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1、 專題二 細胞工程 第1課時 植物組織培養(yǎng)技術(shù) 學(xué)習(xí)目標：1.簡述細胞全能性的概念含義 2. 植物組織培養(yǎng)的過程和方法 一、細胞工程的概念 指以細胞為基本單位，在體外無菌條件下進行培養(yǎng)、繁殖或利用細胞融合、核移植等技術(shù)，使細胞某些生物學(xué)特性按照人們的意愿發(fā)生改變，從而改良生物品種、創(chuàng)造新品種和加速繁育生物個體，以及獲得某些有用的細胞代謝產(chǎn)物的技術(shù)。 1．原理和方法：應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法。 2．操作水平：細胞水平或細胞器水平。 3．工程目的：按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞

2、產(chǎn)品。 二、分類 根據(jù)操作對象不同，可分為植物細胞工程、動物細胞工程和微生物細胞工程。 三、技術(shù)應(yīng)用 I．植物細胞工程 （一）植物組織培養(yǎng) 1．概念：在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織，叢芽，最終形成完整的植株。 2．理論基礎(chǔ)：植物細胞的全能性。 （1）概念：每個細胞都包含該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成完整個體所必需的全部基因。 （2）原因：生物體的任一細胞都含有本物種的全部遺傳信息。 （3）生物體上的細胞未表現(xiàn)出全能性，而是形成特定的組織器官，其原因是：細胞中的基因進行了選擇性表達

3、，使細胞分化成不同的組織和器官 （4）表現(xiàn)出全能性的條件：完整的細胞核、脫離母體、無菌、一定的營養(yǎng)、激素；適宜的外部條件。 （5）全能性表達的難易程度：受精卵＞生殖細胞＞干細胞＞體細胞；植物細胞＞動物細胞 3．目的：獲取植株。 4．選材：植物莖尖、根尖、葉片和花藥等。 5．過程 （1）外植體需消毒，可用體積分數(shù)70%的酒精。各類器具需經(jīng)過滅菌處理，在無菌條件下操作。若選取外植體是花藥，則此過程稱為花藥（花粉）離體培養(yǎng)。 （2）細胞分化：植物的個體發(fā)育過程中，細胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上都會出現(xiàn)穩(wěn)定性差異，形成這些差異的過程叫做細胞分化。 （3）分化的實質(zhì):基因選擇性表達的結(jié)

4、果。 （4）脫分化:讓已經(jīng)分化的細胞,經(jīng)過誘導(dǎo)后,失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程。此過程應(yīng)作遮光處理。 （5）愈傷組織的特點：沒有特定結(jié)構(gòu)和功能并處于旺盛分裂狀態(tài)的薄壁細胞（排列疏松高度液泡化，無定形狀態(tài)）。 愈傷組織由于分裂旺盛，細胞增殖較迅速，更容易受到外界環(huán)境的干擾而發(fā)生突變（包括基因突變和染色體變異）。 當細胞分裂素和生長素的含量，配比相等時，愈傷組織只生長不分化；配比高時利于芽的分化；比例低時利于根的分化。 （6）再分化與脫分化所用的培養(yǎng)基成分不同。再分化時需要光照處理。再分化成根、芽或胚狀體等。 （7）胚狀體：也稱體細胞胚，類似胚的結(jié)構(gòu)，具有胚芽和胚根，

5、在合適條件下可發(fā)育稱為新的植株。再分化成胚狀體與再分化成根、芽的所處條件不同。 6．條件 ①離體狀態(tài)。②無菌、無毒環(huán)境。③適宜的溫度、PH、光照等。④特定的培養(yǎng)基：水、無機營養(yǎng)、有機營養(yǎng)、天然附加物、生長物質(zhì)。也可在培養(yǎng)基中添加抗生素或殺菌物質(zhì)，來避免污染。 7． 地位：是培育轉(zhuǎn)基因植物、植物體細胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。 專題二 細胞工程 第2課時 植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用 學(xué)習(xí)目標：1.列舉植物細胞工程的實際應(yīng)用 （一） ．植物組織培養(yǎng)技術(shù) 8.應(yīng)用

6、 （1）微型繁殖 植物組織培養(yǎng)可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性，可以高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖。 （2）作物脫毒 植物分生區(qū)附近，如莖尖、根尖、因很少被病毒感染，甚至無病毒。生產(chǎn)上常選用莖尖進行組織培養(yǎng)，再生出的植株就有可能不帶病毒。 注意：產(chǎn)生的植株只是無病毒植株，而不具備抗病毒的特性。要獲得抗病毒特性，可采用基因工程的方法。 （3）制造人工種子 ①人工種子結(jié)構(gòu)： a.人工種皮：所用材料應(yīng)有韌性、耐壓、對胚狀體無毒害，最常用海藻酸鈉制作，具有保護作用。 b.人工胚乳：一些營養(yǎng)物質(zhì)，如無機鹽、碳水化合物和蛋白質(zhì)。 c.胚狀體。 ②優(yōu)點：不受環(huán)境因素的制約，一年四季都可以進行工

7、廠化生產(chǎn)；繁殖速度快，可在短時間內(nèi)提供大量種苗；胚狀體是經(jīng)人工無性繁殖產(chǎn)生的，有利于保存該種系的優(yōu)良性狀。 （4）作物新品種的培育 ①單倍體育種。②誘變育種的材料。③轉(zhuǎn)基因植物的培育。 （二）植物細胞培養(yǎng) 1．概念：將植物組織培養(yǎng)過程中形成的愈傷組織或其它易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，進行懸浮培養(yǎng)，得到分散的懸浮細胞，再利用細胞群體產(chǎn)生人類所需的細胞次生代謝產(chǎn)物。 2．原理：細胞增殖。 3．目的：不是使細胞形成組織乃至植物體，而是通過大規(guī)模的細胞培養(yǎng)以獲得人類所需的細胞次生代謝產(chǎn)物。 4．應(yīng)用 ①藥用原料，如紫杉醇（抗腫瘤藥物），人參皂苷。②食品添加劑，如各種天然的香精、食用色

8、素、甜味劑。③保健食品，如螺旋藻。 專題二 細胞工程 第3課時 植物體細胞雜交技術(shù) 學(xué)習(xí)目標：1.簡述植物體細胞雜交技術(shù) （三）植物體細胞雜交 1．概念 將不同種的植物體細胞,在一定條件下融合成 雜種細胞,并把雜種細胞培育成新的植物體。 2．目的：培育出種間或?qū)匍g雜種。 3．原理：細胞膜流動性和植物細胞全能性 4．過程： （1）原生質(zhì)體：指去除植物細胞壁后獲得的裸露的植物細胞結(jié)構(gòu)等。其來源可以是各種植物的葉片、根尖等部位，也可以從愈傷組織中獲得。 （2）制備原生

9、質(zhì)體的方法是: 酶解法,所用的酶是 纖維素酶和果膠酶。 基本過程是先利用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁,然后利用低速離心或采用相對密度漂浮法對原生質(zhì)體進行分離純化并鑒定其活性,再用于細胞培養(yǎng)或體細胞雜交。 （3）人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法有: 物理法（離心，振動，電刺激）和 化學(xué)法（聚乙二醇，英文縮寫PEG）。 （4）原生質(zhì)體融合完成的標志是: 雜種細胞再生出細胞壁。在此過程中最活躍的細胞器是高爾基體或高爾基體和線粒體。 （5）融合細胞的類型有3種（只考慮兩兩融合的情況）；染色體組數(shù)為 2M+2N ?？捎?。 判斷植物是否可育：第一，要有同源染色體。第二，同源染色體要能進行正常的聯(lián)會。如三

10、倍體無籽西瓜，體細胞中有同源染色體，但在減數(shù)分裂過程中，同源染色體聯(lián)會發(fā)生紊亂，不能形成正常的生殖細胞，因此不可育，無籽。 5．意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙；擴大了遺傳重組的范圍。 6．缺點：雖然雜種植株含有兩種生物的全部遺傳物質(zhì)，但不能完全具有兩種植株的全部性狀，不能完全按人們意愿培育出所需要的新品種。 7．實例：番茄——馬鈴薯；白菜—甘藍（特點：生長期短、耐熱性強和易于貯藏）等。 專題二 細胞工程 第4課時 動物細胞培養(yǎng) 學(xué)習(xí)目標：1.動物的細胞培養(yǎng)與體細胞克隆（簡述

11、動物細胞培養(yǎng)的過程、條件及其應(yīng)用；） II．動物細胞工程 （一）動物細胞培養(yǎng) 1．概念：從動物機體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和增殖。 2．原理：細胞增殖。 3．取材：大都取自動物胚胎或出生后不久的幼齡動物的器官或組織。一般，各種動物組織或細胞都可以體外培養(yǎng)，但代謝旺盛、分化程度低的更容易培養(yǎng)。腫瘤細胞比正常細胞更容易培養(yǎng)。 4．過程： （1）用胰蛋白酶處理動物組織目的：使組織分散成單個細胞。 （2）不用胃蛋白酶的原因：培養(yǎng)液的PH為7.2~7.4，而胃蛋白酶的適宜PH為1.8左右，在此PH范圍內(nèi)，胃蛋白酶會變性失活。 （

12、3）原代培養(yǎng)：指從供體獲取組織或細胞后的初次培養(yǎng)。由于剛離體，細胞的生物學(xué)特性未發(fā)生很大變化，最接近體內(nèi)組織或細胞，很適合用于藥物測試、基因表達等試驗研究。 （4）細胞貼壁生長和接觸抑制：懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，細胞數(shù)目不斷增多，當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖，稱為細胞的接觸抑制。 （5）傳代培養(yǎng)：將原代培養(yǎng)的細胞分離稀釋后轉(zhuǎn)入新的培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)。與原代培養(yǎng)的區(qū)別是是否分瓶，一旦分瓶就稱為傳代培養(yǎng)。多次分瓶后培養(yǎng)細胞仍叫傳代培養(yǎng)。 （6）細胞株：傳代培養(yǎng)10~50代的細胞稱為細胞株。原代培養(yǎng)的細胞不叫細胞株。 （7）細胞系：當傳代培養(yǎng)50代后，一

13、些細胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，并且?guī)в邪┳兊奶攸c，有可能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去，這種傳代細胞稱為細胞系。在動物細胞培養(yǎng)時，并不是每次培養(yǎng)都會使細胞稱為細胞系，只是有這種可能。 細胞株與細胞系最大區(qū)別是：細胞株的遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生改變，而細胞系的遺傳物質(zhì)改變了。 5．條件 （1）無菌無毒的環(huán)境 ①培養(yǎng)液及器具滅菌處理。②培養(yǎng)液中通常加入一定量的抗生素（注意加入抗生素的種類及濃度）。③定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物，防止代謝產(chǎn)物積累對細胞毒害。 （2）營養(yǎng)物質(zhì) 葡萄糖、無機鹽、氨基酸、維生素、核酸、嘌呤、嘧啶、激素、生長因子、動物血清。 （3）適宜的溫度、PH和氣體環(huán)境 ①溫度

14、：37℃左右。②PH：7.2~7.4。③氣體主要由O2和CO2，O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的PH。 動物細胞培養(yǎng)時，攪動培養(yǎng)液的原因：增加培養(yǎng)液中的溶解氧，使動物細胞與營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸。 6．地位：是動物細胞工程的基礎(chǔ)。 7．應(yīng)用 生物制品的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)基因動物的培養(yǎng)、檢測有毒物質(zhì)、醫(yī)學(xué)研究。 專題二 細胞工程 第5課時 細胞核移植和體細胞克隆 學(xué)習(xí)目標：1.簡述克隆動物的概念含義和基本原理； 2.簡述體細胞核移植技術(shù)和動物克隆技術(shù)，以及應(yīng)用前景 （二）細胞核移植 1．概

15、念：將供體體細胞的細胞核與受體去核卵（母）細胞的細胞質(zhì)進行人工組合，借助于卵（母）細胞的發(fā)育能力，經(jīng)過培養(yǎng)發(fā)育成胚胎進而形成個體的技術(shù)。 2．原理：動物細胞核的全能性 3．目的： （1）生殖性克隆，得到克隆動物。 （2）治療性克隆，克隆器官用于器官移植。 4．取材 （1）供體細胞 若取體細胞核，則為體細胞核移植；若取胚胎細胞核，則為胚胎細胞核移植。由于動物胚胎細胞分化程度低，恢復(fù)其全能性相對容易，而動物體細胞分化程度高，恢復(fù)其全能性較困難。 （2）卵（母）細胞 選取減數(shù)第二次分裂中期的卵（母）細胞，其細胞核、細胞質(zhì)已成熟，能支持胚胎的全程發(fā)育。選取卵（母）細胞作為受體細胞的原

16、因：卵（母）細胞體積大、易操作，營養(yǎng)物質(zhì)多，含有能使細胞核的全能性表達的物質(zhì)。 5．過程 6．存在問題 成功率低，絕大多數(shù)克隆動物存在健康問題，對克隆動物食品的安全性問題也存在爭議 7．應(yīng)用 ①加速家畜遺傳改良進程，促進良畜種群繁育。②保護瀕危物種，增大存活數(shù)量。③生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白。④作為異種移植的供體。⑤用于組織器官的移植。 專題二 細胞工程 第6課時 細胞核移植和體細胞克隆 學(xué)習(xí)目標：1.細胞融合與單克隆抗體（簡述動物細胞融合的方法和過程

17、；簡述單克隆抗體的制備過程及其應(yīng)用；關(guān)注細胞工程研究的發(fā)展和應(yīng)用前景） （三）動物細胞融合 1．概念：是指兩個或多個動物細胞結(jié)合形成一個細胞的過程。 2．原理：細胞膜的流動性。 3．誘導(dǎo)融合方法： 物理法（離心、振動、電激）、化學(xué)法（聚乙二醇）、生物法（滅活的病毒）。 4．意義：突破了有性雜交方法的局限，使遠緣雜交成為可能。 5．應(yīng)用：制備單克隆抗體。 （1）概念：單一的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合，經(jīng)培養(yǎng)篩選后產(chǎn)生的專一抗體。 （2）傳統(tǒng)方法獲得的抗體特點：一個B淋巴細胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體：產(chǎn)量低、純度低、特異性差。 （3）過程 ①制備單克

18、隆抗體為何用免疫過的B淋巴細胞？ 免疫過的B淋巴細胞才能產(chǎn)生抗體（實際上應(yīng)為效應(yīng)B細胞）。 ②為何制備單克隆抗體用單個B淋巴細胞和骨髓瘤細胞？ 一個B淋巴細胞只能產(chǎn)生一種特異性抗體，而骨髓瘤細胞能在體外大量增殖。 ③細胞融合之后，若只考慮兩兩融合： 有5種細胞，3種融合細胞。 ④單克隆抗體制備過程的三次（兩次）篩選： 第一次：用選擇性培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細胞； 第二次：（有限稀釋法）篩選出能產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細胞； 第三次：篩選出產(chǎn)量高的雜交瘤細胞（一般不說第三次篩選）。 ⑤雜交瘤細胞的特點：既能大量增殖，又能產(chǎn)生專一性（特異性）抗體。 原因是：雜交瘤細胞具有B淋巴細胞和骨髓瘤細胞兩種細胞的遺傳物質(zhì)。 （4）主要優(yōu)點：特異性強、靈敏度高，并可大量制備。 （5）用途 ① 作為診斷試劑 準確識別各種抗原物質(zhì)的細微差異，并跟一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，具有準確、高效、簡易、快速的優(yōu)點。 ② 用于治療疾病和運載藥物 可制成“生物導(dǎo)彈”，如把抗癌細胞的單克隆抗體跟放射性同位素、化學(xué)藥物或細胞毒素相結(jié)合，制成“生物導(dǎo)彈”，注入體內(nèi)，借助單克隆抗體的導(dǎo)向作用，能將藥物定向帶到癌細胞所在位置，在原位殺死癌細胞。這樣既不損傷正常細胞，又減少了用藥劑量。 注意：單克隆抗體不等同于生物導(dǎo)彈，生物導(dǎo)彈=引導(dǎo)（單克隆抗體）+ 彈頭（藥物） 10