高二生物大單元整體學(xué)程選擇性必修三細胞工程

高二生物大單元整體學(xué)習(xí)學(xué)程第十七單元細胞工程高效科研小組：__________學(xué)科主任：_________包科領(lǐng)導(dǎo)：__________年級主任：__________班級：__________小組：__________姓名：__________2023年8月第十七單元細胞工程——合理利用細胞工程技術(shù)，獲取有用的生物產(chǎn)物一、單元學(xué)習(xí)概述細胞工程是應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。根據(jù)操作對象的不同，可分為植物細胞工程和動物細胞工程等。植物細胞工程和動物細胞工程是細胞工程相對獨立的研究領(lǐng)域，具有不同的發(fā)展脈絡(luò)，同時這兩部分內(nèi)容都是細胞工程的重要組成部分，是統(tǒng)一的整體。通過細胞工程的操作，很多之前認為不可能實現(xiàn)的設(shè)想，如不同物種間的雜交、克隆動物等，如今都變成了現(xiàn)實。細胞工程的許多成果也已經(jīng)滲透到我們的日常生產(chǎn)和生活中。通過本單元的學(xué)習(xí)，大家可以了解細胞工程的原理、操作流程、應(yīng)用和發(fā)展前景。通過設(shè)計人參皂苷工業(yè)化生產(chǎn)、單克隆抗體制備、三親嬰兒培育等技術(shù)流程，總結(jié)細胞工程生產(chǎn)與傳統(tǒng)生產(chǎn)的優(yōu)勢，認同細胞工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面發(fā)揮了重要作用；能夠依據(jù)所需選擇合適的技術(shù)方式應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，學(xué)會運用生命觀念、科學(xué)技術(shù)觀解決生物技術(shù)問題，建立人與自然、社會協(xié)調(diào)發(fā)展的生態(tài)觀，提高社會責(zé)任。二、單元學(xué)習(xí)要素（一）單元內(nèi)容標準概念4細胞工程通過細胞水平上的操作,獲得有用的生物體或其產(chǎn)品4.1植物細胞工程包括組織培養(yǎng)和體細胞雜交等技術(shù)4.2動物細胞工程包括細胞培養(yǎng)、核移植、細胞融合和干細胞的應(yīng)用等技術(shù)4.3對動物早期胚胎或配子進行顯微操作和處理以獲得目標個體（二）單元學(xué)習(xí)任務(wù)1.相關(guān)概念建構(gòu)——植物組織培養(yǎng)、植物體細胞雜交技術(shù)，動物細胞培養(yǎng)的條件和方法、動物細胞融合、核移植技術(shù)、單克隆抗體的制備，體外受精技術(shù)和早期胚胎發(fā)育的過程、胚胎分割技術(shù)，細胞工程的應(yīng)用。2.相關(guān)研究方法——胚胎發(fā)育模型、單克隆抗體模型、科學(xué)史探究實驗證據(jù)3.單克隆抗體在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，克隆動物的缺陷研究4.胚胎工程在畜牧業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，細胞工程的倫理問題（三）單元學(xué)習(xí)目標1.研讀教材，說出對細胞工程、植物細胞工程、動物細胞工程和胚胎工程概念的理解，并分析不同技術(shù)手段的原理和流程，初步構(gòu)建細胞工程的思維導(dǎo)圖。2.從原理、結(jié)果等方面對細胞工程各技術(shù)進行對比，運用細胞工程技術(shù)分析構(gòu)建番茄馬鈴薯、單克隆抗體、克隆猴培育流程，總結(jié)設(shè)計過程中的注意事項。并對生殖性克隆和治療性克隆等社會熱點話題做出合理評價。3.依據(jù)細胞工程原理設(shè)計人參皂苷工廠化生產(chǎn)、早早孕試劑盒、三親嬰兒培育等流程，總結(jié)細胞工程生產(chǎn)與傳統(tǒng)生產(chǎn)的優(yōu)勢，分析細胞工程各技術(shù)存在的問題，并嘗試提出相應(yīng)的解決方案。4.圍繞細胞工程各技術(shù)手段的原理、步驟、應(yīng)用等重構(gòu)本單元思維導(dǎo)圖，結(jié)合細胞工程各技術(shù)的特點，依據(jù)所需選擇合適的技術(shù)方式應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，通過北方白犀牛繁育等問題的研究，學(xué)會運用生命觀念解決生物技術(shù)問題，建立人與自然、社會協(xié)調(diào)發(fā)展的生態(tài)觀。（四）單元學(xué)習(xí)計劃學(xué)習(xí)階段主要學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)時安排整體感知研讀教材，說出對細胞工程、植物細胞工程、動物細胞工程和胚胎工程概念的理解，并分析不同技術(shù)手段的原理和流程，初步構(gòu)建細胞工程的思維導(dǎo)圖。3學(xué)時探究建構(gòu)從原理、結(jié)果等方面對細胞工程各技術(shù)進行對比，運用細胞工程技術(shù)分析構(gòu)建番茄馬鈴薯、單克隆抗體、克隆猴培育流程，總結(jié)設(shè)計過程中的注意事項。并對生殖性克隆和治療性克隆等社會熱點話題做出合理評價。4學(xué)時應(yīng)用遷移依據(jù)細胞工程原理設(shè)計人參皂苷工廠化生產(chǎn)、早早孕試劑盒、三親嬰兒培育等流程，總結(jié)細胞工程生產(chǎn)與傳統(tǒng)生產(chǎn)的優(yōu)勢，分析細胞工程各技術(shù)存在的問題，并提出相應(yīng)的解決方案。2學(xué)時重構(gòu)拓展圍繞細胞工程各技術(shù)手段的原理、步驟、應(yīng)用等重構(gòu)本單元思維導(dǎo)圖，結(jié)合細胞工程各技術(shù)的特點，依據(jù)所需選擇合適的技術(shù)方式應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。2學(xué)時（五）單元學(xué)習(xí)資源學(xué)習(xí)階段資源類別（課件微課素材資源包、習(xí)題、教案）資源分層（ABCT)整體感知1.植物組織培養(yǎng)及影響因素2.干細胞及其研究3.接觸抑制體外培養(yǎng)干細胞可導(dǎo)致腫瘤風(fēng)險4.克隆技術(shù)的應(yīng)用與推廣TTAT探究建構(gòu)1.植物組織培養(yǎng)視頻2.單克隆抗體視頻資源3.單克隆抗體制備流程中的“兩次篩選”4.克隆猴圖片5.體細胞克隆靈長類動物面臨巨大障礙TTATT應(yīng)用遷移植物細胞培養(yǎng)反應(yīng)器人參皂苷視頻早早孕檢測試紙單克隆抗體和多克隆抗體5.全球首例三親嬰兒TTTTT重構(gòu)拓展1.重構(gòu)體系的參考資源2.過關(guān)檢測TT（六）單元學(xué)習(xí)目標追求三、單元學(xué)習(xí)內(nèi)容（一）整體感知細胞工程——感知細胞工程，初步構(gòu)建思維導(dǎo)圖細胞工程的發(fā)展植物微型繁殖技術(shù)的迅速發(fā)展，我們經(jīng)常會從媒體上看到“試管苗”“組培苗”的字眼。多種克隆動物的誕生使“克隆”這個生物學(xué)專業(yè)術(shù)語，也成為媒體上頻頻出現(xiàn)的、不用注解的名詞。除此之外，大家通過對報刊、電視等媒體對“試管動物”“借腹懷胎”等相關(guān)的知識也有一定的了解。那么，這些技術(shù)的原理是什么？又是怎樣實現(xiàn)的呢？市場上有一種叫作“手指植物”的工藝品受到很多人的歡迎。我國科學(xué)家已成功地克隆了牛、羊和豬等多種哺乳動物。荷斯坦奶牛的產(chǎn)奶量很高，某良種公司引進了純種荷斯坦奶牛，并用胚胎分割技術(shù)繁育了良種荷斯坦奶牛群體。除此之外，大家通過短視頻等媒體對“試管動物”“借腹懷胎”等相關(guān)的知識也有一定的了解。那么，這些技術(shù)的原理是什么？優(yōu)勢怎樣實現(xiàn)的呢？【學(xué)習(xí)目標】1.研讀教材，說出對細胞工程概念、操作水平的理解及細胞工程包含的各項工程名稱。2.簡要闡述細胞工程各項技術(shù)的原理和基本流程，并構(gòu)建細胞工程思維導(dǎo)圖。3.列舉說出細胞工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面是如何發(fā)揮其重要作用的。學(xué)習(xí)活動1：感知細胞工程大概念說出細胞工程的概念、操作水平和包含的各項工程名稱。學(xué)習(xí)活動2：初步感知細胞工程各項技術(shù)的原理和基本流程通過細胞工程的操作，很多之前認為不可能實現(xiàn)的設(shè)想如不同物種間的雜交、克隆動物等，如今都變成了現(xiàn)實，其原理和基本流程是什么?研讀課本，結(jié)合以下問題引導(dǎo)進行研究。1.結(jié)合植物組織培養(yǎng)技術(shù)的概念談一談你對“組培苗”原理的理解，并能說出基本流程。除了對“組培苗”的研究，科學(xué)家還嘗試將番茄和馬鈴薯雜交，此過程用到了哪些技術(shù)手段？原理是什么？用什么去除細胞壁？2.無論是“克隆”動物的誕生還是“試管動物”都離不開動物細胞的培養(yǎng)，說出動物細胞培養(yǎng)的原理和基本條件。干細胞的培養(yǎng)成功是動物細胞培養(yǎng)領(lǐng)域重大成就之一，干細胞可分為哪幾類？3.動物細胞融合的方法有哪些？有什么意義？單克隆抗體制備過程用到哪兩種細胞？選擇培養(yǎng)基有什么特點？克隆動物的成功培育離不開動物細胞核移植技術(shù)，動物體細胞核移植的基本過程是什么？4.在克隆動物的培育過程中，還需要用到胚胎移植技術(shù)，它屬于胚胎工程的范疇，哺乳動物在自然條件下受精和早期胚胎的發(fā)育規(guī)律是胚胎工程的重要理論基礎(chǔ)。胚胎工程的概念是什么？受精和早期胚胎發(fā)育各分為哪幾個階段？胚胎移植的基本過程、實質(zhì)是什么？學(xué)習(xí)活動3：構(gòu)建細胞工程思維導(dǎo)圖提示：本單元包括植物細胞工程、動物細胞工程、胚胎工程，試從整體角度感知它們之間的聯(lián)系，完成構(gòu)建?！就卣固嵘?】細胞工程的應(yīng)用列舉細胞工程應(yīng)用實例，說出細胞工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面是如何發(fā)揮其重要作用的。（二）探究建構(gòu)細胞工程——構(gòu)建細胞工程主要技術(shù)流程克隆動物、植物2018年1月25日，生物學(xué)頂尖學(xué)術(shù)期刊“細胞”（Cell）以封面文章的形式，報道了中國科學(xué)家通過五年的不懈努力，成功地突破靈長類體細胞克隆難題，培育出了“中中”“華華”，取得了“體細胞克隆猴”的重大研究成果?？茖W(xué)家們還利用微型繁殖技術(shù)使名貴花卉的價格大幅下降，培育出了脫毒作物、白菜甘藍新品種等。這些成果的取得都有賴于細胞工程的發(fā)展。你知道它們是如何培育出來的嗎？在這之前，科學(xué)家培育出了胚胎細胞克隆猴，你知道兩者有什么不同嗎？自1996年首個體細胞克隆動物多莉羊誕生以來，人類已經(jīng)成功克隆了馬、牛、豬等大型家畜?！緦W(xué)習(xí)目標】1.梳理細胞工程各技術(shù)的基本操作流程，并從原理、結(jié)果等方面進行對比。2.依據(jù)細胞工程技術(shù)原理和手段，能夠分析構(gòu)建番茄馬鈴薯設(shè)計、單克隆抗體制備、克隆猴培育等流程，并總結(jié)出操作過程注意事項。3.關(guān)注生殖性克隆引發(fā)的倫理爭論，對生殖性克隆和治療性克隆等社會熱點話題做出合理評價。學(xué)習(xí)活動4：番茄馬鈴薯植株的設(shè)計番茄富含各種維生素、番茄紅素以及鎂、鐵、磷等礦物質(zhì)成分，還含有胡蘿卜素、鉀、鈣以及纖維素等人體所需營養(yǎng)成分。馬鈴薯是全球第四大重要的糧食作物，僅次于小麥、稻谷和玉米，馬鈴薯塊莖含有大量的淀粉，能為人體提供豐富的熱量，且富含蛋白質(zhì)、氨基酸及多種維生素、礦物質(zhì)，尤其是其維生素含量是所有糧食作物中最全的，如果我們能夠培育出一種地上結(jié)番茄，地下長馬鈴薯的超級作物該多好。但是番茄和馬鈴薯存在生殖隔離，無法通過正常雜交途徑獲得。1.番茄馬鈴薯植株的設(shè)計過程需要用到植物組織培養(yǎng)，請以菊花為例構(gòu)建出植物組織培養(yǎng)的基本流程。2.嘗試構(gòu)建番茄馬鈴薯的設(shè)計流程，并說出設(shè)計原理和操作注意事項。3.從原理、融合前處理、誘導(dǎo)融合方法、雜種植株或雜交細胞特點、意義和用途等方面比較植物體細胞雜交和動物細胞融合。學(xué)習(xí)活動5：單克隆抗體的制備單克隆抗體技術(shù)是一種免疫學(xué)技術(shù)，將產(chǎn)生抗體的單個B淋巴細胞同骨髓腫瘤細胞進行細胞融合，獲得既能產(chǎn)生抗體，又能無限增殖的雜交瘤細胞，并以此生產(chǎn)抗體。1.單克隆抗體制備過程中需要進行細胞培養(yǎng)，動物細胞培養(yǎng)基本流程是什么？2.嘗試構(gòu)建單克隆抗體制備流程，并分析其優(yōu)點和兩次篩選的目的。學(xué)習(xí)活動6：動物細胞核移植與胚胎移植2017年11月27日，世界上首個體細胞克隆猴“中中”在中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所（上海）、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心的非人靈長類平臺誕生；12月5日第二個克隆猴“華華”誕生。1.嘗試構(gòu)建“中中”“華華”的培育流程，總結(jié)培育原理和注意事項。2.該設(shè)計過程利用的體外受精技術(shù)是模擬了動物的自然受精過程，思考正常的體內(nèi)受精包括哪幾個階段？為什么一般只有一個精子進入卵細胞？3.荷斯坦奶牛的產(chǎn)奶量很高，但是價格高昂且生育率很低，嘗試用胚胎工程技術(shù)利用少數(shù)荷斯坦奶牛實現(xiàn)該優(yōu)良品種的大量繁殖?！就卣固嵘?】克隆技術(shù)的應(yīng)用生物技術(shù)在造福人類社會的同時也可能會帶來安全與倫理問題，請分析以下材料，闡明你的觀點：據(jù)報道，美國一生物技術(shù)公司使用女性捐獻的卵子和2名志愿者的皮膚成纖維細胞，成功的克隆出5個人體胚胎，進而提取出有研究價值的干細胞。但在證實上述胚胎確屬克隆產(chǎn)物之后，研究人員已把它們“摧毀”，以避免引發(fā)倫理爭議。目前人造器官仍然存在許多問題，可供移植的器官極度匱乏而且會有排異反應(yīng)，如果治療性克隆研究取得成功，病人將可以獲得與自己完全合適的移植器官。這給患白血病、帕金森氏癥、心臟病和癌癥等疾病的患者帶來生的希望。據(jù)此開展下列活動：1.分析資料，闡明你對治療性克隆與生殖性克隆的認知。通過搜集資料，探討克隆技術(shù)的現(xiàn)狀與利弊，并說明我國政府為什么禁止開展對生殖性克隆人的實驗？（三）應(yīng)用遷移細胞工程——運用細胞工程解決農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等實際生產(chǎn)問題細胞工程的應(yīng)用細胞工程與基因工程是生物技術(shù)最新的發(fā)展前沿，是一代又一代科學(xué)家經(jīng)過長時間探索的結(jié)果，隨著試管植物、試管動物、轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器等相繼問世，細胞工程在生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、環(huán)境保護等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，那么細胞工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面發(fā)揮了哪些重要作用呢?！緦W(xué)習(xí)目標】1.根據(jù)實際需求，利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)設(shè)計人參皂苷工廠化生產(chǎn)流程，總結(jié)細胞工程生產(chǎn)對于傳統(tǒng)生產(chǎn)的優(yōu)勢。2.依托細胞工程各項技術(shù)，解釋早早孕試劑盒的設(shè)計思路和作用原理，并能理解三親嬰兒培育等流程，解決生活中的醫(yī)療健康問題。3.搜集資料，尋找克隆羊多莉早衰的原因，并舉例說出細胞工程技術(shù)存在的其他問題，嘗試提出相應(yīng)的解決方案。學(xué)習(xí)活動7：植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用人參是高附加值作物，保健與藥用皆具，但一直都是土壤栽培，生長慢而且連作障礙嚴重，浙江省麗水市快繁中心通過工廠化育苗方式，利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，進行了人參的工廠化生產(chǎn)，在可控環(huán)境下，結(jié)合先進的氣霧栽培技術(shù)，可以實現(xiàn)人參的快速生長。人參采用霧培后可以作為蔬菜作物一樣栽培與使用，根莖葉整株皆可用，可作為藥膳、菜用及沙拉。目前我國科學(xué)家已經(jīng)實現(xiàn)了利用人參細胞培養(yǎng)來生產(chǎn)人參中重要的活性成分人參皂苷。1.依據(jù)所學(xué)設(shè)計實驗流程，如何快速獲取大量人參皂苷。2.列舉并解釋你所知道的植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用實例，并分析其與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相比具有的優(yōu)點。學(xué)習(xí)活動8：單克隆抗體與“早早孕診斷試劑盒”用人絨毛膜促性腺激素單克隆抗體做成的“早早孕診斷試劑盒”，在妊娠第8天就可以做出診斷，這比原來的診斷方法提前了10天左右，可以避免孕婦在不知道妊娠的情況下因服用藥物而對胎兒造成不利影響。該檢測的準確率在90%以上。1.請查閱資料，解釋早早孕試劑盒的設(shè)計思路和作用原理。2.舉例說出單克隆抗體在醫(yī)學(xué)醫(yī)療和診斷等方面還有哪些應(yīng)用。學(xué)習(xí)活動9：三親嬰兒的培育所謂的“三親嬰兒”，是英國新的生物科技技術(shù)。為了避免夫妻把生理缺陷遺傳給孩子，醫(yī)生去除女性捐贈者的卵子中的細胞核，接著用母親卵細胞中對應(yīng)的遺傳基因取而代之，最后再按照標準的試管嬰兒技術(shù)進行培育。這樣誕生的孩子將會繼承一位父親和兩位母親的遺傳基因。簡單地說，就是這名嬰兒有三名血緣親代，即兩母一父。1.資料中的三親嬰兒是通過哪些生物技術(shù)培育出來的？2.該過程的最后一步是什么？其實質(zhì)、優(yōu)勢分別是什么？【拓展提升3】克隆動物的早衰問題2003年，世界上第一只用體細胞克隆的動物——多莉，因患有嚴重的肺部感染被實施了安樂死。它只活了7歲，而普通綿羊的平均壽命在12歲左右。多莉的死亡引發(fā)了關(guān)于克隆動物是否早衰的爭論，一些研究者認為，克隆動物的端粒比較短，基因表達不正常，早衰是一種必然現(xiàn)象；另一些研究者則認為，克隆動物的遺傳物質(zhì)是正常的，目前發(fā)現(xiàn)的早衰跡象是在克隆過程中的一些技術(shù)問題造成的，或者克隆動物在發(fā)育過程中出現(xiàn)了變異，早衰只是偶然現(xiàn)象。1.請你搜集資料，尋找支持各方面觀點的研究證據(jù)。2.調(diào)查細胞工程技術(shù)存在的其他問題，并嘗試提出相應(yīng)解決方案。（四）重構(gòu)拓展細胞工程——重構(gòu)細胞工程思維導(dǎo)圖北方白犀牛瀕臨滅絕北方白