高中生物 2.1《植物细胞工程—植物组织培养技术》教学设计 新人教版选修3

专题2 植物组织培养技术一.设计思路本节课遵循高中生物课程标准倡导的提高生物科学素养的基本理念来设计。植物组织培养的内容与当前生物技术热点和生产生活实际紧密相连，所以本节课应重视学生理解能力、实际应用能力的培养。将植物组织培养技术的知识作为本节课的理论基础，将科学问题解决的过程作为本节课的教学主线，并通过设置一些相互衔接的问题，引导学生思考，将课堂交还给学生，让其在老师的指导下，自主地解决实际问题、获取相关知识，同时提高自身的生物学素养。二、教学分析1、教材分析“植物细胞工程的基本技术”是人教版高中生物学教材现代生物科技专题(选修3)专题2“细胞工程”的内容，涉及的知识点主要有细胞的全能性、植物组织培养技术，其中植物组织培养的原理和过程是教学的重点，植物组织培养的实验是教学的难点。 2、学情分析虽然必修模块中细胞全能性、细胞分化和单倍体育种等方面的知识已为本节课的学习奠定了一定的理论基础，但是相关的实验技术难度较高、过程抽象，这就会给学生的理解带来一定的困难。教学中应结合多媒体手段，采用创设情境、层层设疑、小组讨论等方法，让学生完成知识的自主构建，并激发他们的科学探究意识。 3、教学重点与难点分析 （1）重点：细胞的全能性和植物组织培养技术 （2）难点：植物组织培养技术三、教学目标1.知识目标 简述细胞全能性的概念；简述植物组织培养的过程、方法和应用；2.能力目标 在质疑、探究的学习过程中，培养独立思考，推理判断和创造性思维能力；通过联系农业生产实际，培养活学活用，理论联系实际的能力。3.情感态度和价值观目标认同科学是一个不断发展的过程，激发探索生命奥秘的热情；渗透科学思想的教育，理解科学、技术、社会与环境四者之间的关系。四、教学策略与手段本节课根据生物工程内容的特点，从引导学生从科学、技术、社会与环境四个层面进行构建，具体指导以技术操作流程为核心，在此基础上分析操作的原理（科学），分析应用（社会、环境）与技术的联系。虽然本节课涉及的生物技术，在现有实验条件下无法完成，但是借助多媒体来展示图片资料，也可以化抽象为直观，让学生充分感受到科学技术的魅力。另外，教师通过创设问题情境来展开教学活动，并围绕提供的资料开展一系列问题的讨论，学生通过观察、体验、推理、归纳等思维活动获取知识。这样“变教为诱，变学为思”，改变了传统的“灌输式”教学模式，使教学效率更高，使学生主体本身得到全面发展。五、教学过程教学环节与内容教师的组织和引导学生活动教学意图创设情境导入新课“植物组织培养”师：春天，如果你把月季的枝条剪下来，扦插在花盆里，过段时间你可能会发现，这个枝条变成了一棵月季。这种技术叫什么？师：对，这是无性繁殖中的扦插。请大家设想一下，如果我们把这个枝条剪得短一些呢？有可能扦插成功吗？师：那如果我们继续将它剪得更短一些呢？师：如果我们不断地将枝条分割下去，最后留下的是一个细胞呢？1902年，德国植物学家哈伯兰特(Haberlandt)就猜测：如果给细胞提供和生物体内一样的条件（适宜条件下），每个细胞都应该能够独立生活并且发育成完整的个体。你认为哈伯兰特作出这种猜测的依据是什么？观察、思考、回答。生：这叫扦插。生：可能。生：可能。生：植物细胞的全能性。创设问题情境，激发学习兴趣与探究的欲望，引导学生进入思维轨道中来。讲授新知识一、植物细胞的全能性1.概念2.原因3.脱分化 再分化1.概念：已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。2.原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。 思考：（1）受精卵、生殖细胞、体细胞全能性大小的比较？ （2）在生物的生长发育过程中，细胞为什么并未表现出全能性？阅读课本P33，讲解脱分化再分化。观察、思考、回答。生：基因选择性的表达生：受精卵 生殖细胞 体细胞通过教师的讲授，让学生了解细胞全能性的概念和原因。通过思考（2）过渡到细胞工程的发展历史。二、植物细胞工程的发展历史1.1902年德国哈伯兰特提出细胞全能性理论； 据此，哈伯兰特大胆提出要在试管中人工培育植物。哈伯兰特本人以及后来的德国植物胚胎学家汉宁(Hanning)等人，都用植物的叶、茎、根、花的小块组织或细胞，进行过培养试验，但他们都没有获得成功。通过必修1分子与细胞的学习，我们已经知道，将离体的植物组织细胞培养成完整的植物体的技术叫植物组织培养。这种技术现在已很成熟，在生产上也得到了广泛的应用，我们的实验室也能进行这种培养，但当初哈伯兰特以及汉宁等科学家的尝试却没有成功，你认为原因是什么呢？师：大家分析得有道理，限于当时的科学技术发展水平和设备等条件的限制，哈伯兰特等科学家没有尝试成功，但却为后人提供了很多可以借鉴的经验。2.1937年美国怀特培养出了烟草植株；3.1958年美国斯图尔德证明植物细胞全能性；4.1965年沃索由烟草的单细胞得到再生植株；5.1970年斯图尔德单个细胞培养可育的新植株，进一步验证了细胞的全能性；6.20世纪70年代以植物细胞克隆为代表的 植物细胞工程诞生。学生聆听、思考提出各种观点。引发学生思考：科学技术的发展需要科学家的坚持不懈。使学生感悟，从植物枝条扦插可以成活，到细胞可以培养成完整个体的推测是一个逻辑推理的过程，同时也使学生明确，科技的发展是漫长而曲折的过程，需要经过许多科学家的共同努力。过渡科学家从提出预言到预言被证实，用了50多年的时间，在这期间你认为科学家主要摸索与探究的问题是什么？我们在扦插植物的时候考虑的也是插在什么样的土壤中，扦插后如何进行管理，组培也一样。但组织培养到底需要什么样的培养基，又需要什么样的培养条件呢？我们先了解教材中的实验介绍，然后再作分析与讨论。请大家阅读课本P34，思考课本P35讨论题。讲授新知识三、植物组织培养技术1.原理： 2.操作对象：3.培养条件： 教师提问，引导、分析评价、小结。1.原理：植物细胞的全能性; 2.操作对象：离体细胞、组织或器官;3.培养条件： 1）适宜的外界环境条件:无菌、消毒，适宜的温度与PH，光照或遮光等 2）培养基：一定的营养物质、激素阅读思考小组讨论交流通过阅读资料，训练学生的思维，提高信息处理能力，利用讨论法加深对组织培养的理解。小组活动1：MS培养基的配制引导、分析评价、小结师：这个配方是科学家经过无数次的实验而得出的，分析此配方，你认为配方中的成分有什么特点？起什么作用？生：（讨论后回答）配方中含有多种植物生长必需的无机盐，还含有多种有机物。师：植物生长需要无机盐，而且对不同无机盐的需要量有差异，因此配方中加入了多种无机盐，有些量多，有些量少，这些都很好理解，但为什么还要加入有机物呢？栽培植物体的时候我们并不需要给植物提供有机物呀。学生可能的回答1：植物体是自养型的，能通过光合作用合成有机物，而培养的植物细胞不具有光合作用的能力。2：教材上介绍脱分化阶段是在黑暗条件下进行的，细胞也不能进行光合作用。因此，就需要在培养基中添加有机物。3：植物体是一个整体，不能进行光合作用的细胞可以从其部分获得所需要营养物质，但组织培养的细胞是离体的，只能从培养基中获取营养物质。师：培养基中的琼脂也是提供有机营养的吗？生：（不是。它是凝固剂，用于配制固体培养基的。）师：说得对，我这里补充说明，有机物还可以维持细胞的渗透压，使细胞保持正常的生理状态。在我们刚才分析的MS培养基中，包括了无机盐（矿质元素）、有机物以及琼脂，但这个培养基只是个基础培养基，在实际进行组培时还需要根据培养要求等加入相关的激素。讲授新知识小组活动2：胡萝卜细胞培养中添加的激素资料：MS培养基只是个基础培养基，在实际进行组培时还需要根据培养要求等加入相关的激素。下面是胡萝卜细胞培养中添加的激素： （1）诱导胡萝卜愈伤组织 在MS培养基中加入质量分数为0.5mg/L的6-苄氨基嘌呤（细胞分裂素的一种即6-BA）和质量分数为0.5mg/L的奈乙酸（生长素的一种即NAA） （2）诱导胡萝卜丛芽在MS培养基中加入质量分数为2mg/L的KT（激动素，能促进细胞分裂的激素）和质量分数为0.2mg/L的NAA。 （3）诱导胡萝卜生根在1/2MS培养基中加入质量分数为0.1mg/L的NAA。 根据上面的资料，你认为激素在植物组织培养中起什么作用？引导、分析评价、小结（不同种类的激素能诱导细胞的脱分化与再分化。）阅读思考小组讨论交流提供资料训练学生的思维，提高信息处理能力。三、植物组织培养技术4. 流程简图小组活动3：引导、分析评价、小结展示答案，小组讨论交流强化学生对流程的记忆5. 应用1）在愈伤组织阶段，利用已脱分化的细胞进行培养，就可以获得细胞的代谢产物。例如：紫杉醇可以用来治疗癌症，如果我们把红豆杉细胞培养成愈伤组织，就可以产生紫杉醇，红豆杉也就不会被“剥皮”！环境也不会遭到破坏。2）再分化形成的胚状体，类似于胚，如果加上人工种皮、充填营养就可以生产人工种子。3）从外植体来看，不仅可以是体细胞，还可以是生殖细胞。生殖细胞培养得到的植株就是单倍体，这是单倍体育种的基本环节。4）植物组培是从细胞到植物体的培育过程，不受种子与繁殖季节的制约，因此可以做到大量快速繁殖，是一种“高保真”的微型繁殖。也正是因为植物组培是从细胞到植物体的过程，突变的细胞，被导入目的基因的受体细胞，体细胞杂交得到的杂种细胞，要培育形成相应的植物体，都离不开组织培养，等等。要求学生根据组培过程进行思考、分析、小组讨论交流。关注技术应用，体现科技发展对社会和环境的影响。归纳总结巩固升华四、植物组织培养的概念1.概念：2.优点：1.概念：在无菌和人工控制的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、从芽，最终形成完整的植株。 2.优点：1保持亲本优良性状； 2快速获得大量无病毒幼苗。 聆听、思考、回答、内化。培养逻辑归纳能力达标检测拓展延伸1.课堂达标检测：1下列不能作为植物组织培养的材料是 A、秋海棠的叶 B、马铃薯的块茎C、成熟的花粉 D、木质部中的导管细胞2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未受精的卵细胞发育成个体3组织培养属于有性生殖还是无性生殖？ 2.课后见阳光课堂练习。练习、评价并纠错通过练习加深学生对本节重点知识的掌握。 六.板书设计 植物细胞工程一、细胞工程概念二、植物细胞的全能性 1.概念 2.原因 3.大小比较 4.脱分化与再分化三、植物组织培养技术 1.原理生殖细胞：单倍体育种的基本环节；导入目的基因：转基因植物。加上人工种皮与人工胚乳：人工种子。不受种子与繁殖季节的制约，可以快速繁殖。获得细胞代谢产物：紫草素。 2.操作对象3.培养条件4.流程简图 5.应用四、植物组织培养的概念1.概念：2.优点：七.教学反思本节课根据生物工程内容的特点，从引导学生从科学、技术、社会与环境四个层面进行构建，具体指导以技术操作流程为核心，在此基础上分析操作的原理（科学），分析应用（社会、环境）与技术的联系。虽然本节课涉及的生物技术，在现有实验条件下无法完成，但是借助多媒体来展示图片资料，也可以化抽象为直观，让学生充分感受到科学技术的魅力。另外，教师通过创设问题情境来展开教学活动，并围绕提供的资料开展一系列问题的讨论，学生通过观察、体验、推理、归纳等思维活动获取知识。这样“变教为诱，变学为思”，改变了传统的“灌输式”教学模式，使教学效率更高，使学生主体本身得到全面发展。本节拓展与补充的内容并不是教学的目标，这些内容是以信息的方式呈现给学生的，除拓展学生的视野，加深学生的认识外，更主要的目标在于以此内容为载体训练学生的思维，提高信息处理能力。如果将这些内容灌输给学生并要求学生掌握，那就偏离了教学目标。最后要求学生根据组培过程进行分析组织培养技术在生产中的应用，使得科学知识技术得以应用。不足：学生分组讨论不易控制，实验操作体验缺乏，动手能力不够。