《植物體細(xì)胞雜交》教學(xué)設(shè)計(jì)

一、概述

人教版高中生物教材《現(xiàn)代生物科技專題（選修3）》中“植物體細(xì)胞雜交”，雖然考綱不做要求，但是，是發(fā)展探究能力，提高科學(xué)素養(yǎng)的良好素材。該內(nèi)容主要涉及植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的過(guò)程和應(yīng)用。體細(xì)胞克隆羊多利的問(wèn)世，不僅給克隆技術(shù)帶來(lái)重大突破，也使更多的人開(kāi)始關(guān)注細(xì)胞工程技術(shù)。近幾十年來(lái)，細(xì)胞工程技術(shù)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，許多成果已滲入到我們的日常生產(chǎn)和生活中。通過(guò)本專題的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解細(xì)胞工程的原理、應(yīng)用及其發(fā)展前景。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)方法主要采用探究式教學(xué)，結(jié)合學(xué)生的合作式學(xué)習(xí)，通過(guò)層層設(shè)疑，提出問(wèn)題并解決問(wèn)題。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)與技能。簡(jiǎn)述植物體細(xì)胞雜交技術(shù)及其應(yīng)用。

2.過(guò)程與方法。通過(guò)復(fù)習(xí)舊知識(shí)引出新知識(shí)，能夠深入理解知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，掌握知識(shí)遷移的學(xué)習(xí)方法；通過(guò)合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)，掌握植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的流程和應(yīng)用。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀。通過(guò)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)過(guò)程的學(xué)習(xí)，討論細(xì)胞工程技術(shù)的社會(huì)意義，認(rèn)同細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)之間的關(guān)系，關(guān)注細(xì)胞工程的研究發(fā)展和應(yīng)用前景。

三、學(xué)情分析

細(xì)胞工程是建立在對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能、生理等研究基礎(chǔ)上的新技術(shù)，在必修模塊《分子與細(xì)胞》中，學(xué)生已學(xué)過(guò)動(dòng)植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能、細(xì)胞的分化和全能性；在必修模塊《遺傳和進(jìn)化》中，學(xué)生已學(xué)過(guò)生物變異在育種上的應(yīng)用；這些都是學(xué)習(xí)本專題的知識(shí)基礎(chǔ)。更主要的是剛學(xué)過(guò)的植物組織的培養(yǎng)為植物體細(xì)胞雜交技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

四、教學(xué)方法

本節(jié)課采用探究式教學(xué)，教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)一種良好的情景，啟發(fā)學(xué)生提出問(wèn)題，利用學(xué)生已有的知識(shí)和其他交叉學(xué)科的思想，通過(guò)合理的想象，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。

五、教學(xué)過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)情境，激情導(dǎo)課

【教師活動(dòng)】教師通過(guò)幻燈片放映日本博覽會(huì)上的一棵枝葉覆蓋面積達(dá)14平方米，果實(shí)數(shù)量達(dá)13000只的番茄樹(shù)以及馬鈴薯的地下塊莖。提出問(wèn)題：通過(guò)合理的想象，結(jié)合我們學(xué)過(guò)的知識(shí)，想想如何充分發(fā)揮植物的潛能，讓地上部分結(jié)番茄，地下部分結(jié)馬鈴薯？

【設(shè)計(jì)意圖】激發(fā)學(xué)生興趣。

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生根據(jù)學(xué)過(guò)的關(guān)于作物育種等相關(guān)知識(shí)，提出可能的方案。

【教師活動(dòng)】評(píng)價(jià)學(xué)生的方法，同時(shí)提出新的問(wèn)題，用傳統(tǒng)的雜交育種的方法能得到番茄—馬鈴薯的雜種植株嗎？為什么？

【設(shè)計(jì)意圖】復(fù)習(xí)關(guān)于植物育種的相關(guān)知識(shí)。

【教師活動(dòng)】雜交育種的方法不能得到番茄馬鈴薯的雜種植株，因?yàn)椴煌锓N之間存在生殖隔離，采用什么方法能得到二者的雜種植株呢？為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)構(gòu)想，科學(xué)家在不斷地努力，隨著科學(xué)的發(fā)展，一項(xiàng)新的技術(shù)使這個(gè)構(gòu)想得以實(shí)施，那就是植物體細(xì)胞雜交。

2.層層設(shè)疑，引導(dǎo)探究

【教師活動(dòng)】植物體細(xì)胞雜交技術(shù)遇到了哪些困難，科學(xué)家又是如何逐一解決這些困難，最終得到番茄——馬鈴薯雜種植株的？

（1）艱難的實(shí)施歷程——去除細(xì)胞壁

【教師活動(dòng)】體細(xì)胞的雜交，不同于植物自然生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的兩性生殖細(xì)胞的受精過(guò)程，而是已經(jīng)分化的體細(xì)胞間的融合成功。那么遇到的第一重困難就是如何去掉植物細(xì)胞的細(xì)胞壁。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)植物細(xì)胞細(xì)胞壁的成分，思考去除之法。

【學(xué)生活動(dòng)】思考并回答相關(guān)問(wèn)題

【教師活動(dòng)】對(duì)學(xué)生回答的方法深入發(fā)掘。利用酶去除細(xì)胞壁，這種方法利用了酶的什么特性，酸或者堿也能去除細(xì)胞壁，請(qǐng)同學(xué)們分析一下，哪種方法更好？

【學(xué)生活動(dòng)】思考并回答相關(guān)問(wèn)題。

【設(shè)計(jì)意圖】體現(xiàn)學(xué)科交叉的思想，進(jìn)一步強(qiáng)化酶解法的妙用。

（2）誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合

【教師活動(dòng)】利用酶的專一性去除細(xì)胞壁，還不會(huì)破壞膜的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的活性成分。去除細(xì)胞壁后的植物細(xì)胞稱為原生質(zhì)體，第二道困難就是如何能使原生質(zhì)體融合。展示必修一教材P67圖4-5熒光標(biāo)記的小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)示意圖，提示學(xué)生不同細(xì)胞是可以融合的，并引導(dǎo)學(xué)生回答不同細(xì)胞可以融合的理論基礎(chǔ)是細(xì)胞膜的流動(dòng)性。

雖然不同細(xì)胞可以融合，但是，由于不同種的細(xì)胞其細(xì)胞膜是有差異的，需要用一定的方法誘導(dǎo)融合。研究表明可用物理和化學(xué)等方法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合。物理法包括離心、震蕩、電擊等；化學(xué)法一般用聚乙二醇（PEG）作為誘導(dǎo)劑來(lái)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合。

融合后的原生質(zhì)體的膜重新排列形成一個(gè)統(tǒng)一整體，細(xì)胞核也融合為一個(gè)，得到了兩種不同細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，從植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性來(lái)看，融合的原生質(zhì)體算是一個(gè)真正的植物細(xì)胞嗎？請(qǐng)同學(xué)們思考并回答。

【學(xué)生活動(dòng)】再生細(xì)胞壁后才能算作完整的植物細(xì)胞。

【教師活動(dòng)】為了提高原生質(zhì)體融合的效率，操作時(shí)許多番茄和馬鈴薯的原生質(zhì)體放在一起促融，這樣得到的融合細(xì)胞都是番茄馬鈴薯的雜種細(xì)胞嗎？如果不是，還有哪些？要想得到雜種細(xì)胞還要進(jìn)行什么活動(dòng)？

【設(shè)計(jì)意圖】激發(fā)學(xué)生發(fā)散的思維。

（3）培育雜種植株

【教師活動(dòng)】請(qǐng)同學(xué)們回想一下，我們最初的目標(biāo)：得到雜種植物。現(xiàn)在我們得到的僅是雜種細(xì)胞，請(qǐng)同學(xué)們回顧上節(jié)課我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容，思考利用什么技術(shù)可以培養(yǎng)雜種植株，并簡(jiǎn)述該技術(shù)的過(guò)程。

【學(xué)生活動(dòng)】回答相關(guān)問(wèn)題，畫(huà)出技術(shù)流程圖

【設(shè)計(jì)意圖】植物組織培養(yǎng)是考綱要求的考點(diǎn)，復(fù)習(xí)強(qiáng)化該知識(shí)點(diǎn)。

3.歸納小結(jié)，鞏固認(rèn)識(shí)

【教師活動(dòng)】克服上述的重重困難后，得到了雜種植物。回顧艱難的歷程，請(qǐng)給植物體細(xì)胞雜交下一個(gè)定義。

【學(xué)生活動(dòng)】歸納總結(jié)植物體細(xì)胞雜交的定義。

4.頭腦風(fēng)暴，發(fā)散思維

【教師活動(dòng)】科學(xué)家歷盡千辛萬(wàn)苦得到的番茄—馬鈴薯的雜種植株，最終修成正果了嗎？

讓我們看看科學(xué)結(jié)果：展示科學(xué)家實(shí)驗(yàn)結(jié)果（請(qǐng)一個(gè)同學(xué)閱讀）。思考：為什么番茄—馬鈴薯沒(méi)有像人們預(yù)期的那樣，地上結(jié)番茄，地下結(jié)馬鈴薯？四人為一組展開(kāi)討論，并發(fā)布討論結(jié)果。

【學(xué)生活動(dòng)】討論，發(fā)布討論結(jié)果。

【教師活動(dòng)】評(píng)價(jià)學(xué)生的答案，并講述“在眾多的可能性中，科學(xué)家分析后給出這樣一種解釋：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以番茄—馬鈴薯雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，所以雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄，地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了”。

盡管番茄—馬鈴薯沒(méi)有像人們預(yù)期的那樣地上結(jié)番茄，地下結(jié)馬鈴薯，但是雜種植物的獲得，說(shuō)明不同屬間的植物能夠?qū)崿F(xiàn)體細(xì)胞雜交，他的意義在于植物體細(xì)胞雜交能夠克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。

這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取得了很多成果，如白菜—甘藍(lán)，胡蘿卜—羊角芹，煙草—海盜煙草。

【教師活動(dòng)】（展示圖片）眼蟲(chóng)，一種含有葉綠體的原生生物，這說(shuō)明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動(dòng)物細(xì)胞中存活。一頭牛的異想天開(kāi)：要是把牛的細(xì)胞與植物細(xì)胞雜交得到綠色的小奶牛，那豈不是只要曬曬太陽(yáng)就可以擠出牛奶了！如果理論上可行，請(qǐng)同學(xué)們?cè)囍O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。

【設(shè)計(jì)意圖】運(yùn)用本節(jié)課所學(xué)知識(shí)，展開(kāi)想象的翅膀，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新的能力。

(責(zé)任編輯 易志毅）