植物细胞工程教学设计.docx
《植物细胞工程教学设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物细胞工程教学设计.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
植物细胞工程教学设计
教学设计－植物细胞工程
教学目标
1．知识方面
（1）细胞的全能性（理解）。
（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（知道）。
2．态度观念方面
（1）通过介绍植物组织培养技术发展简史。
植物体细胞杂交技术取得的进展和尚未解决的问题，激发学生探索生命科学奥秘的兴趣。
同时，使学生认识到随着人们视野的不断拓宽，认知的不断加深，科学技术呈现日新月异、日臻完善的发展趋势。
从而在学习过程中用发展的眼光看待问题，分析问题，不墨守陈规，不拘泥于原有知识的限制而勇于开拓，推陈出新。
（2）在植物细胞工程两大技术的学习过程中，渗透科学态度、科学方法和科学精神的养成教育。
3．能力方面
（1）在教学过程中，合理利用录像、软件等相关资料，培养学生的观察能力、思维能力以及整合、运用科学信息的能力。
（2）创设问题情境，在质疑、探究的学习过程中，培养学生独立思考，推理判断和创造性思维能力。
（3）通过联系农业生产实际，培养学生活学活用，理论联系实际的能力。
重点、难点分析
1．植物组织培养是本节的重点。
分析：
植物组织培养重点讲述植物组织培养技术和基本原理，即离体培养的植物细胞脱分化和再分化的过程。
其不仅在知识上对高二必修课中有关内容进行了深化和扩展，而且还为培育无病毒植株、制备人工种子、培养转基因植物以及植物体细胞杂交等提供技术支持。
同时，随着科学技术的不断进步，植物组织培养这门崭新的技术将日益普及和深入，成为现代农业生产中重要的技术手段。
2．植物体细胞杂交是本课的难点。
分析：
植物体细胞杂交是在植物组培技术的基础上，借助动物细胞融合的方法发展起来的一门新型生物技术。
这部分知识对于学生是全新的，加之与其有关的感性材料不多，因而给教学带来一定难度。
教学模式
自学——指导——启发——探究。
教学手段
实物材料。
录像。
软件。
课时安排
一课时。
设计思路
1．布置课前预习：
要求学生充分复习与本课有关的旧知识，预习新课，并对新知识的框架及层次结构有一个初步的认识。
2．从新旧知识联系入手，进一步深入学习细胞全能性理论，并在学习过程中，渗透对学生能力和方法的培养。
3．充分利用学生已有的知识积累，借助于多种直观教学手段，采用综合——分散——深化的教学方法，引导学生对植物组培知识进行比较广泛、深入的学习。
4．在学习植物体细胞杂交技术时，教师有意识地创设情境，提出渐进式问题，引导学生进行思维探索，并借助于计算机课件，对该技术进行由点及面的学习。
5．智能训练，实现知识的正向迁移。
重点提示
1．在本段教学中，应注意发挥教材的多功能性，深刻发掘教材的内涵，以知识学习为载体，强化学生多方面良好素质和能力的培养。
2．在教学过程中，教师应善于从教材内容和学生心理状态出发，精心设计有关问题，启发和引导学生积极思考，认真分析、追究问题的原因，寻求解决的方案。
对存在的疑难问题，教师要及时点拨、疏导和指导，激发学生积极地思维，大胆发表自己的见解，充分体现其主体作用，使学生掌握知识，锻炼能力，真正成为学习的主人。
3．注意恰当运用多媒体手段辅助教学，为学生提供丰富、生动的素材，加大课容量，提高教学质量。
第四章第二节细胞工程简介一植物细胞工程教学过程
一、课前预习，布置预习作业
1．请分别理出细胞全能性和植物组织培养的知识结构和层次。
2．对高二必修课中与上述两知识点有关的内容进行全面、充分地复习。
3．找出新旧知识之间的联系与区别。
问题导入：
1．结合基因工程成果与展望的有关知识，简述“超级细菌”的培育过程。
2．如果将三种假单孢杆菌与第四种假单孢杆菌融合或将其内的细胞器移入第四种假单孢杆菌体内，使之具有分解四种烃类化合物的功能。
这样的生物技术应属于何种生物工程？
教师启发：
从上述两种生物工程技术的异同点出发，总结出何谓细胞工程。
学生在教师的引导下，对知识信息进行分析、比较、概括等思维加工，得出相应的思维成果。
教师予以适当点拨，师生共同总结：
细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
采用问题法导入新课较以往的平铺直叙更能激发学生的学习兴趣，拨动其思维之弦，让他们以最佳的精神状态投入到学习活动中去。
通过谈话法导出植物组织培养的理论依据是细胞的全能性。
二、进行新课
（一）细胞的全能性。
问题情境：
预习中涉及的相关问题。
教师置疑：
投影显示质疑问题。
1．高二必修课中关于细胞全能性有哪些方面的阐述？
2．什么是细胞的全能性？
3．克隆羊“多莉”的诞生说明了什么？
4．生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？
5．为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体？
6．与必修课中有关内容相比，选修课在知识上有了进一步的深入和发展，具体体现在哪些方面？
多向释疑：
对于问题1、2，3、4：
通过认真的预习，借助已有的知识积累，学生不难做出正确的解释。
对于问题5：
教师启发学生将题目读懂弄透，对新旧知识进行必要的加工和整合，再得出结论。
师主释疑：
在生物体内，由于基因的选择性表达，细胞不能表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官。
当已分化的植物器官、组织或细胞脱离母体后，在一定的营养物质、激素等外界条件作用下分化形成愈伤组织（一种相对没有分化的细胞团），继而在植物激素等诱导下发生再分化，才能表达出全能性。
发育成完整植株。
对于问题6：
侧重于学法指导和学生能力的培养，属较开放议题，只要有理有据，不强求答案的整齐划一。
小结：
教师带领学生对以上知识点进行概括和梳理，使知识条理化，便于复习和记忆。
细胞全能性的典型范例便是植物组织培养，由此自然过渡到植物组织培养。
（二）植物组织培养。
问题情境：
1．放映植物组培的录像（发展史、技术过程、应用等）。
2．传看脱毒马铃薯组培苗实验材料。
3．用投影仪打出植物组培过程简图。
丰富、鲜活的感性材料为学生架起了新旧知识联系的桥梁。
在学生充分复习、认真预习的基础上，教师引导学生总结出植物组培的过程。
（见“板书设计”）
如果到此为止，学生虽抓住了知识的主干，但却错过了深化知识，发展智力等重要环节。
所以教师应适时提出启发性问题，引导学生进一步思维探索。
例如：
1.植物细胞表现出全能性的必要条件是什么？
2.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？
3.决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？
4.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？
在教师的启发下，学生对问题展开分析、讨论，并给予科学正确的解释。
教师做适度的知识扩展，使学生的思维空间得到自然延伸。
例如：
1．影响脱分化的一个重要因素是植物激素。
当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两者不同的浓度配比在再分过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。
当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；浓度比低时，有利于根的发生。
2．愈伤组织再分化过程应先诱导生芽，再诱导生根。
3．愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式两种。
教材和录像中介绍的均为不定芽方式，而后者需要在愈伤组织形成后，对其进行处理，形成分散的单个细胞，再诱导其分化出具有胚芽、胚轴、胚根的胚状体，进而发育成完整植株。
关于植物组培技术的应用，在录像及必修课教材中均有介绍，教师只要对学生容易忽略的问题予以点拨。
例如：
生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂时进行的是大规模的细胞培养而非组织培养，前者只需培养至愈伤组织即可，后者则需诱导产生完整的植物体。
另外，还可以鼓励学生就制造人工种子时，在胚状体和人工种皮之间添加何种胚乳成分展开设计，为学生创造广泛、自由的思维空间，培养学生多方向、多角度、多层次的发散思维能力。
（三）植物体细胞杂交。
问题情境：
20世纪60年代，有的科学家提出这样一个设想：
让番茄和马铃薯杂交，培育出一种地上结番茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。
提出问题：
如果要实现这一设想，你认为可以采用哪些方法？
教师鼓励学生自由联想，大胆迁移，使学生在最佳思维状态下进入下一学习环节。
教师明确：
植物体细胞杂交是用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新植牧体的方法（强调起止点）。
提出渐进式问题，引导学生进行思维探究，使学生在获取知识的同时，受到科学方法的训练和培养。
1．你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？
学生一般会想到应该是位于细胞外侧不具生命力的细胞壁。
2．有没有一种温和的去壁方法呢？
据已有的知识积累，学生可联想到酶有专一性，而细胞壁的主要成分是纤维索和果胶，所以用纤维素酶和果胶酶去壁将不会对其内的原生质体造成损伤。
3．如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一部该做何处理？
应该诱导其再生壁，才能成为完善的杂种细胞。
4．如何将杂种细胞培育成杂种植株？
学生可将植物组墙技术迁移运用于此问题的解决。
播放课件：
用植物体细胞杂交过程，把以上零散的知识串接起来，使知识条理化、系统化，便于学生的理解和掌握。
师生共同归纳植物体细胞杂交的过程。
（见“板书设计”）
教师点拨：
1．人工诱导原生质体融合有物理法和化学法两大类，物理法是利用离心、振动、电刺激促使原生质体的融合；化学法是用聚乙二醇（PEG）等试剂作为诱导剂诱导融合。
2．在细胞杂交过程中，除了形成AB型融合细胞外，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所需的杂种细胞。
因此，在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。
3．指出植物体细胞杂交过程中已取得的进展和尚未解决的问题，激发学生热爱生物科学的情感和探索生命科学奥秘的兴趣。
总结：
在学完三个知识点后，需引导学生清理知识问的脉络（例如：
细胞全能性是植物组培的理论基础，而植物组培又是植物体细胞杂交的技术环节之一），抓住主线，把零散的知识系统化，做到融会贯通。
智能训练：
出示“白菜—甘蓝”的投影照片。
设计方案：
白菜和甘蓝两种植物之间存在着生殖隔离，不能进行传统的有性杂交。
那么，如何才能获得如图这样的“白菜—甘蓝”植株呢？
抓住学生思维的兴奋点，促其联系实际解决问题，不仅巩固强化了所学知识，而且培养了学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力，实现知识的正向迁移。
植物细胞工程背景资料
1.植物细胞全能性的揭示
植物细胞的培养过程，一般先是从消毒的植物的根，茎或叶片上切取一些小块组织，然后将它们放在含有适当营养物质和生长调节物质（激素）的灭菌试管培养基上进行培养。
组织块切口处的细胞像在整体植株上一样，因创伤而发生脱分化，成为分裂的细胞，并且可以继续不断地进行分裂增殖，形成愈伤组织（一种相对没有分化的细胞团）。
通过营养物质和生物调节物质的适当配比，可以从这种愈伤组织诱导出芽和根的顶端分生组织，并可由此再生出新的植株。
这种愈伤组织培养物可以放在摇床上，通过试管液体悬浮培养分散成单细胞。
这种单细胞具有丰富的细胞质、小型的液泡和大的细胞核，具有胚性细胞的特征。
这种细胞在适宜的培养基中可发育成胚状体，然后再继续发育成植株。
这种从单个体细胞分裂、分化、发育成胚状体的过程，与受精卵分裂、分化和发育成胚的过程很相似。
通过细胞壁的水解酶——纤维素酶和果胶酶除去细胞壁，获得分离的原生质体，然后通过原生质体培养也可产生再生植株。
广泛的研究结果表明，几乎植物体上所有各部分的组织细胞，包括根、茎、叶，花药、子房及幼胚等，均可通过诱导出来的培养细胞再生新植株。
这些结果说明，植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性（totipotency）。
从这方面说，植物细胞的培养优于动物细胞。
然而，培养的植物细胞全能性的表达，在不同植物种类之间，甚至在同种植物的不同基因型之间都有很大的差别。
大量的试验结果表明，有些植物种类，如烟草、胡萝卜、番茄、矮牵牛，拟南芥、油菜、马铃薯、甘蔗等，它们的培养细胞很容易再生出新植株，并在继代培养中，能够长时期地保持其全能性的表达。
许多重要的农作物，诸如小麦、玉米、水稻、大豆、棉花等，它们中的一些品种或品系的培养细胞也能诱导出再生植株；但是。
它们许多品种的培养细胞却难以进行再分化；即使能表达的品系，在多次继代培养后，也会丧失其全能性的表达能力。
当然，这可能与我们人类现时的认识水平不够有关。
因此，除继续深入探讨全能性的表达条件外，在我们现时的试验研究中，选择一个好的，能获得全能性表达的基因型，对于达到预期成功的目标具有极为重要的意义。
2.细胞培养是研究植物发育的有效途径
我们知道，一团未分化的愈伤组织细胞可以在适当的培养条件下诱导分化出芽和根的分生组织，然后再继续发育成完整的植株。
单个的植物细胞在液体培养条件下，可以发生类似受精卵发育成胚的过程，从单细胞→细胞团→球形胚→心形胚→胚状体，然后再生出完整的小植株。
还有少数植物，如风信子，可以在愈伤组织的基础上直接发育出花器官。
这种器官发生和形态建成的过程是在试管培养中，主要是通过植物激素（生长调节物质）的配比平衡的调控来实现的。
如在培养基中加入适量的激动素（KT）和细胞分裂素（6—BA），可以诱导芽的分化；减少或去掉其他激素，加入适量的吲哚乙酸（1AA），则可诱导根的发生。
因此，可以通过细胞培养的途径来研究植物器官发生和形态建成的调控因素及其发育机制。
此外，研究者们还进行了植物雌性花器官的培养，子房的培养已经成功，胚囊的培养已取得进展。
这样，可以在试管中研究受精过程和受精卵的胚胎发育过程及其调控因素和机理，并且可以进行遗传工程的操作。
3．植物原生质体的培养与基因工程
植物细胞壁在植物的生活和生存中起着十分重要的作用，但是也给研究工作带来不少障碍和困难。
因此很早以来，人们就想除去细胞壁，获得无壁的原生质体。
这一愿望终于在20世纪60年代未和70年代初得到了实现。
现今，可以采用纤维素酶和果胶酶的混合液，在较高渗透压的条件下处理根尖、叶片组织。
培养的愈伤组织或悬浮培养细胞，使细胞壁被酶所消化，从而可获得大量的无壁球形原生质体，并可通过原生质体培养再生新的植株。
迄今，已经从不少植物种类的原生质体培养中，成功地获得了再生的植株，如胡萝卜、烟草、矮牵牛、拟南芥、油菜、玉米、水稻、豌豆、甘蔗、柑桔及狲猴桃等。
在原生质体培养的基础上，可以进行原生质体融合的体细胞杂交及基因工程的研究。
植物细胞工程是指通过特定的载体，如质粒、病毒，噬菌体或脂质体等，将外源遗传物质（DNA）引入受体——原生质体或细胞中，再通过细胞和原生质体培养，获得转基因植株，研究者们正试图利用此种途径和技术培育抗病虫害、抗干旱、盐碱、低温优质高产的作物新品种，此外，分离的原生质体及其培养，也为许多细胞生物学问题的研究提供了良好的实验体系。
4．植物细胞培养与应用研究
通过将外源遗传物质（DNA）导入培养细胞或原生质体，可以获得抗逆、高产及优质的转基因植株，这是植物细胞培养用于应用研究的一个方面。
此外，植物细胞培养还可用于其他一些应用研究。
例如：
①对那些能产生重要次生代谢产物（如某些中医药）的细胞系进行大量（罐）培养，实现这种产物的工业化生产。
②在常规杂交育种的基础上，通过花药（花粉）培养，进行单倍体育种。
③从培养的植物细胞再生出来的新植株表现出高度的遗传变异，这种现象称为“体细胞的无性系变异”。
可以从这些变异系中选择有益农艺性状的作物新类型。
④细胞突变体的诱变与筛选：
例如在培养基中加入不同浓度的NaCl，通过胁迫诱变和筛选抗盐突变体。
还可以向培养基中加入病原体的毒蛋白，以诱变和筛选抗病突变体。
为了改善作物品质，可以进行抗赖氨酸类似物的诱变与筛选，即在培养基中加入不同浓度的赖氨酸类似物，可以获得抗赖氨酸类似物突变体。
这种突变体中的赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的水平升高。
总之，借助植物的细胞培养，可以从多途径上用于作物的改良研究。
升级会员 