2024年度-《细胞生物学与细胞工程》课程教学大纲

《细胞生物学与细胞工程》课程教学大纲1目录contents课程介绍与教学目标细胞生物学基础知识细胞生物学进阶知识细胞工程基本原理与技术细胞工程应用与实践实验设计与操作指南课程总结与展望201课程介绍与教学目标3细胞生物学是现代生命科学的基础学科，研究细胞的结构、功能、代谢、生长、分裂、分化、凋亡等方面，对于揭示生命现象的本质具有重要意义。细胞工程是应用细胞生物学原理和方法，在细胞水平上进行遗传操作及进行大规模的细胞培养。细胞工程所涉及的领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。《细胞生物学与细胞工程》课程将两者有机结合，旨在培养学生掌握细胞生物学和细胞工程的基本理论、基本知识和基本技能，具备从事细胞生物学和细胞工程相关领域研究或应用的能力。010203课程背景及意义4教学目标与要求掌握细胞生物学和细胞工程的基本概念、基本原理和基本技术；理解细胞的结构与功能、细胞代谢、细胞生长与分裂、细胞分化与凋亡等基本知识；了解细胞工程的研究内容、研究方法及应用前景；具备独立进行细胞生物学和细胞工程实验的能力，能够分析和解决实验中出现的问题；培养学生的创新思维和实践能力，提高学生的综合素质。5细胞代谢包括细胞的能量代谢、物质代谢及代谢调控等；细胞分化与凋亡包括细胞分化的概念、机制及意义，细胞凋亡的过程、调控机制及在生物体发育和稳态维持中的作用等；细胞工程应用实例介绍一些典型的细胞工程应用案例，如植物组织培养技术、动物克隆技术、干细胞治疗技术等。细胞生物学基础知识包括细胞的基本概念、细胞的发现及细胞学说的建立、细胞的类型及结构等；细胞生长与分裂包括细胞的生长过程、细胞周期的调控机制、有丝分裂和减数分裂的过程及特点等；细胞工程基本原理与技术包括细胞培养技术、细胞融合技术、染色体操作技术、基因转移技术等；010203040506课程内容及安排602细胞生物学基础知识7细胞是生物体的基本结构和功能单位，具有独立的代谢和遗传体系。细胞的基本结构包括细胞膜、细胞质和细胞核。不同类型的细胞具有不同的形态和功能，如动物细胞、植物细胞和细菌细胞等。细胞的基本概念与结构8细胞膜是细胞的外层结构，由脂质双层和蛋白质组成。细胞膜具有选择透过性，能控制物质进出细胞。细胞膜上的受体蛋白能识别并响应外部信号，参与细胞通讯。细胞膜及其功能9主要细胞器有线粒体、叶绿体、核糖体、内质网、高尔基体等，各自承担不同的生理功能。细胞器之间通过协同作用，完成细胞的各项生命活动。细胞质是细胞膜内的半透明物质，包含各种细胞器和细胞内液。细胞质与细胞器10细胞核是细胞的遗传信息库，控制细胞的生长和分裂。遗传信息以DNA的形式存在于细胞核内的染色体上。DNA通过复制和转录等过程，将遗传信息传递给下一代细胞，实现生命的延续。细胞核与遗传信息1103细胞生物学进阶知识12信号传导通路的组成与功能详细介绍细胞内信号传导通路的主要组成成分，如激酶、磷酸酶、转录因子等，以及它们在信号传导过程中的作用。细胞间通讯的方式与机制探讨细胞间通过直接接触、旁分泌和内分泌等方式进行通讯的机制，以及这些通讯方式对细胞行为和生理功能的影响。信号分子与受体的识别与结合阐述信号分子如何与细胞表面的受体结合，从而启动细胞内的信号传导过程。细胞信号传导与通讯1303细胞增殖的异常与疾病探讨细胞增殖异常导致的疾病，如癌症等，以及针对这些疾病的治疗策略。01细胞周期各时相的特点与调控详细阐述细胞周期中G1期、S期、G2期和M期等各时相的特点，以及这些时相转换过程中的关键调控因子和机制。02DNA复制与染色体分离介绍DNA复制的过程、机制和调控，以及有丝分裂过程中染色体的分离和遗传物质的均等分配。细胞增殖与细胞周期14细胞命运决定与表观遗传学探讨细胞命运决定的机制，包括转录因子、信号通路和表观遗传学修饰等在细胞分化过程中的作用。组织器官发育与再生介绍组织器官发育的过程、机制和调控，以及组织再生和修复的原理和应用。基因选择性表达与细胞分化阐述基因选择性表达在细胞分化过程中的作用，以及不同细胞类型特异性基因的表达模式和调控机制。细胞分化与发育15细胞凋亡的分子机制与调控01详细阐述细胞凋亡的分子机制，包括外源性和内源性凋亡通路的组成和调控，以及凋亡相关基因和蛋白的功能。自噬的类型与生理意义02介绍自噬的类型、过程和生理意义，包括大自噬、小自噬和分子伴侣介导的自噬等。细胞凋亡与自噬在疾病中的作用03探讨细胞凋亡和自噬在疾病发生和发展中的作用，如神经退行性疾病、癌症和感染性疾病等，以及针对这些疾病的治疗策略。细胞凋亡与自噬1604细胞工程基本原理与技术17从组织或器官中直接分离细胞进行培养，保持其原有特性。原代细胞培养传代细胞培养细胞克隆技术将原代培养细胞进行传代，获得大量增殖的细胞群体。通过有限稀释法或软琼脂培养法，获得单细胞来源的细胞克隆。030201细胞培养技术18利用病毒作为介导，将两个或多个细胞融合为一个细胞。病毒诱导融合使用化学试剂如聚乙二醇（PEG）等诱导细胞融合。化学诱导融合通过电场作用促使细胞融合，常用于杂交瘤细胞的制备。电融合细胞融合技术19利用显微操作技术对染色体进行切割、重组等操作。染色体显微操作将外源染色体或染色体片段导入受体细胞，实现遗传物质的转移。染色体转导通过基因工程技术构建人工染色体，用于基因治疗或基因工程研究。人工染色体构建染色体工程20CRISPR/Cas9技术利用CRISPR/Cas9系统对目标基因进行定点编辑，实现基因敲除、敲入或修复等。TALEN技术通过TALEN蛋白对目标基因进行特异性识别和切割，实现基因编辑。ZincFinger技术利用锌指蛋白对特定DNA序列进行识别和结合，进而实现基因编辑。基因编辑技术0302012105细胞工程应用与实践22

生物医药领域的应用细胞培养与药物筛选利用细胞培养技术，可以大规模培养细胞，用于药物筛选和药效学研究。细胞治疗与再生医学通过细胞移植、基因编辑等技术，治疗各种疾病，如帕金森病、糖尿病等。生物制品生产利用细胞工程技术生产各种生物制品，如疫苗、抗体、基因工程药物等。23植物细胞培养与育种通过植物细胞培养技术，可以进行植物育种、种质资源保存和快速繁殖。动物细胞培养与育种利用动物细胞培养技术，可以进行动物育种、优良品种选育和快速扩繁。农业生物制品生产利用细胞工程技术生产农业生物制品，如生物农药、生物肥料等。农业领域的应用24工业废水处理利用细胞工程技术处理工业废水中的有毒有害物质，实现废水净化和资源化利用。细胞工厂利用细胞工程技术构建“细胞工厂”，生产各种高附加值产品，如酶、有机酸、生物燃料等。生物材料研发利用细胞工程技术研发新型生物材料，如生物塑料、生物纤维等。工业领域的应用25生态恢复与保护通过细胞工程技术促进生态恢复和保护，如植被恢复、生物多样性保护等。环境污染物的生物降解利用特定微生物或植物细胞的降解能力，处理环境中的有机污染物和无机污染物。环境监测与治理利用细胞工程技术进行环境监测和治理，如生物修复、重金属污染处理等。环境领域的应用2606实验设计与操作指南27123遵守实验室安全规定，正确使用实验器材，注意个人防护。实验室安全规章制度了解危险化学品的分类、标识和存储方法，掌握正确的使用和处理方式。危险化学品管理按照实验室废弃物处理规定，分类收集、妥善处理实验废弃物。实验废弃物处理实验安全规范及注意事项28了解显微镜的种类、构造和使用方法，掌握细胞形态观察和显微摄影技术。显微镜熟悉细胞培养箱的构造和使用方法，掌握细胞培养的基本操作和技能。细胞培养设备了解PCR仪、凝胶成像系统等分子生物学实验设备的原理和使用方法。分子生物学实验设备常用实验仪器与设备介绍29掌握细胞传代、冻存和复苏的基本操作和技能，了解细胞生长曲线和倍增时间的测定方法。细胞培养实验熟悉细胞分裂、细胞周期、细胞凋亡等细胞生物学实验的基本原理和操作步骤。细胞生物学实验了解基因转染、细胞融合、抗体制备等细胞工程实验的基本原理和操作步骤。细胞工程实验实验操作步骤详解30规范实验数据记录格式，确保数据的准确性和可追溯性。实验数据记录掌握常用的数据处理和统计方法，如平均值、标准差、t检验等。数据处理与统计根据实验结果进行分析和讨论，提出合理的解释和推论，并与理论预期进行比较。结果分析与讨论数据处理与分析方法3107课程总结与展望32详细阐述了细胞的各种结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核等，以及它们在细胞生命活动中的功能。细胞结构与功能深入探讨了细胞的代谢过程，包括物质的合成与分解、能量的转换与利用等。细胞代谢与能量转换系统介绍了细胞的生长、分裂和分化的过程及其调控机制，以及这些过程在生物体发育和维持生命活动中的重要性。细胞生长、分裂与分化阐述了细胞如何感知和响应内外环境的变化，以及基因表达如何在不同时间和空间上受到精细的调控。细胞信号传导与基因表达调控课程重点内容回顾33学员学习成果展示学员能够运用所学知识分析和解决细胞生物学和细胞工程领域的实际问题，具备创新思维和解决问题的能力。解决问题的能力学员能够熟练掌握细胞生物学与细胞工程的基本概念和原理，理解细胞的结构、功能、代谢、生长、分裂、分化、信号传导和基因表达调控等方面的知识。知识掌握通过实验操作，学员能够掌握细胞培养、细胞染色、显微镜观察、细胞分离和检测等实验技能，具备开展细胞生物学和细胞工程研究的能力。实验技能34细胞命运决定的机制研究随着单细胞测