高中生物選修三《現(xiàn)代生物科技》全套教案

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1、專題一 基因工程 第一節(jié) 基因工程的簡介 教學(xué)目標： 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)習基因工程的概念，使學(xué)生認識到科學(xué)研究需要的嚴謹，激發(fā)為祖國而奮斗的精神。 （2）通過學(xué)習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)習中發(fā)現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習的能力。 （3

2、）通過多媒體課件對基本概念、基本原理的學(xué)習，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：基因操作的工具和基本程序及應(yīng)用。 教學(xué)難點： 1．限制酶和運載體的作用。 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]：

3、DNA重組技術(shù)的基本工具 一．復(fù)習導(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的？ 5．各種生物的性狀都是基因特異性表達的結(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氣

4、3．人的胰島B細胞能分泌胰島素調(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。 基因工程的別名 基因拼接技術(shù)或DNA管理費用技術(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 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

5、工具。 基因工程的操作水平是在DNA分子水平進行的，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） 棉花細胞（含抗蟲基因） 與運載體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胞內(nèi)提取。 關(guān)鍵步

6、驟二：抗蟲基因與運載體DNA拼接。 關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進入棉花細胞。 學(xué)習探究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 ① 分布：主要在微生物中 ② 作用特點：特異性，即識別特定的核苷酸序列，切割特定的切點。 ③ 結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端（堿基互補配對）。 播放投影幻燈片的實例。 限制酶切割DNA分子示意圖 C ︱ G A A T T G ︱ C T

7、 T A A ︱ ︱ ︱ ︱ 黏性末端 T T A A G | C C ︱ G A A T T （2）“分子縫合針”又叫基因針線——DNA連接酶 ① 連接部位：磷酸二酯鍵。 DNA連接酶作用示意圖 C ︱ G A A T T G ︱ C T T A A ︱ ︱ ︱ ︱ ② 結(jié)果：兩個相同的黏性末端的連接。 學(xué)習探究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

8、斷幾個磷酸二酯鍵？ （3）“分子運輸車”又叫基因的運輸工具——基因進入受體細胞的載體 ① 作用：將外源基因送入受體細胞。 ② 具備的條件：能在宿主細胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存；具有多個限制酶切點；具有某些標記基因。 ③ 種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。 ④ 質(zhì)粒的特點： 質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體； 最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒； 是細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菌染色體的1% 左右； 存在于許多細菌及酵母菌等微生物中； 質(zhì)粒的存在對宿主細胞生存沒有決定 性的作用； 質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細胞內(nèi)完成。 （自身細胞中也可）

9、 學(xué)習探究4： 1、質(zhì)粒上會存在某些標記基因，這些標記基因有什么用途？ 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)資料進行學(xué)習探究，效果較好。但學(xué)生在質(zhì)粒的認識上還有待進一步提高。下節(jié)課應(yīng)重新啟發(fā)學(xué)生復(fù)習有關(guān)知識，提高學(xué)生的認知能力。 [第二課時]基因工程的基本操作程序 一、復(fù)習鞏固，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

10、？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、基因的運輸工具是什么？ 6、運載體必須具備的條件是什么？最常用的運載體是什么？ 7、質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)是什么？ 學(xué)習探究1：有了基因操作的工具后，對基因是如何進行操作的呢？ 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。 ① 舉例說明什么是目的基因？ ② 從供體細胞DNA中直接分離基因的方法叫什么？ ③ 人工合成基因的方法有幾種？其操作過程分別是怎樣的？ ④ 將目的基因與用限制內(nèi)切酶處理后的運載體混合并用DNA連接酶

11、處理后會出現(xiàn)幾種結(jié)果？ ⑤ 將目的基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入細胞受體細胞的過程常用哪種化學(xué)試劑？其目的是什么？ ⑥ 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)知識點上的共鳴。 （1）目的基因的提取： ① 途徑：從供體細胞的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：操作簡單。缺點：操作量大，盲目性大 ③ 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 供體細胞中

12、DNA 限制酶 許多DNA片段 載入 運載體 導(dǎo)入 受體細胞 外源DNA擴增 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

13、組DNA分子（重組質(zhì)粒） （2）目的基因與運載體結(jié)合： 學(xué)習探究：目的基因與運載體的結(jié)合的結(jié)果可能有向種情況？ 受體細胞：細菌 氯化鈣 細胞壁的通透性增大 重組質(zhì)粒進入受體細胞 目的基因隨受體細胞的繁殖而復(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細胞： 導(dǎo)入方法：借鑒細菌或病毒侵入細胞的途徑。 導(dǎo)入過程：運載體為質(zhì)粒，受體細胞為細菌。 （4）目的基因的檢測和表達： 引導(dǎo)學(xué)生生教材的有關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生明確檢測與表達的區(qū)別，并可按以下形式歸納。 檢測：通過檢測標記基因的有無來判斷目的基因是否導(dǎo)入。

14、 表達：通過特定性狀的產(chǎn)生與否來確定目的基因是否表達。 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、難點是理清目的基因?qū)胧荏w細胞及是否已導(dǎo)入、導(dǎo)入后是否得到了表達。通過學(xué)習探討，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)，這將運用練習來進一步加以鞏固。 [第三課時] 基因工程的應(yīng)用 復(fù)習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

15、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

16、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。 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： 1． 環(huán)境監(jiān)測：運動DNA分子雜交的方法進行檢測。 特點：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。但有極個

17、別的學(xué)生對資料的收集不夠，仍需進一步引導(dǎo)。 第二節(jié) 蛋白質(zhì)工程的崛起 教學(xué)目標 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.嘗試運用逆向思維分析和解決問題。 教學(xué)重點和難點 1.教學(xué)重點 （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：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，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

18、力不從心了?；蚬こ痰恼Q生，為克服這一遠緣雜交的障礙問題，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。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。為了加深這一點的認識，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)運而生了。 2.建議加強與已

19、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)習舊課，導(dǎo)出新課題： 學(xué)習探究： 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)生認真閱讀課文中的材料，

20、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)習探究： 1、對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，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：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，再進行轉(zhuǎn)錄和翻譯得到所需蛋白質(zhì)。 3、蛋白

21、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

22、類生活中的實際應(yīng)用及進展情況。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

23、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)提供了藍圖。分子遺傳學(xué)的以定點突變?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

24、面舉一個如何通過蛋白質(zhì)工程來提高重組β-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在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的β-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)，β-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，通過基因定點突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的β-干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然β-干擾素

25、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 細胞工程 第一節(jié) 植物細胞工程 教學(xué)目標 1．知識方面： （1） 細胞的全能性。 （2） 植物細胞工程的主要技術(shù)——植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交。 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、植物體細胞雜交技術(shù)所取得的進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)習使學(xué)生達到用發(fā)展的眼光看問題

26、、分析問題，勇于開拓、推陳出新。 （2） 在植物細胞工程兩在技術(shù)的學(xué)習中，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： 1．植物組織培養(yǎng)的原理和過程。 2．植物體細胞雜交的原理。 3．植物細胞工程應(yīng)用的實例。 教學(xué)難點：植物體細胞雜交 教學(xué)方法：探究法、談話法、講授法相結(jié)

27、合。 具體教學(xué)思路： 1．課前布置預(yù)習； 2．溫故知新，復(fù)習細胞全能性理論。 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)習中出

28、現(xiàn)的問題（見課件） 一．細胞的全能性： 1． 概念： 2． 實例： 3． 形成原因：細胞內(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、認真預(yù)習的基礎(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、組織或細胞如果不進行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整的植物體？ 3． 決定植物細胞脫分化、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

29、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，細 胞不能表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的 組織、器官。當已分化的植物細胞、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胞團），再 在植物激素等誘導(dǎo)下發(fā)生再分化，才能表達 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 劑時進行的過程屬于植物組織培養(yǎng)嗎？（前者 為植物細胞培養(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。） 2．20世紀60年代，有的科學(xué)家提出

30、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胞，下一步該對此細胞做何種處理？ （4）如何將雜種細胞培育成雜種植株？ 組織學(xué)生分小組討論、分析，得出相關(guān)結(jié)論。 三．植物體細胞雜交： 1．概念：用兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的方法。 過程 原生質(zhì)

31、體制備： 用酶解法去除細胞壁。 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） 機械法、生理法、遺傳法 雜種細胞的篩選和培養(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：植物細胞雜交是從細胞融合開始，到培育成的新植物體結(jié)束。 3．過程： 4.優(yōu)點：克服遠緣雜交不親和的障礙，擴大雜交親本范圍，培養(yǎng)新品種。 課堂小結(jié)：細胞全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)，而植物組

32、織培養(yǎng)又是植物體細胞雜交的技術(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)習本節(jié)知識，使學(xué)生了解了植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交的進展情況和前景，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]植物細胞工程的實際應(yīng)用 學(xué)習探討：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→體細胞胚的誘導(dǎo)→體細胞胚的成熟→體細胞胚的機械化包裹→貯藏或種植 3.請查閱相關(guān)文獻，設(shè)計出一種植物花藥組織培養(yǎng)和

33、染色體加倍的實驗流程。 花藥花粉細胞培養(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)來進行工廠化育苗生產(chǎn)，這是利用了該項技術(shù)的哪些特點？ 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，想一想它們具有哪些優(yōu)點？ 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、植物細胞工程的實

34、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：見資料 課后記：略 [知識拓展] 1.什么是細胞全能性? 細胞全能性（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：“細胞全能性為細胞的某種特征，有這種能力的細胞保留形成有機體所有細胞類型的能力”。這個定義比一般所說的概念“一個細胞中包含著這種生物的全部遺傳信息（基因），在適當?shù)?/p>

35、條件下可以發(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)細胞再生成植株的情況（分化成各種類型的細胞，并以一定形式構(gòu)建成植物），同時也包含了培養(yǎng)細胞生產(chǎn)次生代謝物的情況（不分化或只分化成某種類型細胞，但仍留著分化為其他細胞類型的能力）。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

36、蘭特（Haberlandt）提出高等植物的器官和組織可以不斷地分割，直至單個細胞的觀點，預(yù)言植物體細胞在適宜的條件下，有發(fā)育成完整植株的潛力，提出了植物細胞全能性的設(shè)想，并且用植物細胞組織進行了培養(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《植物細胞離體培養(yǎng)實驗》，論文中提出的植物細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胞證實了植物細胞的全能性，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“植物細胞在適宜條件

37、下，有發(fā)育成完整植株的潛力”中的適宜條件。 20世紀60年代以后，植物組織培養(yǎng)進入了迅速發(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)量分數(shù)為0.5 mg/L的6-BA和質(zhì)量分數(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)量分數(shù)為2mg/L的KT和質(zhì)量分數(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)量分數(shù)為0.1 mg/L的NAA ［注］：MS

38、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。分化細胞在細胞周期中是處于一 種相對靜止狀態(tài)的細胞（G0期細胞），脫分化是要打

39、破這種狀態(tài)，使細胞進入細胞周期中的G1期，并沿著G1期→S期→G2期→M期的循環(huán)進行細胞分裂，形成愈傷組織。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)細胞周期受基因調(diào)控，一種稱為編碼細胞周期依賴性激酶CDK（cycilin dependent kinase）的基因和一種細胞周期蛋白（cyclin）可能與植物細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。分化細胞脫分化后細胞結(jié)構(gòu)有兩點明顯的變化：一是在細胞內(nèi)出現(xiàn)液泡蛋白；二是葉綠體轉(zhuǎn)變成原質(zhì)體。 當細胞脫分化形成愈傷細胞后，經(jīng)過一段時期的分裂，細胞群體變成不是一

40、 種細胞類型的均一群，又會產(chǎn)生分化，形成分生細胞或分生細胞團，由此再生成植株有兩條途徑：一是形成體細胞胚（功能類似于受精過程產(chǎn)生的胚），通過體細胞胚形成再生植株。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

41、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）由懸浮細胞培養(yǎng)產(chǎn)生。 對胚狀體的基本要求是：①播種后能快速出苗；②根和芽幾乎同時生長，不 產(chǎn)生愈傷組織；③同步化程度高；④活力強；⑤形成的幼苗的形態(tài)與生長要正常。 “外面包被著特定的物質(zhì)”是指人工種皮，制作人工種皮的材料有海藻

42、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)濟價值的植物產(chǎn)生胚狀體 能力弱，難以形成同步化的有強活力的胚狀體；成本較高；運輸貯藏以及機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

43、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)致品種的嚴重退化、減產(chǎn)和降低品質(zhì)。利用植物分生組織進行培養(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)濟林木和無性繁殖作物上已得到廣泛應(yīng)用。 8.植物體細胞雜交的過程是怎樣的？ 體細胞雜交是克服植物有性雜交不親和性、打破物種之間的

44、生殖隔離、擴大 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、雜種細胞篩選、雜種細胞培養(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胞壁分解掉，只 留下細胞膜（質(zhì)膜）包裹著細胞內(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，其中含有兩個細胞核。在細胞工程中一般是誘導(dǎo)融合，形成的融合細胞中所含有的兩個細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胞進一步產(chǎn)生核融合，進行第一次有絲分裂。雜種細胞的篩選方法有：①細胞系

45、互補的選擇方法，包括葉綠素缺失互補、營養(yǎng)缺陷互補和抗性互補等；②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；③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胞的情況，有時無法選擇，就不加選擇地進行培養(yǎng)和再生成植株，然后對再生植株的雜種性狀進行鑒定。雜種細胞培養(yǎng)方法與原生質(zhì)體的培養(yǎng)方法相似。體細胞雜種的鑒定方法有：①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；②細胞學(xué)鑒定。雜種植株細胞中的染色體數(shù)目是否比任何一方

46、親本細胞中的染色體數(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胞學(xué)方法進行鑒定；③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；④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）、隨機擴增多態(tài)性（RAPD）和擴增片段長度多態(tài)性（AFLP）等。 值得注意的是體細胞雜交尚存在一些問題：①親緣關(guān)系越遠，染色體排斥丟 失的現(xiàn)象就越嚴重；②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；③有時缺乏選

47、擇雜種細胞的有效方法。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)體聚集促進融合，但PEG誘導(dǎo)融合的真正機制目前并不清楚。 物理融合的機制：常用方法為電融合法。此法是先將兩種原生質(zhì)體以適當?shù)?

48、 比例混合成懸浮液，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胞內(nèi)人參皂甙含量高的細胞株作為種質(zhì)，其中一部分作為保存用，以備下一次生產(chǎn)用，一部分進行發(fā)酵生產(chǎn)。 第二步，將第一步選擇到的細胞株在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進行液體培 養(yǎng)，增加細胞數(shù)量。 第三步，將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細胞進行破碎，從中提取人參皂甙。 第二節(jié) 動物細胞工程 教學(xué)目標

49、1．知識方面： （1） 動物細胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)。 （2） 簡述通過動物體細胞核移植技術(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） 由植物體細胞雜交技術(shù)導(dǎo)出動物細胞融合過程，培養(yǎng)學(xué)

50、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)的認識模式，以發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性能力。 教學(xué)重點和難點： 1.教學(xué)重點 （1）動物細胞培養(yǎng)的過程及條件。 （2）用動物體細胞核移植技術(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 （1） 用動物體細胞核移植技術(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、資料等手段進行教學(xué)。 教學(xué)課時：3課時（含鞏固練習及講評） 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

51、關(guān)提出問題。 1．植物細胞工程常用的技術(shù)手段有哪些？ 2．動物細胞工程常用的技術(shù)手段有哪些？ 3．動物細胞培養(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胞培養(yǎng)材料？ 5．為什么培養(yǎng)前要將組織細胞分散成單個細胞？ 6．為什么選用胰蛋白酶做上述處理？ 7．培養(yǎng)的細胞為何貼壁生長？ 8．如何界定原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)以及細胞株和細胞系？ 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，進行小組分析討論，在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上引出動物細胞工程常用的技術(shù)。 知識要點： 動物胚胎或幼 齡的器官組織 剪碎 胰蛋白酶

52、單細胞群 加培養(yǎng)液 細胞懸浮液 原代培養(yǎng) 傳代培養(yǎng) 細胞株 遺傳物質(zhì)改變 傳代培養(yǎng) 細胞系 （培養(yǎng)條件下無限傳代） 動物細胞培養(yǎng)的過程 細胞懸浮液 10代細胞 原代培養(yǎng) 50代細胞 細胞株 傳代培養(yǎng) 細胞系 細胞株和細胞系的界定 一、動物細胞的培養(yǎng) 1．動物細胞培養(yǎng)液的成分：葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清等。 2．動物細胞培養(yǎng)液的特點：液體培養(yǎng)基、含動物血清 3．動物細胞培養(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．

53、動物細胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用： 學(xué)習探討：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：利用動物細胞培養(yǎng)技術(shù)中的細胞貼壁生長和接觸抑制的特點，可用燒傷病人自己的健康皮膚細胞培養(yǎng)出大量的自身薄層皮膚細胞，以供植皮所需。 二．動物體細胞核移植技術(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：細胞核移植技術(shù)中能用作受體細胞的通常有MII期卵母細胞和受精卵（合子）。早期核移植技術(shù)中常用受精卵，后來基本上用MII期卵母細胞取代了受精卵，主要因為兩者的細胞質(zhì)環(huán)境不同。有人認為重組需要的因子存在于MII期卵母細胞的胞質(zhì)中，而在原

54、核形成時這些因子已被降解或用光，因此，原核擴張后受精卵去核可引起胞質(zhì)中重組因子缺乏。成熟促進因子（MPF）是卵母細胞細胞質(zhì)中重要的胞質(zhì)影響因子，MPF的活性在卵母細胞減數(shù)分裂的MI期和MII期達到最高，受精或激活后，MPF迅速滅活，因此，MII期卵母細胞中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期卵母細胞細胞核、細胞質(zhì)已成熟，而MI卵母細胞細胞核、細胞質(zhì)尚未成熟，其細胞質(zhì)不能支持胚胎的全程發(fā)育，因此，盡管MI期卵母細胞MPF活性也高，但不能用作受體卵母細胞。 也有人認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

55、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：將一種生物的細胞核移植到另一種去核或不去核生物的細胞質(zhì)中，發(fā)育成雜合新個體的方式。 2．特點：主要是指不同種的細胞的拆合，新個體具備雙親的遺傳特性。 鯽魚卵細胞 無核細胞 鯉魚囊胚細胞 細胞核 無核細胞 組裝細胞 鯉鯽魚 細胞核 3．過程： 4．克隆：主要指同種細胞的拆合過程。 5

56、．動物體細胞核移植技術(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 植物細胞培養(yǎng) 動物細胞培養(yǎng) 課后記： 本節(jié)課的要點在于動物細胞培養(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用。 [第二課時]動物細胞融合與單克隆抗體 教學(xué)過程： 復(fù)習舊課，導(dǎo)入新課： 復(fù)習兩種細胞工程常用的技術(shù)手段，引出動物細胞工程的其他技術(shù)。 三．

57、動物細胞融合： 教師活動：啟發(fā)學(xué)生回憶植物體細胞雜交過程，并引導(dǎo)學(xué)生大膽推測：動物細胞融合與植物體細胞雜交過程有何不同？動物細胞融合相當于植物體細胞雜交過程的哪一步？ 學(xué)生活動：分析、討論并得出結(jié)論：動物細胞融合相當于植物體細胞雜交的原生質(zhì)融合過程。 引導(dǎo)學(xué)生閱讀資料后，師生共同總結(jié)： 動物細胞融合與植物體細胞雜交的原生質(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)：細胞的全能性； 2．原理：細胞膜的流動性； 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

58、（不感染細胞） 保留融合活性（誘導(dǎo)細胞融合） 課件展示動物細胞融合的過程。 教師活動： 1．動物細胞之間或動物與人細胞之間都可以進行融合，產(chǎn)生的融合細胞有多少種？ 2．動物細胞融合技術(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．能否用動物細胞融合的方法，使體內(nèi)的效應(yīng)B細胞產(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

59、文： 1．為什么選用小鼠骨髓瘤細胞與B淋巴細胞融合呢？ （參考：細胞同源性越近，融合的雜種細胞越易成活。） 2．骨髓瘤細胞是癌細胞嗎？（參考：有無限增殖能力即失去凋亡機制和接觸抑制等的細胞為腫瘤細胞；而具有轉(zhuǎn)移能力的腫瘤細胞為癌細胞。） 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胞，第二次篩選才能得到單一雜交瘤細胞。） 4．雜交瘤細胞在小鼠腹腔內(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。 四．單克隆抗

60、體： 1．概念：由單個B淋巴細胞進行無性繁殖形成的細胞系所產(chǎn)生出的化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強的抗體。 2．特點：化學(xué)性質(zhì)單一，特異性強，靈敏度高。 （1）獲得雜交瘤細胞 ① 將抗原注入小鼠體內(nèi)獲得效應(yīng)B細胞 ② 效應(yīng)B細胞與小鼠骨髓瘤細胞融合 ③ 用特定培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細胞 （2）動物細胞培養(yǎng) ① 篩選能夠產(chǎn)生所需抗體細胞群 ② 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胞抗原制備的單克隆抗體定位

61、診斷。 （2）藥物導(dǎo)向治療：運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)細胞融合的新方法——滅活的病毒；一種新細胞——雜交瘤細胞；一種優(yōu)勢——單克隆抗體的特異性強、靈敏度高的抗體）。 課后記： 本節(jié)重點要學(xué)生理解單克隆抗體的應(yīng)用前景。通過學(xué)習，學(xué)生對單克隆抗體的形成原理和應(yīng)用有較深刻的認識，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。但對雜交瘤細胞的篩選，還有點不很明確。下節(jié)課前以復(fù)習形成展示附件來補充。 附件： 雜交瘤細胞分離的基本原理 骨髓瘤細胞缺少次黃嘌呤鳥嘌呤磷

62、酸核糖轉(zhuǎn)化酶（HGPRT酶）和胸腺嘧啶激酶（TK酶），運用培養(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：主要途徑和補償途徑。 1、當氨基蝶呤存在時，主要途徑將被阻斷，就由補償途徑合成核酸。 2、由于骨髓瘤細胞中缺少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、只有雜交瘤細胞具有壽命長又能經(jīng)補償途徑合成核酸而繁殖。 核酸生物合成的主要途徑與補償途徑 DNA RNA 主要的生 物合成途徑 補償途徑 HGPRT TK酶 胸腺嘧啶 氨 基蝶呤 次黃嘌呤

63、 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 1．知識目標： （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。 （3）認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。

64、 （2） 通過學(xué)習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、難點： 1.教學(xué)重點 （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 （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。 教學(xué)方法：以探究法、談話法和講授法相結(jié)合進行教學(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“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——進行實

65、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)

66、育的起點是什么？（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：通過細胞分裂、細胞分化、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1~2只羊羔，遠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制；其二，在自然條件下，精子從射精部位運行到受精部位，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。最后到達受精部位（輸卵管）的精子只剩百余個，