设计实验观看胡萝卜与平菇的细胞全能性

题目：设计实验观察胡萝卜和平菇的细胞全能性 适用对象：E段 （高中二、三年级）

三、适用主体：学校 四、活动目标： 1． 态度目标：

（1）通过分组活动，提高同学的合作精神。通过结果的观察和客观的分

析，使学生学会尊重事实，敢于批判前人的结论,形成积极的批判性的科学态度。

（2）通过对课本知识的系统学习、上网搜集、查阅图书、杂志等科学学

习和实践活动培养主动学习和探索科学规律的动机。

（3）将教材中学到的关于组织培养和各种细菌培养技术结合起来，应用

于实际、自己选择和实施实验方案，培养学生敢于实践，勇于创新的精神。同时，平菇的培养是一项实用技术，注重理论联系实际，将科学技术与社会紧密联系起来。树立科教才能兴国、科技进步才能持续发展的观念。

（4）通过系统的实验活动形成实事求是、一丝不苟的科学态度和不畏艰

难、坚韧不拔的科学信念。

2． 科学方法、能力目标：

（1） 通过上网、阅读、实验观察课题研究等活动，掌握组织培养的

一般过程。和食用菌栽培技术。为进一步学好细胞工程、理解生物工程打好基础。

（2） 在子课题的选择、培养基的确定等过程中鼓励学生独立思考，

发展创造性思维，提高设计实验能力。通过组内交流作汇报展示课等形式，锻炼学生的语言表达能力和组织领导能力。

（3） 在动手操作过程中，使学生掌握实验技能、仪器使用方法；学

会观察分析实验中的现象，得出适当结论。

3． 知识目标

（1） 掌握植物和食用真菌和组织培养技术的基本原理。掌握植物和真菌

新陈代谢的异同点。

（2） 学会植物和食用菌组织培养的基本方法。 五、活动方式：

活动以小组为单位，将有兴趣参加活动的同学分为四个小组。组员可重复参加不同的小组。四个小组分别是：

资料组：（5-8人）负责查阅资料、上网，将搜集来的资料分类整理后在课题组内交流。以便为同学制定方案提供依据。

实验一组：（10-15人）负责植物组织培养的设计和实验，并观察记录结果。 实验二组：（10-15人）负责食用真菌组织培养的设计和实验，并观察和记录结果。

编辑组：（5-10人）负责将各组的观察记录、同学们的分析结果，整理后得出结论，撰写实验报告，并策划组织展示活动。

每组均需选出组长一名负责组织、指挥。 整个课题组选出组长一名负责组织、联络、指挥。 电脑操作员一名负责文字打印。 摄像员一名负责摄影和录像。 六、所需活动时间：8-10学时 七、背景资料

1．知识背景

(1)细胞全能性理论： 细胞具有全能性，是指以分化的细胞仍然具有发育成完整生物体的潜能。这一理论首先是通过植物的组织培养得到证实，接着人类又依据这一理论制造出克隆动物。

(2)组织培养技术：在无菌条件下,把植物的器官或组织片段切下来,接种在适当的人工培养基上进行离体培养,这些器官或组织经过脱分化和再分化的过程,逐渐产生植物的各种组织和器官,进而发育成一棵完整的植株。这就是组织培养技术，应用这项技术，我们的研究性学习小组不仅选择了胡萝卜作为研究材料，还实验了食用菌---平菇作为组织培养的材料。

(3)植物组织培养在生产实践上的广阔的应用前景,大致包括以下几个方面:

第一,快速繁殖.用组织培养法可以在短时间内大量繁殖植物,下面用茎尖培养的例子来说明.将带有叶原基的顶芽接种到某种培养基上,侧芽就会萌发并长成小枝,不久,小之上的侧芽又可以萌发.如此反复几次,植株上就会出现大量的幼芽.将这些芽分开,分别接种到同样的培养基上培养,一个芽在一年之内可增殖到数百万个.目前,这种技术已经用于观赏花卉、果树、林木等多种植物的大规模生产,它比大规模的扦插、嫁接等方法,繁殖速度要快几十、几百甚至上千倍. 第二,培育无病毒植株.许多农作物体内都带有病毒,特别是用营养器官进行繁殖的农作物,它们还会把病毒带到新个体上.研究发现,病毒在植物体内是沿维管束分布的,在茎尖、根尖分生组织中,由于代谢十分旺盛,细胞分裂速度快等因素,不含病毒.因此,用茎尖进行组织培养可以获得无病毒植株,再用这种植株进行快速繁殖,就可以增殖出大批的无病毒植株,供应生产.目前,这项技术已经用于马铃薯、草莓、菊花等植物的生产,并且取得了可观的经济效益.所谓的“去病毒”并不是绝对的,只能局限于已经鉴定过的病毒,但只要在生产上无害或不表现出症状,就可以推广应用.

第三,培育作物新品种.组织培养也为育种开辟了新途径.例如,用花粉进行组织培养,能形成单被体植株.然后,通过染色体加倍,就培育出了纯系的植物新品种.目前,用这种方法,生物学家们已经培育出了二百多种植物的单被体植株.我国用这一技术在培育农作物新品种方面居于世界领先水平.

第四,植物产品的工厂化生产.植物细胞在代谢过程中能够产生一些有机化合物,如人参、奎宁、除虫菊、茉莉油、番红素.它们可以用作药物、杀虫剂、香料、色素等.以前,人们都是利用植物体自身来提取或合成这些有机化合物的,经过三十多年的努力,人们终于能够大规模培养植物细胞,并从中提取所需的物质了,这种植物细胞培养方法,可以选质地松软的愈伤组织放入液体培养基中,经过一系列复杂的处理,适愈伤组织上的细胞相互分离,制成单细胞的悬浮培养物,然后将悬浮培养物放进发酵罐,进行培养.在适宜的温度、PH等条件下,通入氧气,植物细胞就开始进行有丝分裂.目前,德国、日本已经开始用发酵罐生产黄连、洋地黄、人参等的有效成分.这一领域的研究引起了人们的极大兴趣.有人认为,它的应用将会给传统的种植农业带来巨大的变化.

由此可知,组织培养的广泛应用给世界范围的农业生产带来了新的希望和新

的前景.世界农业将在它的带领下步入一个更高的阶段,并在其中获益无穷.

例如：天津蔬菜研究所研究员王炳君研制成功的“微型脱毒种薯快速繁殖技术”使世界上研讨200年的马铃薯退化问题有了重大突破。

马铃薯是世界四大农作物之一,但作为寒地作物,在温暖地区种植容易感染病毒而退化,不能就地留种.而且马铃薯属于无性生殖,以块茎做种,每亩需要125公斤的块茎种薯.这些特性使马铃薯留种调种成为世界难题.

王炳君创造的\"微型脱毒种薯快速繁殖技术\"成功地解决了大种薯微型化问题,而且缩短了生长周期.同时,这种优质种薯克服了大种薯用量大、运输不便等缺点,而且健康无毒,具有很好的丰产性.

该种薯已经在全国29个省市推广种植1000万亩,占全国马铃薯总种植面积的10%.为农民直接增加经济效益近10亿元.截至目前,该技术已转让给河北省围场农业局、宁夏科技开发中心等19家单位.值得一提的是这项技术以100万美元转让给美国国际农机公司时,美方代表伯利特说:\"这项技术将改变全世界马铃薯的种植方式.\"

设计实验观看胡萝卜和平菇的细胞全能性（二） 2020-10-21 09:07

2.方法背景

（1）胡萝卜组织培养的一般技术： 培养基的配制

用天平分别称取琼脂9克,蔗糖30克,放入100mL的搪瓷量杯中,在加入750mL的水,因为在加水的同时,为了让水与溶质充分融合,我们要用玻璃棒不停地搅拌;搅拌均匀后,用电炉加热,加热时还要边搅拌,直至煮沸呈透明色。

母液的配制：

将称量好的七水合硫酸铁和二水合EDTA一二钠分别放到450mL蒸馏水中,边加热边不断搅拌使它们溶解,然后将两种溶液混合,并将PH调到,最后定容到1升,保存在棕色玻璃瓶中.

MS培养基还需要加入二氯苯氧乙酸、萘乙酸、6-苄基嘌呤等植物生长调节剂,并分别配成母液,配制方法是:

分别盛取这三中物质各10mg,将二氯苯氧乙酸和萘乙酸用少量无水乙醇预

溶,将6-苄基嘌呤用1mL的质量浓度为L的氢氧化钠溶液溶解,溶解过程需要水浴加热,最后分别定容到100mL的母液,记得L的母液.当第二组制备的混合培养液加入到煮沸的琼脂中,最后加蒸馏水定容至1000mL,搅拌均匀. 培养基的分装：

溶化的培养基应该趁热分装.分装时,先将培养基倒入烧杯中,然后将烧杯中的培养基倒入锥形瓶中,注意不要让培养基沾到瓶口和瓶壁上,锥形瓶中的培养基的量为锥形平容量的4/5-1/4.培养基分装完毕后,应及时封盖瓶口,用2块硫酸纸,中间夹一层薄牛皮纸封盖瓶口,并用线绳捆扎,最后在锥形瓶外壁贴上标签。

培养基灭菌：

在进行植物组织培养前,将培养基和接种箱的物品放在高压蒸汽灭菌锅中灭菌,灭菌温度121摄氏度98Kpa，灭菌半小时。 接种室和接种箱的灭菌：

在接种的前一天,将接种室的四个墙角用甲醛溶液和高锰酸钾熏蒸.准备接种时,提前一小时在接种室内用喷雾器喷洒来苏水,桌椅也用来苏水擦拭.接种箱内用甲醛溶液和高锰酸钾熏蒸.

在接种箱内放好接种时所需要的物品:盛有培养基的锥形瓶或大试管,盛有酒精棉球的广口瓶,培养皿,带螺口盖的玻璃瓶,烧杯,无菌水,酒精灯,镊子,解剖刀,火柴,滤纸.

在无菌室和接种箱内用紫外灯照射. 操作者的消毒：

接种前,操作者要用肥皂清洗双手,擦干,再用酒精棉球擦拭双手. 外植体的消毒：

向带螺口盖的玻璃瓶中倒入适量的次氯酸钠溶液,取一小段洗净去皮的胡萝卜根浸入次氯酸钠溶液中,拧上瓶盖,放在接种箱内消毒10--15分钟.消毒期间,要将玻璃瓶摇动2--3次.

消毒后,打开瓶盖,将消毒液倒入烧杯中.在硫酸瓶中加入适量的无菌水,盖上瓶盖,摇动数次,将水倒去,重复3--4次.用无菌滤纸将胡萝卜表面的水吸干. 设计实验观看胡萝卜和平菇的细胞全能性（三）

2020-10-21 09:08 接种：

接种时,应在接种箱内的酒精灯旁操作,接种用的工具要在酒精灯火焰上灼烧,然后离开火焰,待工具的温度下降至室温再进行操作.

在培养皿中用解剖刀将胡萝卜切成薄片,选取有形成层的部分,切成1cm*1cm的小正方块作为外植体,用镊子切好的外植体,迅速接种于锥形瓶的培养基中,尽量用切口接触培养基.每个锥形瓶可接种3--4块外植体.注意锥形瓶口应斜向火焰.在酒精灯火焰附近操作.

取材接种好后,将锥形瓶的瓶口在酒精灯火焰上转动地烧一遍,用三层至封盖瓶口,然后用线绳将瓶口扎牢,以免微生物进入,造成污染,导致培养失败.最后在瓶壁上贴上标签,注明接种材料的名称、编号和日期。 培养：

用体积分数为70%的酒精溶液消毒恒温箱内壁.把已经完成接种的锥形瓶放入恒温箱内,将温度控制在23--28摄氏度,培养14天后,取出锥形瓶,观察外植体上愈伤组织的生长情况.然后放入恒温箱内继续培养,定期观察愈伤组织生长情况。愈伤组织的培养：使用恒温箱，二周后愈伤组织继代培养。诱导芽分化，诱导根分化，直至培养出试管苗。也可根据染菌情况或学校条件限制，停留在诱导出愈伤组织阶段。

实验记录以表格的方式，配合照片和录像记录。

日期 第一天 胡萝卜生长情况 染菌情况 成活率 第三天 第五天 第七天 第九天 第十四---- 天 设计实验观看胡萝卜和平菇的细胞全能性（四） 2020-10-21 09:09

平菇的组织培养过程：

因为食用真菌为腐生植物,其代谢类型为异养型,所以用含有丰富有机质的

马铃薯做培养基培养成分:马铃薯两个,约300g;糖约15g;琼脂约5g.将马铃薯去皮切片后放入水中加热煮烂,兑入糖和琼脂制成培养基。 将制成的马铃薯培养基分装入试管中灭菌后,冷却摆成斜面。

按严格的灭菌操作程序将平菇子房体的部分组织接种到培养基斜面上。几天后，接种到斜面上的组织开始长出白色菌丝,很快白色菌丝覆盖斜面的1/2,直到菌丝覆盖整个斜面，一级种就制作成功了。

制作二级种.二级种培养基成分:麦粒43kg,碳酸钙100g,将麦粒用热水浸泡到膨胀并以一定比例将它们混合,搅拌,装瓶,灭菌.

接种二级种:将灭菌的二级种培养基和一级种移入接种箱在严格的无菌条件下接种,扩大培养.

几天后,当二级种菌丝已长满玻璃瓶后,进行三级种的培养基制作.三级种培养基成分:玉米骨约40斤,麦皮约10斤,白糖半斤,碳酸钙半斤.将玉米骨预温发酵和其它成分混合,装入塑料袋中,当天灭菌.

接种三级种.将灭菌的三级种和二级种移入培养箱内,将三级种袋口划开,将二级种接入后,再用无菌胶粘带粘好。此时培养室温度应约为25摄氏度,湿度为40%。三级种仍可继续培养,而我们所做的实验因条件有限,不再扩大培养。两天后观察,接种的部位有部分菌丝生成。一段时间后,当白色菌丝长满时,进行出菇培养:出菇培养的温度应为12-17摄氏度,温度为90%左右.培养架用塑料罩住,创造适宜温度,温度的水环境.一天后长出第一株平菇的菇蕾，五天后观察:第一朵平菇已经成熟,该采摘了

.实验结果的观察和记录以表格、照片和录像的形式 日期 平菇培养情况 1．重要词汇：

愈伤组织：由外植体脱分化形成的结构舒松颜色浅而透明细胞分裂速度快的一团无定型状态的高度液泡化的薄壁细胞。

脱分化：由一块外植体形成愈伤组织的过程。

再分化：由愈伤组织逐渐分化形成不同形态和功能的细胞进一步形成完整植

一级种 二级种 三级种 出菇培养 第一周 第二周 株的过程。

设计实验观看胡萝卜和平菇的细胞全能性（五） 2020-10-21 09:10 八、设计思路：

通过这次活动，学生会更容易理解课本关于组织培养、新陈代谢类型以及细胞工程的基本原理和方法。由于使用了新的实验材料---平菇，不但降低了实验难度，使同学们更有兴趣，而且理论联系实际，使同学们掌握一项生物实用技术。

课题提出是对教材相关内容的补充和延伸。同时适合中学生的特点和认知规律。而且有利于学校因地制宜、因陋就简完成实验过成。

本次研究性学习需要学生完成的工作主要有以下几项：

搜集整理资料：包括上网查询、去图书馆查阅、截取电视录像等，然后对资料进行分类整理组内交流。

进行胡萝卜的培养：分为培养基的配制、灭菌、接种、培养。

进行平菇的培养：分为一级种的制取、二级种的制取、三级种的接种、出菇培养。

九、实施条件：

1．学生用活动器材： 材料：胡萝卜根、平菇子实体

用具：锥形瓶、大试管、盛酒精棉球的广口瓶、培养皿、解剖刀、，带螺口盖的玻璃瓶、镊子、滤纸、烧杯、酒精灯、火柴、线绳、硫酸纸、薄牛皮纸、标签、铅笔。

药品：MS培养基所用的全部药品，马铃薯培养基所用药品，质量分数为12%的次氯酸钠溶液，体积分数为70%的酒精溶液，无菌水，质量分数为40%的甲醛溶液，高锰酸钾，来苏水。

2．教具和设备：紫外灯、喷雾器、恒温箱、接种箱等。 3．场地要求：学校生物实验室

4．指导者的人力资源：指导教师、生物实验员。指导教师和生物实验员应

具备完成组织培养的全套技术，知道培养基的配方，熟悉各种仪器设备的性能和使用方法。以便对学生及时进行指导。

十、活动过程：

导入：指导教师确定研究课题为组织培养，由同学根据自己的爱好自由报名参加。在报名的同学中选出一名同学为课题组组长，职责为：组织、联络和协调。把课题组同学共分成四个小组分别为：资料组，实验1组，实验2组，编辑组,明确分工。由指导老师提出活动的目的：通过组织培养验证细胞全能性并试验新的材料、探索新的方法。由课题组共同确定试验方案。

活动展开：首先，由资料组通过电脑网络、报纸、杂志、电视等搜集整理资料。将资料分成实验技术、应用前景和成功范例等几类。在课题组内交流，根据资料课题组搜集的资料，共同确定子课题为《设计实验观察胡萝卜和平菇的细胞全能性》。

第一组完成胡萝卜外植体的培养：

（1）MS培养基的配制:①母液的配制 ②母液的量取 ③称取琼脂 ④混合加热融化 ⑤培养基的分装

（2） 培养基灭菌：使用湿热灭菌法 （3） 接种 （4） 观察记录

第二组完成平菇的培养：

（1）培养基的配制，因平菇属腐生菌，所以选用马铃薯培养基。 （2）培养基灭菌：使用湿热灭菌法 （3）接种

（4）二周后进行二级种培养

（5）一个月后进行三级种培养 （5） 出菇培养

（6） 观察记录各个时期平菇的生长情况

同学分析结果进行总结、讨论,写出实验改进方案。编辑组记录实验分析结果写出实验报告。

成果展示与交流：包括组织课题组同学将实验结果在班里展示，听取同学们的意见。请社会有关人员给予鉴定和指导。到菇农的大蓬和高校或研究所组织培养实验室参观等几项。

设计实验观看胡萝卜和平菇的细胞全能性（六） 2020-10-21 09:11

十一、活动的评价与总结：

1．学生自我评价：以实验报告的形式各小组对结果进行分析，包括成功率、染菌率，染的是什么菌，失败的原因，改进的方法等。

2．教师的评价：明确研究性学习的目的不在于结果，不能以成败论英雄，肯定同学们的工作。鼓励同学们提出更多更好的设计思路和试验方法。 3．同学们谈对这次研究性学习的感想和体会。 十二、参考资料：

1．有用的网址 ，组织培养的方法。

《灵芝与猴头菇的高产栽培》金盾出版社出版 包括马铃薯培养基的配方和食用菌栽培过程 3．获得材料的途径：

胡萝卜和平菇用量极少可以购买。

仪器设备实验室一般都有。若没有也可自制，例如高压灭菌锅可用普通的高压锅代替，接种箱也可购买一支紫外线灯管自制，若气温在25摄氏度左右可以不用恒温箱。培养架的搭制可以选靠近暖气片的位置用塑料围起来。 平菇培养用的塑料袋可以号召同学们收集超市用的塑料袋。