植物細胞工程的應用 教案 高中生物新人教版選擇性必修3（2022-2023學年）

2.1.2植物細胞工程的應用一、教學目標1.通過對植物細胞工程應用實例的分析，了解這些應用涉及的技術流程和應用的優(yōu)勢。2.認同植物細胞工程在生產(chǎn)實踐中具有重要的應用價值。3.嘗試運用所學植物細胞工程的知識解決生產(chǎn)、生活中的問題。二、教學重難點1.教學重點植物細胞工程應用的實例。2.教學難點植物細胞工程應用的原理。三、教學過程細胞工程的概念闡述：指應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學等多學科的原理和方法，通過細胞器、細胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品的一門綜合性的生物工程?！颈竟?jié)聚焦】1.植物細胞工程在生產(chǎn)實踐中有哪些應用？2.植物細胞工程應用于生產(chǎn)實踐的主要優(yōu)勢是什么？【導入】從社會中來：背景：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：用分根法繁殖速度緩慢，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。實際問題：經(jīng)濟苗木、名貴花卉、珍稀植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持……如何解決？【一、植物繁殖的新途徑】快速繁殖1.定義：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術。也叫微型繁殖技術。2.優(yōu)點：①可以高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖；②可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性；③不受自然生長季節(jié)的限制；④培養(yǎng)周期短。3.實例：一些優(yōu)良的觀賞植物、經(jīng)濟林木、無性繁殖作物和瀕危植物等；甘蔗、桉樹和鐵皮石斛等試管苗的生產(chǎn)，已形成一定規(guī)模。作物脫毒1.脫毒原因馬鈴薯、草莓和香蕉等通常是用無性繁殖的方式進行繁殖的，他們感染的病毒很容易傳給后代，病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會導致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。2.脫毒方法取材：頂端分生區(qū)（如莖尖、根尖：病毒極少，甚至無病毒）→組織培養(yǎng)→脫毒苗3.優(yōu)點明顯提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)4.實例在馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等許多作物上獲得成功?！径?、作物新品種的培育】單倍體育種3.優(yōu)點①明顯地縮短育種年限②大多數(shù)單倍體植株的細胞中只含有一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易出現(xiàn)，因此它也是進行體細胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。4.實例我國科學家在1974年成功培育出世界上第一個單倍體作物新品種——單育1號煙草我國科學家把單倍體育種與常規(guī)育種結(jié)合起來，育成水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物的新品種。注意：①單倍體育種的目的不是獲得單倍體本身，因為單倍體是高度不育的，在生產(chǎn)上沒有實際價值，需誘導單倍體的染色體數(shù)目加倍。②單倍體育種和多倍體育種均需要用秋水仙素誘導染色體數(shù)目加倍；單倍體育種需要先利用植物組織培養(yǎng)技術形成單倍體幼苗，但多倍體育種一般不使用植物組織培養(yǎng)技術。突變體的利用1.原理在植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此它們?nèi)菀资艿脚囵B(yǎng)條件和誘變因素(如射線、化學物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。從突變的個體中篩選出對人們有用的突變體，進而培育成新品種。突變體育種的原理是突變，誘變育種的原理是基因突變。突變=基因突變＋染色體變異2.實例抗花葉毒病的甘蔗、抗鹽堿的煙草【三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)】植物的代謝產(chǎn)物（1）初生代謝物：初生代謝是生物生長和生存所必需的代謝活動，初生代謝物有糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等。（2）次生代謝物：①次生代謝不是生物生長所必需的，在特定條件下進行。②次生代謝物是一類小分子有機化合物（如酚類、萜類和含氮化合物等）。③在植物的抗蟲、抗病等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。④含量很低，從植物組織中提取會大量破壞植物資源，有些產(chǎn)物又不能或難以通過化學合成途徑得到。植物細胞培養(yǎng)（細胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)）1.概念：在離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其增殖的技術。2.優(yōu)勢：不占用耕地、不受季節(jié)、天氣的限制，對社會、經(jīng)濟、環(huán)保具有重要意義。3.實例：紫草寧、紫杉醇、人參皂苷的植物細胞工程產(chǎn)品。【課堂小結(jié)】【到社會中去】“手指植物”通常培育在裝有彩色固體培養(yǎng)基的小玻璃瓶中，只要保證充足的光照和適宜的溫度，不需要額外補充水分和營養(yǎng)物質(zhì)，它們就能在玻璃瓶中生長三四個月之久。“手指植物”的制作方法用到了植物組織培養(yǎng)技術。在制作過程中，一定要注意做好滅菌和消毒工作，為了防止污染可在培養(yǎng)基中加入一定量的抑菌劑。另外，還可以根據(jù)個人喜好，在培養(yǎng)基中加入適量的色素或者熒光劑，使“手指植物”更具有觀賞價值。【練習與應用】一、概念檢測1.運用植物細胞工程技術可以培育單倍體植株和進行細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。判斷下列相關表述是否正確。（1）用花藥培養(yǎng)得到單倍體植株需要用到植物組織培養(yǎng)技術。（√）（2）細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)主要是利用促進細胞生長的培養(yǎng)條件，提高了單個細胞中次生代謝物的含量。（×）2.生產(chǎn)中培育香蕉脫毒苗常用的方法是（D）A.人工誘導基因突變B.選擇優(yōu)良品種進行雜交C.進行遠緣植物體細胞雜交D.取莖尖分生組織進行組織培養(yǎng)二、拓展應用1.紫色非甜玉米（基因型為AASuSu）和白色甜玉米（基因型為aasusu）雜交（Su和su代表一對等位基因），得到的F（AaSusu）再進行自交，F(xiàn)，會有紫色甜玉米的表型產(chǎn)生。如果運用常規(guī)育種方法，應該如何篩選出純合的紫色甜玉米？如果利用花藥培養(yǎng)的技術，又應該怎樣做呢？請你設計相關實驗的思路。提示：F2中的紫色甜玉米的基因型可能為Aasusu或AAsusu。如果運用常規(guī)育種方法，將F2中的紫色甜玉米與白色甜玉米（aasusu）進行測交，可以選擇出基因型為AAsusu的純種紫色甜玉米。但這種方法比較煩瑣，耗時也較長，需要至少三年的選種和育種時間。其實在F1產(chǎn)生的花粉中就可能有Asu的組合，如果利用花藥培養(yǎng)的技術獲得單倍體植株。再經(jīng)過誘導染色體加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的純合體。這種方法可以大大縮短育種周期。2.甜葉菊是一種菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的熱量卻很低，所以它逐漸成為一些用糖行業(yè)歡迎的新糖源。甜葉菊的種子小，發(fā)芽率低，種子繁殖遺傳性狀不穩(wěn)定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，這些都會限制甜葉菊的生產(chǎn)。假如你是某甜葉菊生產(chǎn)公司的項目負責人，該公司當前運行狀況良好，但一直未能解決種子發(fā)芽率低的問題。為了提高公司的甜葉菊繁育效率，你應該如