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2019-2020年高三生物專題復習 動物植物細胞工程教案 一. 教學內(nèi)容： 復習細胞工程 二. 學習內(nèi)容： 本周復習細胞工程，掌握動物細胞工程、植物細胞工程的操作過程。植物組織培養(yǎng)是植物細胞工程的基礎，植物細胞的全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎。掌握動物細胞培養(yǎng)，單克隆抗體的制備，知道動物細胞在培養(yǎng)過程中的基本操作及其特點，單克隆抗體的概念，以及利用雜交瘤細胞制備單克隆抗體的基本原理。 三. 學習重點： 1. 植物細胞工程的主要技術——植物組織培養(yǎng)、植物體細胞雜交 2. 動物細胞培養(yǎng)與植物細胞培養(yǎng)的比較 3. 單克隆抗體制備及其原理和應用 四. 學習難點： 1. 細胞全能性在細胞培養(yǎng)中的表現(xiàn) 2. 細胞雜交的原理 3. 動物細胞培養(yǎng)與單克隆抗體 五. 學習過程： （一）細胞工程： 細胞工程 植物細胞工程 動物細胞工程 基本原理 細胞生物學和分子生物學的原理和方法，工程學手段改造細胞 操作水平 細胞整體水平、細胞器水平操作 實質(zhì)內(nèi)容 改變遺傳物質(zhì)、產(chǎn)生新的性狀，獲得細胞產(chǎn)品 技術手段 植物細胞雜交技術 植物細胞融合技術 植物組織培養(yǎng)技術 動物細胞培養(yǎng) 動物細胞融合、單克隆抗體制備技術 胚胎移植、核移植等 理論基礎 植物細胞全能性 細胞增值 誘導手段 物理法 離心、振動、電刺激 化學法 聚乙二醇 物理 電刺激 化學 聚乙二醇 生物 滅活病毒（滅活仙臺病毒） 誘導過程 1.去細胞壁 纖維素酶、果膠酶 2.原生質(zhì)體融合 獲得雜種原生質(zhì)體 3.植物細胞培養(yǎng) 植株或用于發(fā)酵 1.獲得分離的單個動物細胞 胰蛋白酶處理 2.誘導融合 雜種原生質(zhì)體 3.動物細胞培養(yǎng) 細胞產(chǎn)品 應用 白菜—甘蘭等雜交植物 單克隆抗體的制備（雜交瘤細胞） （二）植物細胞工程 1. 細胞全能性 概念：生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能 原因：每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因 外延：每一個活細胞都因該具有全能性 受精卵的全能性最高 生殖細胞分化程度很高，但仍然具有全能性——孤雌生殖 體細胞的全能性比生殖細胞的全能性低的多 生物體內(nèi)細胞并沒有表現(xiàn)出全能性，而是表現(xiàn)出基因的選擇性表達 表現(xiàn)：孤雌生殖：有一個卵細胞分化形成各種類型細胞，如：雄蜂、雄蟻 離體組織：外界條件（營養(yǎng)、激素、其他條件）適宜形成小植株，表現(xiàn)出全能性 2. 植物組織培養(yǎng) （1）培養(yǎng)基： 成分 主要內(nèi)容 作用 水 水（H2O） 為細胞代謝提供條件，參與細胞代謝 無機鹽 大量元素：N、P、S、K、Ca、Mg 微量元素：Fe、Mn、Mo、B、Cu、Zn 滿足植物對各礦質(zhì)元素的需求，參與各種物質(zhì)合成、代謝調(diào)節(jié)，生長必需 碳源 蔗糖 重要營養(yǎng)成分：愈傷組織不光合，利用蔗糖異養(yǎng)生活 大氣CO2 重要碳源：完成組織分化，形成營養(yǎng)器官后，葉片能進行光合自養(yǎng) 氮原 NH4+、NO3— 合成核酸、蛋白質(zhì)、輔酶、核苷酸等 生長因子 細胞分裂素、生長素 必不可少的調(diào)節(jié)物質(zhì)：誘導脫分化形成愈傷組織，誘導愈傷組織再分化成植株 維生素 明顯促進離體組織的生長 狀態(tài) 固體培養(yǎng)基或半固體培養(yǎng)基 形成植物地上、地下部分，利于生長 培養(yǎng)要求 無菌操作條件 常溫培養(yǎng) 光照條件 更換培養(yǎng)基 細菌繁殖速度快，會產(chǎn)生污染 植物細胞在常溫下生長正常 滿足愈傷組織，及植株的光照需求 防止代謝廢物積累，滿足營養(yǎng)需求 （2）過程： 脫分化：高度分化的植物器官、組織或細胞產(chǎn)生愈傷組織的過程 再分化：愈傷組織繼續(xù)培養(yǎng)，重新分化成根或芽等器官的過程 愈傷組織：排列疏松、無規(guī)則，高度液泡化的無定型狀態(tài)的薄壁細胞 激素使用： ① 能強烈刺激愈傷組織的形成（細胞分裂素、生長素共同使用） ② 影響再分化過程中根和芽的發(fā)生 細胞分裂素、生長素濃度比 應用： <1> 快速繁殖、培育無病毒植株 <2> 細胞培養(yǎng)生產(chǎn)藥物、食品添加劑、香料、色素、殺蟲劑（發(fā)酵罐中誘導分離的愈傷組織） <3> 人工種子：胚狀體 + 人工種皮 <4> 轉基因植物的培育 3. 3. 植物體細胞雜交 概念： （1）來自兩個不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞（植物細胞融合） （2）把雜種細胞培育成植株 （植物組織培養(yǎng)） 過程： 4. 植物細胞雜交與傳統(tǒng)細胞雜交比較： 傳統(tǒng)雜交 細胞雜交 依據(jù) 雜種優(yōu)勢 細胞全能性、原生質(zhì)體融合 過程 自然發(fā)生，在母體完成胚發(fā)育 人工誘導融合，需組織培養(yǎng) 本質(zhì) 精、卵兩種生殖細胞結合，完成遺傳物質(zhì)的重新組合 不同生物的體細胞融合，完成和遺傳物質(zhì)的融合 優(yōu)點 雜種第一代生長整齊、植株健壯、產(chǎn)量高、抗蟲抗病能力強 克服遠源雜交不親和障礙，實現(xiàn)不同種間的雜交 缺點 存在生殖隔離；雜種第二代會出現(xiàn)生長不齊、產(chǎn)量下降等現(xiàn)象 很多理論、技術問題未解決，距離推廣應用有一定差距 目的 獲得雜種優(yōu)勢，提高產(chǎn)量 獲得優(yōu)良性狀 意義 自然發(fā)生、方便生產(chǎn) 擴展了用于雜交的親本組合 應用范圍 種內(nèi) 種內(nèi)、種間均可 （三）動物細胞工程： A. 動物細胞培養(yǎng) 1. 培養(yǎng)基： 狀態(tài) 液體培養(yǎng)液 動物細胞生活的液體環(huán)境 成分 葡萄糖 滿足能量需求、作為細胞碳源 氨基酸 合成蛋白質(zhì) 無機鹽 重要的細胞組成物質(zhì) 維生素、動物血清等 生長調(diào)節(jié)作用 條件 恒溫 動物細胞生長溫度 無菌條件 防止微生物污染 2. 2. 過程： 幼齡動物組織剪碎組織胰蛋白酶處理細胞培養(yǎng)（培養(yǎng)瓶） 3. 概念： 原代培養(yǎng)：將動物組織用胰蛋白酶處理成單個細胞，配制成一定濃度的懸浮液，放入培養(yǎng)瓶中在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)的過程 傳代培養(yǎng)：培養(yǎng)瓶中的細胞越來越多，用胰蛋白酶處理使細胞從瓶壁上脫離下來，配制成懸浮液，分瓶培養(yǎng)的過程 細胞株：原代培養(yǎng)細胞傳至10代左右就不容易傳下去，細胞生長停滯，大部分細胞衰老死亡，少數(shù)細胞能存活傳到40~50代，這部分細胞稱為細胞株 細胞系：細胞株傳到50左右不能再繼續(xù)傳代，部分細胞遺傳物質(zhì)改變，具有癌變細胞的特點，可以在培養(yǎng)條件下無限制的傳代下去，這部分細胞稱為細胞系 4. 生長特點： （1）貼壁生長：培養(yǎng)瓶中的懸浮液細胞，緊貼培養(yǎng)瓶內(nèi)壁才能生長 （2）接觸抑制：當培養(yǎng)瓶中內(nèi)壁生長細胞彼此緊密接觸時，細胞不再分裂 5. 應用： （1）生產(chǎn)有重要價值的蛋白質(zhì)產(chǎn)品 分泌性的蛋白質(zhì)產(chǎn)品 （2）培養(yǎng)皮膚細胞用于移植 形成組織 （3）檢測有毒物質(zhì) 致癌致畸引起染色體數(shù)目和結構改變 （4）理論研究 培養(yǎng)正?；虍惓＜毎糜谏?、病理、藥理研究 B. 單克隆抗體 概念：單個B淋巴細胞進行無性繁殖獲得的細胞群，產(chǎn)生化學性質(zhì)單一，物質(zhì)特異性強的抗體 基本原理： （1）一種淋巴細胞克隆只產(chǎn)生一種特異性抗體 （2）細胞融合技術產(chǎn)生的雜交瘤細胞可以保持親代雙方的特性 （3）雜交瘤細胞的篩選，體外培養(yǎng)大量增殖，獲得所需抗體 優(yōu)點： 項目 分泌 特點 生產(chǎn) 單克隆抗體 雜交瘤細胞 特異性強、靈敏度高 產(chǎn)量高，易純化分離 常規(guī)抗體 各淋巴B細胞 特異性差、靈敏度低 產(chǎn)量低，分離困難 細胞 B淋巴細胞 能產(chǎn)生特異性強抗體，在體外不能無限繁殖 骨髓瘤細胞 不產(chǎn)生專一性強抗體，體外能無限繁殖 制備過程： 應用： （1）理論研究中具有重要意義 （2）用于疾病的診斷、治療、預防 單抗診斷試劑盒 簡單、快速、準確 生物導彈 定向消滅癌細胞，不損傷健康細胞 C. 哺乳動物胚胎移植，核移植 胚胎移植： 動物排卵體外受精胚胎母牛子宮試管牛 （激素處理） （激素處理） 核移植：克隆動物 鯉鯽（兼有鯉魚、鯽魚特點，具有正常生殖能力） D. 動物細胞培養(yǎng)、植物細胞培養(yǎng)比較： 動物細胞培養(yǎng) 植物細胞培養(yǎng) 原理 細胞的增殖 細胞的全能性 細胞來源 胚胎或幼齡動物組織或器官 離體植物器官、組織或細胞 培養(yǎng) 基 狀態(tài) 液體 固體 成分 天然培養(yǎng)基 合成培養(yǎng)基 組成 葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、動物血清 礦質(zhì)元素、蔗糖、維生素、植物激素、有機添加物 器皿 培養(yǎng)瓶 錐形瓶 過程 原代生長，傳代生長 更換培養(yǎng)基，細胞增值分化 生長特點 貼壁生長，細胞增值不分化 誘導形成愈傷組織，細胞增值分化 細胞進行異養(yǎng)需氧代謝 接種前處理 滅菌、用胰蛋白酶使組織分散成單個細胞 滅菌 培養(yǎng)條件 恒溫、無菌、無需光照 常溫、無菌、光照條件 培養(yǎng)目的 1.生產(chǎn)蛋白質(zhì)生物制品 2.獲取大量細胞 3.檢測有毒物質(zhì) 1. 1. 快速繁育無病毒植株 2. 2. 生產(chǎn)藥物、食品添加劑、香料、色素、殺蟲劑等 培養(yǎng)結果 細胞株→細胞系 愈傷組織→植株 六. 六. 學習指導： 1. 植物組織培養(yǎng)培養(yǎng)基含有植物生長發(fā)育所需要的各種營養(yǎng)物質(zhì)（各種無機鹽、有機成分，維生素、植物激素等），這些營養(yǎng)成分同時也是細菌等微生物的營養(yǎng)，但細菌生長、繁殖更快，在培養(yǎng)過程中要求消毒、滅菌，保持無菌狀態(tài) 2. 植物細胞融合是用酶解法去掉細胞壁，植物細胞被誘導膜融合后，在第一次分裂時才進行核融合，形成新的細胞壁是成為完整的融合雜種細胞 3. 植物細胞的全能性是植物組織培養(yǎng)的基礎，受精卵的全能性最高，生殖細胞的全能性比體細胞的全能性高；形成層細胞具有分裂能力，通常切取有形成層的部分作為外植體培養(yǎng)，容易成功 4. 傷組織的形成和形態(tài)發(fā)生是植物組培的主要目標，愈傷組織的形成需要有外界刺激因素和激素誘導 5. 植物的種類不同、器官的來源及生理狀況不同外植體脫分化的難易程度不同；愈傷組織特點：細胞分裂快，結構疏松、顏色淺、透明、高度液泡化的薄壁細胞；愈傷組織細胞在一定的外界條件下才會再分化，產(chǎn)生芽和根，進而發(fā)育成植株 6. 動物細胞工程的技術基礎是動物細胞培養(yǎng)，通常用動物細胞培養(yǎng)獲取分泌型蛋白 7. 體內(nèi)的每一種B淋巴細胞只能產(chǎn)生一種抗體，一個B淋巴細胞不能在體外培養(yǎng)條件下無限繁殖，在進行淋巴B細胞篩選時首先要對動物進行免疫，使其產(chǎn)生相應的B淋巴細胞 8. 骨髓瘤細胞在體外條件下可以無限繁殖，能產(chǎn)生抗體在但是特異性差，結合能力差；雜交瘤細胞既能產(chǎn)生特異性抗體，在體外條件下可以無限繁殖，具備B淋巴細胞和骨髓瘤細胞的特點，用于單克隆抗體的生產(chǎn) 9. 哺乳動物的胚胎移植，在體外完成受精作用和早期的胚胎發(fā)育，然后將早期的胚胎轉移到母體的子宮發(fā)育，試管動物是指的體外受精和早期胚胎發(fā)育生物 10. 核移植動物是動物克隆技術的基礎，克隆羊供移植的核來自高度分化的體細胞 【模擬試題】 1. 下列細胞中培養(yǎng)過程中存在細胞分化的是（ ） A. 單克隆抗體的制備 B. 紫草細胞發(fā)酵獲得紫草素 C. 培養(yǎng)皮膚細胞 D. 乳酸發(fā)酵 2. 下列操作中涉及到遺傳物質(zhì)的改變的是（ ） A. 單克隆抗體 B. 克隆牛產(chǎn)生 C. 鯉鯽的培育 D. 胚胎移植 3. 有關愈傷組織的說法中說法錯誤的是（ ） A. 愈傷組織是進行異養(yǎng)生活，有氧代謝 B. 愈傷組織細胞再誘導后才進行分化 C. 愈傷組織細胞可以用作質(zhì)壁分離實驗材料 D. 愈傷組織不能產(chǎn)生變異，是一個無性繁殖體系 4. 動物細胞融合的說法不正確的是（ ） A. 細胞融合首先用酶解法分散成單個細胞 B. 細胞融合是個細胞識別過程 C. 融合細胞能表現(xiàn)出兩個親本的特點 D. 原生質(zhì)體自然條件下常自發(fā)融合 5. 植物細胞培養(yǎng)通常用于生產(chǎn)的產(chǎn)品有 A. 無病毒植株 B. 中草藥有效成分 C. 人工種子 D. 果醬 6. 動物細胞培養(yǎng)中說法錯誤的是（ ） A. 正常細胞體外條件下不能無限傳代 B. 細胞在培養(yǎng)瓶中進行有絲分裂，一般不分化 C. 細胞遺傳物質(zhì)穩(wěn)定，不會發(fā)生變異現(xiàn)象 D. 細胞常用于分泌性蛋白的生產(chǎn) 7. 單克隆抗體的生產(chǎn)方法中錯誤的是（ ） A. 發(fā)酵罐中培養(yǎng) B. 小鼠的腹腔繁殖 C. 培養(yǎng)成組織移植到動物體內(nèi) D. 牛的體腔培養(yǎng) 8. 單克隆抗體的制備操作至少要進行幾次細胞篩選（ ） A. 1次 B. 2次 C. 3次 D. 4次 9. 不能人工誘導原生質(zhì)體融合的方法是（ ） A. 振動　 B. 電刺激 　 C. PEG試劑 D. 重壓 10. 植物組織培養(yǎng)是指（ ） A. 離體的植物器官或細胞培育成愈傷組織 B. 愈傷組織培育成植株 C. 離體的植物器官、組織或細胞培養(yǎng)成完整植物體 D. 愈傷組織形成高度液泡化組織 11. 植物體細胞雜交要先去除細胞壁的原因是（ ） A. 植物體細胞的結構組成中不包括細胞壁 B. 細胞壁使原生質(zhì)體失去活力 C. 細胞壁阻礙了原生質(zhì)體的融合 D. 細胞壁不是原生質(zhì)的組成部分 12. 植物體細胞雜交的結果是（ ） A. 產(chǎn)生雜種植株　 B. 產(chǎn)生雜種細胞 C. 原生質(zhì)體融合 D. 形成愈傷組織 13. 植物體細胞雜交的目的中錯誤的是（ ） A. 把兩個植物體的優(yōu)良性狀集中在雜種植株上 B. 獲得雜種植株 C. 克服遠源雜交不親和的障礙 D. 實現(xiàn)原生質(zhì)體的融合 14. 植物組織培養(yǎng)的用途中不正確的是（ ） A. 快速繁殖　　B. 生產(chǎn)新品種 C. 生產(chǎn)殺蟲劑 D. 生產(chǎn)白細胞介素－2 15. 植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是（ ） A. 給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 B. 導入其他植物細胞的基因 C. 脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 D. 將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內(nèi) 16. 下列有關細胞工程的敘述不正確的是（ ） A. 在細胞整體水平上定向改變遺傳物質(zhì) B. 在細胞器水平上定向改變遺傳物質(zhì) C. 在細胞器水平上定向改變細胞核的遺傳物質(zhì) D. 在細胞整體水平上獲得細胞產(chǎn)品 17. 植物細胞融合常用的誘導劑是（ ） A. PEP 　 B. PEG 　C. ATP 　D. 大腸桿菌質(zhì)粒 18. 細胞具有全能性的原因是（ ） A. 生物體細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能 B. 生物體的每一個細胞都具有全能性 C. 生物體的每一個細胞都含有個體發(fā)育的全部基因 D. 生物體的每一個細胞都是由受精卵發(fā)育來的 19. 植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化是指（ ） A. 植物體的分生組織通過細胞分裂產(chǎn)生新細胞 B. 未成熟的種子經(jīng)過處理培育出幼苗的過程 C. 植物的器官、組織或細胞，通過離體培養(yǎng)產(chǎn)生愈傷組織的過程 D. 取植物的枝芽培育成一株新植物的過程 20. 下列植物細胞全能性最高的是（ ） A. 形成層細胞　 B. 韌皮部細胞　　C. 木質(zhì)部細胞　　D. 葉肉細胞 21. 生物體內(nèi)細胞沒有表現(xiàn)出全能性，原因是（ ） A. 細胞喪失了全能性　　 B. 基因的表達有選擇性 C. 基因發(fā)生了變化　　　 D. 不同細胞基因不同 二. 填空： 1. 下圖是植物組織培養(yǎng)的簡略表示。據(jù)此回答： （1）①表示　　　　　，它能被培養(yǎng)成為④的根本原因是　　　　　　　　。 （2）②表示　　　　，它與①相比分化程度　　　　　，全能性　　　　　。 （3）若想制作人工種子，應該選用（填編號）　　　　。 （4）若①是花藥，則④是　　　　，繼續(xù)對其使用　　　　　處理可獲得　　　　　正常植株，該過程稱為　　　　　。 （5）若①是胡蘿卜根尖細胞，則培養(yǎng)成的④的葉片的顏色是　　　，這說明根尖細胞　 　　　　　　　　　。 （6）若利用此項技術制造治療燙傷、割傷的藥物——紫草素，培養(yǎng)將進行到（填編號）　 　　　　　　。 　 2. 下圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答： （1）步驟①是　　　　　　　　　　　，最常用的方法是　　　　　　　　。 （2）步驟③一般常用的化學試劑是　　　　，目的是　　　　　　　　。 （3）在利用雜種細胞培育成為雜種植株的過程中，運用的技術手段是　　　　　　　，其中步驟④相當于　　　　　　　　，步驟⑤相當于　　　　。 （4）植物體細胞雜交的目的是獲得新的雜種植株。使　　　　　　　　能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)，其根本原因　　　　　　　。 （5）若遠源雜交親本A和B都是二倍體，則雜種植株為　　　　　　　倍體。 （6）從理論上講，雜種植株的育性為　　　。若運用傳統(tǒng)有性雜交方法能否實現(xiàn)？　　　　　。并說明現(xiàn)由　　　　　。因此，這項研究對于培養(yǎng)作物新品種方面的重大意義在于　　　　　　。 （7）利用植物體細胞雜交的方法培育作物新品種過程中，遺傳物質(zhì)的傳遞是否遵循孟德爾的遺傳規(guī)律？為什么？　　　　　　　。 【試題答案】 一. 選擇題： 1. D 2. A 3. D 4. D 5. D 6. C 7. C 8. B 9. D 10. C 11. C 12. A 13. D 14. D 15. C 16. C 17. B 18. C 19. C 20. B 21. B 二. 填空題： 1. （1）離體的植物器官；組織或細胞植物細胞的全能性 （2）愈傷組織；低；高 （3）③ （4）單倍體植株；秋水仙素；純合；單倍體植株 （5）綠色；含有與葉綠體形成相關的基因 （6）② 2. （1）去掉細胞壁分離出有活力的原生質(zhì)體；酶解法 （2）聚乙二醇（PEG）；誘導不同植物體細胞的原生質(zhì)融合 （3）植物組織培養(yǎng)；脫分化 再分化 （4）遠緣雜交親本的遺傳特征雜種植株；獲得雙親的遺傳物質(zhì) （5）四 （6）可育 ； 不能因為不同生物物種之間存在生殖隔離 ； 克服遠緣雜交的不親和的障礙，大大擴展了用于雜交的親本組合范圍 （7）不遵循。因為在生物進行有性生殖的過程中，才遵循孟德爾的遺傳規(guī)律，而植物細胞雜交育種的過程不屬于有性生殖。