高中生物教学提纲植物细胞工程的基本技术.docx
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高中生物教学提纲植物细胞工程的基本技术
植物细胞工程的基本技术
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。
情感态度和价值观
体验植物组织培养技术
能力方面
尝试植物组织培养技术
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。
四、教学过程
教学过程
1、课前预习，布置预习作业
2、创设情境引入新课
3、学习新课植物细胞工程的基本技
术
（1）细胞的全能性
a定义
b原因
c植物细胞表现出全能性的必要条件
教学过程
（2）植物细胞工程的基本技术
细胞脱分化
a概念
b实质
c结果
教学过程
植物细胞工程的基本技术的流程图
脱分化处理的必要
（3）植物体细胞杂交技术
植物体细胞杂交技术概念
教学过程
过程1
去除细胞壁
过程2诱导原生质体融合
a是关键环节
b人工诱导方法:
物理：
离心.振动.
电激。
化学:
聚乙二醇（PFG）作诱导剂
c植物体细胞杂交技术的流程图
植物体细胞杂交技术的意义
4、总结新学知识
5、布置作业
教学内容
生：
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．对高一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。
师：
引导学生观看专题的首页的三幅图，题图的愚意是表明细胞工程是在细胞水平的操作，它包含植物细胞工程和动物细胞工程等方面。
在章引言中通过列举细胞工程的应用，把学生带进细胞工程的科技领域。
引导学生总结细胞工程的概念。
师：
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，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，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。
根据操作对象的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。
师：
为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？
生：
细胞的全能性
师：
对，是细胞的全能性，我们一起把细胞的全能性知识复习起来
师：
投影显示质疑问题。
1、什么是细胞的全能性？
表现全能性的条件？
2、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？
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？
对于问题4：
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
2、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？
生：
细胞的全能性：
师：
何为细胞的全能性？
生：
已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。
师：
为什么已分化的细胞仍然具有发育
教学内容
成完整个体的潜能
生：
原因：
生物体的每一个细胞都含有本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。
师：
回答得很好
师：
植物细胞表现出全能性的必要条件是什么？
生：
植物细胞表现出全能性的必要条件：
离体、提供营养物质、激素及其他适宜条件。
3、克隆羊“多莉”的诞生说明了什么？
师：
动物细胞随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，分化潜能变窄，这是指整体细胞而言。
（细胞核，它含有保持物种遗传性所需的全套基因，而且并没有因细胞分化而丢失基因，因此高度分化细胞的细胞核仍具有全能性）
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？
师：
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。
师：
如何把植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？
生：
植物细胞工程的基本技术
生：
概括其过程：
离体的植物器官，组织或细胞脱分化形成愈伤组织，再分化根、芽，最终形成植物
师：
脱分化的概念是什么？
师：
脱分化的概念：
分化的细胞经诱导后，失去特有的结构功能转变成末分化的细胞的过实程。
实质：
是恢复细胞的全能性的过程（脱去细胞分化）
师：
脱分化的结果是什么？
生：
形成愈伤组织
师：
下面学生根据植物细胞工程的基本技术的过程讨论书本上的讨论
生：
回答书本讨论1，2，3
生：
讨论题1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
教学内容
致培养物迅速死亡。
师：
回答很好
生：
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。
师生一起：
完成完成植物细胞工程的基本技术的流程图
师：
1、离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体？
2、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？
生：
1、不能，因为细胞已经分化，失去了分裂能力。
师：
植物激素的种类和比例。
特别是生长素和细胞分裂素的协同调控作用在组培中非常重要，被称为“激素杠杆”。
师生一起归纳：
植物细胞培养的概念：
无菌和在人工控制的条件下将体的植
物器官组织．细胞，培养在人工配制的培养基上，给予一定的培养，诱导产生愈伤组织，芽丛，最终形成完整的植株．它植物是细胞工程的主要技术
师：
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。
这就要用到植物体细胞杂交技术。
师生：
植物体细胞杂交技术的概念
师：
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
教学内容
么？
生：
去除细胞壁
师：
2.有没有一种温和的去细胞壁的方法？
生：
有,用酶，纤维素酶和果胶酶去细胞壁
师：
补充：
酶有专一性，而细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，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。
师：
（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？
生：
植物组织培养，培育成新的植物体
师：
以上就是植物体细胞杂交技术的第一个关键步骤，过程二关键步骤如何？
师：
细胞壁去除之后，另一个关键关键环节就是原生质体融合，而把原生质体的放在一起会自然融合吗？
生：
必须要一定的技术进行人工诱导。
师：
人工诱导方法有哪些？
生：
人工诱导的方法物理法：
离心.振动.电激。
化学:
聚乙二醇（PFG）作诱导剂
师生：
师：
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。
师：
植物体细胞杂交技术的意义如何？
生：
克服远源杂交不亲和的障碍，培育出自然界中没有的、具有优良品质的新品种
师生：
成果：
白菜-甘蓝等
书后思考与探究
教学手段和方法
学生复习旧的知识
显示三幅图，教师按图讲解，以引入新课，课件显示本节课的标题2.1．1植物细胞工程的基
本技术。
提出问题，引出细胞的全能性的复习
课件显示问题，学生思考
启发学生回答问题
学生一一回答问题
教学手段和方法
这个内容学生回答不全，教师补充
这个内容学生回答不全，教师补充
学生观看植物细胞工程的基本技术的录象片胡萝卜的组织培养，教师引导
学生概括其过程，教师给以引导
新的概念，教师阐明
学生讨论书本上的讨论题
学生归纳
教学手段和方法
师生一起完成植物细胞工程的基本技术的流程图解
进一步提出问题学生讨论
学生回答
第二个问题教师点拔
师生一起归纳植物细胞培养的概念
设置情境引出新的知识
师生一起学习重点概念
教学手段和方法
学生阅读书本回答问题
教师补充
多媒体展示电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合
师生共同总结植物体细胞杂交技术的流程图
植物体细胞杂交技术流程图进行总结说明
师生共同找出成果
学生为主，教师引导
学生完成，下节课由学生回答
预期目标
复习旧知识，为学习新的知识奠定基础。
使直白的教学内容变得有思维力度。
复习旧知识，为学习新的知识奠定基础。
预期目标
细胞的全能性的相应知识回忆
分清植物细胞全能性与动物全能性的不同
使学生体验到科学是一个探究过程，从而解决难点
学生掌握概念
把本节课的难点植物细胞工程的基本技术的过程分解成问题讨论解决
预期目标
培养学生的总结能力，使学生体验到科学是一个探究过程，
使学生把握关键知识
归纳重点概念
自然过度到植物体细胞杂交技术的内容
利于后面知识的理解
预期目标
培养学生的阅读能力及解决问题的能力
解决技术的第一个关键步骤
自然转入第二个过程的学习
学生体验科学技术是不断发展的过程
体现知识的准确运用
培养思维的广阔性
学生明确这节知识结构，掌握重难点
经典例题剖析
1.下列属于组织培养的是：
A.花粉培养成单倍体植株
B.芽发育成枝条
C.根尖分生区发育成成熟区
D.未受精的卵发育成植株
[解析]解答此题需从以下几个方面入手：
首先，组织培养是指离体的植物器官、组织或细胞经脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成具有根、芽结构的胚状体，然后由胚状体发育成完整植物体的过程。
花粉粒能培养成单倍体，是在离体条件下培养形成的。
第二，芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区，是体内分化的器官和组织形成了机体的一部分，未受精的卵发育成植物体，这就是自然情况下单倍体的形成过程，是在母体的调控下完成的。
[答案]A
2.在细胞工程——原生质体融合育种技术中，其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除去，通常是采用纤维素酶和果胶酶的酶解破壁法处理。
如将去掉了细胞壁的成熟植物细胞置于清水中，细胞将：
A.皱缩
B.胀破
C.呈球形
D.保持原状
[解析]成熟植物去壁后，置于清水中，由于细胞内外浓度差较大，又无细胞壁保护，细胞会大量吸水，直至细胞破裂。
[答案]B
3.不能用于人工诱导原生质体融合的方法是
A.振动B.电刺激
C.PEGD.重压
[解析]原生质体是除去细胞壁的植物细胞，它实际上就是植物细胞的原生质部分。
当进行植物体细胞杂交时，先用纤维素酶、果胶酶除去细胞壁，分离出具有活力的原生质体，获得原生质体后就可以进行植物体细胞杂交了。
植物体细胞杂交的过程实质是不同植物体细胞的原生质体融合的过程。
将不同植物体细胞放在一起培养，必须通过一定的技术手段进行人工诱导。
诱导方法有物理法和化学法两大类。
物理法就是利用离心、振动、电刺激等促使原生质体融合；化学法是用聚乙二醇等试剂作为诱导剂诱导细胞的原生质体融合，聚乙二醇简称为PEG。
重压不能促使原生质体的融合。
[答案]D
4.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.充足的光照
D.适宜的养料和激素
[解析]解答该题需从如下三个方面入手分析：
①由离体的植物器官、组织或细胞形成愈伤组织的过程是植物组织培养过程中的一个阶段。
该阶段要进行细胞的增殖和细胞的脱分化，这就必须要有适宜的养料和激素，必须要有适宜的温度，这样，才能保证细胞进行正常的新陈代谢。
②由离体的植物器官、组织形成愈伤组织必须是在无菌条件下，只有在这样的条件下，才能保证培养产生出的细胞是正常细胞，否则培养基内将长出许多霉菌，与离体细胞争夺营养与生存空间，形不成愈伤组织。
③由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。
[答案]C
5.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要
A.具有完整细胞核的细胞
B.离体状态
C.导入外源基因
D.一定的营养物质和激素
[解析]考查植物组织培养的知识。
要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，需要具有完整细胞核的细胞，细胞处于离体状态，培养基中含有一定的营养物质和激素。
[答案]C
基础试题训练
一、选择题
1．植物组织培养是指（ ）
A．离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织
B．愈伤组织培育成植株
C．离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体
D．愈伤组织形成高度液泡化组织
2．植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是（ ）
A.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁
B.细胞壁使原生质体失去活力
C.细胞壁阻碍了原生质体的融合
D.细胞壁不是原生质的组成部分
3．植物体细胞杂交的结果是（ ）
A.产生杂种植株 B．产生杂种细胞
C．原生质体融合D．形成愈伤组织
4．科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的达到驱蚊且对人体无害的效果。
下列关于驱蚊草培育的叙述中，错误的是（）
A．驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍
B．驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电刺激等方法
C．驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗形成
D．驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离
5．（2005，上海）将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（）
A、具有完整细胞核的细胞B、一定的营养物质和植物激素
C、离体状态D、导入指定基因
6．植物体细胞杂交的目的中错误的是（ ）
A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上B.获得杂种植株
C.克服远源杂交不亲和的障碍D.实现原生质体的融合
7．植物组织培养的用途中不正确的是（ ）
A.快速繁殖 B.生产新品种C．生产生物碱D．生产白细胞介素－2
8．A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如右图所示（仅显示细胞核），将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是（）A．二倍体；基因型是DdYyRr
B．三倍体；基因型是DdYyRr
C．四倍体；基因型是DdYyRr
D．四倍体；基因型是DDddYYyyRRrr
9．以下关于原生质的叙述，正确的是（ ）
A、原生质泛指细胞内的基质 B、原生质就是细胞质
C、一个动物细胞就是一团原生质 D、细胞膜、细胞核和细胞壁是原生质
10．不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ）
A.振动 B.电刺激 C.PEG试剂D．重压
11．植物细胞表现出全能性的必要条件是（ ）
A.给予适宜的营养和外界条件
B.导入其他植物细胞的基因
C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件
D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
12．细胞具有全能性的原因是（ ）
A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能
B.生物体的每一个细胞都具有全能性
C.生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因
D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的
13．植物组织培养过程中的脱分化是指（ ）
A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞
B．未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程
C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程
D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
14.下列植物细胞全能性最高的是（ ）
A.形成层细胞 B.韧皮部细胞 C.木质部细胞 D.叶肉细胞
15．植物组织培养过程的顺序是（ ）
①离体的植物器官、组织或细胞②根、芽③愈伤组织④脱分化
⑤再分化⑥植物体
A．①④③⑤②⑥B．①④③②⑤⑥
C．①⑤④③②⑥D．⑥①④③⑤②
16．（2005，上海）将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（ ）
A．具有完整细胞核的细胞B．一定的营养物质和植物激素
C．离体状态D．导入指定基因
17．下列有关细胞工程的叙述不正确的是（ ）
A.在细胞整体水平上定向改变遗传物质
B．在细胞器水平上定向改变遗传物质
C．在细胞器水平上定向改变细胞核的遗传物质
D．在细胞整体水平上获得细胞产品
18．下列细胞全能性最高的是（ ）
A．植物的卵细胞
B．植物的精子细胞
C．被子植物的受精卵
D．被子植物的的叶肉细胞
19．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、细胞膜发生融合D、细胞膜发生融合
20.植物体细胞杂交的目的是（ ）
A.用酶解法去掉细胞壁分离出有活力的原生质体
B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合
C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株
D.通过以上三者来完成
21.下列提法正确的是：
（ ）
A、原生质专指细胞质 B、人体内的水都属于原生质
C、细胞核不是原生质 D、一个动物细胞就是一团原生质
22．（多选）有关原生质体的下列叙述中，正确的是
A．组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸
B．原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的原生质
C．被脱掉细胞壁的植物裸露细胞是原生质体
D．原生质体只能用于植物细胞工程
23．（2006，广雅中学考题）（多选）下图为植物组织培养过程示意图，则下列叙述正确的是
A．植物组织培养依据的生物学原理是细胞的全能性
B．③④过程是指植物的营养生长和生殖生长阶段
C．将①经脱分化培养成②时，再植上人造种皮即可获得人工种子
D．②③的再分化过程中，诱导②生根的激素为细胞分裂素和生长素
二、非选择题
1．下图是植物组织培养的简略表示。
据此回答：
脱分化 再分化
①——→②——→③——→④
（1）①表示 ，它能被培养成为④的根本原因是 。
（2）②表示 ，它与①相比分化程度 ，全能性 。
（3）若想制作人工种子，应该选用（填编号） 。
（4）若①是花药，则④是 ，继续对其使用 处理可获得 正常植株，该过程称为 。
（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 。
（6）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到（填编号） 。
2．右图为植物体细胞杂交过程示意图。
据图回答：
（1）步骤①是 ，最常用的方法是 。
（2）步骤③一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 能够在新的植物体上有所表现，其根本原因 。
（5）若远源杂交亲本A和B都是二倍体，则杂种植株为 倍体。
（6）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？
，原因是 。
因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 。
（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？
为什么？
。
创新应用训练
1．（2004，江苏）紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。
用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。
下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。
（1）在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”。
这些“种子”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过________________________而获得的。
这项技术的理论基础是_______________________。
（2）从图中可以看出：
反应器中紫草细胞的生长呈现______________________________规律；影响紫草素产量的因素是_____________________和________________________。
（3）在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是_________________________和_______________________________________________。
参考答案：
一、选择题
CCACDDDCCDCCCAADCCACD（AC）（ABD）
二、非选择题
1、
（1）离体的植物器官、组织或细胞植物的全能性
（2）愈伤组织低高
（3）③（4）单倍体植株秋水仙素纯合单倍体育种
（5）绿色含有与叶绿体形成相关的基因（6）②
2、
（1）去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体酶解法
（2）PEG诱导不同植物体细胞的原生质体融合
（3）植物组织培养脱分化再分化
（4）远源杂交亲本的遗传特征杂种植株获得双亲的遗传物质
（5）四
（6）可育不能因为不同种生物之间存在生殖隔离克服远源杂交不亲和的障碍
（7）否有性生殖的过程中进行减数分裂，才遵循孟德尔的遗传规律
三、应用创新
1、
（1）脱分化（或脱分化形成愈伤组织）细胞的全能性
（2）S型增长细胞数量细胞所处的生长期
（3）保证氧气供应充足使细胞与培养液充分接触
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