江苏省徐州市高考生物总复习鸭专题二细胞工程学案0426361.docx

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江苏省徐州市高考生物总复习鸭专题二细胞工程学案0426361

专题二细胞工程

第1课时植物组织培养技术

学

习目标：

1.简述细胞全能性的概念含义

2.植物组织培养的过程和方法

一、细胞工程的概念

指以细胞为基本单位，在体外无菌条件下进行培养、繁殖或利用细胞融合、核移植等技术，使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良生物品种、创造新品种和加速繁育生物个体，以及获得某些有用的细胞代谢产物的技术。

1．原理和方法：

应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法。

2．操

作水平：

细胞水平或细胞器水平。

3．工程目的：

按照人

的意

愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

二、分类

根据操作对象不同，可分为植物细胞工程、动物细胞工程和微生物细胞工程。

三、技术应用

I．植物细胞工程

（一）植物组织培养

1．概念：

在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织，丛芽，最终形成完整的植株。

2．理论基础：

植物细胞的全能性。

（1）概念：

每个细胞都包含该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全部基因。

（2）原因：

生物体的任一细胞都含有本物种的全部遗传信息。

（3）生物体上的细胞未表现出全能性，而是形成特定的组织器官，其原因是：

细胞中的基因进行了选择性表达，使细胞分化成不同的组织和器官

（4）表现出全能性的条件：

完整的细胞核、脱离母体、无菌、一定的营养、激素；适宜的外部条件。

（5）全能性表达的难易程度：

受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞

3．目的：

获取植株。

4．选材：

植物茎尖、根尖、叶片和花药等。

5．过程

（1）外植体需消毒，可用体积分数70%的酒精。

各类器具需经过灭菌

处理，在无菌条件下操作。

若选取外植体是花药，则此过程称为花药（花粉）离体培养。

（2）细胞分化：

植物的个体发育过程中，细胞在形态、结构和生理功能上都会出现稳定性差异，形成这些差异的过程叫做细胞分化。

（3）分化的实质:

基因选择性表达的结果。

（4）脱分化:

让已经分化的细胞,经过诱导后,失去其特有的结构和功能而

转变成未分化细胞的过程。

此过程应作遮光处理。

（5）愈伤组织的特点：

没有特定结构和功能并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞（排列疏松高度液泡化，无定形状态）。

愈伤组织由于分裂旺盛，细胞增殖较迅速，更容易受到外界环境的干扰而发生突变（包括基因突变和染色体变异）。

当细胞分裂素和生长素的含量，配比相等时，愈伤组织只生长不分化；配比高时利于芽的分化；比例低时利于根的分化。

（6）再分化与脱分化所用的培养基成分不同。

再分化时需要光照处理。

再分化成根、芽或胚状体等。

（7）胚状体：

也称体细胞胚，类似胚的结构，具有胚芽和胚根，在合适条件下可发育称为新的植株。

再分化成胚状体与再分化成根、芽的所处条件不同。

6．条件

①离体状态。

②无菌、无毒环境。

③适宜的温度、PH、光照等。

④特定的培养基：

水、无机营养、有机营养、天然附加物、生长物质。

也可在培养基中添加抗生素或杀菌物质，来避免污染。

7．地位：

是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。

专题二细胞工程

第2课时植物组织培养技术的应用

学习目标：

1.列举植物细胞工程的实际应用

（1）．植物组织培养技术

8.应用

（1）微型繁殖

植物组织培养可以保持优良品种的遗传特性，可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。

（2）作物脱毒

植物分生区附近，如茎尖、根尖、因很少被病毒感染，甚至无病毒。

生产上常选用茎尖进行组织培养，再生出的植株就有可能不带病毒。

注意：

产生的植株只是无病毒植株，而不具备抗病毒的特性。

要获得抗病毒特性，可采用基因工程的方法。

（3）制造人工种子

①人工种子结构：

a.人工种皮：

所用材料应有韧性、耐压、对胚状体无毒害，最常用海藻酸钠制作，具有保护作用。

b.人工胚乳：

一些营

养物质，如无机盐、碳水化合物和蛋白质。

c.胚状体。

②优点：

不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产；繁殖速度快，可在短时间内提供大量种苗；胚状体是经人工无性繁殖产生的，有利于保存该种系的优良性状。

（4）作物新品种的培育

①单倍体育种。

②诱变育种的材料。

③转基因植物的培育。

（二）植物细胞培养

1．概念：

将植物组织培养过程中形成的愈伤组织或其它易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散的悬浮细胞，再利用细胞群体产生人类所需的细胞次生代谢产物。

2．原理：

细胞增殖。

3．目的：

不是使细胞形成组织乃至植物体，而是通过大规模的细胞培养以获得人类所需的细胞次生代谢产物。

4．应用

①药用原料，如紫杉醇（抗肿瘤药物），人参皂苷。

②食品添加剂，如各种天然的香精、食用色素、甜味剂。

③保健食品，如螺旋藻。

专题二细胞工程

第3课时植物体细胞杂交技术

学习目标：

1.简述植物体细胞杂交技术

（三）植物体细胞杂交

1．概念

将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新的

植物体。

2．目的：

培育出种间或属间杂种。

3．原理：

细胞膜流动性和植物细胞全能性

4．过程：

（1）原生质体：

指去除植物细胞壁后获得的裸露的植物细胞结构等。

其来源可以是各种植物的叶片、根尖等部位，也可以从愈伤组织中获得。

（2）制备原生质体的方法是:

酶解法,所用的酶是纤维素酶和果胶酶。

基本过程是先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,然后利用低速离心或采用相对密度漂浮法对原生质体进行分离纯化并鉴定其活性,再用于细胞培养或体细胞杂交。

（3）人工诱导原生质体融合的方法有:

物理法（离心，振动，电刺激）和化学法（聚乙二醇，英文缩写PEG）。

（4）原生质体融合完成的标志是:

杂种细胞再生出细胞壁。

在此过程中最活跃的细胞器是高尔基体或高尔基体和线粒体。

（5）融合细胞的类型有3种（只考虑两两融合的情况）；染色体组数为2M+2N。

可育。

判断植物是否可育：

第一，要有同源染色体。

第二，同源染色体要能进行正常的联会。

如三倍体无籽西瓜，体细胞中有同源染色体，但在减数分裂过程中，同源染色体联会发生紊乱，不能形成正常的生殖细胞，因此不可育，无籽。

5．意义：

克服了远缘杂交不亲和的障碍；扩大了遗传重组的范围。

6．缺点：

虽然杂种植株含有两种生物的全部遗传物质，但不能完全具有两种植株的全部性状，不能完全按人们意愿培育出所需要的新品种。

7．实例：

番茄——马铃薯；白菜—甘蓝（特点：

生长期短、耐热性强和易于贮藏）等。

专题二细胞工程

第4课时动物细胞培养

学习目标：

1.动物的细胞培养与体细胞克隆（简述动物细胞培养的过程、条件及其应用；）

II．动物细胞工程

（一）动物细胞培养

1．概念：

从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。

2．原理：

细胞增殖。

3．取材：

大都取自动物胚胎或出生后不久的幼龄动物的器官或组织。

一般，各种动物组织或细胞都可以体外培养，但代谢旺盛、分化程度低的更容易培养。

肿瘤细胞比正常细胞更容易培养。

4．过程：

（1）用胰蛋白酶处理动物组织目的：

使组织分散成单个细胞。

（2）不用胃蛋白酶的原因：

培养液的PH为7.2~7.4，而胃蛋白酶的适宜PH为1.8左右，在此PH范围内，胃蛋白酶会变性失活。

（3）原代培养：

指从供体获取组织或细胞后的初次培养。

由于刚离体，细胞的生物学特性未发生很大变化，最接近体内组织或细胞，很适合用于药物测试、基因表达等试验研究。

（4）细胞贴壁生长和接触抑制：

悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就

会停止分裂增殖，称为细胞的接触抑制。

（5）传代培养：

将原代培养的细胞分离稀释后转入新的培养瓶中继续培养。

与原代培养的区别是是否分瓶，一旦分瓶就称为传代培养。

多次分瓶后培养细胞仍叫传代培养。

（6）细胞株：

传代培养10~50代的细胞称为细胞株。

原代培养的细胞不叫细胞株。

（7）细胞系：

当传代培养50代后，一些细胞的遗传物质发生了改变，并且带有癌变的特点，有可能在培养条件下无限制地传代下去，这种传代细胞称为细胞系。

在动物细胞培养时，并不是每次培养都会使细胞称为细胞系，只是有这种可能。

细胞株与细胞系最大区别是：

细胞株的遗传物质没有发生改变，而细胞系的遗传物质改变了。

5．条件

（1）无菌无毒的环境

①培养液及器具灭菌处理。

②培养液中通常加入一定量的抗生素（注意加入抗生素的种类及浓度）。

③定期更换培养液，以便清除代谢产物，防止代谢产物积累对细胞毒害。

（2）营养物质

葡萄糖、无机盐、氨基酸、维生素、核酸、嘌呤、嘧啶、激素、生长因子、动物血清。

（3）适宜的温度、PH和气体环境

①温度：

37℃左右。

②PH：

7.2~7.4。

③气体主要由O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的PH。

动物细胞培养时，搅动培养液的原因：

增加培养液中的溶解氧，使动物细胞与营养物质充分接触。

6．地位：

是动物细胞工程的基础。

7．应用

生物制品的生产、转基因动物的培养、检测有毒物质、医学研究。

专题二细胞工程

第5课时细胞核移植和体细胞克隆

学习目标：

1.简述克隆动物的概念含义和基本原理；

2.简述体细胞核移植技术和动物克隆技术，以及应用前景

（二）细胞核移植

1．概念：

将供体体细胞的细胞核与受体去核卵（母）细胞的细胞质进行人工组合，借助于卵（母）细胞的发育能力，经过培养发育成胚胎进而形成个体的技术。

2．原理：

动物细胞核的全能性

3．目的：

（1）生殖性克隆，得到克隆动物。

（2）治疗性克隆，克隆器官用于器官移植。

4．取材

（1）供体细胞

若取体细胞核，则为体细胞核移植；若取胚胎细胞核，则为胚胎细

胞核移植。

由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性较困难。

（2）卵（母）细胞

选取减数第二次分裂中期的卵（母）细胞，其细胞核、细胞质已成熟，能支持胚胎的全程发育。

选取卵（母）细胞作为受体细胞的原因：

卵（母）细胞体积大、易操作，营养物质多，含有能使细胞核的全能性表达的物质。

5．过程

6．存在问题

成功率低，绝大多数克隆动物存在健康问题，对克隆动物食品的安全性问题也存在争议

7．应用

①加速家畜遗传改良进程，促进良畜种群繁育。

②保护濒危物种，增大存活数量。

③生产珍贵的医用蛋白。

④作为异种移植的供体。

⑤用于组织器官的移植。

专题二细胞工程

第6课时细胞核移植和体细胞克隆

学习目标：

1.细胞融合与单克隆抗体（简述动物细胞融合的方法和过程；简述单克隆抗体的制备过程及其应用；关注细胞工程研究的发展和应用前景）

（三）动物细胞融合

1．概念：

是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。

2．原理：

细胞膜的流动性。

3．诱导融合方法：

物理法（离心、振动、电激）、化学法（聚乙二醇）、生物法（灭活的病毒）。

4．意义：

突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。

5．应用：

制备单克隆抗体。

（1）概念：

单一的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，经培养筛选后产生的专一抗体。

（2）传统方法获得的抗体特点：

一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。

从血清中分离出的抗体：

产量低、纯度低、特异性差。

（3）过程

①制备单克隆抗体为何用免疫过的B淋巴细胞？

免疫过的B淋巴细胞才能产生抗体（实际上应为效应B细胞）。

②为何制备单

克隆抗体用单个B淋巴细胞和骨髓瘤细胞？

一个B淋巴细胞只能产生一种特异性抗体，而骨髓瘤细胞能在体外大量增殖。

③细胞融合之后，若只考虑两两融合：

有5种细胞，3种融合细胞。

④单克隆抗体制备过程的三次（两次）筛选：

第一次：

用选择性培养基筛选出杂交瘤细胞；

第二次：

（有限稀释法）筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞；

第三次：

筛选出产量高的杂交瘤细胞（一般不说第三次筛选）。

⑤杂交瘤细胞的特点：

既能大量增殖，又能产生专一性（特异性）抗体。

原因是：

杂交瘤细胞具有B淋巴细胞和骨髓瘤细胞两种细胞的遗传物质。

（4）主要优点：

特异性强、灵敏度高，并可大量制备。

（5）用途

①作为诊断试剂

准确识

别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。

②用于治疗疾病和运载药物

可制成“生物导弹”，如把抗癌细胞的单克隆抗体跟放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成“生物导弹”，注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，能将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。

这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量。

注意：

单克

隆抗体不等同于生物导弹，生物导弹=引导（单克隆抗体）+弹头（药物）