植物细胞工程导学案样本.doc

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《专题2 植物细胞工程的基本技术》导学案
编写人: 柯凌 审核人: 方孝华 编写时间: /03/17

【学习目标】 1.细胞全能性概念
2.植物组织培养过程
3.植物体细胞杂交的原理和思路
4.植物体细胞杂交的过程
【重点难点】 1.植物组织培养的原理和过程
2.植物组织培养的实验
3.植物体细胞杂交的原理和过程
【学习过程】 预习热身
(一)、 细胞工程
1．概念: 应用 和 的原理和方法, 经过 或 上的操作, 按照人的意愿来改变细胞内的 或获得 的一门综合科学技术。
2．分类: 根据操作对象不同, 可分为 、 。
( 二) 、 植物细胞的全能性
1、 植物细胞的基本结构包括 、 、 、 。
2、 植物细胞主要的增殖方式是 , 细胞分化是指 , ______________________________________________________________________________
原因是 _____________________ 。
3、 全能性是指 , 表现为全能性的原因是 。
4．在理论上, 生物的任何一个细胞都 , 但在生物的生长发育过程中, 细胞并不表现 , -而是分化成各种 。
5．特定的时间和空间条件下, 细胞中的基因会有 地表示出各种 , 分化形成不同的细胞, 从而构成生物体的不同 。
( 三) 、 植物组织培养技术
1．原理: 植物细胞具有 , 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 的潜能。
2．过程
离体植物的 _ 组织幼根和芽或胚状体 完整植株。
3．细胞脱分化: 已 的细胞经过诱导后, 失去其特有的 而转变成未分化细胞的过程。
4．植物组织培养: 在 和 的条件下, 将 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 、 丛芽, 最终形成完整植株。
( 四) 、 胡萝卜的组织培养
1、 实验原理
生物体细胞一般都是由受精卵经过有丝分裂形成的, 因而都含有该生物的全套的遗传信息, 都具有发育成完整个体的潜能。因此, 植物体的根、 茎、 叶细胞都具有 , 在一定的营养和激素条件下, 能够脱分化形成 。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上, 就能够诱导其再分化生成胚状体或丛芽, 进而发育成 。
2、 实验步骤
①．将 用自来水充分洗净, 削去外皮, 并切成段。用酒精棉球擦手 。
②．在超净工作台(或接种箱)上将胡萝卜段用酒精溶液消毒30s后, 立即用 清洗2～3次, 再用 处理30min后, 立即用无菌水清洗2～3 次。
③．用 的滤纸吸去胡萝卜段表面的水分。然后, 在 瓷砖上, 用无菌的解剖刀将胡萝卜段切成1 cm厚的横切片, 再选取有 的部位, 切取1 cm3左右的小块。
④．将 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 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 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能够诱导出 。然后将试管苗移栽到大田, 培养成 。
3、 注意事项
⑴．外植体的选择与制备
①选择外植体时, 由于外植体的脱分化难易因植物种类、 器官来源及生理状况的不同而有很大差异, 因此, 选择哪些作为外植体应该注意。一般来讲, 烟草、 胡萝卜, 植物的花和幼嫩的组织脱分化相对较易, 而植物的茎、 叶和成熟的老组织则较难。
②制备外植体首先要消毒, 其次要选取有形成层的部分, 因形成层细胞易脱分化。
⑵．植物组织培养注意的要点
①培养基包括所有操作工具都应进行消毒和灭菌, 谨防杂菌污染。
②需在无菌条件下操作。
③接种, 继代培养的转移都应在接种箱内进行。
⑶．对于植物组织培养来说, 光照条件非常重要, 包括光照强度、 时间和波长。但在由高度分化的组织形成愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养, 而在分化形成试管苗的再生的过程中一定要有光照。诱导形成愈伤组织阶段的暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织, 如果在光照条件下容易分化产生维管等组织, 不利于产生大量的愈伤组织。由愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗的过程中需要光照, 原因是叶中叶绿素的合成需要光照条件。
( 五) 、 植物体细胞杂交技术
1．概念: 不同种植物的 , 在一定条件下融合成 , 并把杂种细胞培育成新的 的技术。
2．过程
离体的细胞不同细胞原生质体原生质体融合 →杂种细胞→杂种植株。
3．植物体细胞杂交步骤:
(1)去掉细胞壁, 分离出有活力的原生质体, 当前最常见的去细胞壁的方法是 , 也就是在温和条件下用 去除植物细胞的细胞壁。
(2)不同植物体细胞原生质体融合, 必须经过物理法和化学法来诱导融合。物理方法有: 离心、 振动、 电激等促使原生质体融合。化学法是用 (PEG)作为诱导剂来诱导融合。融合后再生出细胞壁。
(3)用植物组织培养方法进行培育, 可得到杂种植株。如图
在此过程中需要注意的问题有: ①植物体细胞杂交过程中, 植物细胞融合所依据的生物学原理是细胞膜的 ; 植物组织培养的理论基础是细胞的 。②体细胞融合成功以后, 既有AB型杂种细胞, 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形成的杂种细胞, 因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。③当前常见的去除细胞壁的方法是酶解法, 保证了原生质体活性。植物体细胞杂交完成的标志是新 的形成。④植物体细胞杂交过程仍以植物组织培养为前提, 经过植物组织培养完成杂种植株的培育过程。⑤植物体细胞杂交的最大突破是克服远缘杂交 的障碍, 可是当前仍有许多理论和技术问题没有解决, 离推广应用仍有一定距离。
走进课本
第一课时
同学们, 你相信吗? 一瓣花瓣竟然能够培养成一棵植株。想知道怎么回事吗? 那就赶快阅读课本33、 34、 35页内容吧。
怎么样? 是不是学到许多新知识。试着思考以下几个问题, 相信你一定能够回答上来!
再读33页第一、 二段内容对付下面问题
1.现在你相信植物的花瓣能够培育成一个植株个体了吧? 那你知道它是如何进行的吗?
离开植物体的花瓣 →

2.你了解脱分化吗, 是怎样一种过程?

3.愈伤组织是什么组织, 怎么得到呀?

再读33页第三段材料, 考虑!
4.为什么植物的一瓣花瓣就能够培育出完整的植株呢?

5.那为什么在生物的生长发育过程中却并没有表现出全能性呢, 这又如何解释?

再读34页有关胡萝卜的组织培养的实验内容, 相信聪明的你能够回答下面问题!
6.你能根据胡萝卜的组织培养实验概括植物组织培养技术的流程简图吗?

7.同学们, 你发现没有在植物组织培养实验过程中, 所用器械要灭菌, 操作要无菌。有菌会如何?

构建知识网络( 本课时知识网络结构图)

学习反思( 还有哪些问题不太清楚)
【当堂训练】
一、 基础自测( 经过前面的学习, 你已经对基础知识有一定的掌握, 做几道题试试看)
1．高度分化的植物细胞、 组织和器官进行组织培养能够形成愈伤组织, 下列叙述错误的是( ) 。
A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B．该愈伤组织的细胞没有全能性
C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成
D．该愈伤组织能够形成具有生根发芽能力的胚状结构
2．以下不能说明细胞具有全能性的实验是( ) 。
A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株B．紫色糯性玉米种子培育出植株
C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
3．植物组织培养过程中的脱分化是指( ) 。
A．植物体的分生组织经过细胞分裂产生新细胞
B．未成熟的种子经过长期培养, 培养出幼苗的过程
C．植物的器官、 组织或细胞, 经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
4．在脱分化形成愈伤组织的过程中, 下列各项为非必要条件的是( )
A．培养基需要消毒灭菌 B．给予适宜的温度 C．给予充分的光照 D．给予适宜的养料和激素
5．花药离体培养, 形成完整的植株, 一般需要经过的两个阶段是( )
A．脱分化形成愈伤组织, 再分化形成根、 芽B．分化形成愈伤组织, 进一步分化形成根、 芽
C．经过减数分裂形成配子, 配子再发育形成根、 芽
D．先用秋水仙素处理花粉, 再进行花药离体培养
二、 能力提升( 欲穷千里目, 更上一层楼)
1.下列属于组织培养的是( )
A.花粉培育成单倍体植株 B.芽发育成枝条
C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精卵发育成植株
2.愈伤组织的细胞类型和愈伤组织分化后形成的结构分别是
A 薄壁细胞、 外植体 B. 厚壁细胞、 胚状体 C.薄壁细胞、 胚状体 D. 厚壁细胞、 外植体
3. 愈伤组织是一类 ( )
A．高度渡泡化呈无定形的具有分生能力的薄壁细胞B．排列紧密呈正方形的一群薄壁细胞
C．具有特定的结构和功能的植物组织D．经细胞再分化过程产生的具有分生能力的薄壁细胞
4. 下图是植物组织培养的简略表示。请据此回答:

(1)①表示 ,它能被培养成④的根本原因是 。
(2)②表示 。
(3)若想制作人工种子,应该选用(填编号) 。人工种子的优点有:
___________________________________________________________________________________
_
(4)若①是花药,则④是 ,这项技术可用在 上。
(5)若①是胡萝卜的根尖细胞,则培养的④的叶片的颜色是 ,这说明根尖细胞
三、 走近高考(近期之梦, 赢得高考)
如下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞经过无菌操作, 接入试管后, 在一定的条件下, 形成试管苗的培育过程, 请根据图回答下列问题:
⑴要促进细胞分裂生长, 培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括 和小分子有机物, 激素包括细胞分裂素和 两类植物激素。
⑵此过程依据的原理是 。A和B阶段主要进行的分裂方式是 , B阶段除了细胞分裂外, 还进行细胞 等。
⑶此过程要无菌操作, 主要是指对 进行灭菌消毒。B阶段需要光照, 原因是 。
⑷试管苗的根细胞没有叶绿素, 而叶的叶肉细胞具有叶绿素, 这是基因 的结果。

【归纳小结】
【学习反思】

走进课本
第二课时
同学们, 你听说过番茄-马铃薯吗? 那么阅读一下课本36、 37页内容吧!
再读36页第二段思考下面问题
1. 为何用传统的有性杂交方法不可能得到二者的杂种后代?

再读36页第三段内容想一想
2.如何得到番茄-马铃薯杂种植株?

3.植物体细胞杂交有哪些障碍吗?

4.怎样诱导原生质体间融合?

请同学们再读37页第一段考虑下面问题
5.总结一下植物体细胞杂交内容

6. 番茄-马铃薯杂种植株这种超级作物达到人们的预期目标了吗? 可能是什么原因造成的?
下面思考一个很有意思的问题!

7.把牛的体细胞和绿色植物体细胞杂交, 得到绿色奶牛, 晒晒太阳就能够挤出奶啦! 你觉得理论上是否可行? 那又如何设计方案啊?
构建知识网络( 本课时知识网络结构图)

学习反思( 学会了哪些知识, 还有哪些知识不很明白)
当堂训练
一、 基础自测( 经过前面的学习, 你已经对基础知识有一定的掌握, 做几道题试试看)
1.植物体细胞杂交是利用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指( )
A.不同植物精子和卵细胞的融合 B.不同植物原生质体的融合
C.完整的两个体细胞的融合 D.植物花粉细胞的两两融合
2.科学家把天竺葵和香茅草进行体细胞杂交, 培育出的驱蚊草含有香茅醛, 能散发出一种特殊的气味, 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纤维素酶、 果胶酶、 PEG等试剂。
C.培育过程中形成的愈伤组织, 其代谢方式是自养需氧。
D.在由杂种细胞形成杂种植株的过程中, 包含了有丝分裂和细胞分化。
3.植物体杂交的过程是( )
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.经过以上三者完成
4植物体细胞杂交尚未解决的问题有( )
A.去掉细胞壁, 分离出有活力的原生质体 B.将杂种细胞培育成植株
C.让杂种植物按照人们的需要表现亲代的优良性状 D.尚未培育出属间杂种植物
5.当植物体脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时, 下列有可能使其表现全能性, 并发育成完整植株的是( )
A.细胞分裂素 B.生长素 C.一定的营养物质 D.以上三者均是
二、 能力提升( 欲穷千里目, 更上一层楼)
1.有关原生质体的下列叙述中, 正确的是( )
①组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸 ②原生质体包括细胞膜、 液泡膜及两膜之间的原生质③被脱掉细胞壁的细胞是原生质体 ④原生质体只能用于植物细胞工程
A. ①② B. ①③ C③④ D. ①④
2.经过植物体细胞杂交, 获得一个杂种植株需要的步骤是( )
A.分离原生质体→诱导原生质体融合→组织培养→得到杂种植物
B.分离原生质体→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株
C.获取细胞→原生质体融合→组织培养→杂种植株
D.获取细胞→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株
3.阅读下文, 回答问题。
中国科学院上海植物生理与生态研究所在”神舟”四号上为一批特殊的”新人”——烟草细胞举办了特殊的”婚礼”。将两个”新人”放入融合室中, 当充满液体的融合室中加上直流电场, 两个原本相互游离的细胞一下子贴到一起, 开始了”窃窃私语”。紧接着, 在瞬间高压脉冲的作用下, 细胞膜被击出了小孔, 透过这微小的空间, 两股细胞质开始了”心灵沟通”, 渐渐地, 细胞核也扭捏着”亲热”起来, 20分钟后, 它们俩已是你中有我, 我中有你, 一个新的生命就这样诞生了。
地面实验结果显示: 用于融合的两个”新人”, 一号开的是粉花, 二号开的是黄花。融合后的细胞再生植株开的是黄花, 但形状和一号相同( 称”一号形状”, 另一个称”二号形状) 。
( 1) 由于细胞的密度是不同的, 因此在地面上配对融合非常困难。从理论上讲, 在太空中细胞更容易融合, 原因是:
( 2) 在”细胞婚礼”举行前, 必须对”新人”进行特殊处理。方法是 。
在显微镜中观察, ”新人”的细胞膜也融合在一起, 使细胞呈圆球状, 这是因为
。
( 3) 粉花和黄花、 一号形状和二号形状属于 性状, 一号形状属于 性状
( 4) 从染色体的组成上看, 再生植株属于 倍体。
三、 走近高考
1．下图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答:
( 1) 步骤①是　　　　　　　　　　　, 最常见的方法是　　　　　　　　。
( 2) 步骤③一般常见的化学试剂是　　　　, 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? 　　　　　　　。