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细胞工程课程在生物科学专业的设置
本课程自从2007年在我校新办生物技术专业开设以来,根据学校对本科生物技术专业的培养计划,细胞工程是生物技术专业的主干课程,并于2009-2010学年第二学期开始开设。通过对该课程的教学,使学生掌握细胞工程所涉及的基本概念、原理、技术方法、应用基础等内容。通过近三年的教学实践,不断加强课程建设与发展,理论教学体系已经基本完善,实验教学平台基本建立。通过全面进行教学改革,已逐渐形成本校建设的特色课程。21世纪,生命科学全面快速发展。根据学科发展和社会需求趋势,在新办生物技术专业基础之上,2009年我校新办生物科学专业。然而,新办生物科学专业的困境是专业范围宽泛;如何在有限的时间内,全面、高效地培养适应社会需求的合格人才,是每位任课教师和教学管理者必须认清的首要问题。为了充分发挥我们医学院校的资源优势,在培养学生方向定位上,以健康教育为主要方向,兼顾生物制药等,但又与生物技术的培养方式不同。由于细胞工程是由细胞生物学、分子生物学、基因工程、工程学等学科理论技术有机结合的一门崭新学科,因而被设定为新办生物科学专业本科生培养计划的必修课程。
细胞工程课程在生物科学中的开设,是以普通生物学、生物化学、医学遗传学、细胞生物学、分子生物学、微生物学、免疫学等先修课程为基础。同时,将本课程的学习与基因工程、生物技术等课程的学习互相补充和相互促进,为将来从事生命科学基础理论研究、生物制品的开发和应用、疾病诊断技术的开发与应用等领域的工作打下必要的基础。在教材方面,以李志勇编著《细胞工程》(高等教育出版社)为基本教材,以杨吉成编著《细胞工程》(化学工业出版社)、安利国编著《细胞工程》(第二版,科学出版社)等为主要参考教材。在教师队伍配置方面,既有细胞生物学领域教学经验丰富的教授,也有年富力强的专业知识扎实的中青年骨干教师。细胞工程的理论教学和实验教学全部由既具有扎实生物工程学相关知识背景,又有基础细胞理论与实验技术背景的骨干教师承担。
细胞工程教学内容的设定与改革
细胞工程课程的特色,是以细胞工程技术方法的基本原理为课程教学切入点。在教学内容上,基本理论的讲授与技术方法过程的介绍并重;在本学科知识的系统性方面,既有本学科理论的系统性,又加强与其他相关学科的相互渗透交叉,尤其是以细胞生物学、生物工程的基础知识背景,为本学科的理论教学奠定基础;通过将现有技术的原理、应用归纳,与本学科相关技术的发展趋势讲解相结合;从内容上,客观系统地反映本学科相关领域应用前景、重点研究方向和尚待解决的科学问题;在理论上自成体系。根据教学计划,细胞工程在我校总学时设定为80学时,其中理论50学时,实验30学时。本课程的开设,一般在第三学年的第二学期,在普通生物学、生物化学、医学遗传学、细胞生物学、组织胚胎学等课程修完之后进行。细胞工程在教学内容、教学方法上又与以上学科大不相同,本课程教学是以技术方法的原理为基础理论的学科,因此实验与理论教学并重。细胞工程课程的理论课程内容,根据研究对象一般分为三大部分内容,分别为:细胞工程概论与基本技术、植物细胞工程、动物细胞工程。根据我校的教学实际情况和培养计划,我们对教学内容进行了适当的改革与调整。课程的内容重点在第一部分细胞工程概论与基本技术和第三部分动物细胞工程[1-4]。
摘 要 细胞工程是生物工程专业的一门专业基础课,细胞工程课程组对细胞工程课程的教学内容、教学方法和考核方式等进行了一系列的探索与改革,制定了课程质量标准,修订了课程教学大纲,为生物工程专业学生的培养奠定了一定的专业基础。
关键词 细胞工程 课程改革 教学改革
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.08.024
Exploration and Thinking of Biological Engineering
Cell Engineering Course Teaching Reform
SHAO Jingxia, YANG Shushen, XU Hong, MA Ruili, ZHANG Xiaohong
(College of Life Sciences, Northwest A& F University, Yangling, Shaanxi 712100)
Abstract: Cell engineering biological engineering professional a basic course, cell engineering course group of cell engineering course content, teaching methods and assessment methods carried out a series of exploration and reform, develop a curriculum quality standards, revised the course syllabus for the cultivation of bio-engineering students laid a professional basis.
Keywords: cell engineering; course reform; teaching reform
生物工程是一门新兴的集生物学、化学、医学、工程学等为一体的边缘交叉学科。我校生物工程专业始建于1999年,细胞工程课程是生物工程专业的一门专业课,是应用性、实践性很强的学科。根据生物工程专业人才培养的目标, 在多年的教学和实践过程中,笔者对细胞工程课程内容和结构进行了较为全面的改革和探索,以期完善人才培养的知识结构,满足本专业学生课程学习的需求,培养知识全面的合格人才,切实提高学生的创新与实践能力。
1 合理构建课程体系
1.1 适应专业要求,调整教学内容
细胞工程是生物工程专业的一门专业课,由于师资及实验条件限制,最初细胞工程课程内容主要讲述植物细胞工程,其内容主要包括:植物细胞的全能性理论及其实现途径,植物细胞的脱分化和再分化理论,器官分化和体细胞胚胎发生的途径与方式,植物细胞工程实验室组成和无菌操作技术,植物离体无性繁殖和脱病毒技术,植物胚胎培养和单倍体诱导技术,原生质体培养和体细胞杂交,植物细胞培养及次生代谢产物的生产,体细胞无性系变异和突变体筛选,种质资源离体保存和植物遗传转化技术。随着专业的快速发展和学生知识结构的需求,对课程内容的要求也在不断拓展。近几年我们增加了动物细胞工程的理论,其内容涉及动、植物细胞和组织的培养技术,细胞融合技术,胚胎移植、动物克隆、体外受精、转基因动物等技术以及细胞工程技术在农业、工业和医药等领域的应用。
1.2 立足基本原理,突出专业应用
我们在讨论课程大纲及课程质量标准时确定了该门课程主要包含基本原理、基本技术、实践应用三部分,压缩了原理和理论讲授学时,加大了知识应用学时,例如学习了细胞全能性理论知识,我们把如何利用这一原理进行植物快繁、细胞培养、种质保存等作为重点内容。调整课堂讲述内容的同时,增加了实验课和实习的学时,使课程结构更加适应专业学习需求,突出了工科课程的专业应用。
1.3 编制课程标准,规范教学内容
细胞工程课程大纲经过了2004年、2008年、2012年和2014年4次修订,生物工程教研室对细胞工程课程内容、实验、实习等环节进行了广泛的讨论,同时也听取和参考了其他高校同行的建议,编写了细胞工程课程质量标准,首先确定了学生通过本课程的教学应实现以下目标:①了解细胞工程课程在生物学科中的地位及发展情况;②了解细胞工程的基本理论依据及该课程在国内外的进展与发展趋势;③使学生理解和掌握动植物细胞工程的基本理论知识和各种操作技术的基本原理及技术路线;④使学生能够灵活运用所学的基础理论知识,发现、分析并解决实验操作过程中的具体问题;⑤提高学生分析问题、解决问题的能力,为以后更好地应用细胞工程技术奠定坚实的理论和技术基础。围绕课程培养目标确定了细胞工程课程共十五章的讲述内容;同时进一步规范了该门课程的考核环节和实施程序,使今后的课程考核更加全面和科学。
2 改进教学方法,利用现代化教学手段,提高教学效果
2.1 采用多种教学方法,调动学生学习的积极性
生物工程专业本科的细胞工程课程在三年级第二学期开设,学生已经具备相关的专业基础知识。因此教师在课堂授课过程中,综合采用启发式、比较式、互动式和讨论法等多种教学方式,充分调动学生的积极性,实现学生对理论知识的更好理解和掌握。如在讲述细胞工程理论时,首先提问学生为什么细胞具有全能性,各种不同细胞类型实现全能性的能力为什么不同?并引入课堂讨论-植物离体培养中如何实现植物细胞的全能性?在讲述细胞培养时,我们首先让学生比较植物细胞、动物细胞与微生物细胞的结构、功能的不同;在讲述人工种子时,引入课堂讨论-体细胞胚胎与合子胚的异同点?通过这些方式充分调动他们探索未知领域的主观能动性和创造性思维,激发学生的求知欲,激励学生积极参与到教学过程中,真正让学生成为课堂的主体。
2.2 充分利用多媒体教学手段,提高学生的学习兴趣
计算机辅助教学作为现代化的教学手段,在改革教学模式、优化教学内容、提高学生的学习效率等方面有重要的作用。细胞工程课程内容多,信息量大,应用性和实践性很强,又涉及多种实验技能。根据细胞工程课程的特点与教学内容要求,为了使学生在有限的课时内取得更好的学习效果,在教学过程中,授课教师采用传统板书和多媒体教学相结合的手段。在平时的教学实践中,授课教师就非常注重各种素材的收集和加工,自制或搜集相关的视频和动画,在课程教学和实验教学中均使用多媒体课件。如利用图片展示污染、褐变、玻璃化等现象,使学生可以直观地分辨到各种限制植物组织培养的因素;用动画的方法进行演示胚胎干细胞的诱导分化及单克隆抗体的制备过程,使学生更容易理解和掌握这些较抽象的内容;通过视频等方式介绍原生质体的分离,细胞融合等过程,可以把一些学生容易忽略、较抽象、不易观察到的重要操作技术直观地演示出来。利用板书绘制离体培养条件下,小孢子发育成植物体的途径和原生质体融合的不同产物,以加深学生的理解。传统和现代教学手段相结合,加强理论和实际的联系,取得了明显的教学效果。
同时,我们也完善了细胞工程课程的网上资源,包括教学大纲、多媒体课件、思考题和试题库等,方便学生课后复习。
3 加强实践教学,巩固教学成果
细胞工程是一门应用性、实践性很强的课程,我们注重理论课教学的同时,不断完善实践教学体系。通过多年的教学实践,已经建立起了包括课程实验和生产实习两个方面的实践教学体系。
保留基础性实验内容,如培养基配制、初代培养、继代培养、培养物观察等内容,以培养和训练学生最基本实验技能。在有限的实验课课时和现有实验条件下,对原有短时间的、验证性实验进行整合和优化,合理规划实验内容和环节,使实验环节衔接紧密。如实验室的显微镜和解剖镜是按照两个同学一组的标准配备的,在花器官剥离与观察实验中要用到解剖镜,而花粉发育时期鉴定用到光学显微镜,因此我们将这两个实验整合在一起,既有效利用了实验室资源,又节约了时间。人工种子的制备和继代培养基的配制合在一起,在培养基灭菌的过程中,制备人工种子,避免了学生等待灭菌的过程。
在传统的细胞工程实验教学中,如母液配制、材料选择等一般由实验人员或教师提前准备,学生只是按照实验指导完成实验的部分步骤。如原生质体的分离、纯化和融合实验,改变了原来实验室老师准备好所有需要用的试剂,而让学生全程参分离酶液、洗涤液、电融合液、化学融合剂的配制,将现有的部分过程性实验变为全部过程性实验。通过全程参与实验的整个过程,学生的实验技能得到较全面的综合性训练。
为培养学生的综合能力和探究精神,结合不同专业的学科方向,自选一些实验材料,独立完成,也可以结合教师科研和大学生科创项目进行,提高学生的综合实验能力和基本的科研素质。
4 完善考核方式、注重学习效果
考核是教学中不可缺少的环节,通过考核对教学质量及教学效果的反馈和检查,一方面,检查学生对知识的掌握程度;另一方面,教师可以发现教学中存在的问题,及时改进教学效果。细胞工程课程考核分为两大部分,平时考核占30%,课程考试占70%。平时考核主要包括课堂表现(考勤,课堂讨论,课堂提问)和课后作业等方式对学生平时的表现进行综合考核。引导学生重视平时学习,防止期末突击应付考试。
实验课按照实验的性质,分别考核,首先基础性的实验中逐步降低实验报告的成绩比例,将学生在实验课上的综合表现,包括操作的规范程度、培养结果的好坏及卫生情况等纳入到考核的内容,使学生养成良好的实验习惯。基础实验的评定具体包括实验报告50%、课堂纪律10%、实验技能20%、实验结果10%和实验习惯(卫生、实验用品使用等)10%。
其次,对于综合性设计性实验的考核,主要从材料的选择,方案的设计,团队协作,实验操作,报告书写的规范程度等方面来评价,因为实验材料的选择根据学生兴趣,因此难易程度不同,对实验结果仅作为参考基础。这部分的成绩评定具体包括材料的选择10%,方案的设计30%,团队协作20%,实验操作及材料的生长状况20%,报告书写的规范程度20%。计算各部分的成绩的平均成绩,作为实验的最终成绩。
对实习的考核,实行带队教师与实习基地指导教师的双向考核。主要包括实习考勤(10%)、实习报告(30%)、实习带队老师(30%)和实习基地老师成绩(30%)的双向考核。
随着细胞工程发展,在教学过程中授课教师不仅要不断丰富学科发展的前沿和发展动态,更新自身的知识理论框架,而且在教学过程中要不断思考探索和总结,提高教学质量,使学生在学习过程中真正有所收获,为国家培养出综合素质较高具有创新能力的优秀人才。
参考文献
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[4] 刘进平,莫饶,李彦军,等.“植物细胞工程”课程教材建设与教改实践[J].农业与技术,2005.25(4):194-195.
关键词: 植物细胞工程 应用教学 教学改革植物细胞工程学是应用细胞生物学和分子生物学的原理与方法,在植物细胞水平上对植物进行的操作技术,实质为植物组织培养及这些技术的应用。植物细胞工程是一门现代生物科学理论和工程技术相结合的综合性学科[1,2]。本课程围绕细胞工程的主要原理与基本技术进行现代教学,是实践性和应用性很强的专业课。学生对植物细胞工程基础理论知识的学习、实践动手能力的获得和科学素质的培养与教师教育教学关系密切。通过细胞工程的学习,学生在系统掌握本课程的理论、方法和技术等基础知识的基础上,结合最新研究动态,使学生可以全面地了解本课程[3]。高校细胞工程课程教师怎样通过启发、引导式的教学方法提高教学质量,达到教学、科研和生产开发各方面的要求。
1.理论教学改革
突出重、难点,优化教学内容。植物细胞工程各章节的逻辑性不强、理论表述较少,而应用技术细节则比较多,如果力求每个技术环节都面面俱到则可能效果不好,因此在教学过程中应采取抓重点放次要的原则,精选教学内容[4]。参考华中农大的全国教学精品课程对本课程进行指导和修正。教材的选用上,确定高等教育出版社出版的柳俊教授主编的《植物细胞工程》为教学参考书[5],本书系统地介绍了植物组织细胞培养技术,既说明了操作方法,又论述了理论原理,比较适合于本科生的学习,同时注重培养学生综合素质。生物技术各领域的新成果日新月异,对教师而言不仅要传授给学生这个领域的基本原理、方法和技术,而且要把最新研究进展融入到教学中。这样能使学生系统地了解和掌握细胞工程的研究与应用现状和发展前景。
2.改革教学方法
灵活使用多种教学方法激发学生的学习兴趣,发挥其主观能动性。兴趣是最好的老师,带着兴趣学习,可以发挥学生的主观能动性,对教学效果的强化无疑是大有裨益的。在课前或者课后利用多媒体播放一个课程短片引出本节课或下节课的问题,让学生带着问题听课,在课程中寻找答案。细胞工程是一门应用性和技术性很强的学科。在理论教学过程中需要很多图表进行讲解,技术中的很多操作环节,如无菌操作、植物细胞培养等操作严格规范,传统的板书教学难以保证教学效果[6,7]。在教学过程中利用多媒体,可以很直观地观察操作过程,丰富学生的感官认识,有利于操作技能的掌握和深刻理解深奥的理论知识。运用多媒体教学时,还应该注重师生互动,积极引导学生学习,关注学生情感,建设和谐课堂,拉近学生与教师之间的距离[7]。另外,教学和科研相结合可以提高教学工作的效率,强化教学效果[8]。学生亲自参加教师的科研项目,可以掌握最新科学研究的基本方法、开拓科研思路认识。明确科学研究是一项严谨和艰苦的工作的科研观点,同时学生从教师身上学到实事求是的科研作风。了解进行科学研究自身应具备的素质,有思想准备和实际行动为今后有想法从事科研工作奠定基础[9]。
充分利用各种学习资源,提高学生的能力与素质。随着全国各高校的校园网络平台功能的发展日臻完善。教学管理系统、课件系统和课外作业在线提交系统的开通,给学生和教师提供了更多的交流途径。学生可根据个人兴趣和需要,到课件平台系统中观看或下载由任课讲师上传的复习资料和多媒体视频,该途径是对课堂教学时间短、内容多的一个有力补充,也为一些感兴趣的同学进行自学提供了帮助。与此同时,可以建立细胞工程课程讨论群,在群里学生自由提问、自由表达对教学的意见和建议,这些均极大地方便了学生对课程的学习,同时方便了教师对课程的教学改革[4]。
3.开放性实验教学模式的探索
一方面,实验教学是生命类学科教学中的重要组成部分,对教学起到举足轻重的作用。其质量高低直接决定整个课程的成败。另一方面,由于就业竞争压力的增加,对学生的综合素质特别是动手能力的要求越来越高。要求任课教师关注实践性教学环节,真正培养一批技术上过关,操作上过硬,经得住用人单位考验的应用型人才[10]。
以往传统的实验教学都是教师根据教学大纲设定一个个单独的实验(普遍是验证性的实验),内容完全是理论内容的重复和验证。课程的方式大都由教师准备实验器材和实际,教师先讲授整个实验过程,并要求学生在规定的时间和规定的步骤,按部就班地完成。表面上看学生在这个过程中动手完成了整个实验过程,锻炼了动手操作能力,但从深层次上挖掘,学生没有动脑思考实验,而是被动接受,缺乏设计性和创造性[11]。可以尝试给定几个实验题目,根据学生的兴趣确定实验题目,进而由学生初步制订实验方案,教师给予指导和纠正。
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[10]陶国林.开放性实验教学模式及策略研究[J].教育研究,2013:20(2):142-143.
关键词:细胞工程;教学方法;教学改革
中图分类号:G640 文献识别码:A 文章编号:1001-828X(2016)031-000-01
细胞工程是以细胞为研究对象,应用生命科学理论,借助工程学原理与技术,有目的利用或改造生物遗传性状,以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术[1]。是高等院校现代生物技术、生物科学及相关专业的一门重要的专业必修课,为将来学生从事生命科学相关领域的研究及产业化工作打下良好的基础。细胞工程课程内容涉及面极广,课程信息量大,国内外在本领域的研究成果日新月异,且这门课具有实践能力强,学生在学习的过程中慢慢失去了学习的兴趣。因此改革细胞工程教学方法、提高学生学习兴趣势在必行。
一、加强教材建设、适时更新教学内容
首先,根据教学的重点,选择适合的教材。教材是最重要的教学资源,是学生学习、预习、复习课程的重要工具,是良好教学质量的基础和前提条件[2]。目前,可供选择的细胞工程教材很多,我课程组选择高等教育出版社出版的李志勇主编的《细胞工程》作为教材,主要原因:1.这本教材主要以应用为主线,从优良动植物的人工繁殖、新品种培育、细胞工程生物制品、细胞疗法和组织修复4个方面全面、系统的介绍了细胞工程的理论和技术知识,涵盖了细胞工程研究的主要技术,突出了细胞工程涉及面广、信息量大的特点。2.这本教材也设计一些前沿技术、学科交叉内容,较为活泼和新颖,符合90后大学生开放性、互动性的特征。其次紧跟科学技术的发展,及时补充学科发展的前沿和发展动态。由于细胞工程技术更新快,研究成果日新月异,教材的更新速度远远落后于科技成果的更新,这就要求教师查阅大量的文献资料,搜集新技术。例如:讲授胚胎干细胞研究存在来源限制问题时,及时补充解决措施:iPS细胞可以有效的解决干细胞的来源问题,即将四种转录因子通过病毒或质粒载体导入到已经分化的体细胞中,使其核重编程而得到的类似胚胎的干细胞的一种细胞类型。iPS细胞被认为或许同胚胎干细胞一样可以作为治疗各种疾病的潜在来源问题,目前已经成为干细胞研究的热点[3]。再比如细胞核移植时,利用2015年文献《不同联合激活方式对牛体细胞核移植胚胎体外发育的影响》讲解细胞核移植的主要步骤,分析影响因素。通过以上案例教学,可以增加学生的信息量,开阔学生的事业,扩大学生的知识面,从而使学生掌握和了解细胞工程最新的研究进展和学科前沿。
二、改进教学方法、提高教学质量
细胞工程各个章节之间的独立性很强、技术性强,理论表述较少,步骤复杂,给学生记忆内容带来了很大的难度。再加上细胞工程实际内容基本是微观水平,比较抽象难懂。如果依旧采用传统教学的“填鸭式”授课方法,很显然学生学习兴趣不高,教学效果也可想而知。在授课的过程中,本课程组成员充分利用现代教学手段,如多媒体教学、动画、图片、视频等教学手段,使原本枯燥、抽象的内容转化成形象、可视、可听的内容,激发学生强烈的学习需要与兴趣。例如,在讲病毒疫苗生产时,正直冬季,流感高发季节,利用网上新闻视频中流感疫苗生产过程,从鸡胚的选择,到病毒的接种、收获到病毒的灭活整个过程都直观的表现出来,用时仅两分半时间,这样不仅将大量的信息和繁杂的操作细节简化,学生也很容易接受,真是起到了事半功倍的效果。再例如讲动物细胞培养时,播放小鼠脾细胞培养学生实验视频,在讲到关键环节时,教师做出提示,播放完毕后以提问的形式重点讲解,通过这种互动,学生在学习专业理论知识的同时,也学到了一些操作的技巧。除了在授课的过程中利用好多媒体之外,在授课过程中还有意识的引导学生进行研究型学习,如在讲细胞融合、转基因生物反应器时,提前从网上下载一些文章,分小组发给学生或要求学生自行下载,学生根据课本的内容自学文章,课上主要步骤讲解完毕后,以提问或讨论的形式总结文章中各个技术环节的目的,药品的作用、分析出现的问题、讨论影响技术效率的因素。这样不仅让学生积极主动的参与到相关问题的思考和探究中,激发学生学习的积极性,同事也是师生之间有了良好的交流与互动,更有益于教学质量的真正提高。
三、调整考核方式,全面进行考查
考试的宗旨是检查学生对知识和基本理论的应用能力[4]。随着细胞工程内容的不断更新、新技术、新产品的不断出现,传统的考核方式不能取得满意的效果,根据细胞工程的特点,为了检测学生对知识的掌握情况,在考试时除了保持原有的填空题、简答题的基础上,增加了实验设计题,且比例逐年能加,从开始的按照给定的图片设计,到后来的“如何设计一个方案利用1-2年的时间引种奶牛、高产tpa药物的奶羊”等,再后来的“你打算如何应用细胞工程技术去解决生产实际问题?运用所学知识设计一研究课题。(包括课题名称、研究目的、 技术方案、预期结果、进度计划、应用那些细胞培养技术)”。这些题涉及到学生感兴趣的多种技术,答案不唯一,而且学生能够合理的运用所学知识,这样比单纯考核这些技术要好很多,学生反映也很好。
四、结语
教学有法,教无定法,在细胞工程教学的各个环节,只要我们注重课程的特点,采用学生乐于接受的教学方法,才能发挥学生学习的自主性,让学生主动参与到课程中来,才能真正提高教学质量。
参考文献:
[1]李志勇.细胞工程学[M],高等教育出版社.
[2]房耀维,刘姝,王淑军,等.提高细胞工程教学质量的几点体会[J].科技创新导报,2009(2):130.
“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,包括植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术等内容,其中植物组织培养的原理和过程、植物体细胞杂交技术的原理和过程是教学的重点,难点是植物体细胞杂交技术。
2.教学目标
①知识目标:简述植物组织培养技术;简述植物体细胞杂交技术。②能力目标:尝试用流程图归纳技术过程;运用细胞的基础知识,分析解决问题。③情感态度与价值观目标:认同细胞学基础理论研究与技术开发之间的关系;勇于进行大胆、科学的推测猜想。
3.教学过程及设计
3.1创设情境,导入新课。
多媒体展示:番茄和马铃薯的图片,引发学生的关注兴趣,创设问题情境提问:“想办法利用有限的土地资源,生产更多的蔬菜,你们有什么好的建议吗?”教师充分肯定学生的建议,并采纳学生的建议,引入主题;让这两种植物在自然条件下杂交显然不行,因为这两种植物是两个物种,存在生殖隔离,只能将两个植物细胞融合,再用植物组织培养技术培养出的新植物,这样才能得到超级杂种植物,即上面结番茄、下面结马铃薯,引导学生进入本节课的主题中。
3.2植物组织培养技术。
这部分内容必修二中学过所以让学生带着以下问题阅读教材自学:①植物细胞工程的理论基础是什么?②全能性大小的比较;③在生物个体上为什么每个细胞或某一组织怎么都不表达全能性的原因;④画出植物组织培养技术流程图;⑤植物组织培养技术必须满足的基本条件有哪些?
阅读后提问和规范答案,①植物组织培养技术的基本原理是植物细胞的全能性,因为每个活的体细胞中都包含本物种的全部遗传信息。②植物细胞>动物细胞;受精卵>生殖细胞(卵细胞>)>其他细胞。③各个细胞在特定的时间、空间条件下基因的选择性表达。
脱分化:又叫去分化,是由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。
再分化:愈伤组织继续培养,重新分化成根或芽等器官的过程。
愈伤组织:细胞排列疏松、无规则,是高度液泡化的、呈无定型状态的薄壁细胞。
⑤必须满足的基本条件植物组织或细胞处于离体状态下;外部环境条件适宜,如温度、pH、光照、无菌操作;必要的营养条件,如水、有机营养、矿质营养、维生素等营养物质和植物激素。
3.3植物体细胞杂交技术。
学生带着问题阅读教材,引导探究,得出实验过程,在此过程中教师边讲解边板书植物体细胞杂交技术的流程图:①番茄―马铃薯植株具备两种生物的性状,生物的性状由什么决定?学生讨论得出:番茄―马铃薯植株应该具备两种生物的基因;生物的性状由基因决定。②基因主要位于细胞核内,细胞核外面有什么结构?哪部分结构会成为细胞核结合的障碍?学生回答:细胞壁和细胞膜。③用什么方法去除细胞壁?与机械去壁相比这种方法有什么优势?利用酶的特性学生回答:细胞壁由纤维素和果胶组成,用纤维素酶和果胶酶处理;优势在于不伤害细胞内部结构。④原生质体可以融合的结构基础是什么?学生回顾旧知:细胞膜的结构特点是流动性。⑤自然状态下,细胞之间不能融合,促进原生质体融合的方法有哪些?物理法(离心、振动、电激)及化学法(聚乙二醇PEG)。⑥得到的是细胞,如何利用细胞获得植株?利用植物组织培养技术。
在学生掌握了植物体细胞杂交技术的基础知识后,提问:
①如果二倍体的番茄与四倍体马铃薯能够杂交,杂交后的子代是几倍体?如果是用植物体细胞杂交,得到的是几倍体?学生思考后回答:理论上杂交后的子代是三倍体,但自然状态下二者不可能杂交成功;如果是用植物体细胞杂交,得到的是异源六倍体。
②从理论上讲,杂种植株的育性怎样?从理论上讲,植物体细胞杂交,获得杂种植株,是可育的。是否可育关键是能否进行减数分裂产生配子,而能否进行减数分裂关键看有无同源染色体,体细胞中有同源染色体,能减数分裂产生配子,所以是可育的。
③融合细胞的类型有哪些?既有AB型杂种细胞,又能形成AA型和BB型两种融合细胞,还有A型B型等,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。
④植物体细胞杂交技术的有什么意义?克服远缘杂交不亲和的障碍,打破物种之间的生殖隔离、扩大遗传重组范围。
⑤既然超级植物具有了两种生物的遗传物质,为什么没能得到我们想要的“番茄―马铃薯”?基因与基因、基因与基因的产物,基因与环境之间存在着复杂的相互作用,这种相互作用形成了一个错综复杂的网络,精细地调控生物体的性状。