng)技術(shù)流程圖。外植體eq\o(→,\s\up7(脫分化))愈傷組織eq\o(→,\s\up7(再分化))芽、根等→試管苗eq\o(→,\s\up7(馴化移栽))完整植株。3.評價設(shè)計評價項目標(biāo)準(zhǔn)分值完整性流程圖涵蓋了外植體、愈傷組織、脫分化、再分化等所有步驟5邏輯性流程圖從左到右依次展示各步驟，順序合理，符合實際操作流程3清晰度圖表設(shè)計簡潔明了，文字說明清晰易懂，便于學(xué)生理解和記憶2（設(shè)計意圖：通過流程圖分析和實驗條件探討，幫助學(xué)生掌握植物組織培養(yǎng)的關(guān)鍵步驟和技術(shù)要求。）任務(wù)二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)以我國首批“太空娃娃”導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。閱讀教材第36~38“植物體細(xì)胞雜交技術(shù)”部分，思考并回答學(xué)案問題。1.教學(xué)任務(wù)：理解植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的流程、原理、意義。2.教學(xué)實施教師活動：展示植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程圖，引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材第36~38“植物體細(xì)胞雜交技術(shù)”部分內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)案問題。①圖中過程①②④⑤分別是什么？②應(yīng)在_________(填“低滲”或“等滲”)溶液中獲得原生質(zhì)體時，理由是？③將若干a和b等量混合后，經(jīng)過程②得到的細(xì)胞類型有幾種？若只考慮兩兩融合，則融合細(xì)胞有哪幾種？④從結(jié)果上看，雜種植株最終為幾倍體？雜種植株一定能表現(xiàn)出兩種親本的優(yōu)良性狀嗎？為什么？答案：①去除細(xì)胞壁誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合脫分化再分化聚乙二醇(PEG)融合法高Ca2+—高pH融合法②等滲低滲溶液中原生質(zhì)體易吸水漲破③細(xì)胞類型有3種，即未融合的細(xì)胞、兩兩融合的細(xì)胞和多細(xì)胞融合體，其中兩兩融合的細(xì)胞為aa、bb和ab。④異源四倍體。不一定，雜種植株具有兩種親本的遺傳物質(zhì)，但生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，故其不一定能表現(xiàn)出兩種親本的優(yōu)良性狀。學(xué)生活動：學(xué)生觀察流程圖并結(jié)合教材知識回答學(xué)案中的問題，小組討論后展示，根據(jù)展示的答案再總結(jié)歸納。3.評價設(shè)計根據(jù)學(xué)生對學(xué)案中的問題的回答和總結(jié)，評估其對體細(xì)胞雜交流程的理解。（設(shè)計意圖：通過流程圖分析，幫助學(xué)生掌握植物體細(xì)胞雜交的關(guān)鍵技術(shù)和步驟。）評價反饋評價反饋完成學(xué)案中的當(dāng)堂訓(xùn)練課堂小結(jié)課堂小結(jié)布置作業(yè)布置作業(yè)完成課后作業(yè)（30分鐘）。教學(xué)反思教學(xué)反思本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計以小組合作探究為中心，注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與合作探究。在課堂上教師采用了問題引導(dǎo)、實驗引領(lǐng)的方式展開教學(xué)。在整個教學(xué)過程中，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，鼓勵他們大膽去探究、主動地獲取知識，打造高效課堂。反思整堂課，主要在以下幾方面做得較好：（1）學(xué)生能夠較好地理解植物組織培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交的基本原理。（2）通過流程圖分析和問題討論，學(xué)生對實驗條件和技術(shù)細(xì)節(jié)有了更深入的認(rèn)識。本節(jié)課也有不足之處：實驗設(shè)計部分學(xué)生的參與度較低，需加強互動。板書設(shè)計板書設(shè)計第1節(jié)植物細(xì)胞工程一植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.原理：植物細(xì)胞的全能性。2.條件：①離體；②適宜的營養(yǎng)；③植物激素。3.菊花的組織培養(yǎng)實驗。4.流程：外植體eq\o(→,\s\up7(脫分化))愈傷組織eq\o(→,\s\up7(再分化))芽、根等→試管苗eq\o(→,\s\up7(馴化移栽))完整植株二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.原理：細(xì)胞膜的流動性和植物細(xì)胞的全能性。2.步驟：去壁→原生質(zhì)體融合→雜種細(xì)胞→雜種植株3.意義：打破生殖隔離，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種。備課資源備課資源1.愈傷組織愈傷組織原指植物體的局部受到創(chuàng)傷刺激后，在傷口表面新生的組織。它由活的薄壁細(xì)胞組成，可起源于植物體任何器官內(nèi)各種組織的活細(xì)胞。在植物體的創(chuàng)傷部分，愈傷組織可幫助傷口愈合；在嫁接中，可促使砧木與接穗愈合，并由新生的維管組織使砧木和接穗溝通；在扦插中，傷口愈傷組織可分化出不定根或不定芽，進(jìn)而形成完整植株。在植物器官、組織或細(xì)胞離體培養(yǎng)時，條件適宜也可以長出愈傷組織，其發(fā)生過程是：外植體中的活細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)，恢復(fù)其潛在的全能性，轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚?xì)胞，進(jìn)而形成愈傷組織，愈傷組織在一定條件下可進(jìn)一步誘導(dǎo)器官再生而形成植株；在單倍體育種中，花粉產(chǎn)生的愈傷組織或胚狀體分化成單倍體植株。故愈傷組織的概念已不局限于植物體創(chuàng)傷部分的新生組織了。在植物組織培養(yǎng)中，從一塊外植體形成典型的愈傷組織，大致要經(jīng)歷三個時期：啟動期、分裂期和形成期。啟動期指細(xì)胞準(zhǔn)備進(jìn)行分裂的時期，外源植物激素對誘導(dǎo)細(xì)胞開始分裂有較好的效果，通常使用比例為1:1的細(xì)胞分裂素和生長素來誘導(dǎo)外植體形成愈傷組織。分裂期是指外植體細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)以后脫分化，不斷分裂產(chǎn)生子細(xì)胞的過程。分裂期愈傷組織的特點是：細(xì)胞分裂快，結(jié)構(gòu)疏松，顏色淺而透明。分化期是指在分裂的末期，細(xì)胞內(nèi)開始出現(xiàn)一系列形態(tài)和生理上的變化，從而使愈傷組織內(nèi)產(chǎn)生不同形態(tài)和功能的細(xì)胞，這些細(xì)胞類型有薄壁細(xì)胞、分生細(xì)胞、色素細(xì)胞、纖維細(xì)胞等。外植體的細(xì)胞經(jīng)過啟動、分裂和分化等一系列變化，形成了無序結(jié)構(gòu)的愈傷組織。如果在原來的培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)愈傷組織，培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)不足或有毒代謝物的積累，會導(dǎo)致愈傷組織停止生長，甚至老化變黑，最終死亡。如果要讓愈傷組織繼續(xù)生長增殖，必須定期地（2～4個星期）將它們分成小塊接種到新鮮的培養(yǎng)基上，這樣愈傷組織就可以長期保持旺盛地生長。在離體培養(yǎng)中，細(xì)胞在特定條件的誘導(dǎo)下會進(jìn)入脫分化，經(jīng)持續(xù)分裂形成細(xì)胞團(tuán)，進(jìn)一步發(fā)展成為不受親本植株影響的愈傷組織。除莖尖分生組織培養(yǎng)和一部分器官培養(yǎng)以外，其他幾種培養(yǎng)形式都要先形成愈傷組織，再由愈傷組織進(jìn)一步形成再生植株。愈傷組織還常常是懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞和原生質(zhì)體，因此愈傷組織培養(yǎng)具有多種用途：一方面可研究植物生長發(fā)育及分化的機制、遺傳變異規(guī)律，對植物遺傳育種具有特殊意義；另一方面可用于細(xì)胞產(chǎn)物的大規(guī)模工廠化生產(chǎn)，或用于細(xì)胞培養(yǎng)篩選工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥生產(chǎn)上有用的無性系，或作為原生質(zhì)體培養(yǎng)中原生質(zhì)體的來源等。實踐證明，愈傷組織培養(yǎng)不僅是一種植物快速繁殖的新手段，同時也是植物改良、種質(zhì)保存和有用化合物生產(chǎn)的理想途徑。2.植物激素在植物組織培養(yǎng)中對脫分化和再分化的影響大量研究表明：在調(diào)節(jié)控制脫分化和再分化的過程中，除了植物材料本身的特性以及營養(yǎng)、光照、溫度等條件外，植物激素起著十分重要的作用，其中影響最顯著的是生長素和細(xì)胞分裂素。植物組織培養(yǎng)中常用的生長素類有吲哚乙酸（IAA）、萘乙酸（NAA）、2,4二氯苯氧乙酸（2,4D）等；細(xì)胞分裂素類有激動素（KT）、6芐基氨基嘌呤（6BA）、玉米素（ZT）等。通常，在外植體經(jīng)脫分化形成愈傷組織的過程中，生長素和細(xì)胞分裂素是必要的。由于植物種類及所取部位的不同，誘導(dǎo)其形成愈傷組織所需的激素濃度和組合不同。雙子葉植物一般采用生長素/細(xì)胞分裂素較高的配方；單子葉植物的細(xì)胞分裂則要求較高的生長素濃度，但對細(xì)胞分裂素?zé)o明顯反應(yīng)。在大多數(shù)情況下，只用2,4D就可以成功地誘導(dǎo)外植體形成愈傷組織。在再分化的過程中，激素的種類和濃度對愈傷組織的再生方式和器官發(fā)生的類型可產(chǎn)生不同的影響。例如，在矮牽牛莖、葉組織切塊的培養(yǎng)中，用同一濃度（1mg/L）不同種類的生長素(IAA、NAA、2,4D)處理，可得到不同的結(jié)構(gòu)。IAA只引起愈傷組織的有限生長；NAA可引起根的大量形成；2,4D則促進(jìn)愈傷組織產(chǎn)生，培養(yǎng)兩周后還有胚狀體發(fā)生。用2,4D作進(jìn)一步濃度實驗，發(fā)現(xiàn)0.1~0.5mg/L濃度的2,4D，可誘導(dǎo)植物材料形成胚狀體，提高2,4D的濃度（2mg/L），可促進(jìn)愈傷組織生長，但抑制胚狀體形成。生長素，特別是2,4D是控制體細(xì)胞胚狀體發(fā)生的重要因素。2,4D對促進(jìn)胚狀體的發(fā)生雖有良好效果，但對胚狀體的形成和發(fā)育有抑制傾向。所以，為了促進(jìn)培養(yǎng)物分化，應(yīng)及時除去或減少培養(yǎng)基中的2,4D。激素的調(diào)控作用不但取決于激素的種類