江蘇省徐州市高考生物總復(fù)習(xí) 選考專題二 細(xì)胞工程學(xué)案

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1、專題二 細(xì)胞工程 第1課時 植物組織培養(yǎng)技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.簡述細(xì)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(xì)胞工程的概念 指以細(xì)胞為基本單位，在體外無菌條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖或利用細(xì)胞融合、核移植等技術(shù)，使細(xì)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(xì)胞代謝產(chǎn)物的技術(shù)。1原理和方法：應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法。2操作水平：細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平。3工程目的：按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。二、分類根據(jù)操作對象不同，可分為植物細(xì)胞工程、動物細(xì)胞工程和微生物細(xì)胞工程。三、技術(shù)應(yīng)用I植物細(xì)胞工程（一）

2、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(xì)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(xì)胞的全能性。（1）概念：每個細(xì)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(xì)胞都含有本物種的全部遺傳信息。（3）生物體上的細(xì)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(xì)胞中的基因進(jìn)行了選擇性表達(dá)，使細(xì)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(xì)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(dá)的難易程度：受精卵生殖細(xì)

3、胞干細(xì)胞體細(xì)胞；植物細(xì)胞動物細(xì)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?jǐn)?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(xì)胞分化：植物的個體發(fā)育過程中，細(xì)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(xì)胞分化。（3）分化的實(shí)質(zhì):基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。（4）脫分化:讓已經(jīng)分化的細(xì)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(xì)胞的過程。此過程應(yīng)作遮光處理。（5）愈傷組織的特點(diǎn)：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(xì)胞（排列疏松高度液泡化，無定

4、形狀態(tài)）。愈傷組織由于分裂旺盛，細(xì)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(dāng)細(xì)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(xì)胞胚，類似胚的結(jié)構(gòu)，具有胚芽和胚根，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條件離體狀態(tài)。無菌、無毒環(huán)境。適宜的溫度、PH、光照等。特定的培養(yǎng)基：水、無機(jī)營養(yǎng)、有機(jī)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

5、避免污染。7 地位：是培育轉(zhuǎn)基因植物、植物體細(xì)胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。專題二 細(xì)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(biāo)：1.列舉植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用（一） 植物組織培養(yǎng)技術(shù)8.應(yīng)用（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(shí)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(jìn)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

6、毒害，最常用海藻酸鈉制作，具有保護(hù)作用。b.人工胚乳：一些營養(yǎng)物質(zhì)，如無機(jī)鹽、碳水化合物和蛋白質(zhì)。c.胚狀體。優(yōu)點(diǎn)：不受環(huán)境因素的制約，一年四季都可以進(jìn)行工廠化生產(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）作物新品種的培育單倍體育種。誘變育種的材料。轉(zhuǎn)基因植物的培育。（二）植物細(xì)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(jìn)行懸浮培養(yǎng)，得到分散的懸浮細(xì)胞，再利用細(xì)胞群體產(chǎn)生人類所需的細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物。2原理：細(xì)胞增殖。3目的：不是使細(xì)胞形成組織乃至植物體，而是通過大規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)以獲得人類所需

7、的細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物。4應(yīng)用藥用原料，如紫杉醇（抗腫瘤藥物），人參皂苷。食品添加劑，如各種天然的香精、食用色素、甜味劑。保健食品，如螺旋藻。 專題二 細(xì)胞工程 第3課時 植物體細(xì)胞雜交技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.簡述植物體細(xì)胞雜交技術(shù)（三）植物體細(xì)胞雜交1概念將不同種的植物體細(xì)胞,在一定條件下融合成 雜種細(xì)胞,并把雜種細(xì)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(xì)胞膜流動性和植物細(xì)胞全能性 4過程：（1）原生質(zhì)體：指去除植物細(xì)胞壁后獲得的裸露的植物細(xì)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）制備原生質(zhì)體的方法是: 酶解法,所用的酶是 纖維素酶和果膠酶。

8、基本過程是先利用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)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(jìn)行分離純化并鑒定其活性,再用于細(xì)胞培養(yǎng)或體細(xì)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(biāo)志是: 雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。在此過程中最活躍的細(xì)胞器是高爾基體或高爾基體和線粒體。（5）融合細(xì)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 。可育。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(jìn)行正常的聯(lián)會。如三倍體無籽西瓜，體細(xì)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

9、紊亂，不能形成正常的生殖細(xì)胞，因此不可育，無籽。5意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙；擴(kuò)大了遺傳重組的范圍。6缺點(diǎn)：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(shí)例：番茄馬鈴薯；白菜甘藍(lán)（特點(diǎn)：生長期短、耐熱性強(qiáng)和易于貯藏）等。 專題二 細(xì)胞工程 第4課時 動物細(xì)胞培養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.動物的細(xì)胞培養(yǎng)與體細(xì)胞克隆（簡述動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程、條件及其應(yīng)用；）II動物細(xì)胞工程（一）動物細(xì)胞培養(yǎng)1概念：從動物機(jī)體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細(xì)胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細(xì)胞生長和增殖。2原理：細(xì)胞增殖。3取材：大都取自動物胚

10、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(xì)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(xì)胞比正常細(xì)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(xì)胞。（2）不用胃蛋白酶的原因：培養(yǎng)液的PH為7.27.4，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。（3）原代培養(yǎng)：指從供體獲取組織或細(xì)胞后的初次培養(yǎng)。由于剛離體，細(xì)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(xì)胞，很適合用于藥物測試、基因表達(dá)等試驗(yàn)研究。（4）細(xì)胞貼壁生長和接觸抑制：懸液中分散的細(xì)胞很快就貼附在瓶壁上，細(xì)胞數(shù)目不斷增多，當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相

11、互接觸時，細(xì)胞就會停止分裂增殖，稱為細(xì)胞的接觸抑制。（5）傳代培養(yǎng)：將原代培養(yǎng)的細(xì)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(xì)胞仍叫傳代培養(yǎng)。（6）細(xì)胞株：傳代培養(yǎng)1050代的細(xì)胞稱為細(xì)胞株。原代培養(yǎng)的細(xì)胞不叫細(xì)胞株。（7）細(xì)胞系：當(dāng)傳代培養(yǎng)50代后，一些細(xì)胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，并且?guī)в邪┳兊奶攸c(diǎn)，有可能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去，這種傳代細(xì)胞稱為細(xì)胞系。在動物細(xì)胞培養(yǎng)時，并不是每次培養(yǎng)都會使細(xì)胞稱為細(xì)胞系，只是有這種可能。細(xì)胞株與細(xì)胞系最大區(qū)別是：細(xì)胞株的遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生改變，而細(xì)胞系的遺傳物質(zhì)改變了。5條件（1）無菌無毒的環(huán)

12、境培養(yǎng)液及器具滅菌處理。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）。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(xì)胞毒害。（2）營養(yǎng)物質(zhì)葡萄糖、無機(jī)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)境溫度：37左右。PH：7.27.4。氣體主要由O2和CO2，O2是細(xì)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(xì)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(xì)胞與營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸。6地位：是動物細(xì)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(xì)胞工程 第5課時

13、細(xì)胞核移植和體細(xì)胞克隆學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.簡述克隆動物的概念含義和基本原理；2.簡述體細(xì)胞核移植技術(shù)和動物克隆技術(shù)，以及應(yīng)用前景（二）細(xì)胞核移植1概念：將供體體細(xì)胞的細(xì)胞核與受體去核卵（母）細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行人工組合，借助于卵（母）細(xì)胞的發(fā)育能力，經(jīng)過培養(yǎng)發(fā)育成胚胎進(jìn)而形成個體的技術(shù)。2原理：動物細(xì)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(xì)胞若取體細(xì)胞核，則為體細(xì)胞核移植；若取胚胎細(xì)胞核，則為胚胎細(xì)胞核移植。由于動物胚胎細(xì)胞分化程度低，恢復(fù)其全能性相對容易，而動物體細(xì)胞分化程度高，恢復(fù)其全能性較困難。（2）卵（母）細(xì)胞選取減數(shù)第二次分

14、裂中期的卵（母）細(xì)胞，其細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)已成熟，能支持胚胎的全程發(fā)育。選取卵（母）細(xì)胞作為受體細(xì)胞的原因：卵（母）細(xì)胞體積大、易操作，營養(yǎng)物質(zhì)多，含有能使細(xì)胞核的全能性表達(dá)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)用加速家畜遺傳改良進(jìn)程，促進(jìn)良畜種群繁育。保護(hù)瀕危物種，增大存活數(shù)量。生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白。作為異種移植的供體。用于組織器官的移植。 專題二 細(xì)胞工程 第6課時 細(xì)胞核移植和體細(xì)胞克隆學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.細(xì)胞融合與單克隆抗體（簡述動物細(xì)胞融合的方法和過程；簡述單克隆抗體的制備過程及其應(yīng)用；關(guān)注細(xì)胞工程研究的發(fā)展和應(yīng)用前景）（三）動物

15、細(xì)胞融合1概念：是指兩個或多個動物細(xì)胞結(jié)合形成一個細(xì)胞的過程。2原理：細(xì)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(yuǎn)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(xì)胞與骨髓瘤細(xì)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(diǎn)：一個B淋巴細(xì)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）過程制備單克隆抗體為何用免疫過的B淋巴細(xì)胞？免疫過的B淋巴細(xì)胞才能產(chǎn)生抗體（實(shí)際上應(yīng)為效應(yīng)B細(xì)胞）。為何制備單克隆抗體用單個B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞？一個B淋

16、巴細(xì)胞只能產(chǎn)生一種特異性抗體，而骨髓瘤細(xì)胞能在體外大量增殖。細(xì)胞融合之后，若只考慮兩兩融合：有5種細(xì)胞，3種融合細(xì)胞。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(xì)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(xì)胞；第三次：篩選出產(chǎn)量高的雜交瘤細(xì)胞（一般不說第三次篩選）。雜交瘤細(xì)胞的特點(diǎn)：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(xì)胞具有B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞兩種細(xì)胞的遺傳物質(zhì)。（4）主要優(yōu)點(diǎn)：特異性強(qiáng)、靈敏度高，并可大量制備。（5）用途 作為診斷試劑準(zhǔn)確識別各種抗原物質(zhì)的細(xì)微差異，并跟一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，具有準(zhǔn)確、高效、簡易、快速的優(yōu)點(diǎn)。 用于治療疾病和運(yùn)載藥物可制成“生物導(dǎo)彈”，如把抗癌細(xì)胞的單克隆抗體跟放射性同位素、化學(xué)藥物或細(xì)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(xì)胞所在位置，在原位殺死癌細(xì)胞。這樣既不損傷正常細(xì)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