【课件】细胞工程单元复习课件 高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或者组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。第2章细胞工程选择性必修三生物技术与工程单元复习01020304内容结构核心素养基础梳理对接高考CONTENTS目录一、内容结构二、核心素养（一）生命观念学生通过前面课程的学习，初步形成了结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观等生命观念。本章教材侧重于引导学生运用生命观念来理解细胞工程及其相关技术的原理。例如，教材在“动物细胞工程”一节中介绍动物细胞培养的条件时指出，动物机体提供了充足的营养、稳定的内环境等适宜的条件，才能使体内的细胞维持正常的生命活动，这体现了稳态与平衡观。运用这一观念学生就不难理解为什么体外培养细胞需要提供适合它生长的环境条件，如适宜的温度、pH、气体环境等。教材在介绍植物组织培养、动物细胞培养等技术时，都提到人工提供适宜的营养基质(培养基)可以满足它们的生长需求，这体现了生命的物质性，运用物质观可以帮助学生认识和理解。动物体细胞核移植技术的原理体现了细胞的结构对其功能的影响，可以让学生运用结构与功能观来理解。另外，教材还注意引导学生运用生命观念解决生物技术和工程问题，例如、在习题中探讨了与大熊猫保护、北方白犀牛繁育有关的问题，这都涉及人与自然、人与社会协调发展的生态观的运用。二、核心素养（二）科学思维、技术思维与工程思维本章对学生科学思维的训练主要通过“思考·讨论”活动和习题来实现。例如，让学生通过分析、综合和判断，作出提高甜叶菊繁育效率的决策;对克隆羊早衰问题的探讨，引导学生认识到科学结论的得出基于事实、证据、科学推理和论证;针对如何提高青蒿素类药物产量的问题，教材提供了多条信息，开阔学生的思路，让他们从不同角度去分析、判断，提出解决问题的思路并作出决策等。二、核心素养（二）科学思维、技术思维与工程思维本章主要通过引导学生运用技术思维解决问题来训练他们的技术思维。例如，“动物细胞工程”和“胚胎工程”两节的习题中让学生选择使野驴“复生”的可行方案、思考可以运用哪些现代生物技术人工繁育北方白犀牛等都涉及技术思维的运用。二、核心素养（二）科学思维、技术思维与工程思维在发展工程思维方面，本章教材正文中有体现工程思维的内容，节后有培养学生工程思维的习题。工程思维是人类在工程实践过程中所进行的思维活动。根据工程实践的不同阶段，有人将工程思维的内在结构简化为工程设计阶段的思维、工程实施阶段的思维和工程消费阶段的思维。教材介绍了米尔斯坦和科勒创造性地设计了制备单克隆抗体的实验方案，这体现了工程设计阶段思维的创造性。教材提到，胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用，之后科学家培养出了应用前景优于胚胎干细胞的iPS细胞。这些内容体现了工程进入消费应用阶段，就会受到大众对其效益、安全性等方面的检验和评价。工程思维是一种以系统分析和比较权衡为核心的筹划性思维。本章有习题提到，针对濒危物种大熊猫的保护问题，有不同的解决办法，让学生通过分析比较，提出自己的看法，这有利于他们发展比较权衡的思维。二、核心素养（三）科学探究本章安排的“探究·实践菊花的组织培养”是实验类的活动，让学生在课后尝试制作“手指植物”是以获得产品为目的的活动，两者都有利于培养学生的实践和创新能力。在探究实践活动的最后，教材还提出了可以进一步探究的问题，这体现了学习的开放性，学生可以迁移、借鉴相关的实验原理和操作步骤，设计方案，完成自主探究。（四）社会责任本章介绍了大量细胞工程技术解决生产、环境保护及人类健康问题的实例，有利于学生建立科学技术观，使他们认识到社会的进步离不开科学技术的发展，从而激发他们学习科学技术的热情，培养运用科学技术造福人类的社会责任感和使命感。教材中还指出了技术应用可能存在的一些伦理问题，引导学生认识到要理性地运用生物技术。前面提到的本章习题中对大熊猫保护、北方白犀牛繁育有关问题的探讨，则可以让学生意识到生物多样性是人类可持续发展的重要基础，保护生物多样性是全人类的责任。（1）细胞工程的概念原理和方法细胞生物学、分子生物学和发育生物学操作水平

、细胞或

水平目的获得特定的

或其产品分类植物细胞工程和动物细胞工程细胞器组织细胞、组织、器官、个体三、基础梳理（一）植物细胞工程1.植物组织培养技术（2）植物细胞的全能性定义细胞经分裂和分化后，仍然具有

或______

的潜能原因生物体的每个细胞中都含有发育成完整个体所需的_____________大小比较(1)受精卵>生殖细胞>体细胞；(2)分化程度低的细胞>分化程度高的细胞；(3)植物细胞>动物细胞体现利用植物的一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，都可以繁殖出新的植株产生完整生物体分化成其他各种细胞全套基因三、基础梳理未表现及原因

表现条件离体、营养物质、激素、适宜的温度和pH在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会______________选择性地表达（2）植物细胞的全能性三、基础梳理①概念：将离体的

等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成

的技术。②理论基础：植物细胞的

。植物器官、组织或细胞完整植株全能性三、基础梳理（3）植物组织培养技术Ⅰ脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的

，转变成

的细胞，进而形成愈伤组织的过程。Ⅱ愈伤组织：脱分化产生的

团块。Ⅲ再分化：愈伤组织重新分化成

等器官的过程。结构和功能③基本过程外植体(离体培养的_______________________________芽、根完整植株―→植物器官、组织或细胞愈伤组织未分化不定形的薄壁组织芽、根制备外植体消毒：切割：（无菌操作）酒精30s无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min材料：幼嫩的菊花茎段2-3次无菌水洗④探究实践——菊花的组织培养接种到诱导愈伤组织培养基脱分化（避光）产生愈伤组织超级工作台无菌操作④探究实践——菊花的组织培养诱导生根诱导生芽接种到诱导生根培养基接种到诱导生芽培养基若先生根后面就不易生芽④探究实践——菊花的组织培养移栽培养室④探究实践——菊花的组织培养（1）过程Ⅰ.过程①为去除

获得原生质体，用到的酶是

和

。Ⅱ.过程②为

的融合，人工诱导的物理法包括

、______等，化学法包括

、高Ca2＋—高pH融合法等。Ⅲ.过程③为融合的原生质体再生出

，这是原生质体融合成功的标志。Ⅳ.过程④为

，过程⑤为

。细胞壁纤维素酶果胶酶原生质体电融合法离心法聚乙二醇(PEG)融合法细胞壁脱分化再分化三、基础梳理2.植物体细胞杂交技术⑵概念植物体细胞杂交是指将

的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成

的技术。⑶意义植物体细胞杂交技术在打破

，实现

杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。⑷实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草、多种柑橘属不同种间的杂种植株。⑸局限性：目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。不同来源新植物体生殖隔离远缘⑴植物繁殖的新途径高效、快速地实现种苗的大量繁殖保持优良品种的遗传特性三、基础梳理3.植物体细胞杂交技术植物顶端分生区附近(如茎尖)⑵作物新品种的培育项目单倍体育种突变体的利用原理染色体变异__________优点明显缩短育种年限产生新基因，大幅度改良某些性状过程

基因突变单倍体三、基础梳理⑶细胞产物的工厂化生产(1)次生代谢物①概念：不是植物基本的生命活动所

的产物，是一类小分子有机化合物。②种类：酚类、萜类和含氮化合物等。(2)生产的技术手段：

技术。(3)优点：

。(4)实例：人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已实现了工厂化生产。必需植物细胞培养生产速度快三、基础梳理（1）动物细胞培养的概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成_____

，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞

的技术。单个细胞生长和增殖三、基础梳理（二）动物细胞工程1.动物细胞培养（2）动物细胞培养的条件营养条件无菌、无毒的环境无毒、pH和渗透压气体环境糖类、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、微量元素等营养物质，此外通常还需要血清等一些天然成分1.培养液和培养用具进行灭菌处理2.在无菌环境下操作3.定期更换培养液，清除代谢物哺乳动物细胞培养的温度多以（36.5±0.5）℃为宜，多数动物细胞生存的适宜pH为7.2-7.41.95%的空气：其中O2是细胞代谢所必需的。2.5%的CO2：维持培养液的pH三、基础梳理（3）动物细胞培养的过程胰蛋白酶原代培养传代培养动物胚胎或幼龄动物的组织、器官细胞悬浮液10代细胞50代细胞无限传代单个细胞加培养液三、基础梳理种类胚胎干细胞成体干细胞诱导多能干细胞来源__________骨髓、脐带血和外周血体细胞(如成纤维细胞等)特点能分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的组织和器官甚至______分化成_________________能诱导分化成类似

的细胞应用分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等造血干细胞用于治疗白血病；神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等治疗小鼠的镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等（4）干细胞培养及其应用早期胚胎个体特定的细胞或组织胚胎干细胞三、基础梳理（1）动物细胞融合技术三、基础梳理2.动物细胞融合技术与单克隆抗体Ⅰ概念使两个或者多个动物细胞结合形成一个细胞的技术Ⅱ方法PEG融合法、电融合法和灭火病毒诱导法等Ⅲ结构基础细胞膜的流动性Ⅳ结果形成具有原来两个或者多个细胞遗传信息的杂交细胞Ⅴ意义突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能；成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段，为制造单克隆抗体开辟了新途径（2）单克隆抗体的制备抗体―→血清②缺点：产量低、

低、

差。纯度特异性三、基础梳理a.传统抗体的获得①方法b.单克隆抗体的制备及优点①制备过程三、基础梳理注射特定的抗原多种B淋巴细胞培养骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合多种杂交细胞诱导融合b.单克隆抗体的制备及优点①制备过程三、基础梳理杂交瘤细胞（既可以大量增殖又能产生抗体）抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞（分泌的抗体能和特定的抗原结合）注射到小鼠腹腔内体外培养单克隆抗体单克隆抗体的优点a.能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生

结合(特异性强、灵敏度高)。b.可以

制备。单克隆抗体的应用①被广泛用作

试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。②运载

，形成抗体—药物偶联物，实现对肿瘤细胞的

杀伤。③用于

。大量诊断药物选择性治疗疾病特异性a.概念将动物一个细胞的

移入去核的

中，使这个重新组合的细胞发育成

，继而发育为

的技术。b.原理：

。c.类型：哺乳动物核移植可分为

核移植和

核移植，其中

核移植较易成功。细胞核卵母细胞新胚胎动物个体动物体细胞核具有全能性胚胎细胞体细胞胚胎细胞三、基础梳理3.动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)动物细胞核移植技术的概念和类型（以体细胞克隆牛为例）采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到MⅡ期从供体高产奶牛取体细胞

显微操作去核（实际上是去除纺锤体-染色体复合物）

动物细胞培养将供体细胞注入去核卵母细胞(2)体细胞核移植的过程电融合法使两细胞融合供体核进入卵母细胞形成重构胚激活重构胚使其完成细胞分裂和发育进程早期胚胎用物理或化学方法：（如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂）将胚胎移入（受体）代孕母牛生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛（克隆牛）（以体细胞克隆牛为例）(2)体细胞核移植的过程(3)体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题前景畜牧业加速家畜

进程、促进优良畜群繁育医药卫生①作为

生产医用蛋白；②

的细胞、组织或器官可以用于异种移植；③人核移植

经过诱导分化形成相应的细胞、组织或器官，可用于器官移植遗传改良生物反应器转基因克隆动物胚胎干细胞三、基础梳理前景科学研究①研究克隆动物可使人类更深入地了解

及衰老过程；②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析

；③克隆特定疾病模型的动物，为研究

和开发相应的药物提供帮助保护濒危物种增加濒危物种的存活数量问题①成功率

；②绝大多数克隆动物存在

问题，表现出________________胚胎发育致病基因致病机制非常低健康遗传和生理缺陷三、基础梳理（三）胚胎工程1.胚胎工程的理论基础（1）胚胎工程的概念胚胎工程指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。操作对象技术手段目的实质：在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。a.概念：精子与卵子结合形成

(即受精卵)的过程。b.场所：哺乳动物的受精在

内完成。合子输卵管（2）受精三、基础梳理1.胚胎工程的理论基础c.过程

胚胎发育早期有一段时间是在透明带内进行的，细胞有丝分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，或略有缩小。由32个全能细胞构成的致密细胞团。①卵裂②桑椹胚（3）胚胎早期发育三、基础梳理1.胚胎工程的理论基础胚胎的进一步发育，开始出现细胞分化胚胎的内部出现了含有液体的囊腔——囊胚腔。囊胚进一步扩大，最后会导致透明带的破裂。③囊胚囊胚孵化后，再进一步发育，内细胞团出现胚层分化内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层。由内胚层包围的囊腔叫原肠腔。外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体④原肠胚（3）胚胎早期发育三、基础梳理1.胚胎工程的理论基础(1)概念：囊胚进一步扩大，会导致

破裂，胚胎从其中伸展出来的过程。(2)意义：如果不能正常孵化，胚胎就

。透明带无法继续发育(4)孵化三、基础梳理1.胚胎工程的理论基础三、基础梳理2.胚胎工程技术及其应用(1)体外受精a.过程b.意义是提高动物繁殖能力的有效措施，可以为胚胎移植提供可用胚胎。a.概念指将通过_____________________得到的胚胎，移植到_______、____________的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。体外受精及其他方式同种的生理状态相同b.胚胎来源体外受精及其他方式得到的胚胎（体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等）c.供体和受体供体：提供胚胎的个体遗传性状优良，生产能力强产生具有优良遗传特性的胚胎选择标准：职能：受体：接受胚胎的个体选择标准：职能：有健康体质和正常繁殖能力承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务三、基础梳理2.胚胎工程技术及其应用（2)胚胎移植d.过程优良公牛（遗传性状优良，生产能力强）受体母牛（有健康体质和正常繁殖能力）具有优良性状的后代进行同期发情处理超数排卵受体发情发情配种或人工授精移植胚胎收集胚胎并检查对受体进行妊娠检查正常繁殖或两三个月后进行另一次移植三、基础梳理（2)胚胎移植优良供体母牛(1)可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力(2)大大缩短了供体本身的繁殖周期(3)对供体施行超数排卵处理后，可增加后代数量e.实质早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移f.意义g.地位胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。受体供体三、基础梳理2.胚胎工程技术及其应用（2)胚胎移植采用__________将__________切割成_______________________等，经移植获得___________________的技术。a.概念：机械方法早期胚胎2等份、4等份或8等份同卵双胎或多胎体视显微镜显微操作仪b.适合分割的胚胎：发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚注：分割囊胚时，要将内细胞团均等分割c.主要仪器设备：体视显微镜、显微操作仪分割工具:分割针或分割刀三、基础梳理2.胚胎工程技术及其应用（3)胚胎分割d.胚胎分割的优点①可以促进优良动物品种的繁殖②产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料③在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义e.胚胎分割的局限性实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。另外，还存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题。三、基础梳理2.胚胎工程技术及其应用（3)胚胎分割四、对接高考1.(2023·浙江省·历年真题)在家畜优良品种培育过程中常涉及胚胎工程的相关技术。