2.1.2 植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用（知識+教案）

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植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用

選修3《現(xiàn)代生物科技專題》第二章第2節(jié)

離體的植物器官、組織或細(xì)胞（外植體）

愈傷組織

根、芽

植物體

脫分化

再分化

①無菌

②營養(yǎng)：

③一定的外界條件

④植物激素：

細(xì)胞分裂素生長素

有機物無機鹽水分

遮光

一定的光照

芽發(fā)育成葉，葉肉細(xì)胞中葉綠素的合成需要光照

排列疏松而無規(guī)

則，高度液泡化的

呈無定形狀態(tài)的薄

壁細(xì)胞

植物組織培養(yǎng)技術(shù)

復(fù)習(xí)導(dǎo)入

資料1蘭花因高雅美麗而深受人們喜愛，蘭花常用分根法和種子進行繁殖。在蘭花的常規(guī)繁殖中，遇到的難題是，用分根繁殖速度緩慢，不利于新品種的推廣，用種子

繁殖又很困難，因為

蘭花的種子十分微小，

胚很纖弱，種子幾乎

沒有儲藏營養(yǎng)物質(zhì)，

在發(fā)芽過程中很容易

夭折。

新課導(dǎo)入

1.什么是微型繁殖？

2.微型繁殖技術(shù)有哪些特點

3.通過微型繁殖技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的實例有哪些？

【問題探討】

一、植物繁殖的新途徑

1.微型繁殖

（1）概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)，也叫快速繁殖技術(shù)

（2）特點：①繁殖速度快②保持優(yōu)良品種的遺傳特性③不受自然生長季節(jié)的限制

（3）實例：蘭花、生菜、楊樹、無籽西瓜

蘭

花

生

菜

楊

樹

無

籽

西

瓜

病毒引起的植物病害有500多種，受害的植物包括糧食作物、蔬菜、果樹和花卉，如馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿、香蕉、大蒜等，而且沒有有效的防治辦法，只能拔除病株，造成很大的經(jīng)濟損失。病毒多集中在種子、老葉等器官中，在細(xì)嫩的器官和未成熟的組織中較少，在分生區(qū)幾乎不含病毒。

【資料分析】

如果你是育種專家，如何培育出不帶病毒的植株（脫毒苗）？

（1）作物要進行脫毒的原因

（2）選擇植株什么部位培育脫毒苗，說出原因？

（3）如何培育出脫毒苗呢？說出你的方案。

（4）作物脫毒有何優(yōu)點？成功案例的哪些？

【開動腦筋】

2.作物脫毒

（1）原因：長期進行無性繁殖的作物，易積累感染的病毒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差

（2）選材部位及原因：植物的分生區(qū)(如莖尖)，此部位病毒極少，甚至無病毒

（3）脫毒苗培育方案：切取一定大小的莖尖進行組織培養(yǎng)，再生的植株有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗

（4）優(yōu)點和實例：用脫毒苗繁殖，種植的作物就不會或極少感染病毒，在馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等主要經(jīng)濟作物上已獲成功。

脫毒馬鈴薯

脫毒草莓

【問題探討】

（1）找出常規(guī)種子生產(chǎn)有何不足

（2）是否能找出一種天然種子的替代品來克服這些缺陷？

（3）什么是人工種子？核心部位是什么？

（4）人工種皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？為了促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？

（3）人工種子與普通種子相比有何優(yōu)點？前景如何？

3.神奇的人工種子

（1）概念：利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子，在適宜條件下能萌發(fā)成長成幼苗

（2）結(jié)構(gòu)：人工種皮+人工胚乳+胚狀體(或不定芽或頂芽或腋芽)

（3）優(yōu)點：①培植周期短②后代無性狀分離③不受氣候、季節(jié)和地域限制④方便貯藏和運輸

（4）實例：我國現(xiàn)在已成功把芹菜、花椰菜、桉樹和水稻的胚狀體制備成了人工種子。并得到了較高的發(fā)芽率。但由于成本較高，中國尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。

自然種子

人工種子

胚狀體

（1）單倍體育種的方法是什么？

（2）單倍體育種的優(yōu)點有哪些？

（3）突變體形成有原因有哪些？

（4）如何看待這些突變體？

（5）如何誘導(dǎo)和利用突變體？

【思考討論】

二、作物新品種的培育

1.單倍體育種

（1）方法：花藥→離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→純合子

（2）原理：染色體變異

（3）優(yōu)點：明顯縮短育種年限，后代都是純合體

2.突變體的利用

（1）產(chǎn)生原因：在植物組織培養(yǎng)過程中，易受到培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變

（2）利用：篩選對人們有利突變體,進而培育新品種

（3）實例：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草、抗除草劑的白三葉草

（1）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)種類有哪些？

（2）工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本流程是什么

（3）實例有哪些？

【思考討論】

三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

（1）產(chǎn)物：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等

（2）技術(shù)：植物組織培養(yǎng)技術(shù)

（3）過程：人參根→脫分化→愈傷組織→細(xì)胞懸液→發(fā)酵罐培養(yǎng)→細(xì)胞破碎→提取人參皂甙

（4）實例：人參皂甙干粉、三七、銀杏，紫杉醇（正在深入研究）

紅豆杉

課堂小結(jié)

植物細(xì)胞工程不僅開創(chuàng)了植物繁殖的新途徑，在作物新品種的培育中也有重要貢獻，還廣泛應(yīng)用于細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，作為一門新興的生物技術(shù)，已經(jīng)普遍應(yīng)用于社會生產(chǎn)的方方面面，我們必須掌握努力學(xué)習(xí)，掌握科學(xué)知識造福社會。

用植物的莖尖或葉片、莖段、花藥、花粉等，在無菌條件下，培養(yǎng)在玻璃皿中人工配制的培養(yǎng)基上，使其發(fā)育成完整的植株。這種技術(shù)可以用來培育植物新品種，也可以在較短時間內(nèi)大量繁殖植物，還可以防止植物病毒的危害。下列關(guān)于這種技術(shù)的敘述，正確的是()

①這種技術(shù)利用了植物細(xì)胞的全能性②這種技術(shù)叫做組織培養(yǎng)，可以克隆生物體③這種技術(shù)屬于細(xì)胞工程的應(yīng)用領(lǐng)域之一④這種技術(shù)是一種無性繁殖的方式

A．①B．①②

C．①②③D．①②③④

課堂練習(xí)

解答：脫毒植株是利用植物的根尖或莖尖等分生組織為外植體，經(jīng)植物組織培養(yǎng)而來，花藥離體培養(yǎng)屬有性生殖，故①②③正確。

解析：C

★板書設(shè)計

一、植物繁殖的新途徑

1.微型繁殖

（1）概念（2）特點（3）實例

2.作物脫毒

（1）原因（2）選材部位及原因（3）脫毒苗培育方案

（4）優(yōu)點和實例：

3.神奇的人工種子

（1）概念（2）結(jié)構(gòu)（3）優(yōu)點（4）實例

二、作物新品種的培育

1.單倍體育種

（1）方法（2）原理（3）優(yōu)點

2.突變體的利用

（1）產(chǎn)生原因（2）利用（3）實例

三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

（1）產(chǎn)物（2）技術(shù)（3）過程（4）實例登陸21世紀(jì)教育助您教考全無憂

《植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用》教案

【教學(xué)目標(biāo)】

1、知識與技能

（1）掌握微型繁殖和植物組織培養(yǎng)的聯(lián)系；

（2）掌握作物脫毒制備過程和意義；

（3）了解人工種子、單倍體育種和突變體的利用；

（3）了解細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。

2、過程與方法

（1）搜集有關(guān)植物細(xì)胞工程研究進展和應(yīng)用方面的資料，進行整理、分析和交流；

（2）培養(yǎng)和提高學(xué)生的語言表述能力和實驗設(shè)計能力。

3、情感態(tài)度與價值觀

（1）參與小組合作交流，體驗合作學(xué)習(xí)的樂趣；

（2）認(rèn)同細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)開發(fā)之間的關(guān)系。

【教學(xué)重點】

列舉植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用。

【教學(xué)難點】

列舉植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用。

【課時安排】

1課時

【教具準(zhǔn)備】

教學(xué)知識

【教學(xué)過程】

1、新課導(dǎo)入

由植物組織培養(yǎng)技術(shù)引入，讓學(xué)生回憶植物組織培養(yǎng)技術(shù)的基本原理和過程，思考利用這項技術(shù)能做哪些工作？

資料1蘭花因高雅美麗而深受人們喜愛，蘭花常用分根法和種子進行繁殖。在蘭花的常規(guī)繁殖中，遇到的難題是，用分根繁殖速度緩慢，不利于新品種的推廣，用種子繁殖又很困難，因為蘭花的種子十分微小，胚很纖弱，種子幾乎沒有儲藏營養(yǎng)物質(zhì)，在發(fā)芽過程中很容易夭折。21·世紀(jì)*教育網(wǎng)

（以回憶植物組織培養(yǎng)技術(shù)為鋪墊，提出蘭花常規(guī)繁殖中遇到的難題，激發(fā)同學(xué)解決問題的興趣，聯(lián)系當(dāng)前蘭花市場供應(yīng)充足的現(xiàn)狀，引出植物繁殖的新途徑。）1-cnjy-com

二、新課學(xué)習(xí)

【問題探討】同學(xué)們閱讀教材P38內(nèi)容，思考討論解決下列問題：

1.什么是微型繁殖？（用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)，也叫快速繁殖技術(shù)）

2.微型繁殖技術(shù)有哪些特點（①繁殖速度快②保持優(yōu)良品種的遺傳特性，因為這是無性繁殖③不受自然生長季節(jié)的限制，因為在具有一定人工設(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn)）

3.通過微型繁殖技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的實例有哪些？（蘭花、生菜、楊樹、無籽西瓜）

與同學(xué)們一起討論后，總結(jié)出微型繁殖有關(guān)知識。

【總結(jié)】一、植物繁殖的新途徑

1.微型繁殖

（1）概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)，也叫快速繁殖技術(shù)

（2）特點：①繁殖速度快②保持優(yōu)良品種的遺傳特性③不受自然生長季節(jié)的限制

（3）實例：蘭花、生菜、楊樹、無籽西瓜

【資料分析】病毒引起的植物病害有500多種，受害的植物包括糧食作物、蔬菜、果樹和花卉，如馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿、香蕉、大蒜等，而且沒有有效的防治辦法，只能拔除病株，造成很大的經(jīng)濟損失。病毒多集中在種子、老葉等器官中，在細(xì)嫩的器官和未成熟的組織中較少，在分生區(qū)幾乎不含病毒。

分析資料，如果你是育種專家，如何培育出不帶病毒的植株（脫毒苗）？閱讀P38-39內(nèi)容，根據(jù)以下問題提示解決問題。

（1）作物要進行脫毒的原因？（長期進行無性繁殖的作物，易積累感染的病毒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。）

（2）選擇植株什么部位培育脫毒苗，說出原因？（植物的分生區(qū)(如莖尖)，此部位病毒極少，甚至無病毒）

（3）如何培育出脫毒苗呢？說出你的方案（切取一定大小的莖尖進行組織培養(yǎng)，再生的植株有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。）2·1·c·n·j·y

（4）作物脫毒有何優(yōu)點？成功案例的哪些？（用脫毒苗繁殖，種植的作物就不會或極少感染病毒。目前，采用組織培養(yǎng)技術(shù)來脫除病毒，在馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等主要經(jīng)濟作物上已獲成功。脫毒馬鈴薯比未脫毒的增產(chǎn)約50%以上）

與同學(xué)們一起討論后，總結(jié)出作物脫毒有關(guān)知識。

【總結(jié)】2.作物脫毒

（1）原因：長期進行無性繁殖的作物，易積累感染的病毒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差

（2）選材部位及原因：植物的分生區(qū)(如莖尖)，此部位病毒極少，甚至無病毒

（3）脫毒苗培育方案：切取一定大小的莖尖進行組織培養(yǎng)，再生的植株有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗

（4）優(yōu)點和實例：用脫毒苗繁殖，種植的作物就不會或極少感染病毒，在馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等主要經(jīng)濟作物上已獲成功。網(wǎng)

【問題探討】同學(xué)們閱讀課本P39，分析以下問題：

（1）找出常規(guī)種子生產(chǎn)有何不足？（①樹木需生長數(shù)年才能結(jié)出種子②優(yōu)良雜交種后代會因發(fā)生性狀分離而喪失優(yōu)良特性③受季節(jié)、氣候和地域的限制④制種時需要占用大量土地）2-1-c-n-j-y

（2）是否能找出一種天然種子的替代品來克服這些缺陷？（能，人工種子）

（3）什么是人工種子？核心部位是什么（利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子，在適宜條件下能萌發(fā)長成幼苗。核心部位：胚狀體等）

（4）人工種皮（人工胚乳和外種皮）是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關(guān)鍵部分，請?zhí)接懀喝斯しN皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？為了促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？（針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。為了促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮加入一些植物生長調(diào)節(jié)劑。）【出處：名師】

（3）人工種子與普通種子相比有何優(yōu)點？前景如何？（①培植周期短②后代無性狀分離③不受氣候、季節(jié)和地域限制④方便貯藏和運輸。我國現(xiàn)在已成功把芹菜、花椰菜、桉樹和水稻的胚狀體制備成了人工種子。并得到了較高的發(fā)芽率。但由于成本較高，中國尚未應(yīng)用于生產(chǎn)）【版權(quán)所有：】

【總結(jié)】3.神奇的人工種子

（1）概念：利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子，在適宜條件下能萌發(fā)成長成幼苗名師原創(chuàng)作品

（2）結(jié)構(gòu)：人工種皮+人工胚乳+胚狀體(或不定芽或頂芽或腋芽)

（3）優(yōu)點：①培植周期短②后代無性狀分離③不受氣候、季節(jié)和地域限制④方便貯藏和運輸

（4）實例：我國現(xiàn)在已成功把芹菜、花椰菜、桉樹和水稻的胚狀體制備成了人工種子。并得到了較高的發(fā)芽率。但由于成本較高，中國尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。

【過渡】植物細(xì)胞工程不僅開創(chuàng)了植物繁殖的新途徑，在作物新品種的培育中也有重要貢獻。

學(xué)生閱讀教材P40，思考討論并解決以下問題：

（1）單倍體育種的方法是什么（花藥→離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→純合子）

（2）單倍體育種的優(yōu)點有哪些？（明顯縮短育種年限，后代都是純合體）

（3）突變體形成有原因有哪些？（在植物組織培養(yǎng)過程中，易受到培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。）

（4）如何看待這些突變體？（篩選對人們有利突變體,進而培育新品種）

（5）如何誘導(dǎo)和利用突變體？（外植體→脫分化→愈傷組織（誘變處理）→再分化→多種突變體→篩選出新品種）

【總結(jié)】二、作物新品種的培育

1.單倍體育種

（1）方法：花藥→離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→純合子

（2）原理：染色體變異

（3）優(yōu)點：明顯縮短育種年限，后代都是純合體

2.突變體的利用

（1）產(chǎn)生原因：在植物組織培養(yǎng)過程中，易受到培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變版權(quán)所有

（2）利用：篩選對人們有利突變體,進而培育新品種

（3）實例：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草、抗除草劑的白三葉草

【過渡】組織培養(yǎng)技術(shù)除了在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用外，還廣泛應(yīng)用于細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。

學(xué)生閱讀課本P40-41頁內(nèi)容，分析討論下面問題：

（1）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)種類有哪些（蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等）（2）工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本流程是什么？（第一步，選擇人參根作為外植體進行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過培養(yǎng)選擇到增殖速度快而且細(xì)胞內(nèi)人參皂甙含量高的細(xì)胞株作為種質(zhì)，其中一部分作為保存用，以備下一次生產(chǎn)用，一部分進行發(fā)酵生產(chǎn)。第二步，將細(xì)胞株在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進行液體培養(yǎng)，增加細(xì)胞數(shù)量。第三步，將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細(xì)胞進行破碎，從中提取人參皂甙。）

（3）實例有哪些？（人參皂甙干粉、三七、銀杏，紫杉醇（正在深入研究））

【總結(jié)】三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

（1）產(chǎn)物：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等

（2）技術(shù)：植物組織培養(yǎng)技術(shù)

（3）過程：人參根→脫分化→愈傷組織→細(xì)胞懸液→發(fā)酵罐培養(yǎng)→細(xì)胞破碎→提取人參皂甙

（4）實例：人參皂甙干粉、三七、銀杏，紫杉醇（正在深入研究）

三、課堂小結(jié)

植物細(xì)胞工程不僅開創(chuàng)了植物繁殖的新途徑，在作物新品種的培育中也有重要貢獻，還廣泛應(yīng)用于細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，作為一門新興的生物技術(shù)，已經(jīng)普遍應(yīng)用于社會生產(chǎn)的方方面面，我們必須掌握努