資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 高中生物 年級 高二年級 學期 春季
課題 通過植物體細胞雜交獲得新的植物體
教學目標
1. 舉例說明植物體細胞雜交技術的概念，運用結構與功能觀等生命觀念分析其基本原理。（生命觀念） 2.概述植物體細胞雜交的一般過程。（科學思維） 3.舉例說明植物體細胞雜交技術的應用價值，關注技術進步對人類生產、生活的影響。（社會責任）
教學內容
教學重點： 植物體細胞雜交的過程和應用價值。
教學難點：
植物體細胞雜交的過程。
教學過程
【導入】 教師活動：提出話題，番茄和馬鈴薯都是人們愛吃的食物，有沒有可能讓一種植物“地上結出番茄果實，地下長出馬鈴薯塊莖”？（學生思考回答：無性繁殖。） 教師活動：把兩種植物嫁接一下，想法很好，也可以成功培育，但這種并不是性狀穩定的植物品種。那傳統的有性雜交方法可以嗎？（學生思考回答：不行。） 教師活動：為什么？（學生思考回答：因為這兩種植物之間存在著生殖隔離。） 教師活動：那么，怎樣才能得到“你中有我，我中有你”且性狀穩定的“馬鈴薯—番茄”植株呢？ 【植物體細胞雜交概念】 科學史展示： 1978年梅爾徹斯等首次利用植物體細胞雜交獲得了馬鈴薯和番茄的屬間體細胞雜種“馬鈴薯-番茄”植株。提出植物體雜交細胞概念。 教師活動：是指將兩個來自不同種植物的體細胞融合成一個雜種細胞， 并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。 【原生質體】 思考從細胞的結構上分析，什么細胞結構會阻礙著細胞間的融合？（學生思考回答：細胞壁。） 教師活動：思考如何去掉細胞壁？（學生思考回答：利用酶的專一性，主要用纖維素酶和果膠酶水解植物細胞壁。） 教師活動：去除植物細胞壁后的細胞結構，包括細胞膜、細胞質和細胞核，為球形的原生質體，這是顯微鏡下的球形原生質體。但要注意與原生質層的區別。成熟植物細胞的細胞膜、液泡膜和介于這兩層膜之間的細胞質屬于原生質層，原生質層不包含細胞液和細胞核，所以同學們不要混淆這兩個概念。 整理：跟普通植物細胞相比，原生質體有哪些優點：①沒有了堅硬致密的細胞壁的阻礙，植物細胞之間的融合得以實現；②沒有細胞壁的阻礙，原生質體更容易被轉入外源基因，是植物基因工程的理想受體；③與完整細胞一樣具有全能性，仍可產生細胞壁，經誘導分化成完整植株。學習到現在為止，同學們對原生質體應該有了一定的認識。 【過渡——植物體細胞雜交過程】 我們從兩個方面展開學習本節課內容《通過植物體細胞雜交獲得新的植物體》，一成功培養原生質體是植物體細胞雜交技術的基礎，二由雜種細胞培育出的新植物體可能會具有新的性狀，也可分步驟為原生質體的獲取、融合與植物組培進行學習。 【原生質體的獲取、培養】 要獲得高質量的原生質體，應選擇分裂旺盛，再分化能力強的材料，如根尖、愈傷組織等。 在用酶解法降解細胞壁之前，先用較高滲透壓處理，一般置于0.5~0.6mol/L的甘露醇或一定濃度的蔗糖溶液環境中，目的使細胞處于微弱的質壁分離狀態，這樣有利于完整的原生質體的釋放，防止原生質體被破壞。 為避免雜菌污染，纖維素酶、果膠酶用可用無菌的G6玻璃砂漏斗過濾滅菌，為了加速酶解也可采取真空泵抽引滲透處理，促進酶液進入細胞間隙，后放置搖床，可以獲取原生質體。 這是顯微鏡下植物細胞酶解結果，除完整未損傷的原生質體外，還含有許多雜質，如細胞碎片、葉綠體、未被消化的細胞組織和破裂的原生質體，因此必須把這些雜質除掉，這就需要分離純化原生質體。 如何純化？沉降法（低速離心法）是最常用的方法，將過濾和離心相結合，置于離心管離心，原生質體沉于離心管底部，殘液碎屑漂浮于上清液；去上清液后，再把沉淀物重新懸浮于清洗培養基中反復3次，即可純化原生質體。 影響原生質體分離的數量和質量的因素有很多：比如材料的種類和生理狀態；酶的種類、酶解時間和溫度；酶液的濃度；分離與純化的方法等。 純化好了原生質體，還需進一步檢測其活力，如何檢測？（學生思考。） 我們可以根據已學知識去推導，通過教材實驗“觀察葉綠體和細胞質流動”可以想到“胞質環流法”、通過模擬實驗探究膜的透過性可以想到“染色法”，通過“觀察植物細胞的質壁分離及質壁分離復原現象”可以想到“滲透吸水或失水”，還有熒光標記法，氧攝入量評價法，形態觀察法。 舉個例子，熒光標記法(FDA法)， FDA本身沒有極性，無熒光，可以穿過細胞膜自由出入細胞，在細胞中不能積累。在活細胞中，FDA經酯酶分解為熒光素，后者為具有熒光的極性物質，不能自由出入細胞膜，從而在細胞中積累。在紫外光照射下，發出綠色熒光。相反如果是死細胞，則不會發出綠色熒光。 小結：獲取好所需的高質量原生質體，還需培養在適宜的環境中，成功培養原生質體是植物體細胞雜交技術的基礎。 對于這方面的科研成果頗豐，1960年英國植物生理學家科金用酶解法去除植物細胞壁，分離出了植物原生質體。1971年科研人員首次由原生質體獲得了煙草再生植株。據不完全統計，至少有400多種植物的原生質體經培養后成功再生植株。我國科研人員已獲得50多種植物的原生質體再生植株。 原生質體培養成功標志著植物細胞工程技術又向前邁進了一步，為植物細胞工程和基因工程的研究提供了先進的實驗體系，具有重要的理論研究和實際應用價值。細胞雜交技術的基礎。 【原生質體的融合】 原生質體的融合可用物理和化學方法，前者常用電刺激、離心、振蕩，后者常用聚乙二醇（PEG）等，利用細胞膜流動性的原理進行原生質體融合。以電刺激為例，第一排是裝置圖，活細胞互相緊密接觸前提下，給予短暫的高壓脈沖，引起細胞膜的穿透，隨后細胞膜發生結合導致細胞融合，左下角第一張是通電之前，旁邊是通電幾分鐘后原生質體在融合，最右邊是顯微鏡下電場中的原生質體融合，圈出來的都在融合。 原生質體融合是在一定密度的細胞群體下進行，請同學們思考在此過程，一定是番茄和馬鈴薯原生質體融合嗎？（同學們都在搖頭，表示不止。）那培養基中可能出現哪些細胞類型？①未融合的細胞： A、B；②兩兩融合的細胞：AA、BB、AB；③多細胞融合體；④部分融合。因此誘導融合后的產物是混合物，要獲得雜種細胞需進行鑒定和篩選。 拓展一下，僅供了解，鑒定和篩選雜種細胞的常用方法：（1）機械選擇法。利用兩種原生質體的某些可見標志（如形態、顏色等差異），對融合產物進行鑒別，篩選出雜種細胞進行單獨培養。對于在形態、顏色上難以區分的原生質體融合形成的異核體，可利用不同熒光素分別標記兩親本的原生質體，然后進行誘導融合，在熒光顯微鏡下選擇同時帶有兩種熒光標記的雜種細胞。 （2）互補選擇法。這種方法的原理是利用現成的或誘發產生的各種缺陷型或抗性型的突變體細胞作為融合實驗的材料。由于突變體均不能在特定的選擇培養基上生長，而能在該培養基上正常生長的是互補的雜種細胞，因此可將其篩選出來。 （3）組織培養篩選法。根據植物細胞對培養基成分和培養條件的要求與反應不同，可作為選擇雜種細胞的依據。利用這種特性或人為地造成雜種細胞生長和分化能力的差異來進行雜種細胞的選擇。 誘導成功的標志就是融合的原生質體經培養后再生出新的細胞壁，影響原生質體再生壁的因素有植物基因型、供體細胞的分化程度、培養基成分、滲透壓、有些植物加聚乙二醇有利于細胞壁發育。注意：再生出細胞壁是其能進行有絲分裂的前提，且再生細胞壁之后，要逐步降低滲透壓。 【植物組織培養】 雜種細胞具有全能性。通過植物組織培養獲得新植株，但一定會表現出“地上結出番茄果實，地下長出馬鈴薯塊莖”的雙親性狀嗎？其實1978年梅爾徹斯等用植物體細胞雜交技術培育出的 “馬鈴薯-番茄”植株，外型傾向于番茄植株，花和葉具有雜種的特點，并結有畸形的小果實，但在根部沒有形成塊莖。因此雜種植物也需要鑒定和選育。 拓展：雜種植株鑒定的方法有形態學鑒定、細胞學鑒定和DNA分子標記鑒定，其中最有效的方法是DNA分子標記鑒定。 美國的科學家曾經選擇了兩種煙草進行原生質體融合，這兩種煙草,一種是產量很高的栽培品種,一種是抗病害能力很強的野生種，融合的細胞再經過培養,長成了一株面目一新的煙草，它兼有高產和抗病害的優點,而且能直接繁育后代，一個優良的新品種就此產生！ 再比如白菜與甘藍通過植物體細胞雜交技術得到白菜甘藍新植株。 由雜種細胞培育出的新植物體可能會具有新的性狀目前已獲得多種植物種間、屬間甚至是科間的雜種細胞、愈傷組織，有些還分化成苗。 植物體細胞雜交技術的優點則是打破生殖隔離，克服遠緣雜交不親和的障礙，獲得了許多具有優良性狀的新的植物物質資源，但體細胞雜種植株的可育性還有待進一步研究，利用植物體細胞雜交技術培育的新品種應用于農業生產的例子還少，需繼續開發與探索。 【總結：植物體細胞雜交】構建過程圖，并注意幾個要點：①植物體細胞雜交的結果是雜種植株；屬于可遺傳變異類型（染色體畸變）；②原理：細胞膜具有一定的流動性，植物細胞的全能性；③雜種細胞的鑒定和篩選以及雜種植株的鑒定和選育是獲得真正雜種的必要過程；④意義：克服遠緣雜交不親和的障礙、能培育新品種。

展開更多......

收起↑