2.1《植物细胞工程的基本技术》教案

专题2 细胞工程

2.1．1《植物细胞工程的基本技术》教案

一、教材分析

《植物细胞工程的基本技术》是人教版高中生物选修三《现代生物科技专题》专题2第一节《植物细胞工程》第1节课的教学内容，主要学习细胞的全能性、植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术等三方面内容，其中，植物细胞的全能性是植物组织培养的基础，而植物体细胞杂交技术又是在植物组织培养的基础上发展起来的。

二、教学目标

1、知识与技能：

（1）、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。

（2）、尝试进行植物组织培养。

2、．过程与方法：

尝试植物组织培养技术，培养学生实验能力以及勇于实践的科学精神和科学态度。

3、情感、态度和价值观：

体验植物组织培养技术，通过联系知识与生产实践的关系，激发学生对生物学科的兴趣与热爱生物学的情感。

三、教学重点难点

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。

2、教学重点：植物组织培养的实验

四、教学方法：

1、学案导学法

2、讲授为主结合讨论的方法

五、课时安排：1课时

六、教学过程

(一) 1、课前预习：

（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地复习。

（3）、找出新旧知识之间的联系与区别。

2、预习检查、总结疑惑

检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）情景导入、展示目标。

显示三幅图，教师按图讲解，以引入新课。

教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。在本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及基本技术。

（三）合作探究、精讲点拨。

【问题探究】

1、什么是细胞工程？分类？

2 、什么是植物组织培养？其原理是什么？

3、为什么在生物正常发育过程中，每个细胞不会表现出全能性？

4、什么是脱分化？什么是再分化？提出问题，引出细胞的全能性的复习简述植物组织培

养的大体过程

5、简述植物组织培养的大体过程？

6、在植物组织培养的整个过程中，为什么要强调无菌操作？

7、植物组织培养的全过程说明了植物细胞的什么特点？

8、什么是植物体细胞杂交技术？

9、用传统的杂交育种方法为什么不易得到两种亲缘关系较远的杂种植株？

10、如何去除植物细胞的细胞壁？

[精讲点拨]

要点 1 细胞工程

(1)概念：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，按照人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。

(2)分类：根据操作对象的不同，细胞工程分为植物细胞工程和动物细胞工程。

(3)植物细胞工程的基本技术有植物组织培养和植物体细胞杂交。

要点 2 植物组织培养

（1）过程

首先要通过细胞的脱分化过程，培养出愈伤组织，然后再从愈伤组织分化形成小植株。这里所说的细胞脱分化就是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。在植物中，一些分化的细胞，经过激素的诱导，可以脱分化为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织。愈伤组织在一定的培养条件下，又可以再分化出幼根和芽，形成完整的小植株。

（2）图示过程

（3）原理

具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。

（4）概念

植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽。最终形成完整的植株。

（5）生物体上的体细胞不表达全能性的原因

在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。

（6）胡萝卜组织培养的实验方法步骤

①将胡萝卜根用自来水充分洗净，削去外皮，并切成段(约10cm)。用酒精棉球擦手消

毒。

②在超净工作台(或接种箱)上将胡萝卜段用酒精溶液消毒30 s后，立即用无菌水清洗2～3次，再用次氯酸钠溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次。

③用无菌的滤纸吸去胡萝卜段表面的水分。然后，在消毒瓷砖上，用无菌的解剖刀将胡萝卜段切成1cm厚的横切片，再选取有形成层的部位，切取lcm3左右的小块。

④将胡萝卜组织块接种到培养基上，用锡箔纸封盖瓶口，并用橡皮筋扎紧。然后，在培养瓶上贴上标签，写明材料名称、接种日期和小组号。

⑤将接种后的胡萝卜组织块，放在23～26℃恒温避光条件下培养。4d后，检查培养材料的污染情况；14d后，观察愈伤组织的生长状况。然后，在恒温箱中继续避光培养。在培养过程中，注意定期观察和记录愈伤组织的生长情况。

⑥培养一段时间后，将生长良好的愈伤组织转接到分化培养基上，培养一段时间后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出试管苗。然后将试管苗移栽到大田，培养成正常植株。

要点 3 植物体细胞杂交

（1）步骤

先利用纤维素酶和果胶酶去除这层细胞壁，获得具有活力的原生质体。接着进行原生质体间的融合，并培养融合的原生质体获得再生出细胞壁的杂种细胞。再将杂种细胞进行植物组织培养获得杂种植株。

（2）概念

植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞。并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。

（3）诱导原生质体融合的方法

分为两类：物理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等；化学法一般是用聚乙二醇作为诱导剂来诱导细胞融合。

（4）图示过程

（5）育种上的优点

由于不同种植物存在生殖隔离，普通杂交方法无法获得杂种植株。植株体细胞杂交技术克服了远缘杂交不亲和的障碍，获得杂种植株。

（6）植株体细胞杂交技术尚未解决的问题

杂种植株并未按照人们的期望表现性状，还有待于进一步研究。

（7）杂种植株——白菜甘蓝的优点

同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。

（四）反思总结，当堂检测。

【知识网络体系】

教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。

设计意图：引导学生构建知识网络并对所学内容进行简单的反馈纠正。 （五）发导学案、布置预习。

我们已经学习了植物细胞工程的基本技术，那么，植物细胞工程有哪些应用呢？在下一节课我们一起来学习植物细胞工程有应用。这节课后大家可以先预习这一部分，着重分析三个方面的应用。并完成本节的课后练习及课后延伸拓展作业。

设计意图：布置下节课的预习作业，

并对本节课巩固提高。教师课后及时批阅本节的延伸拓展训练。 七、板书设计 （一）、 细胞工程： 1

、 概念、 2、 原理 3、分类 （二）、植物细胞工程

1、植物组织培养：实验过程：

脱分化

再分化

移栽

离体的植物组织、器官、细胞——→愈伤组织——→胚状体—→试管苗—→植株

（消毒） （诱导培养基） （分化培养基） （大田）

2、 植物体细胞杂交： （1）概念、 （2）过程： （3）原理 （4）意义

去细胞壁：纤维素酶、果胶酶 诱导剂：PEG 融合完成的标志：新细胞壁的形成 过程：原生质体融合+组织培养 细胞的全能性：概念、原因、大小 过程：外植体→愈伤组织→胚状体→植物体 脱分化：形成愈伤组织 再分化：植物细胞选择性表达，形成胚状体 特点：子代与亲代性状高度遗传 植物细

胞工程

八、教学反思

本课的设计采用了课前下发预习学案，学生预习本节内容，找出自己迷惑的地方。课堂上师生主要解决重点、难点、疑点、考点、探究点以及学生学习过程中易忘、易混点等，最后进行当堂检测，课后进行延伸拓展，以达到提高课堂效率的目的。

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

CCACD DDCCD CCCAA DCCACD （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

《植物细胞工程的基本技术》

教

案

沁源县第一中学

教学一部

李晓蕊