《细胞工程学》教学大纲

PAGE1PAGE9细胞工程学CellEngineering理论40学时2学分一、课程的性质、地位和任务细胞工程学是应用细胞生物学和分子生物学原理与方法，在细胞水平上研究改造生物遗传特性，以获得具有目标性状的细胞系或生物体的有关理论和技术的学科。它是一门现代生物科学理论和工程技术相结合的综合性学科。细胞工程学是生物技术、生物学及生物工程*专业学生的必修专业课，也是我校其它生物类各本科专业学生的重要选修课。先修主要基础课程有普通生物学、发育生物学、遗传学、生理学、生物化学。细胞工程是现代生物技术的重要组成部分，同时也是现代生物学研究的重要技术工具。要求学生通过本课程的学习掌握生物组织、器官及其细胞离体培养的原理与技术，为从事生物学领域的相关研究及其与细胞工程有关的生物技术产业奠定良好的理论和技术基础。二、课程教学的基本要求理论知识方面重点掌握本学科的基本原理和基本技术即：细胞全能性学说在细胞工程中的指导作用；培养条件下的细胞分化和器官发生的调控；离体培养条件下的遗传与变异特点。掌握不同组织、器官的培养特点和控制方法。了解细胞工程的各类技术在现代生物学与生物技术领域的应用途径与发展潜力。实践技能方面重点掌握细胞工程的基本操作技术—无菌操作；掌握外植体选择、愈伤组织和胚状体诱导、器官发生调控等基本技术；了解细胞大批量培养方法，原生质体分离与体细胞杂交技术。三、理论教学大纲及学时分配绪论（2学时）教学目的与要求：全面了解细胞工程与现代生物技术的关系；了解细胞工程的发展与相关学科的联系；了解细胞工程在现代世界经济中的潜力。0.1细胞工程在生物技术领域中的地位0.1.1生物技术概述0.1.2细胞工程学的概念及研究范畴0.1.3细胞工程与其它相关学科的关系0.2细胞工程的有关概念0.3细胞工程的发展0.3.1探索阶段0.3.2培养技术建立阶段0.3.3迅速发展阶段0.4细胞工程的应用潜力0.4.1动植物育种0.4.2植物脱毒与快速繁殖0.4.3次生产物生产0.4.4基础研究领域。第一章实验室设置及技术原理(2学时)教学目的与要求：了解细胞工程的通用技术，初步掌握细胞工程实验技术中的培养基配制、灭菌以及无菌操作的原理与操作方法。1.1实验室设置1.1.1实验室组成1.1.2基本设备配置1.1.3培养容器与用具1.2基本技术1.2.1洗涤技术1.2.2灭菌技术1.3培养基及其配制1.3.1培养基成分1.3.2培养基配方及培养基选择1.3.3培养基配制1.4外植体接种培养1.4.1植物材料的培养与外植体取材1.4.2外植体灭菌1.4.3接种培养及其培养条件的控制第二章细胞全能性与形态发生（8学时）教学目的与要求：掌握细胞离体培养的基本理论基础，从而深入理解培养条件下组织细胞脱分化和再分化的调控原理，了解体细胞胚形成过程及其与合子胚的差异。2.1细胞全能性及其表达2.1.1细胞全能性概述2.1.2培养条件下的细胞脱分化2.1.3细胞分化2.2器官发生2.2.1离体培养中器官发生的方式2.2.2器官分化过程2.2.3起始材料对器官分化的影响2.2.4激素对器官分化的调控2.2.5光照对器官分化的影响2.2.6器官发生的基因调控2.3体细胞胚胎发生2.3.1体细胞胚的形成2.3.2体细胞胚的结构与发育特点2.3.3影响体细胞胚发生的因素2.3.3体细胞胚胎发生的生化与分子基础第三章离体培养下的遗传与变异(3学时)教学目的与要求：掌握离体培养中体细胞变异的特点和规律；了解体细胞变异的细胞遗传学和分子遗传学基础；掌握体细胞变异的应用途径和选择方法。3.1离体培养中的遗传与变异特点3.1.1离体培养中的遗传稳定性3.1.2离体培养条件下遗传变异的特点3.1.3影响体细胞遗传与变异的因素3.2体细胞变异的细胞遗传学基础3.2.1DNA核内重复复制（endoreduplication）3.2.2染色体断裂与重组3.2.3非正常有丝分裂3.3体细胞变异的分子遗传学基础3.3.1碱基突变3.3.2DNA序列的选择性扩增与丢失3.3.3转座子（transposon）活化3.3.4DNA甲基化（methylation）3.4体细胞无性系变异的诱导与选择3.4.1体细胞变异诱导材料的选择3.4.2培养细胞的自发诱变3.4.3培养细胞的诱变3.4.4体细胞突变体的筛选3.4.5体细胞变异的利用第四章植物脱毒与快速繁殖（3学时）教学目的与要求：掌握植物组织培养的主要技术茎尖脱毒技术、植物快速繁殖技术及其原理和应用。4.1概念与意义4.2植物脱毒技术4.2.1植物脱毒的技术原理4.2.2植物脱毒的技术规程4.2.3影响脱毒效果的因素4.3离体快速繁殖4.3.1离体快速繁殖的基本技术4.3.2离体快速繁殖的应用范围4.3.3离体快繁过程中需要注意的问题第五章植物特殊倍性创制与胚抢救技术（4学时）教学目的与要求：掌握植物花药培养获得单倍体以及幼胚培养技术的原理与应用。5.1花药及小孢子培养5.1.1意义5.1.2花药培养技术5.1.3小孢子培养5.1.4单倍体植株的鉴定与二倍化5.2植物胚乳培养5.2.1胚乳培养概况5.2.2植物胚乳发育特性5.2.3影响胚乳培养的因素5.2.4胚乳培养的形态发生及倍性5.3幼胚培养5.3.1胚培养的意义5.3.2幼胚培养的关键技术5.3.3培养幼胚的生长发育方式第六章植物细胞培养与次生产物生产（4学时）教学目的与要求：深入了解植物细胞在离体条件下的生长特性，掌握植物细胞悬浮系的建立以及种细胞的筛选方法。6.1悬浮培养6.1.1愈伤组织诱导6.1.2悬浮系的建立与继代培养6.1.3悬浮细胞的生长动态6.1.4悬浮培养细胞的同步化6.2植物细胞的规模培养6.2.1概述6.2.2植物细胞规模化培养体系的建立6.2.3生物反应器类型及其特点6.3培养细胞的次生代谢及产物积累6.3.1植物次生代谢产物主要类型6.3.2培养条件下的植物细胞次生产物积累特性6.3.3提高细胞次生产物产量的途径6.4细胞规模化培养实例6.4.1螺旋藻6.4.2雨生红球藻第七章原生质体培养（4学时）教学目的与要求：深入了解植物细胞结构功能与细胞全能性表达的关系，掌握原生质体的分离以及培养过程中渗透压和激素的调控原理与技术。7.1原生质体研究概况7.1.1原生质体的概念7.1.2原生质体研究进展7.1.3原生质体研究的意义7.2原生质体的分离7.2.1材料的选择7.2.2预处理及酶解7.2.3原生质体的收集和纯化7.2.4原生质体活力的测定7.3原生质体培养7.3.1培养基7.3.2原生质体培养方法7.3.3植板密度7.3.4培养条件7.3.5原生质体的发育和植株再生7.4原生质体再生植株的遗传性状及变异7.4.1再生植株的倍性及染色体数目和结构的变异7.4.2再生植株的遗传性状及变异第八章植物体细胞杂交（4学时）教学目的与要求：在进一步认识原生质膜性质的基础上，深入了解细胞融合的基本原理，掌握电融合和PEG融合的基本方法。8.1植物体细胞杂交的概念8.1.1植物原生质体融合技术的发展8.1.2植物细胞杂交的类型8.2原生质体的融合8.2.1融合方法8.2.2原生质体的融合过程8.2.3影响原生质体融合的因素8.3杂种细胞的选择和体细胞杂种的鉴定8.3.1原生质体的融合产物8.3.2杂种细胞的选择系统8.3.3杂种植株的鉴定8.3.4体细胞杂种的遗传特性8.4体细胞杂交技术的应用8.4.1通过体细胞杂交合成新物种8.4.2通过体细胞杂交培育作物新种质和新品种8.4.3通过体细胞杂交转移细胞质基因控制的性状8.4.4体细胞杂交研究的展望与局限性第九章人工种子(2学时)教学目的与要求：了解植物人工种子的概念与发展概况；掌握植物人工种子繁殖体的培养技术；了解不同繁殖体的人工种子特点与制备方法。9.1人工种子的概念9.2繁殖体的类型及其生产9.2.1不同类型繁殖体比较9.2.2体细胞胚的生产技术9.2.3芽繁殖体的培养9.2.4微型营养变态器官繁殖体的培养9.3人工种子包被9.3.1繁殖体的预处理9.3.2繁殖体的包埋9.3.3人工种皮的装配第十章动物细胞工程概述（4学时）教学目的与要求：了解动物细胞特性及其培养特点，充分认识动物细胞工程在疾病诊断和治疗中的应用前景。10.1动物细胞培养10.1.1动物细胞培养的重要意义10.1.2动物细胞在体内外的基本特征10.1.3动物细胞培养技术要点10.2细胞融合与单克隆抗体10.2.1细胞融合10.2.2杂交瘤技术与单克隆抗体10.2.3体外受精技术及其应用10.3干细胞与组织工程10.3.1干细胞的概念与分类10.3.2胚胎干细胞及其重要应用10.3.3成体干细胞及其重要应用10.3.4组织工程技术实验课程教学大纲细胞培养与遗传转化实验技术课程30学时2学分一、课程的性质、地位和任务细胞培养与遗传转化实验技术课程应用细胞生物学和分子生物学原理与方法，在细胞水平上研究改造生物遗传特性，以获得具有目标性状的细胞系或生物体的有关理论和技术的学科。它是一门现代生物科学理论和工程技术相结合的综合性学科。该课程是生物技术、生物学及生物工程*专业学生的必修专业课，也是我校其它生物类各本科专业学生的重要选修课。先修主要基础课程有普通生物学、发育生物学、遗传学、生理学、生物化学。该课程是现代生物技术的重要组成部分，同时也是现代生物学研究的重要技术工具。要求学生通过本课程的学习掌握生物组织、器官及其细胞离体培养的原理与技术，为从事生物学领域的相关研究及其与细胞工程有关的生物技术产业奠定良好的理论和技术基础。二、课程教学的基本要求重点掌握细胞工程的基本操作技术—无菌操作；掌握外植体选择、愈伤组织和胚状体诱导、器官发生调控等基本技术；了解细胞大批量培养方法，原生质体分离与体细胞杂交技术。三、实验教学内容及学时分配实验一培养基配制与灭菌（4学时）主要内容：通过对常用培养基MS母液的配制以及各种附加成分母液的配制，掌握培养基母液的配制方法；同时通过常用培养基的配制和灭菌，掌握离体培养中培养基的配制和灭菌技术；掌握不同质地的实验用品的灭菌方法。实验二植物愈伤组织的诱导（无菌操作技术）与植物茎尖脱毒技术（4学时）内容1：掌握植物外植体的消毒技术、离体培养的无菌操作技术；通过选取不同的外植体和培养基，在不同的诱导条件下进行接种培养，观察愈伤组织的诱导的过程，了解和基本掌握植物组织培养的调控技术。内容2：通过对植物茎尖的解剖和观察，掌握掌握茎尖脱毒的基本操作程序，了解茎尖剥离大小对脱毒效果和培养效果的影响。实验三再分化培养与器官发生观察以及特殊器官培养基配置（4学时）内容1：观察实验二不同诱导条件下形成的愈伤组织状态，了解培养条件对培养细胞状态的影响；进一步练习离体培养的无菌操作技术；通过对实验二中不同诱导条件下获得的愈伤组织进行再分化培养，观察器官发生的全过程，了解和基本掌握植物再分化的培养调控技术。内容2：掌握特殊器官培养基配置方法，并理解培养基成分与其他培养基成分的差异性及原理。实验四植物腋芽繁殖操作技术及营养变态器官诱导（4学时）内容1：完成