第二章细胞工程.docx
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第二章细胞工程
第二章细胞工程
一、学习要求
具体内容标准
学习要求
简述植物组织培养
①简述细胞全能性的概念含义;②简述植物组织培养的过程和方法;(了解)
③简述植物体细胞杂交技术;④列举植物细胞工程的实际应用;(了解)
简述动物的细胞培养与体细胞克隆
①简述动物细胞培养的过程、条件及其应用;(了解)
②简述克隆动物的概念含义和基本原理;(了解)
③简述体细胞核移植技术和动物克隆技术,以及应用前景;(了解)
举例说出细胞融合与单克隆抗体
①简述动物细胞融合的方法和过程;②简述单克隆抗体的制备过程及其应用;
③关注细胞工程研究的发展和应用前景;(了解)
二、教材处理的几点意见
1.课时安排
本部分内容为苏教版教材选修三第二章《细胞工程》,拟安排4课时进行教学。
第一课时包括细胞工程概念、细胞全能性、植物组织培养技术;第二课时包括植物体细胞杂交技术、植物细胞工程综合;第三课时包括动物细胞培养、细胞核移植技术和动物体细胞克隆技术;第四课时包括动物细胞融合、单克隆抗体技术。
2.内容处理(苏教版教材与人教版教材的比较)
苏教版教材在第一节细胞工程概述中大量介绍了细胞工程的基本技术、细胞工程的应用,而人教版教材则是只介绍细胞工程的概念,具体的技术及具体技术的应用则放在每一部分内容进行具体讲述。
我们认为应在学生学习完每一项技术的过程、方法、原理、应用等的基础上再总结分析细胞工程有哪些基本技术、有哪些应用,这样更符合学生对知识的认知过程,更符合循序渐进的教学原则。
所以我们在第一课时仅仅简单介绍了细胞工程的概念,并把细胞工程与基因工程的概念进行简单对比。
苏教版教材中出现了一些与人教版教材、与课程标准、与教学要求中不同的名词,如植物细胞与组织培养、动物细胞与组织培养,而从近几年高考及平时考试看都是植物组织培养、动物细胞培养,所以应在一开始就给以学生以规范描述。
而在具体内容上则是按照人教版安排,只讲植物组织培养、动物细胞培养。
3.注重不同知识的辨析与整合,例如,植物组织培养与动物细胞培养条件的区别、植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较、植物体细胞杂交和多倍体育种、植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系,动物细胞培养与体细胞克隆的区别与联系等。
三、本部分内容地位及特点
1.高考要求
2010年高考除植物组织培养技术是理解水平外,其余均为了解水平;知识要求层次较低,多为识记性内容,近三年(新高考)考察内容较少。
2.本部分内容以必修1、必修2和必修3中的相关内容为基础,特别是与细胞分裂、细胞分化、细胞全能性、植物激素等知识联系紧密,而且与基因工程实现的基础,如在基因工程操作步骤的第三步“将目的基因导入受体细胞”,导入植物细胞与植物组织培养联系,导入动物细胞与动物细胞培养联系起来;为后面胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题的学习打下基础,与基因工程、蛋白质工程、胚胎工程等知识共同构成一个相对完整的知识体系。
四、知识结构
课时1植物组织培养
一、学习要求
具体内容标准
学习要求
简述植物的组织培养
①简述细胞全能性的概念含义;②简述植物组织培养的过程和方法;
③简述植物体细胞杂交技术;④列举植物细胞工程的实际应用;
二、课堂自主讨论
读书填空1:
细胞工程是指以___________为基本单位,在__________________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_____________________、_________________________和_________________________,以及获得某些______________________的技术。
根据研究对象的不同,一般把细胞工程分为___和_______两大类。
自主讨论1:
请尝试分析基因工程与细胞工程在操作水平及操作对象上的不同点。
读书填空2:
植物细胞工程通常采用的技术手段有和等,这些技术的理论基础是。
复习回顾:
细胞的全能性是指生物体的细胞____________________________________________________;
细胞具有全能性的原因是____________________________________________________________________;
但在生物体内,细胞并没有表现出全能性,而是分化为不同的组织和器官,这是由于基因____________________的结果。
只有当体细胞在_______________状态时才能表现出全能性。
细胞全能性的大小比较:
____________________________________________________________________;
细胞全能性实现的条件:
____________________________________________________________________。
读书填空3:
植物组织培养是指依据_____________________原理,在__________条件下,分离植物的器官、组织、细胞或原生质体(称为_______________),并在________________上培养,在适宜的条件下使其长成部分或完整植株的技术。
自主讨论2:
阅读教材P45最后一段及图2-5,尝试写出植物组织培养过程的文字与箭头图解。
自主讨论3:
外植体是指什么?
外植体需要经过什么处理才能够接种?
在什么条件下接种?
自主讨论4:
阅读教材P46页分析脱分化、再分化、愈伤组织三个关键概念;并比较外植体、愈伤组织、再分化出的根与芽三者细胞全能性、细胞分化程度的高低。
自主讨论5:
植物组织培养培养基的成分有哪些?
作用分别是什么?
其中的激素主要有哪些?
它们的作用分别是什么?
不同比例时的作用又有什么不同?
自主讨论6:
植物组织培养的应用有哪些?
三、当堂训练评价
1.下列有关细胞全能性的含义,正确的是:
A.每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能
B.生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能
C.生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能
D.生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程
2.植物细胞表现出全能性的必要条件是
A.给予适宜的营养和外界条件B.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件
C.导入其他植物细胞的基因D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
3.在生物体的所有细胞中,全能性最高的是
A.卵细胞B植物花粉C.体细胞D受精卵
4.在生物体内,细胞没有表现出全能性,而是分化为不同的组织、器官,是因为:
A.细胞丧失了全能性B.基因的表达有选择性
C.不同的细胞内基因不完全相同D.在个体发育的不同时期,细胞内的基因发生了变化
A、
B、
C、
A、
B、
C、
D、
5.植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是
①细胞的全能性②离体植物器官,组织或细胞③根,芽
④生长素和细胞分裂素⑤生长素和乙烯⑥愈伤组织
⑦再分化⑧脱分化⑨植物体
A.①②⑧⑥⑦③⑨和④B.①②⑦⑥⑧③⑨和⑤
C.①⑥②⑨⑧③⑦和⑤D.①②⑨⑧⑥⑦③和④
6.植物组织培养可以形成愈伤组织,下列有关愈伤组织的叙述错误的是
A.愈伤组织是离体细胞经过脱分化形成的B.形成愈伤组织的培养基不需含有机分子
C.愈伤组织可形成具有生根能力的胚状结构D.愈伤组织细胞的线粒体和核糖体可能发生碱基互补配对
7.能刺激愈伤组织形成的诱导剂是
A.细胞分裂素和生长素B赤霉素C.生长素和赤霉素 D细胞分裂素和乙烯
8.将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时,下列条件中不需要的是
A、具有完整细胞核的细胞B、一定的营养物质和植物激素C、离体状态D、导入指定基因
9(多选)植物体细胞的组织培养常被用于保留杂种优势。
因为植物组织培养的过程
A.不可能发生基因突变B.生殖方式属于无性生殖
C.子代不发生性状分离D.体细胞内不存在等位基因
10.通过植物组织培养技术,可以快速繁殖、培育无病毒的植物。
培养过程如下:
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
胚状体
植物体
(1)紫草细胞中提取的紫草素是制造治疗烫伤和割伤的药物以及染料和化妆品的原料。
若要从大量培养的紫草愈伤组织中提取紫草素,不再需要经过②过程,
且哪项条件是不需要的。
A.消毒灭菌B.适宜温度C.充足光照D.适宜养料和激素
(2)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构,若包裹上人造种皮,制成人工种子,可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。
图中的⑤相当于种子结构中的,主要作用是。
(3)为了有利于幼苗茁状成长,提高农作物产量,请设计两种对人工种子处理的方法。
10答案
(1)再分化C
(2)胚乳提供胚状体发育所需的营养(3)在人工胚乳中添加固氮细菌、防病虫农药、除草剂和植物激素类似物等(答对2项即可)
课时2植物体细胞杂交
一、学习要求
具体内容标准
学习要求
简述植物的组织培养
①简述细胞全能性的概念含义;②简述植物组织培养的过程和方法;
③简述植物体细胞杂交技术;④列举植物细胞工程的实际应用;
二、课堂自主讨论
读书填空1:
植物体细胞杂交技术是指用两个来自不同植物的体细胞融合成一个___________细胞,且把该细胞培育成________________的技术。
植物体细胞杂交技术的优点或意义:
___________________________________________________________;
自主讨论1:
阅读教材P40页及P50页内容,思考去除细胞壁制备原生质体的方法是什么?
用到哪些酶?
诱导原生质体融合的方法有哪些?
自主讨论8:
阅读教材P49页“白菜---甘蓝”的培育过程,总结植物体细胞杂交技术的基本步骤。
自主讨论9:
植物体细胞杂交技术的应用有哪些?
三、当堂训练评价
1.通过细胞杂交,获得一个杂种植株,需要的步骤是
A.分离原生质诱导原生质融合生出细胞壁组织培养法得到杂种植株
B.分离原生质原生质自然融合组织培养杂种植株
C.获取细胞原生质融合组织培养杂种植株
D.获取细胞原生质直接融合组织培养杂种植株
2.植物体细胞杂交的目的是
A.用酶解法去掉细胞壁分离出有活力的原生质体
B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合
C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株
D.通过以上三者来完成
3.与传统育种相比,植物体细胞杂交在培育作物新品种方面的重大突破表现在
A.证明杂种细胞具有全能性B.克服远源杂交不亲和的障碍
C.缩短育种周期,减少盲目性D.快速培育无病毒植株,保留杂种优势
4.(多选)有关原生质体的下列叙述中,正确的是
A.组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸
B.原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的原生质
C.被脱掉细胞壁的植物裸露细胞是原生质体
D.原生质体只能用于植物细胞工程
5(多选)下列叙述中,与植物体细胞杂交密切相关的是
A.利用离心、振动、电刺激等诱导B.利用聚乙二醇(PEG)等试剂诱导
C.克服远缘杂交不亲和的障碍D.培养基中需添加动物血清
6.据图回答下列问题:
(1)过程①②是用处理细胞的细胞壁,后经③过程诱导原生质体融合,实际融合的过程中原生质体可能会形成种细胞团(只考虑两个细胞融合的情况)。
④是的过程,与此过程密切相关的细胞器是。
(2)在⑤过程培养中,除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外,还需要在培养基中加入。
同时,在培养过程中,除必要的温度、光照和氧气等外界条件外,成功的另一个关键是操作过程中必须保证。
(3)若番茄细胞内含A条染色体,马铃薯细胞内含B条染色体,将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育(假设能成功),得到的后代应含条染色体,还必须用来处理幼苗,才能得到可育的番茄——马铃薯植株,此时体细胞中含有条染色体。
(4)若番茄是二倍体,马铃薯是四倍体,则杂种植株为倍体。
7.番茄为自花传粉植物,在20世纪初,科学家用植物体细胞杂交技术,将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合,成功地培育出了番茄—马铃薯杂种植株(如图),但目前还没有实现这美妙的设想——地上结番茄果实、地下结马铃薯块茎的植物。
据图回答下列问题:
(1)过程②叫做技术。
与过程③密切相关的具有单层膜的细胞器为。
(2)分别用红、绿荧光染料标记a、b细胞膜上的蛋白质,正在融合的原生质体一半发红色荧光,一半发绿色荧光。
杂种细胞上a、b两种颜色的荧光均匀分布,这表明细胞膜具有性。
(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中,运用的技术手段是,依据的原理是,其中过程④相当于,过程⑤相当于,其细胞分裂方式为。
(4)若利用此技术生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草素,培养将进行到(填字母编号)。
(5)人工“种子”与自然种子相比,具有的特殊优点是。
A.储运方便B.培植简易C.成活率高D.保持亲本优良性状
(6)若运用传统的有性杂交能否得到上述杂种植株?
______,理由是。
这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于
(7)在“番茄—马铃薯”培育过程中,遗传物质的传递是否遵循孟德尔遗传规律?
为什么?
(8)如果过程②的a、b细胞都是番茄细胞,那么更简单的得到番茄多倍体植株的方法是。
6答案
(1)纤维素酶和果胶酶3细胞壁再生高尔基体
(2)植物激素无菌
(3)
秋水仙素A+B
(4)六
7.答案
(1)原生质体融合高尔基体
(2)一定的流动
(3)植物组织培养植物细胞的全能性脱分化再分化有丝分裂(4)e(5)D(6)不能不同种或属的植物之间存在生殖隔离克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍,扩大了用于杂交的亲本组合范围(7)不遵循。
因为在生物进行有性生殖过程中,才遵循孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交育种过程不属于有性生殖(8)用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
课时3动物细胞培养与体细胞克隆
一、学习要求
具体内容标准
学习要求
简述动物的细胞培养与体细胞克隆
①简述动物细胞培养的过程、条件及其应用;
②简述克隆动物的概念含义和基本原理;
③简述体细胞核移植技术和动物克隆技术,以及应用前景;
二、课堂自主讨论
读书填空1:
动物细胞工程常用的技术手段有____________________、___________________、___________________、_______________________等。
其中__________________是其他动物细胞工程技术的基础。
读书填空2:
用于动物细胞培养的动物细胞大多取自____________________________________________。
动物细胞培养过程中需要用_________________等使组织块中的细胞分散成单个细胞;
自主讨论1:
能否用胃蛋白酶代替?
补充材料:
细胞分散成单个细胞后用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液,再将细胞悬液放入培养瓶内,置于适宜环境中培养。
悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。
培养贴附性细胞时,细胞要能够贴附于底物上才能生长繁殖,这就要求培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒,易于贴附。
以后,细胞进行有丝分裂,数量不断增多,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,这种现象称为细胞的接触抑制。
自主讨论2:
阅读教材P54页,理解原代培养、传代培养的概念,比较细胞株、细胞系的概念,并写出动物细胞培养的文字与箭头图解。
自主讨论3:
动物细胞培养的原理是什么?
动物细胞培养需要哪些环境条件?
自主讨论4:
动物细胞培养与植物组织培养的培养成分上有哪些差别?
动物血清在培养过程中的作用是什么?
自主讨论5:
动物细胞培养能否像绿色植物组织培养那样最终培养成新个体?
动物细胞培养技术有哪些应用?
拓展深化:
设计表格比较植物组织培养和动物细胞培养
自主讨论6:
阅读教材P54页,理解克隆的含义
读书填空3:
动物体细胞克隆是将_________________________与___________________________进行人工组合,借助于______________的发育能力,经过培养发育成__________进而形成个体的技术。
体细胞克隆的关键是____________________________。
自主讨论7:
以克隆羊“多利”为例,写出体细胞克隆的基本过程;体细胞克隆技术的实际意义是什么?
如何看待克隆技术的利与弊?
克隆技术需要哪些动物细胞工程技术手段?
三、当堂训练评价
1.动物细胞工程技术的基础是( )
A.动物细胞融合B胚胎移植C动物细胞培养D核移植
2、在动物细胞培养过程中,遗传物质肯定发生改变的细胞是
A.细胞系B.细胞株C.原代细胞D.克隆的细胞
3.在生物体的所有细胞中,全能性最高的是
A.卵细胞B植物花粉C.体细胞D受精卵
4.下列对动物细胞培养的有关叙述正确的是
A、动物细胞培养的目的是获得大量的分泌蛋白
B、动物细胞培养前要用胰蛋白酶使细胞分散
C、细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过程中
D、培养至50代后的传代细胞称为细胞株
5、英国克隆羊“多利”的产生、“抗虫棉”的培育、“番茄马铃薯”的创造、单克隆抗体的制备、抗生素的生产依次是下列哪项生物技术取得的成果①基因工程②细胞工程③发酵工程酶工程( )
A.①②②③④B.②①②②③ C.①②④③③D.①②①③②
6.下列哪一项属于克隆……( )
A.将鸡的某个DNA片段整合到小鼠的DNA分子中
B.将抗药菌的某基因引入草履虫的细胞内
C.将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞
D.将某肿瘤细胞在体外培养成一个细胞系
7.(多选)用小白鼠的正常胚胎组织进行连续的细胞培养。
在从细胞株到细胞系的过程中,细胞发生了
A.血红蛋白基因的表达B.遗传物质的改变C.染色质固缩D.形态的改变
8.(多选)动物细胞培养与植物组织培养的重要区别在于( )
A.所用培养方法不同
B.动物细胞培养不需要在无菌的条件下进行
C.动物细胞培养需要用胰蛋白酶把组织消化形成单个细胞
D.动物细胞可传代培养,植物细胞不能
9.回答下列有关动物细胞培养的问题:
(1)在动物细胞培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到细胞表面时,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的。
此时,瓶壁上形成的细胞层数是。
要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来,需要用酶处理,可用的酶是。
(2)随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞分裂停止,进而出现的现象;但极少数细胞可以连续增殖,其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成细胞,该种细胞的黏着性,细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量。
(3)现用某种大分子染料,对细胞进行染色时,观察到死细胞被染色,而活细胞不染色,原因是
(4)检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目,最好选用细胞分裂到期的细胞用显微镜进行观察。
(5)在细胞培养过程中,通常在条件下保存细胞。
因为在这种条件下,细胞中_________的活性降低,细胞的速率降低。
(6)给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后,发生了排斥现象,这是因为机体把移植的皮肤组织当作_________进行攻击。
10.某研究小组进行药物试验时,以动物肝细胞为材料,测定药物对体外培养细胞的毒性。
供培养的细胞有甲、乙两种,甲细胞为肝肿瘤细胞,乙细胞为正常肝细胞。
请回答下列有关动物细胞培养的问题:
(1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养,培养液及其它培养条件均相同。
一段时间后,观察到甲细胞数量比乙细胞数量。
(2)在动物细胞培养时,通常在合成培养基中加入适量血清,其原因是。
细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是。
(3)在两种细胞生长过程中,当乙细胞铺满瓶壁时,其生长。
药物试验需要大量细胞,两种细胞频繁传代,甲细胞比乙细胞可以传代的次数更。
若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液,需用消化处理。
(4)为了防止细胞培养过程中细菌的污染,可向培养液中加入适量的。
(5)已知癌基因X过量表达与肝肿瘤的发生密切相关,要试验一种抗肿瘤药物Y对甲细胞生长的影响,可将甲细胞分为A、B两组,A组细胞培养液中加入,B组细胞培养液中加入无菌生理盐水,经培养后,从A、B两组收集等量细胞,通过分别检测X基因在A、B两组细胞中的或合成水平的差异,确定Y的药效。
9答案
(1)相互接触接触抑制单层(或一层)胰蛋白酶
(2)衰老甚至死亡不死性降低减少
(3)由于活细胞的膜具有选择透过性,大分子染料不能进入活细胞内,故活细胞不能着色(或由于死细胞的膜丧失了选择透过性,大分子染料能够进入死细胞内而着色)
(4)中(5)冷冻(或超低温、液氮)酶新陈代谢
(6)抗原
10答案
(1)多
(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质维持培养液pH
(3)停止多胰蛋白酶
(4)抗生素
(5)药物YmRNA蛋白质
课时4动物细胞融合与单克隆抗体技术
一、学习要求
具体内容标准
学习要求
举例说出细胞融合与单克隆抗体
①简述动物细胞融合的方法和过程;②简述单克隆抗体的制备过程及其应用;
③关注细胞工程研究的发展和应用前景;
二、课堂自主讨论
读书填空1:
动物细胞融合是指在一定的条件下将__________________融合成一个细胞的过程。
动物细胞融合的方法有_____________________________________________________________________________。
动物细胞融合技术最重要的用途是_____________________。
拓展深化1:
列表比较动物细胞融合与植物体细胞杂交
自主讨论1:
传统获得抗体的方法是什么?
有何缺点?
产生抗体的细胞是什么?
有何特点?
补充材料1:
由单个B淋巴细胞经过无性繁殖(克隆),形成基因型相同的细胞群,这一细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。
所以单克隆抗体的优点_______________________________________________________。
自主讨论2:
阅读教材P58页内容,尝试写出单克隆抗体制备过程的文字箭头图解
自主讨论3:
该实验方案是用_____________细胞和_______________细胞融合得到杂交瘤细胞,该细胞继承了_______________________________,不仅具有_______________________________________________,
还具有__________________________________。
自主讨论4:
为什么要用免疫过的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞?
单克隆抗体制备过程中有哪两次筛选?
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