高中生物《植物细胞工程的基本技术》教案6 新人教版选修3Word文件下载.docx

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优点

缺点

诱变育种

基因突变

提高生物变异的频率，使后代变异频率较快稳定；

可大幅度改良某些性状，缩短育种进程

盲目性大，需大量处理供试材料

杂交育种

基因重组

使位于不同个体的优良性状，集中于一个个体

周期长，难以克服远缘杂交的障碍

单倍体育种

染色体变异

获得个体均为纯种，明显缩短育种年限

技术复杂，须与杂交育种配合

多倍体育种

器官大，提高产量和营养成分

适用于植物，动物方面难以开展

基因工程育种

分子遗传学原理

打破物种界限，定向地改造生物遗传性状

细胞工程育种

细胞生物学和分子生物学原理

克服远缘杂交不亲和的障碍；

扩大了用于杂交的亲本组合范围；

定向改变生物遗传性状

不能按人们的需要表现出亲代的优良性状

五、例题分析

例1、有关细胞全能性的叙述，不正确的是（）

A、受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高

B、生物体内细胞由于细胞分化，全能性不能表达

C、卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高

D、植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性

例2、在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（）

A、消毒灭菌B、适宜的温度

C、充足的阳光D、适宜的养料和激素

例3、如图为两个种间植物细胞融合和再生植株示意图。

请据图回答：

（一～八表示各主要步骤）

（1）从步骤一到步骤二是植物细胞形成的

阶段，其关键技术是。

（2）从步骤二到步骤三一般要用作为促融剂。

（3）步骤四为过程。

（4）在形成再生植株的过程中与组织培养有相似之处的

步骤是，理由是。

（5）步骤八表示选择体细胞杂种植株，杂种植株在形态

上表现为，其根本原因是

____________。

（6）该项研究解决了育种过程中的什么问题？

例4、将基因型为AA和aa的两个植株杂交，得到F1再作进一步处理，如图

请分析回答：

（1）乙植株的基因型是，属于倍体。

（2）用乙植株的花粉直接培育成的后代属于倍体，其基因型及比例是。

（3）丙植株的体细胞中含有个染色体组。

六、课堂巩固

（一）选择：

1、细胞全能性是指（）

A、生物体内的细胞具有的形成完整个体的特性

B、生物体的细胞具有细胞膜、细胞质和细胞核

C、生物体的细胞能完成各种生理活动的特性D、生物体的细胞具有形成完整个体的潜能

2、下列细胞的全能性最高的是（）

A、植物的卵细胞B、植物的精子C、被子植物的受精卵D、被子植物的叶肉细胞

3、植物体细胞融合完成的标志是（）

A、产生新的细胞壁B、细胞膜发生融合C、细胞质发生融合D、细胞核发生融合

4、将一粒花粉培育成幼苗，将它的茎尖用秋水仙素处理，长大后该植物正常开花结果。

与该植株染色体数目不相同的是（）

A、根细胞B、叶细胞C、茎细胞D、子房壁细胞

5、与传统的有性杂交法相比，植物体细胞杂交的最大优点是（）

A、可使两个亲本的优良性状组合到一起B、可以克服远缘杂交不亲和的障碍

C、可以培育出高产性状明显的新品种D、可以降低生成成本，提高接济效益

6、植物体细胞杂交的过程实质是（）

A、细胞质融合的过程B、细胞核融合的过程

C、细胞膜融合的过程D、细胞原生质体融合的过程

7、愈伤组织是一类（）

A、高度液泡化、呈无定型状态的薄壁细胞B、排列紧密的细胞壁

C、具有小泡的薄壁细胞D、性状规则的一群细胞

8、用植物组织培养技术，可以培育出或生产出（）

A、食品添加剂B、无病毒植物C、人工种子D、A,B,C均是

9、用杂合种子尽快获得纯合子植株的方法是（）

A、种植→F1→选出不分离者→纯合子B、种植→秋水仙素处理→纯合子

C、种植→生长素处理→纯合子

D、种植→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→纯合子

10、在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器是（）

A、叶绿体、高尔基体B、线粒体、高尔基体

C、叶绿体、线粒体D、线粒体、内质网

二、填空

11、下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：

（1）步骤①是去掉，使植物细胞成为，最常用的方法是。

（2）步骤②一般常用的化学试剂是，目的是。

（3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是　，其中步骤④相当于，步骤⑤相当于。

（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使两株植物的性状能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是　　　。

（5）从理论上讲，杂种植株的育性为。

若运用传统有性杂交方法能否实现？

　　　　因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于　　　　。

（6）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？

为什么？

12、基因型为AaBb的水稻（24条染色体）的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下培养形成试管苗。

（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成中，必须从培养基中获得和小分子有机物等营养物质。

（2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有　　　和两类激素。

（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和茎。

这一过程中必须给予光照，其原因是：

①　　　　　　　　　　　

②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（4）试管苗的细胞核中含有个DNA分子。

（5）培养成的试管苗可能出现的基因型有。

如果要获得育种需要的植株，并能繁殖新品种，后面的育种步骤是　　　　　　　　　　　。

13、植物的组织培养技术以及植物的无土栽培在农业生产中具有广阔的应用前景，请分析：

（1）用于组织培养的培养液和无土栽培时所用的营养液相比，最大的差别是前者（）

A、无需含有必须的矿质元素B、必须含有机物

C、不一定含有植物激素D、浓度必须小于细胞液浓度

（2）组织培养技术不能直接用于（）

A、快速繁殖B、培育无病毒植株

C、植物产品的工厂化生产D、培养抗病菌植株

（3）用组织培养技术繁殖植物体时，不可能发生的是（）

A、基因重组B、基因突变C、染色体变异D、染色体分离

14、

（1）植物细胞培养和植物体细胞杂交技术的理论基础是______________________。

（2）人工种子是利用植物组织培养技术，诱导离体的植物组织形成具有______________能

力的胚状结构，再包裹上________________而制成。

15、下面所列过程是植物组织培养的简略过程。

请据此回答：

①→脱分化→②→再分化→③→④

（1）①表示，它能被培养成④的根本原因是。

（2）②表示，它的细胞特点是，它的颜色特点是。

（3）若想制造人工种子，应选择（写编号）。

（4）若①是花药，则④是，这项技术可用在上。

（5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜色是，这说明根尖细胞。

2.1植物细胞工程

例1、C、

例2、C、

例3、答案：

原生质体细胞壁的去除聚乙二醇（PEG）原生质体融合六---七都形成

愈伤组织，转移愈伤组织到新的培养基培养成杂种植株的过程同时具有有两个亲本的特性具有双亲细胞的全部遗传物质远缘杂交不亲和的问题

例4、答案：

AAaa四单1：

4：

1三

DCAABDADDB

11、答案；

细胞壁原生质体酶解法聚乙二醇诱导原生质体融合组织培养脱分化再分化杂种细胞具有两个亲本的遗传物质可育不能克服远缘杂交不亲和的障碍不遵循，因为没有经过减数分裂产生配子的过程，只是原有体细胞内遗传物质的的融合，而非有性生殖过程

12、答案：

水、无机盐细胞分裂素生长素叶绿素的形成需要光试管苗生长发育所需营养来自叶绿体利用光能制造有机物12ABAbAbab用一定浓度的秋水仙素处理组织培养获得的幼苗

13、BDA

14、答案：

离体的植物器官、组织、细胞植物细胞全能性愈伤组织细胞排列疏松，高度液泡化无定形状态色浅　　　③单倍体植株单倍体育种绿色含有表达叶绿体的基因

2019-2020年高中生物《植物细胞工程的实际应用》教案2新人教版选修3

一、教学目标

1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。

2.列举植物细胞工程的实际应用。

3.尝试进行植物组织培养。

二、教学重点和难点

1.教学重点

（1）植物组织培养的原理和过程。

（2）植物体细胞杂交的原理。

（3）植物细胞工程应用的实例。

2.教学难点植物组织培养的实验。

三、教学策略

本节教材内容对学生来说，虽说在必修模块中学了一些细胞的知识，但仍然是一个新的领域，学习起来有一定的困难。

教师可采用讲授为主结合讨论的方法进行教学。

具体建议如下。

在细胞的全能性及细胞分化的实质、植物组织培养技术这部分内容的教学中，首先可用教材上的菊花图引入本节的标题，同时提出一个问题──为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？

以引入本节课的第一个问题──细胞的全能性及分化。

关于细胞的全能性和细胞分化这部分内容，因为学生在必修模块中学过，所以可以提问的方式让学生回顾，教师再根据学生的回答情况按教材上的内容进行讲解。

然后再通过“怎样把植物的一个花瓣培育成完整的植株”这个问题引入本节课的重点及难点问题──植物组织培养技术。

教材这部分的内容是通过实验“胡萝卜的组织培养”来进行讨论和总结的，应当尽量创造条件完成这个实验。

在不具备完成该实验条件的学校，可以带领学生参观组培实验室，或让学生观看植物组织培养技术的录像片。

同时结合教材的讨论题进行教学，还可再补充两个问题：

（1）离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整植物体？

（2）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？

在植物体细胞杂交技术及植物繁殖的新途径的教学中，首先可通过教材上的番茄—马铃薯实例引入，让学生思考20世纪60年代，一些科学家提出这样一个设想：

让番茄与马铃薯杂交，培育出地上结番茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。

如果要实现这一设想，你认为可以采用哪些方法？

这样一来一下子就把学生吸引到本节课要解决的问题──植物体细胞杂交技术上。

随后让学生分析植物体细胞杂交技术的概念，再根据此概念，结合学生原有的植物细胞结构特点、酶的特性及新学习的植物组织培养技术的知识来回答下述问题：

（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？

（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？

（3）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？

（4）如何将杂种细胞培育成杂种植株？

与学生一起讨论后，再按教材上的植物体细胞杂交技术流程图进行总结，重点讲解以下内容。

①流程图中为了简化，仅画了一个马铃薯的原生质体与一个番茄的原生质体之间的融合，可真正在实际操作过程中，是把许多马铃薯的原生质体和许多番茄的原生质体放在一起，让它们自由融合，再从中筛选出所需的杂种细胞。

②由于不同种的细胞其细胞膜的特点不一样，如不作任何处理，把它们放在一起，让它们自然融合是不可能的，所以原生质体间的融合必须要人工诱导。

最后要特别强调植物体细胞杂交技术的意义，以及植物体细胞杂交已取得的进展和尚未解决的问题，使学生认同科学是一个不断发展的过程，激发学生探索生命科学奥秘的兴趣及勇于质疑的科学精神。

在植物繁殖新途径的教学中，首先可由植物组织培养技术引入，让学生回忆植物组织培养技术的基本原理和过程，思考利用这项技术能做哪些工作？

再逐一讲解微型繁殖技术、作物脱毒及人工种子。

微型繁殖技术的特点教师需从教材中提炼出来：

①繁殖速度快；

②“高保真”（因为是无性繁殖）；

③不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。

关于植物组织培养的其他应用，应当参照教材的思路，先介绍生产实践中遇到的问题，说明社会生产的实际需要，再介绍科技人员是如何应用植物组织培养技术解决这些问题的。

例如，关于在作物脱毒中的应用，应当先介绍长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，而植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。

这样进行教学，一是能够让学生更好地理解先进技术的应用价值，二是能够调动学生的学习兴趣，三是有利于培养学生分析问题、解决问题的能力。

在细胞产物的工厂化生产的教学中，尽管此内容是植物组织培养技术在另一方面的重要应用，但由于学生对此内容易于理解，所以教师可先让学生阅读教材，再结合资料分析，师生共同讨论资料分析中的讨论题。

四、答案和提示

2.1.1植物细胞工程的基本技术

（一）思考与探究

1.为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？

提示：

1978年，梅尔彻斯（Melchers）等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种。

他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯番茄”。

像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。

其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”，但是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。

到目前为止“马铃薯—番茄”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视。

至于马铃薯—番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：

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，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。

2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物──眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：

动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？

如果理论上可行，请设计出具体实验方案。

根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的。

具体的实验方案可以设计如下：

（二）正文中讨论题

【实验胡萝卜的组织培养】

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？

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，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。

培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌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地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。

2.在本实验中，切取胡萝卜块根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。

请思考一下，胡萝卜的其他部分（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？

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。

可以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。

3.请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。

2.1.2植物细胞工程的实际应用

1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。

a.拯救濒危植物；

b.提供食品制作的原料；

c.利用愈伤组织进行转基因操作。

2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。

诱导植物愈伤组织↓体细胞胚的诱导↓体细胞胚的成熟↓体细胞胚的机械化包裹贮藏或种植

3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。

花药花粉细胞培养愈伤组织分化出小植物单倍体植株正常植株

1.人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？

植物“微型”繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势。

工厂化大规模育苗生产正是利用了植物“微型”繁殖技术的这两方面优势。

利用植物“微型”繁殖技术我们可以在短时间中获得大量的优质种苗。

2.人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想它们具有哪些优点？

人工种子的优点：

（1）天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变；

天然种子在生产上受季节限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次。

而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。

（2）试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。

人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。

3.人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工种皮中应该具有的有效成分是什么？

为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？

针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。

为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。

4.高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。

以“我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”为题，与同学展开讨论，说出植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。

可以利用植物组织培养技术来大量生产紫杉醇。

现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大量生产紫杉醇。

国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆杉属的11种植物现都在进行组织培养。

ESCAgenetics公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的2～5倍。

国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。

现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。