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第一节细胞工程概述学习导航明目标、知重点难点简述细胞工程的基本技术。(重、难点)举例说出细胞工程的应用。(难点)一、阅读教材P45完成细胞工程的发展时间人物事件意义1907年哈里森培养蛙胚神经组织开创了动物细胞培养的先河1937年高特里特等离体培养胡萝卜组织首次成功进行植物组织培养1972年卡尔逊等将2个不同种烟草细胞原生质体融合获得世界上第一个体细胞杂交植株1996年韦尔穆特等将成年芬兰白面母羊体细胞的细胞核移入苏格兰黑面母羊去核卵细胞中，进行培养首次克隆出绵羊“多莉”二、阅读教材P46～51分析细胞工程的基本技术1．概念细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞或细胞器的水平上的操作，按照人的意愿去改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的综合性科学技术。2．分类(1)根据操作对象的不同植物细胞工程动物细胞工程(2)根据所用技术不同植物组织培养技术细胞融合技术细胞核移植技术3．植物组织培养是指依据细胞全能性原理，在无菌条件下，分离植物的器官、组织、细胞或原生质体，并在培养基上培养，在适宜的条件下使其发育成部分或完整植株的技术。4．细胞融合技术是采用自发或人工的方法使两个或多个细胞融合为一个细胞的技术。常用的促融合方法有生物法、化学法和物理法等。植物细胞融合前还需要用纤维素酶等去除细胞壁。5．动物细胞核移植技术是把一个动物细胞的细胞核移入一个已经去除细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育为一个新的胚胎，最终发育为一个动物个体的技术。判一判(1)植物组织培养的过程不需在无菌条件下进行。(×)(2)快速培养花卉及濒危植物需要在离体条件下进行。(√)(3)植物体细胞融合的最终目的是产生杂种植株。(√)(4)植物组织培养产生的新个体能保持亲代的优良性状。(√)(5)体细胞克隆技术培养的克隆动物属于有性繁殖。(×)填一填植物组织培养技术[学生用书P23]结合教材P46～48的内容，完成下面的探究。探究1观察并分析下面植物组织培养过程图，理解植物组织培养的原理(1)该图表示用胡萝卜根韧皮部细胞培养成完整的正常植株的过程，体现了植物细胞的全能性。(2)培养材料：茎尖、根尖、幼嫩的叶片和花药等。(3)培养过程离体的植物器官、组织、细胞或原生质体――→脱分化愈伤组织――→再分化根、芽或胚状体―→试管苗。①愈伤组织：是一团没有特定形态、结构和功能，并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞。②脱分化：指已经分化的植物细胞形成愈伤组织的过程。③再分化：愈伤组织重新被诱导分化形成根、芽等器官的过程。(4)培养条件：体外无菌条件和必要的生长条件。(5)培养目的：使离体植物细胞或组织生长、增殖与分化，发育成部分或完整植株的技术。探究2根据探究1分析胡萝卜根组织培养过程主要过程：选材(选择生长较好的胡萝卜根作为材料)→消毒(体积分数为70%的酒精溶液消毒30s→用无菌水洗净→用体积分数为20%的次氯酸钠溶液处理30min→用无菌水冲洗多次)→接种(将外植体接种到适宜的培养基上)→诱导脱分化→诱导再分化→炼苗移植。1．植物细胞的全能性(1)实现全能性的条件材料离体的植物细胞、组织或器官培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素外界条件无菌操作、光照(2)细胞全能性的标志：由细胞发育成完整的个体。(3)植物细胞表达全能性的条件①具有完整细胞结构，处于离体状态。②在一定的营养物质、植物激素(主要是生长素、细胞分裂素等)和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。(4)影响脱分化、再分化的因素植物激素细胞分裂素浓度与生长素浓度相当时：生成愈伤组织细胞分裂素浓度＞生长素浓度：促进发芽细胞分裂素浓度＜生长素浓度：促进生根2．植物组织培养过程离体的植物器官、组织、细胞或原生质体――――――――→一定的营养、激素脱分化愈伤组织――――――――――――→含有不同激素成分的培养基再分化胚状体或丛芽(试管苗)――→移栽植株。突破1植物细胞的全能性1．下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是()A．玉米种子萌发长成新植株B．小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞C．小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株解析：选D。已分化的细胞具有发育成完整个体的潜能叫做细胞的全能性。种子萌发长成植株是由幼体到成体的正常生长发育过程，虽有细胞分化，但不能体现细胞的全能性，故A项不符合题意；骨髓造血干细胞形成各种血细胞，仅仅是细胞分化的过程，没有完整个体的形成，体现不出细胞全能性，B项不符合题意；花粉离体培养发育成单倍体植株，经历了细胞分化，体现的是花粉(生殖细胞)的全能性，没有体现体细胞的全能性，C项不符合题意；胡萝卜根韧皮部细胞经植物组织培养发育成新植株，该过程既有细胞分化，又体现出体细胞的全能性，D项符合题意。突破2植物组织培养的基本过程2．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体细胞全能性②离体植物器官、组织、细胞或原生质体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．①②⑧⑥⑦③⑨④B．①②⑦⑥⑧③⑨⑤C．①⑥②⑨⑧③⑦⑤D．①②⑨⑧⑥⑦③④解析：选A。植物组织培养依据的原理是植物体细胞的全能性；培养过程的顺序是：离体植物器官、组织、细胞或原生质体经脱分化形成愈伤组织，经再分化形成根、芽等，进一步形成植物体；诱导的植物激素是生长素和细胞分裂素。突破3植物组织培养中的注意事项3．“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述，错误的是()A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又要注意减少消毒剂对细胞的伤害B．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控D．生根时，培养基通常应含萘乙酸等生长素类调节剂解析：选B。消毒主要是为了杀死材料表面的微生物，同时要注意减少对植物细胞的伤害，A项正确；植物细胞融合前必须先去除细胞壁才能诱导融合，直接在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，不能得到融合细胞，B项错误；出芽从细胞水平上看，是细胞分化的结果，从分子水平上看，是基因选择性表达的结果，C项正确；生长素类调节剂可促进愈伤组织生根，因此生根时，培养基中应含有生长素类调节剂，D项正确。细胞融合技术[学生用书P24]探究1观察下图，分析细胞融合技术过程(1)融合原理：细胞膜的流动性。(2)融合对象：两个或多个不同细胞。(3)促融合方法：生物法(如病毒诱导融合法)、化学法(如聚乙二醇诱导融合法)、物理法(如电场诱导融合法)。(4)融合结果：形成杂种细胞。(5)融合过程：两个或多个不同细胞的质膜发生粘连、破裂→细胞质发生融合→细胞核发生融合→形成杂种细胞。(6)融合意义：突破有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。探究2结合教材“白菜—甘蓝”的培育过程，归纳植物体细胞杂交的一般方法1．植物体细胞杂交离不开植物组织培养。2．植物体细胞杂交过程属于无性生殖，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律。(1)杂种植株遗传物质的变化：细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和；染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数目之和，形成异源多倍体。(2)杂种细胞的类型有三种：AA、BB、AB，符合要求的只有AB。体细胞融合成功以后，既能形成AB型杂种细胞，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。3．植物体细胞杂交育种的优点和局限性(1)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。(2)局限性：目前仍有许多理论和技术问题未解决，还不能让杂种植物按照人们的需求表现出亲代的优良性状。突破1细胞融合技术1．植物细胞融合和动物细胞融合的比较中，正确的是()A．诱导融合的方法完全相同B．所用的技术手段完全相同C．所采用的原理完全相同D．都能形成杂种细胞解析：选D。植物细胞融合与动物细胞融合都是两种生物的体细胞融合，融合而成的细胞都是杂种细胞。几种细胞融合方法的比较类型区别生物法化学法物理法诱导剂疱疹病毒、仙台病毒、天花病毒、腮腺炎病毒等聚乙二醇、高浓度钙离子等电场常用方法仙台病毒诱导融合法聚乙二醇诱导融合法电场诱导融合法优点易培养，对各种动物细胞都适宜，融合率高使用方便，诱导细胞融合频率高频率高，对细胞无毒害作用，操作简便，可重复性好缺点有些病毒(如仙台病毒)不稳定，在保存过程中融合活性会降低；而且病毒进入细胞后，可能对细胞的生命活动产生干扰有些物质(如聚乙二醇)有一定的毒性，对有些细胞(如卵细胞)不适用目前没有发现突破2植物体细胞杂交2．科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株，为了便于杂种细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质，其培育过程如图所示。据图回答下列问题：(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有__________________________________________________________________________________________________________。(2)过程①常用的方法是________，细胞融合完成的标志是________________。(3)植物原生质体融合过程常利用化学试剂________诱导融合，在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，当观察到融合的细胞表面_____________________________________，可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。(4)过程③和过程④依次为_______________________________________________，过程④中的培养基常添加的植物激素有____________________________________________________。(5)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞中含n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含____________条染色体。若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于________植株。答案：(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性(2)酶解法形成了新的细胞壁(3)聚乙二醇(或PEG)既有红色荧光又有绿色荧光(4)脱分化和再分化生长素和细胞分裂素(5)2(m＋n)单倍体植物细胞融合技术(1)植物细胞融合前需要用纤维素酶和果胶酶等去除细胞壁。(2)不同融合方法的目的是相同的，都是要获得融合的细胞；不同融合方法所依据的原理也是相同的，即都依据细胞膜的流动性。(3)植物细胞融合后再生出细胞壁标志着植物细胞融合结束。细胞核移植技术[学生用书P25]根据下图，分析细胞核移植技术。(1)体细胞：提供细胞核。(2)卵母细胞：提供细胞质。(3)操作仪器：显微操作仪。(1)细胞工程与基因工程的操作水平有什么不同？提示：细胞工程的操作水平属于细胞或细胞器水平，而基因工程的操作水平属于DNA分子水平。(2)基因工程和细胞工程的变异分别属于哪种变异类型？提示：基因工程产生的变异属于基因重组，细胞工程产生的变异属于染色体变异。细胞工程基本技术的比较项目概念条件或操作手段结果植物细胞与组织培养技术在无菌条件下分离植物细胞或组织，将其放在适当培养基上，给予必要的生长条件，使其在体外继续生长、增殖与分化，形成新的组织、器官和个体的技术无菌、离体、适当的培养基、必要的生长条件形成新的组织、器官和个体细胞融合技术是采用自然或人工的方法，使两个或多个不同细胞融合为一个细胞的技术促融合因子、植物细胞融合前需用纤维素酶等去除细胞壁形成杂种细胞细胞核移植技术是将一个细胞的细胞核转移到另一个去除细胞核的卵母细胞中，使受体细胞获得新的遗传信息，产生新的生命现象的技术显微操作仪重组形成新细胞1．下列关于细胞工程技术操作的叙述，不正确的是()A．操作水平是分子或细胞水平B．培育濒危植物和无毒作物都有两个重要的过程C．体细胞杂