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1、细胞工程 生态工程 教材教法分析,海淀区2018届高三生物一轮复习教研,一、克隆技术(细胞工程)-知识框架,融合方法 基因组分析 生理研究 疾病诊断治疗 育种,一、克隆技术-考试说明要求及细化,基本原理：细胞生物学、分子生物学、遗传学 操作水平：细胞水平或细胞器水平 操作目的：按照人的意愿改变细胞内的遗传物质获得特定细胞、细胞产品或新型生物 技术包括：植物细胞工程、动物细胞工程。,细胞工程概念,一、克隆技术-植物细胞工程,综合运用相关的知识、技能和研究方法，分析各种生物学现象和数据，通过推理和判断，得出正确结论并解答问题。,一、克隆技术-植物细胞工程,（一）组培-授课思路：,1以斯图尔德实验为
2、材料，分析过 程中细胞、分子水平的变化,2阅读P34胡萝卜的组织培养内容，了解组培原理步骤，实验操作！,3组培概念总结、习题训练,回忆分裂、分 化和全能性知识,明确步骤、分析 原理、规范术语,概念的深化 理解和运用,1、细胞的全能性、分裂、分化-植物组培的基础,一、克隆技术-植物细胞工程,（一）组培-重难点分析：,细胞分化：细胞内部分基因选择性活化或阻遏的结果，导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在的发育方式改变的过程。体现在细胞分化、组织分化、器官分化三个水平上。,1、细胞的全能性、分裂、分化-植物组培的基础,一、克隆技术-植物细胞工程,管家基因：所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维
3、持细胞基本生命活动所必需的。如：各种酶基因和结构蛋白基因,组织特异性基因：指不同的细胞类型进行专一性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征和特异的生理功能。如卵清蛋白基因,调节基因：其产物用于调节组织特异性基因的表达，或者起激活作用，或者起阻抑作用。,影响细胞分化的外因：包括环境因素，胞外物质（细胞的基质，黏附分子，细胞因子，激素等），以及细胞之间的相互作用。,（一）组培-重难点分析：,例：（2015江苏高考）下图为白细胞与血管内皮细胞之间识别、黏着后,白细胞迁移并穿过血管壁进入炎症组织的示意图,下列叙述错误的是 A. 内皮细胞识别结合白细胞膜上的糖蛋白使白细胞黏着 B. 白细胞
4、在血管内黏着、迁移需要消耗 ATP C. 黏着、迁移过程中白细胞需进行基因的选择性表达 D. 白细胞利用细胞膜的选择透过性穿过血管壁进入炎症组织,细胞全能性：广义 是指一个细胞发育成一个完整有机体个体的潜能或特性。植物细胞的全能性：具有完整细胞核的植物细胞，具有形成完整植株所必需的全部遗传信息，在适宜条件下能够分化发育成完整植株的潜在能力。在生长发育过程中不同的器官、组织细胞的基因表达有很大的差异，这种差异是遗传信息表达调控机制发生了变化的结果，而不是遗传信息发生了不可逆的消失或钝化。细胞全能性的表达：从离体培养的植物细胞或组织诱导生长分化成完整植株的过程成为植物细胞全能性的表达,1、细胞的全
5、能性、分裂、分化-植物组培的基础,一、克隆技术-植物细胞工程,（一）组培-重难点分析：,细胞全能性的类型： 在整体植株中，受精卵的全能性表达最强，受精卵经过 细胞分裂、分化直接形成种胚，并萌发生长成植株； 茎尖、根尖分生组织细胞和形成层细胞的全能性次之，它们分别能形成茎叶、根和其他组织与器官； 少数植物的分化成熟的某些器官，例如落地生根叶片，叶肉细胞的全能性直接表达，分化成新的植物； 对于绝大数植物来说，非分生组织细胞难以在整体植株上表达细胞的全能性，必须将他们与整体植株分裂后，在适宜的培养条件下诱导细胞脱分化和再分化，才能使细胞的全能性得到表达，并形成完整的植株。,1、细胞的全能性、分裂、分
6、化-植物组培的基础,一、克隆技术-植物细胞工程,（一）组培-重难点分析：,2、植物组织培养-流程,一、克隆技术-植物细胞工程,“脱分化是细胞全能性表现的前提再分化使细胞全能性得以体现。”,（一）组培-重难点分析：,2、植物组织培养-流程,一、克隆技术-植物细胞工程,（一）组培-重难点分析：,G0期细胞接受外界信号后，由于基因的选择性表达，使细胞发生一系列生理生化变化，进而脱离G0期重新进入细胞周期。因而，静止细胞启动分裂是分化细胞成功脱分化的重要标志。,脱分化过程中细胞的变化：,细胞质显著变浓，大液泡消失，核体积增大并逐渐移至细胞中央，细胞器（如线粒体）增加，质体转变为原质体。,脱分化的实质：
7、,2、植物组织培养-流程,一、克隆技术-植物细胞工程,（一）组培-重难点分析：,关于光照 诱导培养阶段通常不给光照或较弱的散射光，以利于愈伤组织形成 再分化阶段需要给予较强的光照，有利于维管组织形成、极性建立和形态发生 培养条件下光合作用能力较低，因此光照的作用更大程度上是调节细胞的分化状态，而不是合成光合产物 光照还可能影响生长素的极性运输，影响生长素信号转导系统，从而引起器官分化。,2、植物组织培养-流程,一、克隆技术-植物细胞工程,（一）组培-重难点分析：,体细胞胚发生 植物的胚胎发生是从合子开始的，但离体培养中可看到培养物在个体再生时经过类似于合子胚的发育形式，先形成胚的类似结构，再生
8、长发育成完整植株。 离体培养条件下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物统称为体细胞胚或胚状体。 直接途径：外植体某些部位直接诱导分化出体细胞胚 间接途径：先形成愈伤组织，再分化成体细胞胚或悬浮培养中先形成胚性细胞团再形成体细胞胚。,-摘自柳忠烈教法辅导,2、植物组织培养-流程,一、克隆技术-植物细胞工程,（一）组培-重难点分析：,2、植物组织培养-培养基,一、克隆技术-植物细胞工程,胡萝卜 基本培养基 (pH5.65.8),+0.5mg/L 6-BA 0.125 mg/L2,4-D,诱导愈伤组织形成的培养基,诱导分化芽的培养基,+1.0mg/L 6-BA 0.1 mg/LN
9、AA,诱导生根的培养基,+0.1 mg/L NAA,（一）组培-重难点分析：,一、克隆技术-植物细胞工程,（二）植物体细胞杂交-授课思路：,1番茄-土豆构想意义、路径猜想,2阅读P36植物体细胞杂交步骤，图文结合完善流程图。 重点环节拓展、延伸。,3体细胞杂交概念总结、习题训练,体细胞杂交的意义和操作原理,明确步骤、规范 术语、明确原理,概念的深化 理解和运用,1、植物体细胞杂交-流程,一、克隆技术-植物细胞工程,（二）植物体细胞杂交-重难点分析：,原生质体培养,原生质体融合,植物组织培养,嫁接,1、植物体细胞杂交-流程,一、克隆技术-植物细胞工程,（二）植物体细胞杂交-重难点分析：,原生质体
10、：除去细胞壁的细胞或一个被质膜所包围的且具有生活力的裸露细胞。 原生质体没有细胞壁，有利于细胞融合，体细胞杂交，基因转移和单细胞培养。 原生质体能比较容易摄取外来的遗传物质，作为理想的受体系统进行各种遗传操作的研究，实现体细胞杂交在植物遗传育种方面的应用。 原生质体分离和培养期间，需要渗透调节剂(山梨醇、甘露醇、葡萄糖或蔗糖)防护，直到原生质体再生细胞壁。一般在适宜的高渗溶液中表现较为稳定。,（二）植物体细胞杂交-重难点分析：,一、克隆技术-植物细胞工程,融合过程中两个细胞膜从彼此接触 到破裂形成细胞桥的变化过程图解,1、植物体细胞杂交-流程,1、植物体细胞杂交-流程,一、克隆技术-植物细胞工
11、程,（二）植物体细胞杂交-重难点分析：,原生质体融合通常在一定密度下进行，诱导融合后实际上得到各种原生质体混合物，包括同核体、异核体。 来自不同细胞的核融合，才形成真正的杂种细胞。 若其中一个核完全消失，则形成胞质杂种。 若亲缘关系太远，其中一个核的染色体可能会被排除。 杂种细胞筛选是关键技术之一。,（二）植物体细胞杂交-重难点分析：,一、克隆技术-植物细胞工程,1、植物体细胞杂交-流程,（二）植物体细胞杂交-重难点分析：,一、克隆技术-植物细胞工程,1、植物体细胞杂交-流程, 细胞系互补筛选法：利用叶绿体缺失互补、营养缺失互补、抗性互补进行选择。物理特性筛选法：利用亲本原生质体大小、颜色、漂
12、浮密度等差异选择杂种细胞。如用离心方法可以把异核体与亲本原生质体分开，从而获得融合体。 生长特性筛选法：利用原生质体对培养基成分要求与反应的差异选择杂种细胞。例如：亲本原生质体生长要求外源激素，而有的杂种细胞由于双亲互补作用会产生内激素，杂种细胞能在无激素的培养基上生长。,杂种细胞筛选,（二）植物体细胞杂交-重难点分析：,一、克隆技术-植物细胞工程,1、植物体细胞杂交-流程,利用药物选择,物理特性选择,双荧光素标记,体细胞杂种的鉴定,形态学鉴定。利用杂种植株与双亲在表现型上的差异进行比较分析，如叶片大小与形状，花的形状与颜色、叶脉、叶柄、花梗及表皮毛有无等； 细胞学鉴定。杂种植株细胞中的染色体
13、数目是否比任何一方亲本细胞中的染色体数目增多？ 同功酶鉴定。同功酶是功能相同的酶，是特异基因的产物。杂种细胞中的同功酶谱一般是双亲酶谱之和，但有时也会出现双亲没有的新带 分子生物学鉴定。RAPD、RFLP、AFLP等,随机扩增多态性DNA技术，又称任意引物PCR。可对整个未知序列的基因组进行分析。它的应用是基于这样的一个推理：对于不同模板DNA，用同一引物扩增既可能得到相同的带谱（模板基因组间可能具有同源性），也可能得到不同的带谱。仅在某一特定DNA中出现的条带就可作为该模板的分子标记。事实上，不同基因组DNA总是一定差异的，所以用RAPD就可以进行分子标记研究。对特定的引物，复杂性越高的基因
14、组所产生的扩增条带数也越多。,分子生物学鉴定-RAPD,分子生物学鉴定-RAPD,一、克隆技术-植物细胞工程,（三）应用归纳,脱毒在病毒感染的植物体内，老叶和成熟组织及器官中病毒含量较高，幼嫩和未成熟组织含量较低。分生组织细胞分裂和生长速度快，而病毒在植物体细胞繁殖速度相对较慢。病毒是通过维管组织或胞间连丝传播至其他组织细胞，而茎尖分生组织无分化，没有维管组织，所以根尖、茎尖生长点区域几乎不含病毒。,细胞培养生产次级代谢产物用单细胞或细胞团在培养基上进行培养，此方法操作简单、重复性好、群体大等优点。 主要集中在研究制药(如抗癌药物紫杉醇、疗伤药物紫草宁、保健药物人参皂甙等)、食品添加剂(如生姜
15、、香子兰等)、调味剂(如胡椒、留兰香等)、食用色素(如花青素等)、油料(如如豆寇油、春黄菊油等)、饮料(如咖啡、可可等)、树胶(如阿拉伯胶等)、化妆品、生物杀虫剂和农用化学品等方面。,细胞产生次级代谢产物的途径,3（2010浙江理综卷）将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是（B）,一、克隆技术-植物细胞工程,（四）重点习题：,1(2015海淀期中)下列关于植物组织培养的叙述中，正确的是 A.以一株植物的叶片或花药为外植体培育的植株基因型相同 B.培养过程中应给予适当光照以促进愈伤组织的光合作用 C.愈伤组织可作为植物体细胞诱变的材料是
16、因为细胞全能性高 D.适当提高培养基中细胞分裂素的比例有利于愈伤组织分化成芽,2下列生物学过程中体现了细胞全能性的是 A.转基因小麦的种子发育成小麦幼苗 B.胚胎干细胞经诱导分化成神经细胞 C.杂交瘤细胞在培养基中无限增殖 D.经体细胞杂交获得白菜-甘蓝杂种植株,4（2015海淀期中）红豆杉能产生抗癌药物紫杉醇，为了培育产生紫杉醇的柴胡，科研人员将红豆杉（2n=24）与柴胡（2n=12）进行了不对称体细胞杂交。 （1）科研人员剥离红豆杉种子的胚作为外植体接种于经过_处理的培养基上，诱导形成愈伤组织。选用胚作为外植体是因为胚的分化程度低，易于_。,（2）将红豆杉愈伤组织和柴胡愈伤组织用_酶分别处理，各自获得有活力的原生质体。用一定剂量的紫外线照射红豆杉原生质体，破坏部分染色体，与未经紫外线照射的柴胡原生质体用化学诱导剂_诱导融合，得到融合细胞。,
