植物细胞工程大实验

《植物细胞工程大实验》课程教学大纲一、课程说明1、课程简介植物细胞工程是一门以植物器官、组织和细胞的离体操作为基础的新兴学科，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，具有较强的实验性和实践性，是生物技术专业必修的专业课程。植物细胞工程是应用现代遗传学、细胞生物学和分子生物学的基本原理与方法，在细胞水平上研究改造生物遗传特性，以获得具有目标性状的细胞系或生物体的有关理论与技术学科。植物细胞工程的研究任务是在离体条件下研究植物器官、组织、细胞、原生质体诱导形成的愈伤组织形态发生规律、外界环境条件和培养基对它的作用以及由其诱导而形成的再生植株群体的遗传稳定性和变异性，以及体细胞无性系对生物体的遗传改良，生长发育调控，特殊次生代谢产物的生产等。植物细胞工程是现代生物技术的重要组成部分，同时也是现代生物学研究的重要技术工具。因为其具有较强的实验性和实践性的特点，所以在授课中在阐述基本原理的同时要加强实验技能的培训，以离体再生植株不同途径为主线，深入课程编码：200145331、200245331课程性质：学科专业必修课程教学对象：生物技术、生物科学专业本科学生学时学分：54学时3学分编写单位：生命科学系编写人：王桂兰审定人：乔永旭编写时间：2006年11月浅出的教学使学生很快地掌握本学科知识的系统性及其与其它相关学科的关系，充分体现植物细胞工程作为综合性学科所存在的多学科的渗透融合的内含。通过本门课的学习，使学生不仅具有扎实的理论基础，而且具有较高的实践技能，为今后从事生物学领域的相关研究及其与植物细胞工程有关的生物技术产业奠定良好的理论和技术基础。2、教学目的要求植物细胞工程实验是一门重要技术课程，本课程涉及植物组织细胞培养技术及其应用，具有较强的综合性、技术性和实用性。通过本课程的学习要求学生重点掌握本学科的基本原理和基本技术，即：植物细胞全能性学说在植物细胞工程中的指导作用；培养条件下的植物细胞分化和器官发生的调控；掌握不同器官、组织和细胞的培养技术；了解该技术在理论研究和生产实际中的应用。通过实验教学，要求学生重点掌握植物细胞工程的基本操作技术—无菌操作；掌握外植体选择、愈伤组织和胚状体诱导、器官发生调控等基本技术以及植物细胞悬浮培养技术；了解原生质体分离与体细胞杂交技术。实验课要求所有学生必需按要求完成。由于所用实验条件要求较高，实验周期较长，因此，实验除了课上安排的时间外还要利用非课堂时间进行实验、调查、统计。所选材料除了模式实验材料外，还选用与任课教师科研课题有关的材料。同时要求学生查阅相关参考书和论文文献，自己设计制定实验方案、拟定自己的实验操作步骤。通过实验课的教学最终达到掌握基本实验技能并培养学生创新能力的目的。3、教学重点难点教学重点：植物细胞全能性与形态发生；植物细胞工程原理与技术；植物主要组织培养方法（包括植物离体快速繁殖、植物脱毒技术和花药培养等）和植物细胞悬浮培养。教学难点：愈伤组织、胚状体诱导和器官发生的调控。4、预修课程与后续课程预修课程：植物学、生物化学、细胞生物学、微生物学、植物生理学、遗传学、分子生物学、基因工程。5、教学手段及教学方法建议采用启发式和互动式教学法，调动学生学习积极性，做到学生积极主动参与课堂教学与学习。理论部分教学手段采用多媒体辅助教学，科研与教学相结合。实验部分教学主要采用在教师示范的基础上，学生自主操作、教师分别指导的方式。6、考核方式本课程是考查课。本课程实验设置按照本学科研究的基本环节设计，因此，整个教学环节实行模拟研究型方式，每次实验学生进行详细观察记载，实验结束后形成完整实验资料，在此基础上撰写实验论文，作为实验考核的主要依据；同时由指导老师对实验操作环节进行等级评定。最后的考核成绩按照总成绩＝作业成绩（10%）+实验操作和测试成绩（40%）＋论文成绩（50%）7、指定教材周维燕主编，植物细胞工程原理与技术（第1版），中国农业大学出版社，2001年。8、教学参考书[1]谢丛华柳俊主编，植物细胞工程（第二版），高等教育出版社，2004。[2]朱至清主编，植物细胞工程（第1版），化学工业出版社，2003。[3]刘进平编著，植物细胞工程简明教程（第1版），中国农业出版社，2005。[4]许智宏，植物生物技术。上海科学技术出版社，1998。[5]崔凯荣，戴若兰主编.植物体细胞胚发生的分子生物学.北京：科学出版社，2000[6]李浚明主编，植物组织培养教程。北京农业大学出版社，1991。[7]黄学林，李筱菊编著.高等植物组织离体培养的形态建成及其调控.北京：科学出版社，1995[8]张冬生编著.植物体细胞遗传学.复旦大学出版社，1989[9]陆德如，陈永青主编.基因工程.北京：化学工业出版社，2002[10]胡道芬，植物花培育种进展。中国农业科技出版社，1996[11]陆维忠，郑企成主编，植物细胞工程与分子育种技术研究。中国农业科学技术出版社，2003。9、教学环节及学时安排通过课堂讲授、课下辅导、课外作业、实验课等各个教学环节相结合，重点培养学生的自学能力、动手能力、创新能力、分析问题解决问题的能力。表1理论部分学时分配表章次教学内容讲授课学时数讨论(习题)课学时数绪论了解植物细胞工程发展史及其与现代生物技术的关系；掌握植物细胞工程应用。教学内容：①植物细胞工程在生物技术领域中的地位；②发展史；③应用潜力。2第一章了解植物细胞工程的通用技术，掌握植物细胞工4植物细胞工程原理与技术程实验技术中的培养基配制、灭菌以及无菌操作的原理与操作方法。教学内容：①实验室设置；②培养基及其配制；③外植体消毒与接种。第二章植物细胞全能性与形态发生掌握植物离体培养的基本理论基础，从而深入理解培养条件下组织细胞脱分化和再分化的调控原理；了解体细胞胚与合子胚的差异。教学内容：①植物细胞全能性及其表达；②器官发生体；③细胞胚胎发生；④人工种子。4第三章植物主要组织培养方法掌握植物组织培养的主要技术，如植物离体快繁技术、茎尖脱毒技术、花药培养和幼胚培养技术的应用。教学内容：①植物离体快速繁殖技术；②植物脱毒技术；③花药和花粉培养；④胚胎培养技术。4第四章植物细胞培养了解植物细胞在离体条件下的生长特性，掌握植物细胞悬浮系的建立方法。教学内容：①悬浮培养方法；②单细胞培养方法；③植物细胞的规模培养方法。2第五章原生质体培养与原生质体融合掌握原生质体的分离以及培养过程中渗透压和激素的调控原理与技术；掌握电融合和PEG融合的基本方法。教学内容：①原生质体的分离；②原生质体培养。③植物体细胞杂交的概念；④电融合和PEG融合的基本方法。2总计18表2实验部分学时分配表项目序号实验项目目的与要求学时要求类型每组人数必修选修验证性演示性设计性综合性其他1MS培养基贮备液的配制及不同外植体诱导培养基配制通过培养基贮备液及不同培养基的配制，培养学生周密的思维和严谨的科学态度。要求掌握MS培养基母液和各种激素母液的配制方法；培养基配制流程；高压灭菌锅、PH计、电子天平等仪器的正确使用方法。5√√42不同植物外植体离体再生植株的培养通过实验设计（包括材料与培养基配方）培养不同外植体，观察不同配方和不同培养条件处理的诱导效果，通过实验观察比较植物离体分化发育的不同类型，以培养学生综合分析问题和解决问题的能力。要求掌握外植体消毒接种方法即由有菌到无菌转接技术；学会观察愈伤组织的诱导和器官发生的过程，掌握植物组织器官离体培养的调控技术。5√√13红掌再生团块的继代培养与红掌试管苗的生根培养将“挑战杯”获奖作品“红掌气生根再生快繁体系建立”应用于教学，通过讲授与实物操作，培养学生的科研意识和创新精神。要求掌握材料的继代接种方法即由无菌到无菌转接技术；离体培养的观察统计方法。5√√14植物茎尖培养脱毒技术通过采用多个不同植物材料进行微茎尖培养实验，增强学生将植物茎尖培养脱毒技术应用于生产的能力。要求掌握无菌条件下进行显微操作技术；植物茎尖培养脱毒技术。5√√15试管苗移栽养护技术与植物离体快繁试验论文写作通过学习组培苗移栽养护技术，使学生的生产实践应用能力得到加强；同时学生通过分析前几个实验的实验结果，归纳总结形成相关实验的结论，并完成试验论文写作，培养学生综合分析问题的能力和写作能力，为毕业论文设计打下基础。要求掌握试管苗移栽技术；试管苗养护技术；科技论文写作。5√√1注：除必修实验外，选修实验任选两个。二、教学内容绪论植物细胞工程的概念和发展简史【目的要求】1.要求学生掌握植物细胞工程和植物生物技术有关概念以及植物细胞工程研究内容与任务。2.了解植物细胞工程的发展过程及发展趋势。【教学内容】1.植物细胞工程的概念和应用2.植物细胞工程研究内容与任务3.植物生物技术的基本理论依据及其发展过程6植物细胞的悬浮培养通过科研项目与教学相结合，用除虫菊愈伤组织进行细胞初代与继代培养，使学生通过细胞小规模生产的尝试，为进行植物细胞次生代谢产物的规模化生产打下基础。要求掌握植物细胞初代和继代悬浮培养操作技术；液体培养基的配制方法。5√√47植物的胚培养掌握植物胚的培养方法，包括幼胚培养与成熟胚培养；进一步熟练无菌操作和无菌条件下的显微操作。5√√18特殊材料的快速繁殖通过以蝴蝶兰花梗芽为外植体快速繁殖蝴蝶兰，要求掌握一些特殊材料的离体快速繁殖方法，熟练外植体的消毒接种方法和无菌操作技术。5√√19植物的花药培养掌握花药培养中花粉发育时期的确定方法；掌握植物花药培养的消毒和接种方法，熟练无菌操作和无菌条件下的显微操作。5√√110植物原生质体制备与原生质体融合要求掌握植物细胞酶解去壁方法和原生质体制备方法；掌握植物原生质体电融合的融合方法。5√√4实验测试目的是检查学生对实验的掌握情况。1√√1总计学时36【教学重点】生物技术的概念和植物细胞工程的概念；植物细胞工程研究的内容与任务及其应用以及植物细胞工程在植物育种中的应用。【教学难点】生物技术的概念和植物细胞工程的概念；植物体细胞育种的概念及其与传统育种的区别。第一章植物细胞工程的原理与技术第一节植物细胞工程实验室设置与培养条件【目的要求】1.掌握建立植物细胞工程实验室的设置。2.掌握离体培养过程中污染来源。3.掌握常用物理和化学灭菌方法。【教学内容】1.植物细胞工程实验室的建立和基本设备2.消毒灭菌技术3.培养条件4.外植体的消毒灭菌技术【教学重点】植物细胞工程实验室的设置；离体培养过程中污染来源与主要消毒灭菌技术。【教学难点】防止材料污染的方法。第二节培养基【目的要求】：1.了解培养基的发展史。2.掌握培养基的组成。3.掌握MS基本培养基的组成。4.掌握培养基选择的原则和制备。【教学内容】1.培养基的基本成分及其对愈伤组织诱导和植株再生的作用2.主要培养基3.培养基的选择及制备【教学重点】植物组织和细胞培养的培养基的基本组成成分及其对组织和细胞离体培养的作用、培养基的选择和制备。【教学难点】愈伤组织缺无机营养表现的症状是教学难点。第二章植物细胞全能性与形态发生第一节植物的器官发生【目的要求】1.掌握细胞的脱分化与再分化的概念及原理。2.掌握愈伤组织的诱导、形成及其特点以及愈伤组织的形态建成、调控。3.掌握植物离体分化过程的类型。【教学内容】1.细胞的分化和器官分化2.植物离体培养的类型（种子培养、胚培养、愈伤组织培养、器官培养、细胞培养、原生质体培养）3.愈伤组织的概念及类型、愈伤组织的诱导、形成及特点4.愈伤组织的继代及其生长分析、愈伤组织的形态建成及其调控【教学重点】植物离体培养的类型、愈伤组织的起始和来源、诱导形成与特点以及分化及其遗传稳定性；愈伤组织形态建成的方式和愈伤组织形态建成调控。愈伤组织的概念及其类型、组织培养中不定根发生的三种情况。【教学难点】细胞的分化和器官分化、愈伤组织的起始和来源、诱导形成与特点以及分化及其遗传稳定性；愈伤组织形态建成的方式和愈伤组织形态建成调控。第二节植物体细胞胚胎发生【目的要求】1.掌握植物体细胞胚胎发生方式、起源、特点及其调控。2.了解体细胞转变为胚性细胞的机制。【教学内容】1.体细胞胚胎的概念及其与花粉胚和合子胚的差