高中生物選修三《現(xiàn)代生物科技》全套教案

專題一 基因工程第一節(jié) 基因工程的簡介教學(xué)目標(biāo)：1知識方面（1）了解基因工程的基本概念。（2）基因操作的工具和基本操作程序。（3）舉例說出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。2態(tài)度價值觀方面（1）通過學(xué)習(xí)基因工程的概念，使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)研究需要的嚴(yán)謹(jǐn)，激發(fā)為祖國而奮斗的精神。（2）通過學(xué)習(xí)基因操作的工具和基本程序及應(yīng)用，使學(xué)生樹立結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的辯證唯物主義觀念。3能力方面（1）通過對圖片、動畫等的觀察，讓學(xué)生學(xué)會科學(xué)的觀察方法，培養(yǎng)觀察能力。（2）通過利用課本以外的資料和網(wǎng)絡(luò)信息解決學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力。（3）通過多媒體課件對基本概念、基本原理的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生主動參與教學(xué)過程的探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的獲取新知的能力、分析和解決問題的能力及交流與合作的能力。教學(xué)重點(diǎn)：基因操作的工具和基本程序及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：1限制酶和運(yùn)載體的作用。2提取目的基因的方法和目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的途徑。3基因工程的應(yīng)用。教學(xué)方法：以探究法、談話法、材料教學(xué)法相結(jié)合。具體方法：1以具體事例講述，學(xué)生制作模型，使學(xué)生切身體會基因工程“剪、拼、接、轉(zhuǎn)”的主要過程。2搜集資料，采用思考、分析、想像、推斷和辯論等方法，明確基因工程的應(yīng)用。教學(xué)課時：3課時教學(xué)過程：第一課時：DNA重組技術(shù)的基本工具一復(fù)習(xí)導(dǎo)入新課教師活動：投影幻燈片，引導(dǎo)學(xué)生思考、分析討論。1遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？2生物體遺傳的基本單位是什么？3為什么生物界的各種生物間的性狀有如此大的差別呢？4生物的性狀是怎樣表達(dá)的？5各種生物的性狀都是基因特異性表達(dá)的結(jié)果，那么，人類能不能改造基因呢？使原來本身沒有某一性狀的生物而具有某個特定的性狀呢？ 6各種生物間的性狀千差萬別，這是為什么呢？引導(dǎo)學(xué)生回答：生物體的不同性狀是基因特異性表達(dá)的結(jié)果。教師舉例：1青霉菌能產(chǎn)生對人類有用的抗生素青霉素2豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮?dú)?人的胰島B細(xì)胞能分泌胰島素調(diào)節(jié)血糖的濃度教師提問：以上幾種生物各有其特定的性狀，這些性狀都是基因特異性表達(dá)的結(jié)果。但是人類能不能改造基因呢？在引導(dǎo)學(xué)生思考、探究的同時引出本節(jié)課題。二、講授新課1基因工程的概念：課前布置學(xué)生自學(xué)教材上的知識內(nèi)容，讓學(xué)生理解基因工程的概念，并引導(dǎo)學(xué)生回答表中內(nèi)容?；蚬こ痰膭e名基因拼接技術(shù)或DNA管理費(fèi)用技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切拼接導(dǎo)入表達(dá)結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物教師活動：投影問題引導(dǎo)學(xué)生討論，引出基因操作的工具?；蚬こ痰牟僮魉绞窃贒NA分子水平進(jìn)行的，所以用普通的操作工具能夠在如此微觀的條件下操作嗎？2基因操作的工具基因工程培育抗蟲棉的簡要過程蘇云金芽孢桿菌（有抗蟲特性）提取抗蟲基因普通棉花（無抗蟲特性）棉花細(xì)胞（含抗蟲基因）與運(yùn)載體DNA拼接、導(dǎo)入棉花植株（有抗蟲特性）教師活動：投影基因工程抗蟲棉的簡要過程。（見下表）學(xué)習(xí)探究1：在基因工程培育抗蟲棉的過程中，關(guān)鍵步驟或難點(diǎn)是什么？學(xué)生活動：分析、討論，學(xué)生與教師共同對基因工程關(guān)鍵歸納總結(jié)。關(guān)鍵步驟一：抗蟲棉從蘇云金孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取。關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與運(yùn)載體DNA拼接。關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞。學(xué)習(xí)探究2：怎樣才能在蘇云金芽孢桿菌DNA分子中的眾多基因中找到所需抗蟲基因呢？又怎樣將它從DNA長鏈中提取出來？又如何將提取出的抗蟲基因與棉花細(xì)胞的DNA結(jié)合在一起呢？引導(dǎo)學(xué)生探究、分析、總結(jié)：（1）“分子手術(shù)刀”又叫基因剪刀限制性內(nèi)切酶 分布：主要在微生物中 作用特點(diǎn)：特異性，即識別特定的核苷酸序列，切割特定的切點(diǎn)。 結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端（堿基互補(bǔ)配對）。播放投影幻燈片的實例。限制酶切割DNA分子示意圖CGA A T TGCT T A A 黏性末端T T A AG|CCGA A T T（2）“分子縫合針”又叫基因針線DNA連接酶 連接部位：磷酸二酯鍵。DNA連接酶作用示意圖CGA A T TGCT T A A 結(jié)果：兩個相同的黏性末端的連接。學(xué)習(xí)探究3：用DNA連接酶連接兩個相同的黏性末端要連接幾個磷酸二酯鍵？用限制性內(nèi)切酶切一個特定基因要切斷幾個磷酸二酯鍵？（3）“分子運(yùn)輸車”又叫基因的運(yùn)輸工具基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。 具備的條件：能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存；具有多個限制酶切點(diǎn)；具有某些標(biāo)記基因。 種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。 質(zhì)粒的特點(diǎn)： 質(zhì)粒是基因工程中最常用的運(yùn)載體；最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒；是細(xì)胞染色體外能自我復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子；質(zhì)粒的大小只有普通細(xì)菌染色體的1%左右；存在于許多細(xì)菌及酵母菌等微生物中；質(zhì)粒的存在對宿主細(xì)胞生存沒有決定性的作用；質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。（自身細(xì)胞中也可）學(xué)習(xí)探究4：1、質(zhì)粒上會存在某些標(biāo)記基因，這些標(biāo)記基因有什么用途？ 2、要想將某個特定基因與質(zhì)粒相連，需要用幾種限制性內(nèi)切酶和幾DNA連接酶處理？課堂小結(jié)：基因工程的概念和的基本操作工具。課后記：本節(jié)課主要學(xué)習(xí)基因工程的基本概念和基因工程的基本操作工具，學(xué)生能充分利用自己查找和老師提供的教學(xué)資料進(jìn)行學(xué)習(xí)探究，效果較好。但學(xué)生在質(zhì)粒的認(rèn)識上還有待進(jìn)一步提高。下節(jié)課應(yīng)重新啟發(fā)學(xué)生復(fù)習(xí)有關(guān)知識，提高學(xué)生的認(rèn)知能力。第二課時基因工程的基本操作程序一、復(fù)習(xí)鞏固，引出課題教師活動：以談話的方式提出下列問題1、什么是基因工程？2、基因工程的工具酶有幾種？分別是什么？3、基因的剪刀是什么？其主要作用是什么？4、基因的針線是什么？其主要作用是什么？5、基因的運(yùn)輸工具是什么？6、運(yùn)載體必須具備的條件是什么？最常用的運(yùn)載體是什么？7、質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)是什么？學(xué)習(xí)探究1：有了基因操作的工具后，對基因是如何進(jìn)行操作的呢？二、講授新課引導(dǎo)學(xué)生按幻燈片中提供的問題進(jìn)行閱讀課文提供的材料，并討論、分析有關(guān)基因工程操作的基本程序。 舉例說明什么是目的基因？ 從供體細(xì)胞DNA中直接分離基因的方法叫什么？ 人工合成基因的方法有幾種？其操作過程分別是怎樣的？ 將目的基因與用限制內(nèi)切酶處理后的運(yùn)載體混合并用DNA連接酶處理后會出現(xiàn)幾種結(jié)果？ 將目的基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)胞受體細(xì)胞的過程常用哪種化學(xué)試劑？其目的是什么？ 在目的基因的檢測過程中，檢測的對象是什么？通過觀看材料，思考問題，引起師生在相關(guān)知識點(diǎn)上的共鳴。（1）目的基因的提取： 途徑：從供體細(xì)胞的DNA基因文庫中直接提取目的基因（一般用于原核生物）；人工合成目的基因（一般用于真核生物）。 “鳥槍法”優(yōu)點(diǎn)：操作簡單。缺點(diǎn)：操作量大，盲目性大 方法： 逆轉(zhuǎn)錄法： 直接合成法PCR技術(shù)基本操作方法見下圖：鳥槍法的過程供體細(xì)胞中DNA限制酶許多DNA片段載入運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞外源DNA擴(kuò)增產(chǎn)生特定性狀分離目的基因逆轉(zhuǎn)錄法的過程目的基因的mRNA逆轉(zhuǎn)錄酶單鏈DNA合成雙鏈DNA（目的基因）根據(jù)已知氨基酸序列合成DNA的過程蛋白質(zhì)的氨基酸序列推測mRNA的核苷酸序列推測結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列化學(xué)合成目的基因質(zhì)粒 DNA分子同一種限制酶處理一個切口的兩個黏性末端兩個切口的獲得目的基因DNA連接酶重組DNA分子（重組質(zhì)粒）（2）目的基因與運(yùn)載體結(jié)合：學(xué)習(xí)探究：目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合的結(jié)果可能有向種情況？受體細(xì)胞：細(xì)菌氯化鈣細(xì)胞壁的通透性增大重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞目的基因隨受體細(xì)胞的繁殖而復(fù)制引導(dǎo)學(xué)生探究，歸納總結(jié)出相關(guān)內(nèi)容。（3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：導(dǎo)入方法：借鑒細(xì)菌或病毒侵入細(xì)胞的途徑。導(dǎo)入過程：運(yùn)載體為質(zhì)粒，受體細(xì)胞為細(xì)菌。（4）目的基因的檢測和表達(dá)：引導(dǎo)學(xué)生生教材的有關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生明確檢測與表達(dá)的區(qū)別，并可按以下形式歸納。檢測：通過檢測標(biāo)記基因的有無來判斷目的基因是否導(dǎo)入。表達(dá)：通過特定性狀的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達(dá)。教學(xué)小結(jié)：引導(dǎo)學(xué)生復(fù)述。課后記：本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)是理清目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞及是否已導(dǎo)入、導(dǎo)入后是否得到了表達(dá)。通過學(xué)習(xí)探討，學(xué)生基本上能掌握本節(jié)的知識內(nèi)容。但還未能熟練掌握本節(jié)的知識要領(lǐng)，這將運(yùn)用練習(xí)來進(jìn)一步加以鞏固。第三課時 基因工程的應(yīng)用復(fù)習(xí)基因工程的操作的基本程序和重要工具。檢查課前收集到的有關(guān)基因工程應(yīng)用的實例。（以學(xué)生匯報形式展示各自收集到的資料）通過資料、教學(xué)圖片展示，引出課題。1982年，帕爾蒂曼和布林斯坦等人構(gòu)建了大鼠金屬硫蛋白和人的生長激素融合基因，生產(chǎn)出生長速度比正常小鼠快一倍的超級小白鼠。此后，許多實驗室用人、豬、羊和牛的生長激素基因生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因小鼠時，都獲得了類似結(jié)果。1988年，西曼克等人用豬的生長激素和大鼠MT融合基因，生產(chǎn)出生長快、瘦肉率高和表現(xiàn)正常的轉(zhuǎn)基因豬。印發(fā)基因工程研究的現(xiàn)狀資料（另見材料），引導(dǎo)學(xué)生閱讀。學(xué)習(xí)探究：1人類在基因工程領(lǐng)域取得了哪些成就呢？2基因工程在環(huán)境保護(hù)過程中有何作用？通過學(xué)生匯報，討論、分析、概括如下：一、基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生：1生產(chǎn)基因工程藥品：胰島素、干擾素等。2用于基因診斷與基因治療：概念見課件。二、基因工程與農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)：1農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用：（1） 培育高產(chǎn)、穩(wěn)質(zhì)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物。（2） 用基因工程的方法培養(yǎng)出具有各種抗逆性的作物新品種。2畜牧業(yè)上的應(yīng)用：（1）培育人們所需要的各種優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物。（2）利用某些特定的外源基因在哺乳動物體內(nèi)表達(dá)。3食品工業(yè)上的應(yīng)用：為人類開辟新的食物來源。三、基因工程與環(huán)境保護(hù)：1 環(huán)境監(jiān)測：運(yùn)動DNA分子雜交的方法進(jìn)行檢測。特點(diǎn)：快速、靈敏、精確、高效。2 環(huán)境凈化。課堂小結(jié)：讓學(xué)生交流對基因工程學(xué)習(xí)的體會，明確基因工程的前景和安全性。課后記：本節(jié)課通過學(xué)生匯報、交流各自的材料收集，共同探討知識的相關(guān)內(nèi)容，課堂氣氛活躍，從爭辯中獲取相關(guān)知識要點(diǎn)。但有極個別的學(xué)生對資料的收集不夠，仍需進(jìn)一步引導(dǎo)。第二節(jié) 蛋白質(zhì)工程的崛起教學(xué)目標(biāo)1.舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。2.簡述蛋白質(zhì)工程的原理。3.嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問題。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）為什么要開展蛋白質(zhì)工程的研究？（2）蛋白質(zhì)工程的原理。2.教學(xué)難點(diǎn)：蛋白質(zhì)工程的原理。教學(xué)方法：探究法、導(dǎo)讀法、分析交流具體做法：1.建議采用“問題探究新問題再探究”的教學(xué)模式。帶領(lǐng)學(xué)生回憶原有知識：要想讓一種生物的性狀在另一種生物中表達(dá)，在種內(nèi)可以用常規(guī)雜交育種的辦法實現(xiàn)，但要使有生殖隔離的種間生物實現(xiàn)基因交流，就顯得力不從心了?；蚬こ痰恼Q生，為克服這一遠(yuǎn)緣雜交的障礙問題，帶來了新的希望。于是取得了豐碩成果：大腸桿菌為人類生產(chǎn)出了胰島素，牛的乳腺生物反應(yīng)器為人類制造出了蛋白質(zhì)類藥物，煙草植物體內(nèi)含有了某種藥物蛋白至此，人們也只是實現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá)。但一個新問題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進(jìn)化過程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。為了加深這一點(diǎn)的認(rèn)識，可調(diào)動學(xué)生從書中找實例（干擾素例子、工業(yè)用酶的例子）加以佐證。于是要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們又開始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。2.建議加強(qiáng)與已有知識的聯(lián)系，用逆向思維的方法解決新問題。既然蛋白質(zhì)的功能是由DNA決定的，那么要制造出新的蛋白質(zhì)，就要改造DNA。所以蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推。教學(xué)課時：1課時教學(xué)過程：復(fù)習(xí)舊課，導(dǎo)出新課題：學(xué)習(xí)探究：1、基因工程的實質(zhì)是什么？2、基因工程的基本操作程序有哪些？3、通過基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)都是屬于自然界的蛋白質(zhì)，即各種生物經(jīng)過漫長的進(jìn)化過程中形成的。 隨著人們生活的改變，自然界現(xiàn)在的蛋白質(zhì)不一定能滿足人 類生產(chǎn)和生活的需要，那么，有什么辦法可以獲得人類所需的蛋白質(zhì)呢？4、什么是蛋白質(zhì)工程？引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀課文中的材料，引出課題。一、蛋白質(zhì)工程的概念：根據(jù)蛋白質(zhì)工程的概念，關(guān)注兩方面的內(nèi)容：1、蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)：基因工程。2、蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)：按意愿產(chǎn)生人們所需要的蛋白質(zhì)。學(xué)習(xí)探究：1、對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過參基因的操作來實現(xiàn)呢？2、蛋白質(zhì)工程是怎樣進(jìn)行的呢？二、蛋白質(zhì)工程的基本原理：1、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)：按人們對蛋白質(zhì)功能的特定要求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子改造和設(shè)計。2、蛋白質(zhì)合成的基本方法： 通過人工的方法，先確定所需蛋白質(zhì)的基本功能，再按逆向推出相關(guān)基因的基本組成，再進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯得到所需蛋白質(zhì)。3、蛋白質(zhì)工程的基本途徑：確定蛋白質(zhì)功能應(yīng)有的蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)推測氨基酸序列找到或合成相應(yīng)的堿基序列（基因）改造的蛋白質(zhì)4、實施蛋白質(zhì)工程的前提條件：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能三、蛋白質(zhì)改造的方法：基因定點(diǎn)誘變技術(shù)、重組DNA技術(shù)1、制造出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)大改根據(jù)氨基酸性質(zhì)和特點(diǎn)來改造，使之具有特定氨基酸序列、空間結(jié)構(gòu)和預(yù)期功能。2、在蛋白質(zhì)分子中替代一個肽段或一個特定的結(jié)構(gòu)中改3、改造蛋白質(zhì)分子中的幾個氨基酸的殘基小改通過基因工程的定點(diǎn)誘變技術(shù)，有目的改造，以改善蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能。引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文材料，探討蛋白質(zhì)工程在人類生活中的實際應(yīng)用及進(jìn)展情況。最后經(jīng)分析討論，得出相關(guān)結(jié)論。四、蛋白質(zhì)質(zhì)工程的應(yīng)用：1、提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性：主要是改造酶的結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性主要用于工業(yè)化生產(chǎn)（1）替換酶的部分氨基酸；（2）引入二硫鍵2、改變蛋白質(zhì)的活性3、合成嵌合抗體，用于臨床治療五、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景：課堂小結(jié)：蛋白質(zhì)工程的基本原理課后記：本節(jié)內(nèi)容少，且在已有知識的基礎(chǔ)上較易掌握。關(guān)鍵在明確所需蛋白質(zhì)的功能，找出相關(guān)的基因結(jié)構(gòu)即可。輔助材料：（供教師在教學(xué)中為學(xué)生提供參考）：蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要。而結(jié)構(gòu)生物學(xué)對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生物功能的分析結(jié)果，為設(shè)計改造天然蛋白質(zhì)提供了藍(lán)圖。分子遺傳學(xué)的以定點(diǎn)突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g(shù)為蛋白質(zhì)工程提供了手段。在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因為工業(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會有酸、堿或有機(jī)溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。下面舉一個如何通過蛋白質(zhì)工程來提高重組-干擾素專一活性和穩(wěn)定性的例子。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當(dāng)于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的-干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，-干擾素蛋白質(zhì)中有3個半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點(diǎn)突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的-干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然-干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。在基礎(chǔ)理論研究方面，蛋白質(zhì)工程是研究多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分子設(shè)計等一系列分子生物學(xué)基本問題的一種新型的、強(qiáng)有力的手段。通過對蛋白質(zhì)工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命活動的規(guī)律。專題二 細(xì)胞工程第一節(jié) 植物細(xì)胞工程教學(xué)目標(biāo)1知識方面：（1） 細(xì)胞的全能性。（2） 植物細(xì)胞工程的主要技術(shù)植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交。2態(tài)度觀念方面：（1） 通過介紹植物組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展史、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)所取得的進(jìn)展和尚未解決的問題，激發(fā)學(xué)生探索生命科學(xué)奧秘的興趣，通過學(xué)習(xí)使學(xué)生達(dá)到用發(fā)展的眼光看問題、分析問題，勇于開拓、推陳出新。（2） 在植物細(xì)胞工程兩在技術(shù)的學(xué)習(xí)中，滲透科學(xué)態(tài)度、科學(xué)方法和科學(xué)精神的養(yǎng)成教育，培養(yǎng)學(xué)生形成正確的的唯物主義世界觀和人生觀。3能力方面：（1） 合理利用錄像、軟件等多媒體課件，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析應(yīng)用能力和整合信息的綜合能力。（2） 創(chuàng)設(shè)問題，在質(zhì)疑、探究中培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、推理判斷和創(chuàng)造性思維能力。（3） 通過聯(lián)系生產(chǎn)生活實際，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。教學(xué)重點(diǎn)：1植物組織培養(yǎng)的原理和過程。2植物體細(xì)胞雜交的原理。3植物細(xì)胞工程應(yīng)用的實例。教學(xué)難點(diǎn)：植物體細(xì)胞雜交教學(xué)方法：探究法、談話法、講授法相結(jié)合。具體教學(xué)思路：1課前布置預(yù)習(xí)；2溫故知新，復(fù)習(xí)細(xì)胞全能性理論。3充分利用學(xué)生已有知識，借助多媒體教學(xué)手段，提供更多的資料供學(xué)生閱讀，讓學(xué)生探究知識的奧秘。4智能訓(xùn)練，實現(xiàn)知識的正向遷移。教學(xué)課時：2課時教學(xué)過程：教師活動：課堂課件展示，提出問題，導(dǎo)入新課。1結(jié)合基因工程成果與展望的有關(guān)知識，簡述“超級細(xì)菌”的培育過程。2如果將三種假單孢桿菌與第四種假單孢桿菌融合或?qū)⑵鋬?nèi)的細(xì)胞器移入第 四種假單孢桿菌體內(nèi)，使之具有分解四種烴類化合物的功能。這樣的生物技術(shù)應(yīng)屬于何種生物工程？學(xué)生活動：分析、討論，歸納總結(jié)。（見課件）學(xué)生預(yù)習(xí)中出現(xiàn)的問題（見課件）一細(xì)胞的全能性：1 概念：2 實例：3 形成原因：細(xì)胞內(nèi)含有本物種的整套遺傳物質(zhì)。二植物組織培養(yǎng)：在學(xué)生充分復(fù)習(xí)、認(rèn)真預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師通過教學(xué)設(shè)問以談話方式引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出植物組織培養(yǎng)的過程。相關(guān)問題：1 植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是什么？2 離休的器官、組織或細(xì)胞如果不進(jìn)行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整的植物體？3 決定植物細(xì)胞脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？4 在植物組織培養(yǎng)過程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒、滅菌，并且要求無菌操作？通過教師啟發(fā)，學(xué)生討論，共同歸納、總結(jié)。（見圖）植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用方面：生產(chǎn)藥物、食品添加劑、香料和殺蟲劑。小結(jié)：在生物體內(nèi)，由于基因的選擇性表達(dá)，細(xì)胞不能表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官。當(dāng)已分化的植物細(xì)胞、組織或器官脫離母體后（即脫分化），在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素等外界條件作用下，脫分化形成愈傷組織（一種相對沒有分化的細(xì)胞團(tuán)），再在植物激素等誘導(dǎo)下發(fā)生再分化，才能表達(dá)出全能性，發(fā)育成完整的植株。問題情境：1在生產(chǎn)藥物、食品添加劑、香料、色素和殺蟲劑時進(jìn)行的過程屬于植物組織培養(yǎng)嗎？（前者為植物細(xì)胞培養(yǎng)，即培養(yǎng)到愈傷組織即可；后者需誘導(dǎo)產(chǎn)生完整的植物體。）220世紀(jì)60年代，有的科學(xué)家提出了這樣一個設(shè)想：讓番茄和馬鈴薯雜交，培育出一種地上結(jié)番茄果實，地下結(jié)馬鈴薯塊莖的植物。如果要實現(xiàn)這一設(shè)想，你認(rèn)為可以采用哪些方法？引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文資料，回答下列問題：（1）要想讓兩個來自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？（2）有沒有一種溫和的去細(xì)胞壁的方法？（3）如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細(xì)胞，下一步該對此細(xì)胞做何種處理？（4）如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？組織學(xué)生分小組討論、分析，得出相關(guān)結(jié)論。三植物體細(xì)胞雜交：1概念：用兩個來自不同植物的體細(xì)胞融合成一個雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的方法。過程原生質(zhì)體制備：用酶解法去除細(xì)胞壁。纖維素酶果膠酶原生質(zhì)體融合：膜融合核融合：高鈣、高PH誘導(dǎo)膜融合：雜種細(xì)胞第一次有絲分裂時融合方法：物理方法化學(xué)方法：離心、振動、電刺激：聚乙二醇（PEG）機(jī)械法、生理法、遺傳法雜種細(xì)胞的篩選和培養(yǎng)：雜種植株的再生與鑒定：由愈傷組織再培養(yǎng)出雜種植株的過程。2雜交的時間：植物細(xì)胞雜交是從細(xì)胞融合開始，到培育成的新植物體結(jié)束。3過程：4.優(yōu)點(diǎn)：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，擴(kuò)大雜交親本范圍，培養(yǎng)新品種。課堂小結(jié)：細(xì)胞全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)，而植物組織培養(yǎng)又是植物體細(xì)胞雜交的技術(shù)環(huán)節(jié)之一。智能訓(xùn)練：課本的思考與探究課后記：通過學(xué)習(xí)本節(jié)知識，使學(xué)生了解了植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交的進(jìn)展情況和前景，也鞏固了舊知識，掌握了新知。本節(jié)課學(xué)生的閱讀能力得到了增大的提高。第二課時植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用學(xué)習(xí)探討：印發(fā)課堂閱讀資料。1.通過查閱資料，請你再列舉出植物組織培養(yǎng)技術(shù)在我們生活中的另外一些應(yīng)用。2.請查閱植物人工種子制備技術(shù)的詳細(xì)過程，設(shè)計出制備技術(shù)的主要流程圖。誘導(dǎo)植物愈傷組織體細(xì)胞胚的誘導(dǎo)體細(xì)胞胚的成熟體細(xì)胞胚的機(jī)械化包裹貯藏或種植3.請查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計出一種植物花藥組織培養(yǎng)和染色體加倍的實驗流程?；ㄋ幓ǚ奂?xì)胞培養(yǎng)愈傷組織分化出小植物單倍體植株正常植株4人們利用植物的微型繁殖技術(shù)來進(jìn)行工廠化育苗生產(chǎn)，這是利用了該項技術(shù)的哪些特點(diǎn)？5人工種子之所以神奇，是由于它具有天然種子不可比擬的特點(diǎn)，想一想它們具有哪些優(yōu)點(diǎn)？6人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關(guān)鍵部分，請?zhí)接懭斯しN皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？為了促進(jìn)胚狀體的生長發(fā)育，我們還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？7高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災(zāi)。以“我們能否利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)大量生產(chǎn)紫杉醇，從而拯救紅豆杉”呢？四、植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用1、開辟植物繁殖的新途徑：（1） 植物微型繁殖；（2） 培養(yǎng)無毒植株；（3） 制作人工種子。2、改良作物：（1） 單倍體育種：（2） 突變體的利用。3、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：生產(chǎn)人參皂甙干粉、生產(chǎn)紅杉醇等。課堂小結(jié)：略隨堂練習(xí)：見資料課后記：略知識拓展1.什么是細(xì)胞全能性?細(xì)胞全能性（cell totipotency）比較權(quán)威的定義是1984年國際組織培養(yǎng)協(xié)會做出的：“細(xì)胞全能性為細(xì)胞的某種特征，有這種能力的細(xì)胞保留形成有機(jī)體所有細(xì)胞類型的能力”。這個定義比一般所說的概念“一個細(xì)胞中包含著這種生物的全部遺傳信息（基因），在適當(dāng)?shù)臈l件下可以發(fā)育成一個完整的生物體”更基本和全面。它不但包含了培養(yǎng)細(xì)胞再生成植株的情況（分化成各種類型的細(xì)胞，并以一定形式構(gòu)建成植物），同時也包含了培養(yǎng)細(xì)胞生產(chǎn)次生代謝物的情況（不分化或只分化成某種類型細(xì)胞，但仍留著分化為其他細(xì)胞類型的能力）。前者成為組織培養(yǎng)和轉(zhuǎn)基因植物需要進(jìn)行植株再生的理論基礎(chǔ)，后者成為像微生物發(fā)酵一樣培養(yǎng)細(xì)胞，生產(chǎn)人們所需要的次生代謝產(chǎn)物的理論基礎(chǔ)，如通過紅豆杉的細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉醇。2.植物組織培養(yǎng)技術(shù)是如何發(fā)展起來的？技術(shù)和理論是一對孿生兄弟，相輔相成，技術(shù)手段的發(fā)明會促進(jìn)理論的創(chuàng)新，理論的創(chuàng)新又會指導(dǎo)技術(shù)的實踐活動。植物組織培養(yǎng)也是如此。早在1902年，哈伯蘭特（Haberlandt）提出高等植物的器官和組織可以不斷地分割，直至單個細(xì)胞的觀點(diǎn)，預(yù)言植物體細(xì)胞在適宜的條件下，有發(fā)育成完整植株的潛力，提出了植物細(xì)胞全能性的設(shè)想，并且用植物細(xì)胞組織進(jìn)行了培養(yǎng)實驗。他雖然未能獲得再生植株，卻是植物組織培養(yǎng)的開創(chuàng)者。1902年他發(fā)表了著名論文植物細(xì)胞離體培養(yǎng)實驗，論文中提出的植物細(xì)胞全能性的理論是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)。從哈伯蘭特提出植物細(xì)胞全能性的理論，到1958年斯圖爾德（F.C.Steward）等人第一次用胡蘿卜根的韌皮部細(xì)胞證實了植物細(xì)胞的全能性，用了整整56年。56年中許多科學(xué)家做的事情歸納起來都是在探索哈伯蘭特提出的“植物細(xì)胞在適宜條件下，有發(fā)育成完整植株的潛力”中的適宜條件。20世紀(jì)60年代以后，植物組織培養(yǎng)進(jìn)入了迅速發(fā)展階段，并逐步走向生產(chǎn)應(yīng)用，如快繁脫毒、單倍體育種、種質(zhì)資源保存、生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物等，也為人工種子、細(xì)胞融合、轉(zhuǎn)基因植物等奠定了基礎(chǔ)。3.怎樣制備胡蘿卜培養(yǎng)基（供參考）？（1）誘導(dǎo)胡蘿卜愈傷組織在MS培養(yǎng)基注中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 mg/L的6-BA和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 mg/L的NAA（2）誘導(dǎo)胡蘿卜叢芽在MS培養(yǎng)基中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2mg/L的KT和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2mg/L的NAA（3）誘導(dǎo)胡蘿卜生根：在1/2MS培養(yǎng)基中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 mg/L的NAA注：MS培養(yǎng)基的配制方法見選修1附錄3中八。4.植物組織培養(yǎng)中的愈傷組織是如何形成及再分化的？植物組織培養(yǎng)中使用的外植體一般是高度分化了的細(xì)胞，在植物體中是不會再分裂繁殖的，只是執(zhí)行某種功能直至死亡。這些細(xì)胞在培養(yǎng)基上培養(yǎng)時會由原來的分化狀態(tài)，變成分生狀態(tài)的細(xì)胞，分裂產(chǎn)生愈傷組織，這個過程稱為脫分化（dedifferentiation）過程。這種轉(zhuǎn)變在細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化上都會產(chǎn)生一系列變化。組織培養(yǎng)的研究結(jié)果表明分化細(xì)胞的脫分化需要兩個條件，即創(chuàng)傷和外源激素。目前人們對于脫分化過程的本質(zhì)還不清楚。分化細(xì)胞在細(xì)胞周期中是處于一種相對靜止?fàn)顟B(tài)的細(xì)胞（G0期細(xì)胞），脫分化是要打破這種狀態(tài)，使細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期中的G1期，并沿著G1期S期G2期M期的循環(huán)進(jìn)行細(xì)胞分裂，形成愈傷組織?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期受基因調(diào)控，一種稱為編碼細(xì)胞周期依賴性激酶CDK（cycilin dependent kinase）的基因和一種細(xì)胞周期蛋白（cyclin）可能與植物細(xì)胞脫分化的第一次分裂啟動有關(guān)。那么，什么因素誘導(dǎo)細(xì)胞周期調(diào)控基因的作用，培養(yǎng)實踐證明與外源激素有關(guān)。至于激素如何誘導(dǎo)以及誘導(dǎo)作用的過程目前仍不清楚，有待深入研究。分化細(xì)胞脫分化后細(xì)胞結(jié)構(gòu)有兩點(diǎn)明顯的變化：一是在細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)液泡蛋白；二是葉綠體轉(zhuǎn)變成原質(zhì)體。當(dāng)細(xì)胞脫分化形成愈傷細(xì)胞后，經(jīng)過一段時期的分裂，細(xì)胞群體變成不是一種細(xì)胞類型的均一群，又會產(chǎn)生分化，形成分生細(xì)胞或分生細(xì)胞團(tuán)，由此再生成植株有兩條途徑：一是形成體細(xì)胞胚（功能類似于受精過程產(chǎn)生的胚），通過體細(xì)胞胚形成再生植株。二是走器官發(fā)生的途徑再生植株，分生細(xì)胞在一定的誘導(dǎo)條件下重建芽的分生組織，分化出芽后再生根，成為完整的植株。5.為什么要在避光條件下培養(yǎng)愈傷組織？對于植物組織培養(yǎng)來說，光照條件非常重要，包括光照強(qiáng)度、時間和波長。但在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往往要暗培養(yǎng)，而在分化再生的過程中一定要有光照。愈傷組織誘導(dǎo)階段的暗培養(yǎng)有利于細(xì)胞的脫分化產(chǎn)生愈傷組織，如果在光照條件下容易分化產(chǎn)生維管等組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。6.什么是人工種子？人工種子（artificial seed）是指通過植物組織培養(yǎng)的方法獲得的具有正常發(fā)育能力的材料，外面包被著特定的物質(zhì)，在適宜的條件下可以發(fā)芽成苗的植物幼體。人工種子的概念中包含的“具有正常發(fā)育能力的材料”通常是指胚狀體（目前國外有使用不定芽、頂芽和腋芽的），它可以由三種途徑產(chǎn)生：（1）由已脫分化的外植體直接產(chǎn)生；（2）由愈傷組織產(chǎn)生；（3）由懸浮細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生。對胚狀體的基本要求是：播種后能快速出苗；根和芽幾乎同時生長，不產(chǎn)生愈傷組織；同步化程度高；活力強(qiáng)；形成的幼苗的形態(tài)與生長要正常?！巴饷姘恢囟ǖ奈镔|(zhì)”是指人工種皮，制作人工種皮的材料有海藻酸鈉、明膠、樹脂、瓊脂糖、淀粉等。對人工種皮的要求是：能保持胚狀體的活力，有利于貯藏運(yùn)輸和萌發(fā)。選取的材料要有韌性，耐壓，對胚狀體無毒害，含有胚狀體發(fā)芽所需要的營養(yǎng)成分或植物激素，還應(yīng)含有殺菌劑，以防播種后微生物的侵害。人工種子目前還存在不少問題。例如，現(xiàn)有重要經(jīng)濟(jì)價值的植物產(chǎn)生胚狀體能力弱，難以形成同步化的有強(qiáng)活力的胚狀體；成本較高；運(yùn)輸貯藏以及機(jī)械化播種問題也未解決。因此，現(xiàn)在很少有人以生產(chǎn)為目的進(jìn)行人工種子的研制。7.植物微型繁殖技術(shù)高效快速的實例有哪些？植物脫毒（virus-free）和離體快繁（in vitro propagation）是目前植物組織培養(yǎng)應(yīng)用最多、最有效的方面。生產(chǎn)上許多無性繁殖作物均受到病毒的侵染，從而導(dǎo)致品種的嚴(yán)重退化、減產(chǎn)和降低品質(zhì)。利用植物分生組織進(jìn)行培養(yǎng)可以使新長成的植株脫去病毒。利用這種方法生產(chǎn)無病毒苗的農(nóng)作物有馬鈴薯、甘薯、大蒜、草莓、蘋果、香蕉等，并已大規(guī)模應(yīng)用于生產(chǎn)。離體快繁技術(shù)可以使一些植物的擴(kuò)增速度比常規(guī)方法快數(shù)萬倍乃至百萬倍，而且產(chǎn)生的幼苗遺傳背景均一，重復(fù)性好，不受季節(jié)和地區(qū)限制。目前世界上已建成很多年產(chǎn)百萬苗木的組培工廠，成為一種新興產(chǎn)業(yè)。離體快繁技術(shù)在觀賞植物、園藝植物、經(jīng)濟(jì)林木和無性繁殖作物上已得到廣泛應(yīng)用。8.植物體細(xì)胞雜交的過程是怎樣的？體細(xì)胞雜交是克服植物有性雜交不親和性、打破物種之間的生殖隔離、擴(kuò)大遺傳重組范圍的一種手段。操作過程包括：原生質(zhì)體制備、原生質(zhì)體融合、雜種細(xì)胞篩選、雜種細(xì)胞培養(yǎng)、雜種植株再生以及雜種植株鑒定等步驟。原生質(zhì)體制備是用纖維素酶、半纖維素酶和果膠酶將植物細(xì)胞壁分解掉，只留下細(xì)胞膜（質(zhì)膜）包裹著細(xì)胞內(nèi)含物。原生質(zhì)體融合是指兩個原生質(zhì)體的質(zhì)膜 重新組合排列形成一個質(zhì)膜，其中含有兩個細(xì)胞核。在細(xì)胞工程中一般是誘導(dǎo)融合，形成的融合細(xì)胞中所含有的兩個細(xì)胞核是來自不同的物種，稱之為異核體（heterokaryon）。誘導(dǎo)融合的手段有化學(xué)誘導(dǎo)和物理誘導(dǎo)。在誘導(dǎo)因素的作用下形成的融合細(xì)胞進(jìn)一步產(chǎn)生核融合，進(jìn)行第一次有絲分裂。雜種細(xì)胞的篩選方法有：細(xì)胞系互補(bǔ)的選擇方法，包括葉綠素缺失互補(bǔ)、營養(yǎng)缺陷互補(bǔ)和抗性互補(bǔ)等；利用物理特異性差異的選擇方法：這是利用兩個原生質(zhì)體物理特異性差異的一種選擇，包括原生質(zhì)體的大小、顏色、浮密度等的不同來選擇；利用生長特異性差異的選擇方法。需要注意的是上述選擇方法只適合部分雜交細(xì)胞的情況，有時無法選擇，就不加選擇地進(jìn)行培養(yǎng)和再生成植株，然后對再生植株的雜種性狀進(jìn)行鑒定。雜種細(xì)胞培養(yǎng)方法與原生質(zhì)體的培養(yǎng)方法相似。體細(xì)胞雜種的鑒定方法有：形態(tài)學(xué)鑒定。利用雜種植株與雙親在表現(xiàn)型上的差異進(jìn)行比較分析，如葉片大小與形狀，花的形狀與顏色、葉脈、葉柄、花梗及表皮毛有無等；細(xì)胞學(xué)鑒定。雜種植株細(xì)胞中的染色體數(shù)目是否比任何一方親本細(xì)胞中的染色體數(shù)目增多？理論上講如果染色體不丟失，雜種細(xì)胞中染色體數(shù)目應(yīng)為雙親染色體數(shù)目之和。也可以用基因組原位雜交的分子細(xì)胞學(xué)方法進(jìn)行鑒定；同功酶鑒定。同功酶是功能相同的酶的多重分子形態(tài)，它們是特異基因的產(chǎn)物。雜種細(xì)胞中的同功酶譜一般是雙親酶譜之和，但有時也會出現(xiàn)雙親沒有的新帶；分子生物學(xué)鑒定。常用的方法有限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性（RAPD）和擴(kuò)增片段長度多態(tài)性（AFLP）等。值得注意的是體細(xì)胞雜交尚存在一些問題：親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，染色體排斥丟失的現(xiàn)象就越嚴(yán)重；由于是兩個物種的全部遺傳物質(zhì)的合并，各種基因都在其中，選擇符合需要的個體難度大；有時缺乏選擇雜種細(xì)胞的有效方法。因此目前整體對稱融合的工作比較少，而是采用非對稱融合，即一方親本包括了全部遺傳物質(zhì)，另一方親本只取一部分遺傳物質(zhì)，如用不具有核的原生質(zhì)體與之進(jìn)行融合。9.物理和化學(xué)方法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的基本原理是什么？化學(xué)融合的機(jī)制：常用化學(xué)融合方法有高pH高Ca2+法和聚乙二醇（PEG）法。高pH高Ca2+法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的基本原理是中和原生質(zhì)體表面所帶的電荷，使原生質(zhì)體的質(zhì)膜緊密接觸，從而有利于質(zhì)膜的接觸融合。PEG處理原生質(zhì)體可以使原生質(zhì)體聚集促進(jìn)融合，但PEG誘導(dǎo)融合的真正機(jī)制目前并不清楚。物理融合的機(jī)制：常用方法為電融合法。此法是先將兩種原生質(zhì)體以適當(dāng)?shù)谋壤旌铣蓱腋∫?，將其滴入電融合小室中，給小室兩極以交變電流，使原生質(zhì)體沿電場方向排列成串珠狀，接著給以瞬間高強(qiáng)度的電脈沖，使原生質(zhì)體膜產(chǎn)生局部破損而導(dǎo)致融合。10.工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本過程是什么？第一步，選擇人參根作為外植體進(jìn)行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而且細(xì)胞內(nèi)人參皂甙含量高的細(xì)胞株作為種質(zhì)，其中一部分作為保存用，以備下一次生產(chǎn)用，一部分進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。第二步，將第一步選擇到的細(xì)胞株在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進(jìn)行液體培養(yǎng)，增加細(xì)胞數(shù)量。第三步，將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行破碎，從中提取人參皂甙。第二節(jié) 動物細(xì)胞工程教學(xué)目標(biāo)1知識方面：（1） 動物細(xì)胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)。（2） 簡述通過動物體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動物的過程和應(yīng)用前景。（3） 簡述動物細(xì)胞融合和單克隆抗體的制備及應(yīng)用。2態(tài)度觀念方面：（1） 初步培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神和合作精神。（2） 通過向?qū)W生介紹幾種動物細(xì)胞工程技術(shù)的發(fā)展動態(tài)及一些新的研究成果，使學(xué)生明確對生命奧秘的揭示愈加廣泛和深入，形成終身學(xué)習(xí)的意識。3能力方面：（1） 學(xué)生通過閱讀、自學(xué)、質(zhì)疑、討論、訓(xùn)練和總結(jié)等環(huán)節(jié)，逐步提高獨(dú)立獲取知識的能力、邏輯思維能力、分析問題和解決問題的能力。（2） 由植物體細(xì)胞雜交技術(shù)導(dǎo)出動物細(xì)胞融合過程，培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力，思維能力。（3） 讓學(xué)生嘗試設(shè)計單克隆抗體的制備過程，使學(xué)生了解生物科學(xué)的認(rèn)識模式，以發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性能力。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：1.教學(xué)重點(diǎn)（1）動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程及條件。（2）用動物體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動物的過程。（3）單克隆抗體的制備和應(yīng)用。2.教學(xué)難點(diǎn)（1） 用動物體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動物的過程。（2） 單克隆抗體的制備過程。教學(xué)方法：采用自學(xué)指導(dǎo)、啟發(fā)探究、師生交流等教學(xué)相結(jié)合。利用課件、資料等手段進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)課時：3課時（含鞏固練習(xí)及講評）教學(xué)過程：第一課時教師活動：播放課件，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)課本材料并回答相關(guān)提出問題。1植物細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段有哪些？2動物細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段有哪些？3動物細(xì)胞培養(yǎng)液的主要成分是什么？較植物組織培養(yǎng)基有何獨(dú)特之處？4為什么選用動物胚胎或幼齡個體的器官或組織做動物細(xì)胞培養(yǎng)材料？5為什么培養(yǎng)前要將組織細(xì)胞分散成單個細(xì)胞？6為什么選用胰蛋白酶做上述處理？7培養(yǎng)的細(xì)胞為何貼壁生長？8如何界定原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)以及細(xì)胞株和細(xì)胞系？學(xué)生活動：通過閱讀課文，觀察課本中圖片和教師提供的動畫，進(jìn)行小組分析討論，在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上引出動物細(xì)胞工程常用的技術(shù)。知識要點(diǎn)：動物胚胎或幼齡的器官組織剪碎胰蛋白酶單細(xì)胞群加培養(yǎng)液細(xì)胞懸浮液原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)細(xì)胞株遺傳物質(zhì)改變傳代培養(yǎng)細(xì)胞系（培養(yǎng)條件下無限傳代）動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程細(xì)胞懸浮液10代細(xì)胞原代培養(yǎng)50代細(xì)胞細(xì)胞株傳代培養(yǎng)細(xì)胞系細(xì)胞株和細(xì)胞系的界定一、動物細(xì)胞的培養(yǎng)1動物細(xì)胞培養(yǎng)液的成分：葡萄糖、氨基酸、無機(jī)鹽、維生素和動物血清等。2動物細(xì)胞培養(yǎng)液的特點(diǎn)：液體培養(yǎng)基、含動物血清3動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件：（1） 無菌、無毒的環(huán)境；（2） 營養(yǎng)物質(zhì)；（3） 溫度和PH；（4） 氣體環(huán)境等。4動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用：學(xué)習(xí)探討：如何解決為燒傷病人植皮問題？引導(dǎo)學(xué)生討論、分析得出結(jié)論：利用動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)中的細(xì)胞貼壁生長和接觸抑制的特點(diǎn)，可用燒傷病人自己的健康皮膚細(xì)胞培養(yǎng)出大量的自身薄層皮膚細(xì)胞，以供植皮所需。二動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物課堂提供閱讀資料，供學(xué)生分析討論：材料一：核移植技術(shù)發(fā)展簡史（見人教版P51） 材料二：細(xì)胞核移植技術(shù)中能用作受體細(xì)胞的通常有MII期卵母細(xì)胞和受精卵（合子）。早期核移植技術(shù)中常用受精卵，后來基本上用MII期卵母細(xì)胞取代了受精卵，主要因為兩者的細(xì)胞質(zhì)環(huán)境不同。有人認(rèn)為重組需要的因子存在于MII期卵母細(xì)胞的胞質(zhì)中，而在原核形成時這些因子已被降解或用光，因此，原核擴(kuò)張后受精卵去核可引起胞質(zhì)中重組因子缺乏。成熟促進(jìn)因子（MPF）是卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中重要的胞質(zhì)影響因子，MPF的活性在卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的MI期和MII期達(dá)到最高，受精或激活后，MPF迅速滅活，因此，MII期卵母細(xì)胞中MPF活性高，而受精卵中MPF活性低。MPF水平的高低可影響供體核染色質(zhì)的狀態(tài)和復(fù)制。MII期卵母細(xì)胞細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)已成熟，而MI卵母細(xì)胞細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)尚未成熟，其細(xì)胞質(zhì)不能支持胚胎的全程發(fā)育，因此，盡管MI期卵母細(xì)胞MPF活性也高，但不能用作受體卵母細(xì)胞。也有人認(rèn)為用去核合子做受體時，可能由于合子去核時一些早期發(fā)育必需的因子隨原核的去除而被去掉了，而使去核受精卵缺乏發(fā)育能力。因此，目前廣泛采用MII期卵母細(xì)胞做受體。材料三：提供鯉、鯽魚核移植資料（見復(fù)印件）材料四：提供克隆“多莉”羊資料（見復(fù)印件）.在學(xué)生閱讀材料的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生分析、討論，共同概括、總結(jié)：1動物核移植的概念：將一種生物的細(xì)胞核移植到另一種去核或不去核生物的細(xì)胞質(zhì)中，發(fā)育成雜合新個體的方式。2特點(diǎn)：主要是指不同種的細(xì)胞的拆合，新個體具備雙親的遺傳特性。鯽魚卵細(xì)胞無核細(xì)胞鯉魚囊胚細(xì)胞細(xì)胞核無核細(xì)胞組裝細(xì)胞鯉鯽魚細(xì)胞核3過程：4克?。褐饕竿N細(xì)胞的拆合過程。5動物體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用：（1） 畜牧生產(chǎn)方面：培育良種動物。（2） 保護(hù)瀕危特種。（3） 醫(yī)藥衛(wèi)生方面：生產(chǎn)醫(yī)用蛋白、器官和組織移植等。課堂小結(jié)：根據(jù)已呢知識，完成下表比較項目原理培養(yǎng)基結(jié)果培養(yǎng)目的植物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)課后記：本節(jié)課的要點(diǎn)在于動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用，解決人類生活所需。通過學(xué)生自學(xué)和有關(guān)材料的查找、分析、討論，能較大程度掌握和運(yùn)用。第二課時動物細(xì)胞融合與單克隆抗體教學(xué)過程：復(fù)習(xí)舊課，導(dǎo)入新課：復(fù)習(xí)兩種細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段，引出動物細(xì)胞工程的其他技術(shù)。三動物細(xì)胞融合：教師活動：啟發(fā)學(xué)生回憶植物體細(xì)胞雜交過程，并引導(dǎo)學(xué)生大膽推測：動物細(xì)胞融合與植物體細(xì)胞雜交過程有何不同？動物細(xì)胞融合相當(dāng)于植物體細(xì)胞雜交過程的哪一步？學(xué)生活動：分析、討論并得出結(jié)論：動物細(xì)胞融合相當(dāng)于植物體細(xì)胞雜交的原生質(zhì)融合過程。引導(dǎo)學(xué)生閱讀資料后，師生共同總結(jié)：動物細(xì)胞融合與植物體細(xì)胞雜交的原生質(zhì)融合的基本原理相同，就邊誘導(dǎo)融合的方法也基本類似，只是除物理法、化學(xué)法外，還用到生物方法即滅活的仙臺病毒。1理論基礎(chǔ)：細(xì)胞的全能性；2原理：細(xì)胞膜的流動性；3誘導(dǎo)方法：物理法、化學(xué)法、生物法（滅活的仙臺病毒）仙臺病毒紫外線喪失感染活性（不感染細(xì)胞）保留融合活性（誘導(dǎo)細(xì)胞融合）課件展示動物細(xì)胞融合的過程。教師活動：1動物細(xì)胞之間或動物與人細(xì)胞之間都可以進(jìn)行融合，產(chǎn)生的融合細(xì)胞有多少種？ 2動物細(xì)胞融合技術(shù)主要用途是什么？引導(dǎo)學(xué)生回憶：何謂抗體？其由何種細(xì)胞產(chǎn)生？主要分布在哪？創(chuàng)設(shè)問題情境：1長期以來，人們?yōu)榱双@得抗體，采用的方法是什么？ 2能否用動物細(xì)胞融合的方法，使體內(nèi)的效應(yīng)B細(xì)胞產(chǎn)生成千上萬的單一抗體呢？教師活動：如果能用體內(nèi)的效應(yīng)B細(xì)胞產(chǎn)生成千上萬的單一抗體，那么，怎樣才能制備呢？請設(shè)計相關(guān)的方案。讓學(xué)生設(shè)計和匯報制備單克隆抗體的方案，并根據(jù)提綱閱讀課文：1為什么選用小鼠骨髓瘤細(xì)胞與B淋巴細(xì)胞融合呢？（參考：細(xì)胞同源性越近，融合的雜種細(xì)胞越易成活。）2骨髓瘤細(xì)胞是癌細(xì)胞嗎？（參考：有無限增殖能力即失去凋亡機(jī)制和接觸抑制等的細(xì)胞為腫瘤細(xì)胞；而具有轉(zhuǎn)移能力的腫瘤細(xì)胞為癌細(xì)胞。）3整個制備過程為何要經(jīng)過兩次篩選？（參考：第一次篩選可得到多種雜交瘤細(xì)胞，第二次篩選才能得到單一雜交瘤細(xì)胞。）4雜交瘤細(xì)胞在小鼠腹腔內(nèi)培養(yǎng)與體外培養(yǎng)有何區(qū)別？（參考：能不斷產(chǎn)生抗體）5雜交瘤細(xì)胞在小鼠腹腔內(nèi)增殖，會造成小鼠死亡嗎？單克隆抗體能用于人體疾病治療嗎？在教師引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)基礎(chǔ)上，分析、討論并總結(jié)歸納出知識要點(diǎn)。四單克隆抗體：1概念：由單個B淋巴細(xì)胞進(jìn)行無性繁殖形成的細(xì)胞系所產(chǎn)生出的化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強(qiáng)的抗體。2特點(diǎn)：化學(xué)性質(zhì)單一，特異性強(qiáng)，靈敏度高。（1）獲得雜交瘤細(xì)胞 將抗原注入小鼠體內(nèi)獲得效應(yīng)B細(xì)胞 效應(yīng)B細(xì)胞與小鼠骨髓瘤細(xì)胞融合 用特定培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細(xì)胞（2）動物細(xì)胞培養(yǎng) 篩選能夠產(chǎn)生所需抗體細(xì)胞群 再生培養(yǎng)液或小鼠腹腔中培養(yǎng)（3）提取單克隆抗體：從培養(yǎng)液或小鼠腹水中提取3單克隆抗體的制備：（展示課件）4.單克隆抗體的應(yīng)用：（1）診斷疾?。涸\斷病毒引起的疾病和用癌細(xì)胞抗原制備的單克隆抗體定位診斷。（2）藥物導(dǎo)向治療：運(yùn)用藥物與單克隆抗體連接在一起制成“生物導(dǎo)彈”（3）分離和純化抗原分子。教學(xué)小結(jié)：應(yīng)抓住三個一，即“一種誘導(dǎo)細(xì)胞融合的新方法滅活的病毒；一種新細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞；一種優(yōu)勢單克隆抗體的特異性強(qiáng)、靈敏度高的抗體）。課后記：本節(jié)重點(diǎn)要學(xué)生理解單克隆抗體的應(yīng)用前景。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生對單克隆抗體的形成原理和應(yīng)用有較深刻的認(rèn)識，掌握了設(shè)計單克隆抗體制備的一般方法，拓寬了視野，提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。但對雜交瘤細(xì)胞的篩選，還有點(diǎn)不很明確。下節(jié)課前以復(fù)習(xí)形成展示附件來補(bǔ)充。附件：雜交瘤細(xì)胞分離的基本原理骨髓瘤細(xì)胞缺少次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)化酶（HGPRT酶）和胸腺嘧啶激酶（TK酶），運(yùn)用培養(yǎng)液中加入次黃嘌呤、氨基蝶呤、胸腺嘧啶制成選擇培養(yǎng)基。核酸的合成有兩條途徑：主要途徑和補(bǔ)償途徑。1、當(dāng)氨基蝶呤存在時，主要途徑將被阻斷，就由補(bǔ)償途徑合成核酸。2、由于骨髓瘤細(xì)胞中缺少HGPRT酶和TK酶，因此不能合成核酸而死亡；雖然淋巴B細(xì)胞中有這兩種酶，但基壽命短，培養(yǎng)幾天后也死亡。3、只有雜交瘤細(xì)胞具有壽命長又能經(jīng)補(bǔ)償途徑合成核酸而繁殖。核酸生物合成的主要途徑與補(bǔ)償途徑DNARNA主要的生 物合成途徑補(bǔ)償途徑HGPRTTK酶胸腺嘧啶氨基蝶呤次黃嘌呤專題三 胚胎工程第一節(jié) 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育教學(xué)目標(biāo)1知識目標(biāo)：（1）簡述哺乳動物的精子和卵子的發(fā)生及受精過程。（2）簡述哺乳動物的胚胎發(fā)育過程及其主要特點(diǎn)。（3）認(rèn)同胚胎工程建立及發(fā)展的意義。2態(tài)度觀念方面：（1）初步培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神和合作精神。（2）通過向?qū)W生介紹動物精卵細(xì)胞的形成和受精作用，使學(xué)生明確對生命奧秘的揭示愈加廣泛和深入，形成終身學(xué)習(xí)的意識。3能力方面：（1） 學(xué)生通過閱讀、自學(xué)、質(zhì)疑、討論、訓(xùn)練和總結(jié)等環(huán)節(jié)，逐步提高獨(dú)立獲取知識的能力、邏輯思維能力、分析問題和解決問題的能力。（2） 通過學(xué)習(xí)精卵形成和受精過程，使學(xué)生聯(lián)系已有知識，培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力，思維能力。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：1.教學(xué)重點(diǎn)（1）哺乳動物精子和卵子的發(fā)生。（2）哺乳動物的受精過程。（3）哺乳動物的胚胎發(fā)育。2.教學(xué)難點(diǎn)（1）哺乳動物受精過程中精子的獲能、頂體反應(yīng)、透明帶反應(yīng)、卵黃膜封閉作用的概念和生理功能。（2）哺乳動物胚胎發(fā)育各階段的主要特點(diǎn)。教學(xué)方法：以探究法、談話法和講授法相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)課時：2課時教學(xué)過程：以提綱的方式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“科技探索之路”并組織學(xué)生分組探討，從中領(lǐng)悟科學(xué)的發(fā)展就是不斷“發(fā)現(xiàn)問題提出問題設(shè)計實驗進(jìn)行實驗得出結(jié)論”的探究過程。（1）胚胎工程的建立可大致分為幾個階段？在每一個階段中，胚胎工程技術(shù)有什么重大突破？這些重大突破對推動生產(chǎn)力的發(fā)展有什么作用？（2）為什么說胚胎移植技術(shù)的成功和應(yīng)用帶動和加速了體外受精技術(shù)的研究？（3）美籍華人科學(xué)家張明覺在動物生殖生理學(xué)上有什么重大發(fā)現(xiàn)？這個發(fā)現(xiàn)對促進(jìn)胚胎工程實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化有何意義？（4）通過胚胎工程的建立過程，你如何認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)、社會三者之間的關(guān)系？通過學(xué)生交流，教師總結(jié)，引出課題（展示課題：第一節(jié) 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育）。教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生利用已有知識，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)提綱閱讀資料。教學(xué)提綱：1高等生物的個體發(fā)育的起點(diǎn)是什么？（參考：受精卵）2一個受精卵是怎樣發(fā)育成一個完整的生物個體？（參考：通過細(xì)胞分裂、細(xì)胞分化、組織器官的形成，最終成為一個完整的生物個體。）3通常一只母羊只能生12只羊羔，遠(yuǎn)不能滿足人們的生活需要。那么，有什么方法可以一般的繁殖方式，可使牛羊等動物快速繁殖呢？（參考：胚胎工程）從學(xué)生的交流、探討中提出：什么是胚胎工程？動物的早期胚胎是怎樣進(jìn)行的？一精子和卵子的發(fā)生：在教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀資料的基礎(chǔ)上回答如下問題：1.家畜每次射精排出的精子數(shù)以億計，但是通常只有一個精子能夠與卵子結(jié)合，這能說是一種浪費(fèi)嗎？怎樣理解這一現(xiàn)象？提示：不是。可以從兩方面說明這一問題：其一，在自然繁殖的條件下，為了使母畜排出的1個或幾個卵子完成受精，公畜一次射出幾億到幾十億的精子到發(fā)情母畜的生殖道內(nèi)，可以說是動物為繁殖后代、延續(xù)物種的一種生理保障機(jī)制；其二，在自然條件下，精子從射精部位運(yùn)行到受精部位，在通過母畜生殖道的過程中，復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)和生理環(huán)境將對精子進(jìn)行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后到達(dá)受精部位（輸卵管）的精子只剩百余個，