第三节
动物的克隆
一、关于动物细胞工程的一些问题讨论:
1、用胰蛋白酶处理细胞以获得单个细胞的过程中胰蛋白酶是怎么起作用的?胰蛋白酶为什么不会把细胞消化掉?
答:细胞外含有多种胞外蛋白,如胶原蛋白等
( http: / / www.21cnjy.com ),使细胞间或细胞与培养瓶内壁粘连起来。胰蛋白酶有消化作用,胰蛋白酶处理动物组织,可以使动物组织细胞间的胶原纤维和细胞外的其他成分酶解,获得单个细胞。处理时间长了的话胰蛋白酶对细胞也是有损害的,胰蛋白酶的处理时间一般控制在一分钟左右,不然所处理的组织细胞就会死亡。
2、动物细胞培养液中加血清的作用是什么?
答:由于动物细胞生活的内环境还有一
( http: / / www.21cnjy.com )些成分尚未研究清楚,
所以需要加入动物血清以提供一个类似生物体内的环境,
此外动物血清中也包含了一些动物的激素和酶,
可以促进细胞的发育。
3、美国和日本的两个研究小组2007
( http: / / www.21cnjy.com )年11月20日分别发表论文,宣布成功把普通的人体皮肤细胞转化为了具备胚胎干细胞功能的新型“万能细胞”。万能细胞到底是什么细胞?它的克隆成功有什么意义?
答:两个研究小组都是从人体中提取了一种
( http: / / www.21cnjy.com )名为“纤维原细胞”的皮肤细胞,然后向其中植入4种新基因,从而制造出一种名为IPS的细胞,它具有类似胚胎干细胞的功能,能够最终培育成人体组织或器官。
“万能细胞”的意义在于它跨越
( http: / / www.21cnjy.com )了伦理障碍:干细胞是未分化的原始细胞,通常分为三类,即全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。其中,全能干细胞主要就是胚胎干细胞。如果与克隆技术相结合,胚胎干细胞便可发展成遗传特征与病人完全吻合的细胞、组织或器官,以前器官移植治疗方法中经常出现的排异反应问题因此而得到了彻底解决,血细胞、脑细胞、骨骼和内脏等都将可以更换,白血病、帕金森氏症、心脏病等顽疾也有望得到有效治疗与治愈。
一直以来,如果想要获得人类胚胎干细胞,就必须损坏人类胚胎,这一点颇受非议。这次人体皮肤细胞“直接改造”技术跨越伦理障碍。
4、利用动物细胞技术大规模生产抗体等产品的反应器是否与微生物反应器完全相同?
答:由于动物细胞与微生物细
( http: / / www.21cnjy.com )胞有很大差异,传统的微生物反应器显然不适用于动物细胞的大规模培养。所以动物细胞培养技术能否大规模工业化、商业化,关键在于能否设计出合适的生物反应器(bioreactor)。
动物细胞培养生物反应器设计的总体考虑是:
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①结构严密,能耐受蒸汽灭菌,采用对生物催化剂无害和耐蚀材料制作,内壁光滑无死角,内部附件尽量减少,以维持纯种培养需要;
②有良好的气-液接触和液-固混和性能和热量
( http: / / www.21cnjy.com )交换性能,使质量与热量传递有效地进行;
③保证产物质量和产量前提下,尽量节省能源消耗;
④减少泡沫产生,或附有消沫装置以提高装料系数,并有必要可靠的参数检测和控制仪表并能与计算机联机。
二、动物细胞大规模培养技术的操作方式
动物细胞的深层培养可分为:分批式、流加式、半
( http: / / www.21cnjy.com )连续式、连续式、连续式和灌注式五种。
1、分批式培养
是细胞规模培养发展进程中较早期采用的方式,也是其它操作方式的基础。该方式采用机械搅拌式生物反应器,将细胞扩大培养后,一次性转入生物反应器内进行培养,在培养过程中其体积不变,不添加其它成分,待细胞增长和产物形成积累到适当的时间,一次性收获细胞、产物、培养基的操作方式。
该方式的特点如下:
●操作简单。培养周期短,染菌和细胞突变的风险小。反应器系统属于封闭式,培养过程中与外部环境没有物料交换,除了控制温度、pH值和通气外,不进行其他任何控制,因此操作简单,容易掌握;
●直观反映细胞生长代谢的过程。因培养期间细胞生长代谢是在一个相对固定的营养环境,不添加任何营养成分,因此可直观的反映细胞生长代谢的过程,是动物细胞工艺基础条件或"小试"研究常用的手段;
●可直接放大。由于培养过程工艺简单,对设备和控制的要求较低,设备的通用性强,反应器参数的放大原理和过程控制,比较其它培养系统较易理解和掌握,在工业化生产中分批式培养操作是传统的、常用的方法,其工业反应器规模可达12000L。
分批培养过程中,细胞的生长分为五个阶段:延滞期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期。分批培养的周期时间多在3-5天,细胞生长动力学表现为细胞先经历对数生长期(48-72h)细胞密度达到最高值后,由于营养物质耗劫或代谢毒副产物的累积细胞生长进入衰退期进而死亡,表现出典型的生长周期。收获产物通常是在细胞快要死亡前或已经死亡后进行。
2、流加式培养(feeding culture)
流加式培养是在批式培养的基础上,采用机械搅拌式生物反应器系统,悬浮培养细胞或以悬浮微载体培养贴壁细胞,细胞初始接种的培养基体积一般为终体积的1/2~1/3,在培养过程中根据细胞对营养物质的不断消耗和需求,流加浓缩的营养物或培养基,从而使细胞持续生长至较高的密度,目标产品达到较高的水平,整个培养过程没有流出或回收,通常在细胞进入衰亡期或衰亡期后进行终止回收整个反应体系,分离细胞和细胞碎片,浓缩、纯化目标蛋白。
(1)流加培养特点:
●流加培养根据细胞生长速率、营养物消耗和代谢产物抑制情况,流加浓缩的营养培养基。流加的速率与消耗的速率相同,按底物浓度控制相应的流加过程,保证合理的培养环境与较低的代谢产物抑制水平。
●培养过程以低稀释率流加,细胞在培养系统中停留时间较长,总细胞密度较高,产物浓度较高。
●流加培养过程须掌握细胞生长动力学,能量代谢动力学,研究细胞环境变化时的瞬间行为。流加培养细胞培养基的设计和培养条件与环境优化,是整个培养工艺中的主要内容。
●在工业化生产,悬浮流加培养工艺参数的放大原理和过程控制,比较其它培养系统较易理解和掌握,可采用工艺参数的直接放大。
流加培养是当前动物细胞培养中
( http: / / www.21cnjy.com )占有主流优势的培养工艺,也是近年来动物细胞大规模培养研究的热点。流加培养中的关键技术是基础培养基和流加浓缩的营养培养基。通常进行流加的时间多在指数生长后期,细胞在进入衰退期之前,添加高浓度的营养物质。可以添加一次,也可添加多次,为了追求更高的细胞密度往往需要添加一次以上,直至细胞密度不再提高;可进行脉冲式添加,也可以降低的速率缓慢进行添加,但为了尽可能的维持相对稳定的营养物质环境,后者采用较多;添加的成分比较多,凡是促细胞生长的物质均可以进行添加。流加的总体原则是维持细胞生长相对稳定的培养环境,营养成分即不过剩而产生大量的代谢副产物造成营养利用效率下降而成为无效的利用;也不缺乏导致细胞生长抑制或死亡。
(2)流加工艺中的营养成分
主要分为三大类:
●葡萄糖:葡萄糖是细胞的供能物质和主要的碳源物质,然而当其浓度较高是会产生大量的代谢产物乳酸,因而需要进行其浓度控制,以足够维持细胞生长而不至于产生大量的副产物的浓度为佳。
●谷氨酰胺:谷氨酰胺是细胞的供能物质和主要的氮源物质,然而当其浓度较高是会产生大量的代谢产物氨,因而也需要进行其浓度控制,以足够维持细胞生长而不至于产生大量的副产物的浓度为佳;
大规模培养中细胞凋亡主要由于营养物质的耗竭或代谢产物的堆积引起,如谷氨酰胺的耗竭是最常见的凋亡原因,而且凋亡一旦发生,补加谷氨酰胺已不能逆转凋亡。另外,动物细胞在无血清、无蛋白培养基中进行培养时,细胞变得更为脆弱,更容易发生凋亡。
●氨基酸、维生素及其他:主要包括营养必需氨基酸、营养非必需氨基酸、一些特殊的氨基酸如羟脯氨酸、羧基谷氨酸和磷酸丝氨酸;此外还包括其他营养成分如胆碱、生长刺激因子。添加的氨基酸形式多为左旋氨基酸,因而多以盐或前体的形式替代单分子氨基酸,或者添加四肽或短肽的形式。在进行添加时,不溶性氨基酸如胱氨酸、酪氨酸和色氨酸只在中性pH值部分溶解,可采用泥浆的形式进行脉冲式添加;其他的可溶性氨基酸以溶液的形式用蠕动泵进行缓慢连续流加。
(3)流加式培养分为两种类型:单一补料分批式培养和反复补料分批式培养。
●单一补料分批式培养是在培养开始时投入一定量的基础培养液,培养到一定时期,开始连续补加浓缩营养物质,直到培养液体积达到生物反应器的最大操作容积,停止补加,最后将细胞培养液一次全部放出。该操作方式受到反应器操作容积的限制,培养周期只能控制在较短的时间内。
●反复补料分批式培养是在单一补料分批式操作的基础上,每个一定时间按一定比例放出一部分培养液,是培养液体积始终不超过反应器的最大操作容积,从而在理论上可以延长培养周期,直至培养效率下降,才将培养液全部放出。
3、半连续式培养
半连续
( http: / / www.21cnjy.com )式培养又称为重复分批式培养或换液培养。采用机械搅拌式生物反应器系统,悬浮培养形式。在细胞增长和产物形成过程中,每间隔一段时间,从中取出部分培养物,再用新的培养液补足到原有体积,使反应器内的总体积不变。
这种类型的操作是将细胞接种一定体积的培养基,让其生长至一定的密度,在细胞生长至最大密度之前,用新鲜的培养基稀释培养物,每次稀释反应器培养体积的1/2~3/4,以维持细胞的指数生长状态,随着稀释率的增加培养体积逐步增加。或者在细胞增长和产物形成过程中,每隔一定时间,定期取出部分培养物,或是条件培养基,或是连同细胞、载体一起取出,然后补加细胞或载体,或是新鲜的培养基继续进行培养的一种操作模式。剩余的培养物可作为种子,继续培养,从而可维持反复培养,而无需反应器的清洗、消毒等一系列复杂的操作。在半连续式操作中由于细胞适应了生物反应器的培养环境和相当高的接种量,经过几次的稀释、换液培养过程,细胞密度常常会提高。
(1)半连续式特点:
●培养物的体积逐步增加;
●可进行多次收获;
●细胞可持续指数生长,并可保持产物和细胞在一较高的浓度水平,培养过程可延续到很长时间。
该操作方式的优点是操作简便,生产效率高,可长时期进行生产,反复收获产品,可使细胞密度和产品产量一直保持在较高的水平。在动物细胞培养和药品生产中被广泛应用。
4、连续式培养
连续式培养是一种常见的悬浮培养模式,采用机械搅拌式生物反应器系统。该模式是将细胞接种与一定体积的培养基后,为了防止衰退期的出现,在细胞达最大密度之前,以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基;同时,含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出,以保持培养体积的恒定。理论上讲,该过程可无限延续下去。
连续培养的优点是反应器的培养状态可以达到恒定,细胞在稳定状态下生长。稳定状态可有效的延长分批培养中的对数生长期。在稳定状态下细胞所处的环境条件如营养物质浓度、产物浓度、pH值可保持恒定,细胞浓度以及细胞比生长速率可维持不变。细胞很少受到培养环境变化带来的生理影响,特别是生物反应器的主要营养物质葡萄糖和谷氨酰胺,维持在一个较低的水平,从而使他们的利用效率提高,有害产物积累有所减少。然而在高的稀释率下,虽然死细胞和细胞碎片及时清除,细胞活性高最终细胞密度得到提高;可是产物却不断在稀释,因而产物浓度并为提高;尤其是细胞和产物不断的稀释,营养物质利用率、细胞增长速率和产物生产速率低下。
(1)连续式培养不足:
●由于是开放式
( http: / / www.21cnjy.com )操作,加上培养周期较长,容易造成污染;
●在长周期的连续培养中,细胞的生长特性以及分泌产物容易变异;
●对设备、仪器的控制技术要求较高。
(2)连续式培养的特点:
●细胞维持持续指数增长;
●产物体积不断增长;
●可控制衰退期与下降期。
5、灌流式培养
灌流式培养是把
( http: / / www.21cnjy.com )细胞和培养基一起加入反应器后,在细胞增长和产物形成过程中,不断地将部分条件培养基取出,同时又连续不断地灌注新的培养基。它与半连续式操作的不同之处在于取出部分条件培养基时,绝大部分细胞均保留在反应器内,而半连续培养在取培养物时同时也取出了部分细胞。
灌流式培养常使用的生物反应器主要有两种形式。一种是用搅拌式生物反应器悬浮培养细胞,这种反应器必须具有细胞截流装置,细胞截留系统开始多采用微孔膜过滤或旋转膜系统,最近开发的有各种形式的沉降系统或透析系统。
中空纤维生物反应器是连续灌流操作常用的一种。它采用的中空纤维半透膜,透过小分子量的产物和底物,截流细胞和分子量较大的产物,在连续灌流过程中将绝大部分细胞截留在反应器内;近年来中空纤维生物反应器被广泛应用于产物分泌性动物细胞的生产,主要用于培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体。
另外一种形式是固定床或流化床生物反应器,固定床是在反应器中装配固定的篮筐,中间装填聚脂纤维载体,细胞可附着在载体上生长,也可固定在载体纤维之间,靠上搅拌中产生的负压,迫使培养基不断流经填料,有利于营养成分和氧的传递,这种形式的灌流速度较大,细胞在载体中高密度生长。流化床生物反应器是通过流体的上升运动使固体颗粒维持在悬浮状态进行反应,适合于固定化细胞的培养。
灌流式培养的优点:
●细胞截流系统可使细胞或酶保留在反应器内,维持较高的细胞密度,一般可达107-109/ml,从而较大的提高了产品的产量;
●连续灌流系统,使细胞稳定的处在较好的的营养环境中,有害代谢废物浓度积累较低;
●反应速率容易控制,培养周期较长,可提高生产率,目标产品回收率高;
●产品在罐内停留时间短,可及时回收到低温下保存,有利于保持产品的活性。
连续灌注培养是近年用于动物细胞培养生产分泌型重组治疗性药物和嵌合抗体及人源化抗体等基因工程抗体较为推崇的一种方式。应用连续灌流工艺的公司有Genzyme, Genetic Institute, Bayer公司等。这种方法最大困难是污染机率较高,长期培养中细胞分泌产品的稳定性,规模放大过程中工程问题。
6、细胞工厂培养
细胞工厂是一种设计精巧的细胞培养装
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丹麦NUNC公司生产的NUNC细胞工厂是目前应用较多的细胞工厂系统。可用于如疫苗、单克隆抗体或生物制药等工业规模生产,特别适合于贴壁细胞,也可用于悬浮培养,在从实验室规模进行放大时不会改变细胞生长的动力学条件,可提供1,2,10和40盘的规格使放大变得简单易行,低污染风险,节省空间,培养表面经测试保证最有利于细胞贴附和生长。同时,与NUNC的细胞工厂操作仪结合使用,可全面实现细胞培养的自动化,从而大大地减低劳动强度和密集度。
这套系统使用很方便,可产生类似塑料培养瓶的效果。由组织培养级聚笨乙烯制成,使用后可随意处理。其最大缺点是:经胰酶消化后,很难将细胞完全洗出。第二节
植物的克隆
【教学目标】
知识与能力方面:
1.简述植物细胞全能性的含义
2.简述植物组织培养的程序
3.说出植物克隆成功所需的条件
4.简述植物细胞培养和器官培养的方法和意义
5.简述植物细胞工程的概念、操作过程和应用
过程与方法方面:
通过小组合作或者自学的方法,总结植物克隆技术流程,发展合作学习和自学能力。
情感态度、价值观方面:
认同细胞生物学基础理论研究与技术开发之间的关系,体会S(科学)、T(技术)、S(社会)三者之间的相互关系。
【教学重点】
植物组织培养的理论与过程。
【教学难点】
脱分化的概念,植物体细胞杂交。
【教学方法】
讲授与自学相结合。
【教学课时】
2课时。
【教学过程】
(导入新课)师:引导学生观看课件首页的三幅图,这都是通过植物组织培养获得的试管苗。
师:为什么植物的一团组织或以个细胞就可以培育出完整的植株呢?
生:因为植物细胞具有全能性。
小组讨论以下问题,并派代表回答:
1、什么是细胞的全能性?表现全能性的条件?
细胞的全能性是指已分化的细胞仍然具有发
( http: / / www.21cnjy.com )育成完整个体的潜能,原因是生物体的每一个细胞都含有本物种的全套遗传物质,都有发育成完整个体的全套基因。
植物细胞表现出全能性的必要条件:离体、提供营养物质、激素及其他适宜条件。
2、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性,而是分化成不同的组织器官?
在生物体内,由于基因的选择性表达,细胞不能表现出全能性,而是分化成为不同的组织器官。
(提出问题)如何把植物的一个细胞培育出完整的植株呢?
(学生活动)阅读课文,师生共同绘出植物组织培养的流程图。
(总结归纳)
1.植物组织培养的过程,概括来说就是:离体的植物器官,组织或细胞脱分化形成愈伤组织,再分化根、芽,最终形成植株的过程。
这个过程中有一个关键的概念,脱分化。脱分化的是怎么发生的?
脱分化的概念:分化的细胞经诱导后,失去特有的结构功能转变成末分化的细胞的过实程。实质:是恢复细胞的全能性的过程(脱去细胞分化)。
脱分化的结果是什么?形成愈伤组织。
2.植物组织培养中用到的培养基含有
( http: / / www.21cnjy.com )丰富的营养成分,有利于培养物的生长,然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长,所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染,迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养,而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质,导致培养物迅速死亡。
植物组织培养流程图
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3.离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理,能否培养成完整的植物体?
不能,因为细胞已经分化,失去了分裂能力。
4.决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么?
植物激素的种类和比例。特别是生长素和细胞分裂素的协同调控作用在组培中非常重要,被称为“激素杠杆”。
植物组织培养一般用于植物的快速繁育,还可以用来培育脱毒植株,有时如果培育到愈伤组织就一直传代下去的话,还可以用来生产紫草素等药物。
(提出问题)
20世纪60年代,有的科学家提出这样一个
( http: / / www.21cnjy.com )设想:让番茄和马铃薯杂交,培育出一种地上结番茄果实,地下结马铃薯块茎的植物。这就要用到植物体细胞杂交技术。植物体细胞杂交技术是如何操作的?
(学生活动)阅读课文,小组合作绘出流程图并说明每一步骤的目的。
(总结归纳)
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1.两个来自不同植物的体细胞完成融合,遇到的第一个障碍是什么?
去除细胞壁。
有没有一种温和的去细胞壁的方法?
用纤维素酶和果胶酶专一性的去掉细胞壁,而不损伤原生质体。
2.以上就是植物体细胞杂交技术的第一个关键步骤,过程二关键步骤如何?
细胞壁去除之后,另一个关键关键环节就是原生质体融合,而把原生质体的放在一起是不会自然融合的,必须用到一定的技术进行人工诱导。
人工诱导的方法:
物理法:离心.振动.电激。
化学法:聚乙二醇(PFG)作诱导剂
说明:①
流程图中为了简化,仅画了一
( http: / / www.21cnjy.com )个马铃薯的原生质体与一个番茄的原生质体之间的融合,可真正在实际操作过程中,是把许多马铃薯的原生质体和许多番茄的原生质体放在一起,让它们自由融合,再从中筛选出所需的杂种细胞。②
由于不同种的细胞其细胞膜的特点不一样,如不作任何处理,把它们放在一起,让它们自然融合是不可能的,所以原生质体间的融合必须要人工诱导。
3.如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞,下一步该对此细胞做何种处理?
利用植物组织培养技术,培育成新的植物体(所以说植物组织培养技术是植物细胞工程的基础)。
4.植物体细胞杂交技术的意义如何?
克服远源杂交不亲和的障碍,培育出自然界
( http: / / www.21cnjy.com )中没有的、具有优良品质的新品种。现已有的成果:白菜-甘蓝、番茄-马铃薯等。但目前遇到的普遍问题是杂种植株的基因表达并不是完全成功的,获得的番茄-马铃薯植株并不能地上结番茄,地下结马铃薯,这说明来自异种的基因在表达时还是互相影响的,所以我们要加强基础理论的研究,弄清楚基因表达的调控机理,将来一定等得到地上结番茄,地下结马铃薯的番茄-马铃薯植株。
【板书设计】
原理:植物细胞的全能性
过程:离体→脱分化形成愈伤组织→再分裂→再分化
植物组织培养
→胚状体→植株
培养基:水、无机盐、蔗糖、植物激素(生长素和细胞
分裂素)、琼脂
应用:快速繁育、脱毒植株、生产植物性产品
植物的克隆
过程:异种植物细胞→去壁→融合→再生壁→杂种细胞
植物体细胞杂交
→植物组织培养→杂种植株
应用:打破远缘杂交不亲和的障碍,获得杂种植株
【随堂练习】
1.下列有关细胞全能性的含义,正确的是:
A.每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能
B.生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能
C.生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能
D.生物体的每个细胞都经过产生、分裂、生长、衰老、死亡的全过程
2.在生物体内,细胞没有表现出全能性,而是分化为不同的组织、器官,是因为:
A.细胞丧失了全能性
B.基因的表达有选择性
C.不同的细胞内基因不完全相同
D.在个体发育的不同时期,细胞内的基因发生了变化
3.在离体的植物器官、组织或细胞分化形成愈伤组织的过程中,下列哪一项条件是不需要的(
)
A.消毒灭菌
B.适宜的温度
C.充足的光照
D.适宜的养料和激素
4.植物体细胞杂交尚未解决的问题有(
)
A.去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体
B.将杂种细胞培育成植株
C.让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状
D.尚未培育出属间杂种植物
【布置作业】完成学案和作业本上内容。
【教学反思】
植物组织培养在必修一时就已经简
( http: / / www.21cnjy.com )单介绍过,所以学生都比较熟悉,但我们在教学中一定要注意不能仅停留在必修一的层次,对技术流程可以由学生总结,锻炼他们的自学能力,而关于分化和脱分化的原因,要从基因层次来探讨,这样就可以上升到比必修一的要求高的层次。第一节
什么是克隆
【教学目标】
知识与能力方面:
1.说出有性生殖和无性生殖的含义。
2.简述克隆的含义及在不同水平上的克隆技术的含义。
3.描述克隆技术的发展历程。
4.举例说出克隆的基本条件。
过程与方法方面:通过克隆技术的发展历程的学习,认识生物科技进步的基本规律。
情感态度、价值观方面:认同生物科技的发展,体会S、T、S三者之间的关系。
【教学重点】
克隆技术的概念,克隆技术的发展历史。
【教学难点】
克隆技术的三个水平。
【教学方法】
讲授法。
【教学课时】
1课时。
【教学过程】
(导入新课)我们在必修课中已经学过了生物的有性生殖过程,请同学们回忆一下,高等动物物如何进行有性生殖?
生答:先进行减数分裂,然后进行受精作用。
师总结:也就是说,先由雌雄亲本分别产生有性生殖细胞,之后经过两性生殖细胞的融合,合子发育为新个体。
这种有性生殖对生物的进化带来什么优势?
生答:使生物后代具有更大的变异性,更能适应多变的环境。
虽然有性生殖具有更大的优势,但是实际上,
( http: / / www.21cnjy.com )自然界还是有很多的生物进行无性生殖,在英文中有一个单词CLONE就是指的通过无性繁殖获得的群体,即无性繁殖系。
(提出问题)如何理解克隆?
(学生活动)阅读教材P18,找出克隆的三个水平的含义。
(总结归纳)克隆这个词语经过发展,现在一般可以具有三个水平的含义。
分子水平:由一个模板分子直接形成一个
( http: / / www.21cnjy.com )新一代分子,一般指DNA分子通过复制进行克隆。实际上现在所讲的基因克隆并不单单指DNA的复制,而是特指基因工程中基因的复制、分离过程。
细胞水平:一个母细胞通过细胞增殖获得子代细胞,例如,在微生物培养时,由一个大肠杆菌形成一个菌落的过程。
个体水平:特指生物个体的无性生殖过程。
(提出问题)克隆技术是什么?
(学生活动)阅读教材P18-P19,找出克隆技术的定义,并总结三个水平的克隆技术。
(总结归纳)克隆技术是指从众多的基因或细胞
( http: / / www.21cnjy.com )群体中通过无性生殖和选择获得目的基因或特性类型细胞的技术操作。或者指利用单个生物体细胞获得生物后代的过程。
克隆技术也具有三个水平的操作:
分子水平:一般包括完整的基因工程的过程,其实质是构建基因文库的过程。
“分”(分离目的基因)
“切”(切目的基因和载体)
“接”(目的基因与载体的连接)
“转”(导入受体细胞)
“筛”(筛选含有目的基因的细菌)
细胞水平:典型例子是单克隆抗体的制备过程(在动物克隆技术一节会展开详细讲)。
个体水平:生物的无性生殖,如海洋动物的无性繁殖。
(提出问题)克隆技术的发展
(学生活动)阅读课本P19-20,总结克隆技术的发展历程。
(总结归纳)克隆技术的发展
( http: / / www.21cnjy.com )主要是三个阶段,其中最先发展的是细胞水平的克隆(即微生物培养技术),之后是分子水平(即基因克隆),最后才发展到个体水平。例如,克隆羊多莉的诞生过程。
(提出问题)高等动物的克隆需要满足哪些条件
(学生活动))阅读课本P20,以克隆羊多莉为例,总结克隆的条件。
(总结归纳)克隆的条件:
(1)具有全套基因。
(2)具有能有效调控细胞核发育的细胞质物质。
(3)有完成胚胎发育的必要的环境条件。
【板书设计】
克隆:CLONE
分子克隆
细胞克隆
克隆技术:
个体克隆
什么是克隆
克隆技术的发展历史:细胞克隆→分子克隆→个体克隆
基因
克隆的条件:
调控发育的细胞质
胚胎发育的条件
【随堂练习】
1.判断题
(1)从理论上说,由于细胞核中具有基因
( http: / / www.21cnjy.com )组全套遗传信息,细胞都具有全能性,但是其全能性却不一定能表达出来。
(√)
(2)胚胎细胞克隆属于严格意义上的克隆。
(×)
2.选择题
下列有关克隆的叙述,不正确的一项是( )
A.生物体通过体细胞进行的无性繁殖是个体水平的克隆
B.大肠杆菌在培养基中形成一个菌落,是细胞水平的克隆
C.扦插和嫁接实质上也是克隆,可看作个体水平的克隆
D.将苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因导入棉花的受精卵中,是分子水平的克隆
【布置作业】完成学案和作业本上内容。
【教学反思】本节课属于克隆技术的入
( http: / / www.21cnjy.com )门课程,对各项技术不需要进行详尽的阐述,但又必须要使学生认识到“克隆”和“克隆技术”的概念,所以讲课时不在于深,而应该着重多举实例,使学生获得感性认识,之后升华为理性认识。