细胞奥赛辅导1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞生物学,生物奥赛辅导,臧 恒,2010.11,zangheng001,中学生生物奥赛简介,中学生生物奥赛，从,低,到,高,主要包括以下,4,个层次的比赛：各省的,初赛,、,全国联赛,、,全国竞赛、国际奥赛,。,全国中学生生物学竞赛纲要（摘要）,2009.12.23,*,细胞生物学、生物化学、微生物学,25%,*,植物和动物的解剖、生理、组织和器官的结构与功能,30%,*,动物行为学、生态学,20%,*,遗传学与进化生物学、生物系统学,25%,竞赛考试纲要细目,（细胞生物学部分）,细胞的结构和功能,化学成分,-,单糖、双糖、多糖,-,脂类,-,蛋白质：氨基酸、遗传密码子、蛋白质结构,蛋白质的化学分类：简单蛋白质和结合蛋白质,蛋白质的功能分类：结构蛋白和酶,-,酶类：,化学结构、酶作用的模型、变性、命名,-,核酸：,DNA,RNA,-,其他重要化合物,ADP,和,ATP NAD+,和,NADH NADP+,和,NADPH,细胞器,细胞核,-,核 膜,-,（核透明质）,-,染色体,-,核仁,细胞质,-,细胞膜,-,透明质,-,线粒体,-,内质网,-,核糖体,-,高尔基体,-,溶酶体,-,液泡,-,前质体,-,质体,叶绿体,有色体,白色体（如造粉体）,细胞代谢,-,碳水化合物的异化,无氧呼吸：糖酵解有氧呼吸：糖酵解 柠檬酸循环 氧化磷酸化,-,脂肪和蛋白质的异化,-,同化作用,光合作用,光反应,暗反应（卡尔文循环）,蛋白质合成,-,转录,-,转译,-,遗传密码,通过膜的转运,-,扩散,-,渗透，质壁分离,-,主动转运,有丝分裂和减数分裂,-,细胞周期：间期和有丝分裂,-,染色单体、赤道板、单倍体和二倍体、基因组、体细胞和生殖细胞、配子、交换,-,减数分裂,和减数分裂,第一章 细胞的基本知识,细胞的发现和细胞学说,细胞的基本概念,细胞的形态,原核细胞和真核细胞,植物细胞和动物细胞,古细菌,细胞工程,几乎所有有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位,细胞是具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位,细胞是有机体生长与发育的基础,细胞是,遗传的基本单位,，细胞具有遗传的,全能性,没有细胞就没有完整的生命,细胞是生命活动的基本单位,细胞的发现,1665,年,英国物理学家,罗伯特,虎克（,R.Hooke,),用他自制的显微镜观察栓皮栎的软木切片时，看到了一个个蜂窝状的小室。他把这样的,“,小室,”,称为细胞。其实，他所看到的是植物细胞死亡后留下来的细胞空腔，是一个死细胞,.,Robert Hooke and his microscope,Robert Hookes“,cells,”,栓皮栎,(,li,),Micrographia,Made by,A.van,Leeuwenhoek(1632-1723).,Magnification ranges at 50-275x.,细胞学说,Matthias Jacob,Schleiden,Theodar,Schwann,细胞学说,Cell Theory,是,19,世纪的重大发现之一，其基本内容有三条：,有机体是由细胞构成的；,细胞是构成有机体的基本单位；,新细胞来源于已存在细胞的分裂,细胞是生命活动的基本单位,一切有机体都由细胞构成，,细胞,是构成有机体的基本单位,细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，,细胞是代谢与功能的基本单位,细胞是有机体生长与发育的基础,细胞是,遗传的基本单位,，细胞具有遗传的全能性,没有细胞就没有完整的生命,细胞的形状,一个细胞与其他细胞分离而单独存在时，称,游离细胞,。游离细胞常呈球形或近于球形。但实际上由于细胞表面张力或原生质粘度的不均一性等原因，很多单独存在的游离细胞并不呈球状。例如，动物的卵细胞、植物的花粉母细胞是球状或近于球状的细胞，人的红细胞呈扁圆状，某些细菌呈螺旋状，精子和许多原生动物具有鞭毛或纤毛，变形虫和白血球等为不定形细胞。,不同细胞形状和不同组织的模式图,许多细胞构成组织，这样的细胞称组织细胞。组织细胞的形状受相邻细胞的制约，并和细胞的生理功能有关。例如肌肉细胞适于伸缩，神经细胞适于接受刺激、产生兴奋、传导兴奋。,细胞形态结构与功能的关系,细胞的大小,细胞的体积很小，肉眼一般是看不见的，需要借助显微镜才能看到。在显微技术和电镜技术中常用的单位有：毫米,(mm),、微米（,m,）、纳米（,nm,）。,1m,10,2,cm,10,6,m,10,9,nm,细胞类型,直径大小,(,m,),支原体细胞,0.1-0.3,细菌细胞,1-2,动植物细胞,20-30,原生动物细胞,数百至数千,细胞的大小及其分析各类细胞直径的比较,细胞的大小与生物体的大小没有相关性。参天的大树与新生的小苗；大象与昆虫，它们的细胞大小相差无几。鲸是最大的动物，但是它的细胞并不大，生物体积的加大，,主要是细胞数目的增多造成的。,细胞和细胞组分的相对大小,人体高度,某些神经和肌肉细胞的长度,鸡卵,蛙卵,动植物细胞,细胞核、多数细菌、线粒体,最小的细菌,病毒、核糖体,蛋白质,小的分子、原子,o.1mm,200nm,0.2nm,主要代表,：,支原体,衣原体,细菌,蓝藻（蓝细菌）,放线菌,1.,原 核 细 胞,原核细胞,原核细胞外部由质膜包围，质膜的结构与化学组成和真核细胞相似。在质膜之外还有一层坚固的细胞壁保护。原核细胞壁的化学组成与真核细胞不同，是由一种叫,胞壁质,的多糖,蛋白,所组成，少数原核细胞的壁还含有其他,多糖,和,类脂,，有的原核细胞壁外还有,胶质层,。,原核细胞内有一个含,DNA,的区域，称类核或拟核。类核外面没有核膜，只由一条,DNA,构成。这种,DNA,不与蛋白质结合形成核蛋白。原核细胞中没有内质网、高尔基体、线粒体和质体等，但有核糖体和中间体。核糖体分散在原生质中，是蛋白质合成的场所。中间体是质膜内陷形成的复杂的褶叠构造，其中有小泡和细管样结构。有些原核细胞含有类囊体等结构。类囊体具有光合作用功能。在原核细胞中还有糖原颗粒、脂肪滴和蛋白颗粒等内含物。,真核细胞的结构,对比,原核,与,真核,细胞的特征,原核细胞,真核细胞,细胞大小,很小（,1,10,微米）,较大（,10,100,微米）,细胞核,无膜（称,“,类核,”,）,有膜,遗传系统,DNA,不与蛋白质结合,一个细胞只有一条,DNA,核内的,DNA,与蛋白质结合，形成染色质（染色体）,一个细胞有两条以上染色体,细胞质,无内质网 无高尔基体,无溶酶 无线粒体,仅有功能上相近的中间体,无叶绿体，但有的原核细胞有类囊体,一般无微管、无微丝,无中心粒,有内质网,有高尔基体,有溶酸体,有线粒体,有叶绿体,(,植物细胞）,有微管、微丝,在中心粒,(,动物细胞）,细胞壁,主要由胞壁质组成,主要由纤维素组成,原核细胞和真核细胞的主要区别,动物和低等植物细胞有,高等植物细胞特有,高等的植物细胞,特有,细胞壁、质体（叶绿体）、液泡,结构而动物细胞及低等植物细胞没有这三种结构。,动物细胞和低等植物细胞,有,中心体,而高等植物细胞没有,。,动物细胞和植物细胞的亚显微结构的区别？,植物细胞和动物细胞的主要区别,植物细胞具有质体；动物细胞具有中心体,植物细胞具有细胞壁，相邻细胞间有一层胶状物粘合作用，称中层或胞间层。,在两个相邻植物细胞间，有原生质丝相连，称胞间连丝，使细胞间互相沟通。,成熟的植物细胞中往往有大液泡。,古细菌与真细菌,古细菌（,archaebacteria,）生活在特殊的环境中，如有的生活在高浓度盐环境中，有的生活在,80,度以上的环境中，与真核细胞曾在进化上有过共同历程,主要证据,进化系统树,主要证据,（,1,）细胞壁成分与真核细胞相似，而非由含壁酸的肽聚糖构成，因此抑制壁酸合成的链霉素，抑制肽聚糖前体合成的环丝氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素等对古细菌与真核细胞无作用。,2,）,DNA,与基因结构：古细菌,DNA,中有重复序列的存在。多数古核细胞的基因组中存在内含子。,（,3,）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与,DNA,构建成类似核小体结构。,（,4,）有类似真核细胞的核糖体：多数古细菌类的核糖体较真细菌有增大趋势，含有,60,种以上蛋白，介于真核细胞（,70,84,）与真细菌（,55,）之间。抗生素同样不能抑制古核细胞类的核糖体的蛋白质合成。,（,5,）,5,S,rRNA,：根据对,5,S,rRNA,的分子进化分析，认为古细菌与真核生物同属一类，而真细菌却与之差距甚远。,5,S,rRNA,二级结构的研究也说明很多古细菌与真核生物相似。,进化系统树,p.998,初赛又叫预赛，绝大部分省份的初赛范围以中学内容为主，适当有所扩展。试题难度大于高考，易于全国竞赛试题。我省一般在,3,月底,4,月初,进行。,全国联赛考试时间一般为每年,5,月第二周星期日上午,9,：,00,11,：,00,联赛,考试内容以高中生物学为基础，并有一定扩展，扩展的部分可参考高校普通生物学的内容。试题难度大于高考、低于全国竞赛试题。,从,2010,年起全国生物学联赛取消各省组织的实验考试，改为在理论试题中设计一定比例的实验笔答题试卷形式。,联赛试卷只采取不定项选择题一种形式。试题按学科分类，单选与多选混排，每小题只标明分值，不标是否单选或多选（但多数题可从题干中判断出单选或多选）。答案完全正确才可得分。,联赛获奖比例分别占本省参赛考生总数的,1%,、,5%,和,10%,。其中一等奖人数为基础名额加奖励名额，基础名额为,20,，奖励名额随后由,全国中学生生物学竞赛委员会,公布。二、三等奖人数上限,100,人和,200,人,。,全国竞赛的范围要求学生在普通生物学内容的基础上，对生物学的主干课程：细胞生物学、生物化学、分子生物学、微生物学、植物学、植物生理学、动物学、动物生理学、遗传学、进化论、生态学、动物行为学等有系统的了解，对学生生物学知识的广度和深度都有一定的要求，难度较大。考试时间为,8,月中旬。,一、最小、最简单的细胞,支原体,细胞膜；,遗传信息载体DNA,与,RNA,；,进行蛋白质合成的一定数量的核糖体；,催化主要酶促反应所需要的酶。,归纳：,一个细胞生存和繁殖必须具备的结构装置与机能是什么？,细菌的形态与结构,Capsie,荚膜,cytosol,细胞质基质,flagella,鞭毛,蓝藻模式图,细胞工程,生物奥赛辅导,(2),臧 恒,zangheng001,细胞工程的概念,细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。,细胞工程,植物细胞工程,动物细胞工程,植物细胞工程的基本技术和理论基础,植物细胞工程的理论基础是：,植物细胞的全能性,植物细胞工程常用的技术是,植物组织培养,植物体细胞杂交,概念：,细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。,原因：,是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质及发育为完整个体所必需的全部基因。,植物组织培养的概念,植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。,植物组织培养的过程,离体的植物器官、组织或细胞,脱分化（又叫去分化）,愈伤组织,（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）,再分化,根或芽等器官,植物体,植物组织培养的条件：,适宜的养料和激素，适宜的温度和无菌条件,植物体细胞杂交的概念,将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。（不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的）,植物细胞,A,植物细胞,B,去掉细胞壁,去掉细胞壁,原生质体,A,原生质体,B,原生质体融合,杂合的原生质体,再生出细胞壁,杂种细胞,细胞分裂,分化发育,愈伤组织,杂种植株,植物体细胞杂交过程,植物体细胞杂交过程,原生质体制备,原生质体融合,杂种细胞的筛选和培养,杂种植株的再生与鉴定,物理法：,离心、振动、电刺激等,化学法：,聚乙二醇等试剂,纤维素酶、果胶酶处理问题,为什么“番茄,马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？,主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯,番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。,植物细胞工程的实际应用,繁殖植物的新途径,微型育种 作物脱毒 人工种子,育种新方法,单倍体育种,诱导突变体,细胞产物的工厂化生产,概念：,应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术）,原理：,植物细胞的全能性,优点：,繁殖率高，,可大批量生产,取材少,培养周期短,保持优良性状,微型繁殖,作物脱毒,病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差,分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少，甚至没有,采用茎尖进行组织培养,人工种子,结构：,人工薄膜,+,胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）,优点：,不受气候、季节、地域的限制,保留优良性状,时间短，占地少,技术：,组织培养,原理：,细胞全能性,单倍体育种,方法：,花药离体培养,技术：,组织培养获得单倍体,秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍,优点：,明显缩短了育种年限,后代稳定遗传,突变体的利用,利用组织培养时，分裂状态的细胞易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变的原理，诱导并筛选出对人类有用的突变体。,细胞产物的工厂化生产,红豆杉与紫杉醇,人参皂苷的生产,动物胚胎或幼龄动物的组织、器官,细胞悬浮液,胰蛋白酶,10,代细胞,原代培养,50,代细胞,传代培养,细胞株,无限传代,细胞系,单个细胞,加培养液,遗传物质未改变,遗传物质已改变,动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织和器官。,动物细胞培养,思考：,2,、为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物细胞培养材料？,1,、动物细胞培养液的主要成分是什么？较植物组培培养基有何独特之处？,主要成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。独特之处有：,1,、液体培养基,2,、成分中有动物血清等,因为这些组织或器官上的细胞生命力旺盛，分裂能力强,3,、为什么培养前要将组织细胞分散成,单个细胞？,成块组织不利培养，分散了做成细胞悬浮液利于培养,4,、动物细胞培养能否像绿色植物组织培养那样最终培养成新个体？,不能，动物细胞培养只能使细胞数目增多，不能发育成新的动物个体,细胞克隆,1,、概念,把,一个单细胞,从群体中分离出来单独培养，使之,繁衍成,一个新的细胞群体,的技术。,遗传性状均一，表现的性状相似,2,、最基本要求,保证所建成的克隆来源于,单个细胞,细胞融合是正常的生命活动,两个细胞正在融合,受精作用,动物细胞融合,动物细胞融合,细胞,A,细胞,B,杂种细胞,灭活的病毒,物理法,化学法,仙台病毒,疱疹病毒,新城鸡瘟病毒,用灭活的病毒诱导动物细胞融合过程,细胞核,病毒颗粒,细胞核,灭活的病毒颗粒黏附于细胞表面,细胞膜被病,毒颗粒穿通,细胞膜连接,细胞融合，形成杂种细胞,（细胞膜具有一定的流动性）,单克隆抗体制备过程,注射抗原,B,淋巴细胞,骨髓瘤细胞,细胞融合、筛选,杂交瘤细胞,细胞培养,筛选，继续培养,足够数量的、能产生特定抗体的细胞群,体外培养,注射到小鼠腹腔,单克隆抗体,动物的胚胎移植,解决某些妊娠时间长、每胎产子数量少的优良种畜的繁殖速度问题。,胚胎移植技术,试管婴儿培养过程,卵细胞,精 子,体外受精,受精卵,胚胎,新个体,母体子宫内,孕育、产出,动物体细胞核移植技术和克隆动物,1,、动物细胞全能性的表现程度,受精卵,全能干细胞,多能干细胞,单能干细胞,体细胞,干细胞：,具有增值分裂能力，并能产生一种 以上特殊功能细胞的原始细胞,全能干细胞,：在胚胎的早期发育阶段具有分化潜能 的细胞。如早期的胚胎细胞,多能干细胞,：具有分化出多种组织细胞的潜能，但其发育潜能受到限制，失去了发育为完整个体的能力。如骨髓造血干细胞。,单能干细胞,：只能分化为某一细胞类型的干细胞。如表皮干细胞,核移植,胚胎细胞核移植,体细胞核移植（难度高）,动物细胞核移植,是将动物的一个细胞的细胞核,移如入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中,.,使其重组并发育成一个新的胚胎,这个新的胚胎最终发育为动物个体,.,3.,培育过程,去核卵细胞,体细胞核,细胞核移植,重组细胞,电脉冲刺激,早期胚胎,(,或重组胚胎,）,胚胎移植,母体子宫,妊娠、出生,个体,4,、原理,动物体细胞核,具有全能性,卵细胞,母绵羊,母绵羊,乳腺细胞,细胞核移植,早期胚胎,卵裂,C,母绵羊子宫,胚胎移植,多莉羊,分娩,妊娠,多莉羊的培育过程,融合后的卵细胞,体细胞核移植技术的应用前景,体细胞核移植技术存在的问题：,许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如体型过大，异常肥胖，发育困难，脏器缺陷，免疫失调等。,营养生殖（扦插、嫁接）,植物组织培养,动物细胞培养,动物个体的克隆（体细胞核移植和胚胎移植）,PCR,技术进行,DNA,扩增,哪些生物技术属于“克隆”？,谢谢各位,