2020年高考生物一轮复习讲义:第36讲 细胞工程
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1、第 36 讲 细胞工程1植物的组织培养() 2.动物细胞培养与体细胞克隆() 3.细胞融合与单克隆抗体()植物的组织培养与植物体细胞杂交1细胞工程的概念2细胞的全能性(1)含义:具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的潜能。(2)物质基础:细胞内含有本物种全部的遗传信息。(3)植物细胞全能性表达条件:具有完整的细胞结构,处于 离体状态,提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。(4)体内细胞不表达全能性的原因:基因在特定的时间和空间条件下 选择性表达,形成不同的组织、器官。3植物组织培养技术(1)原理:植物细胞具有全能性。(2)过程4植物体细胞杂交技术(1)概念:将不同种
2、的植物体细胞,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。(2)操作流程5植物细胞工程的实际应用Error!(2)作物新品种的培育:单倍体育种、突变体的利用。(3)细胞产物的工厂化生产:培养到愈伤组织阶段。(选修 3 P36“小知识”改编 )固体培养基中的无机营养成分包括_;有机营养成分包括_等物质。答案:水分、无机盐 小分子糖类、氨基酸下图是植物体细胞杂交过程示意图,如果 A、B 植物均为二倍体,据图分析回答下列问题:(1)图中过程依据的原理是_ 。(2)植物体细胞融合成功的标志是_,其产生与细胞内 _(细胞器)有关。(3)和过程分别是_的过程。该杂种植物有 _个染色体
3、组。(4)该杂种植株理论上_( 填“可育”或“不可育”)。答案:(1)细胞膜具有流动性 (2)形成新的细胞壁 高尔基体 (3)脱分化和再分化 四 (4)可育考向 1 植物组织培养的过程1(2019江西上高二中调研) 蓝莓中富含的花青素能有效地改善视力,下面为科学家利用植物组织培养的方法,大量培养蓝莓具体流程的文字图解。请回答下列问题:蓝莓组织 愈伤组织 长出丛芽 生根 移栽成活 (1)用于离体培养的蓝莓组织叫做_,该技术的原理是_。(2)配制 MS 培养基时,应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质,蔗糖除作为碳源外,还具有_的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生
4、芽培养基,这三种培养基的主要差异是_。(3)图中蓝莓组织要经过消毒处理后才能进行培养。其过程中,细胞的分化程度会_(填“升高”“降低 ”或“不变”) 。(4)愈伤组织经过过程重新分化成根或丛芽的过程叫_ 。(5)蓝莓花青素在 60 以下的热稳定性较好,将含花青素的粗品经真空干燥( 可使水的沸点降低 40 )制成成品。采用该方法的主要原因是 _。解析:(1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性,用于离体培养的组织叫做外植体。(2)配制 MS 培养基时,应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质,蔗糖除作为碳源外,还具有提供能量和维持渗透压的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根
5、培养基和生芽培养基,这三种培养基的主要差异是生长素和细胞分裂素的用量及比例不同。(3)图中过程是脱分化形成愈伤组织的过程,高度分化的细胞恢复分裂能力,则分化程度降低。 (4)图中过程是愈伤组织经过再分化形成丛芽或根的过程。(5)含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低 40 ) 制成成品,采用该方法的主要原因是避免(干燥时温度过高导致)花青素分解。答案:(1)外植体 植物细胞具全能性(2)提供能量和维持渗透压 生长素和细胞分裂素的用量及比例不同(3)降低(4)再分化(5)避免(干燥时温度过高导致)花青素分解(1)植物组织培养中生长素和细胞分裂素的比值与效果生长素/细胞分裂素的比值 作用效果比
6、值高时 促进根分化、抑制芽形成比值低时 促进芽分化、抑制根形成比值适中 促进愈伤组织形成(2)植物组织培养中光照的使用脱分化阶段不需要给予光照,再分化阶段需要给予光照,以利于叶绿素的形成。考向 2 植物体细胞杂交过程2(2019江苏泰州中学月考) 为培育出含 胡萝卜素的“ 黄金大米”,科研人员提出以下两套培育方案。请分析回答下列问题:甲方案: 玉 米 体细 胞 胡 萝 卜素 基 因 水 稻 体细 胞 “黄 金 大 米 ”乙方案:(1)甲方案中,胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是_。若研究人员已知 胡萝卜素基因序列,可采用 _方法获得 胡萝卜素基因。过程中可用_技术检测水稻体
7、细胞 DNA 上是否插入了 胡萝卜素基因。(2)乙方案中,在体细胞杂交前需要用酶除去细胞壁获得原生质体,诱导体细胞融合的化学试剂常用_。通过获得“黄金大米”幼苗需要经过_两个过程,依据的原理是_。在培养过程中,在培养基中除了添加营养物质外,还需要添加_。(3)与传统育种方法相比,甲、乙两套方案共同的优点是_。解析:(1)自然界中所有生物共用一套遗传密码子,因此一种生物的基因能在另一种生物体内表达;在目的基因序列已知的情况下,可采用人工合成的方法获得目的基因。检测目的基因是否插入受体细胞可用 DNA 分子杂交技术。(2)诱导植物原生质体融合常用的化学试剂是聚乙二醇。植物组织培养过程中将杂交细胞培
8、育成杂交植株需要采用植物激素,该技术包括脱分化和再分化两个过程,原理是植物细胞的全能性;在此过程中,除了培养基中添加营养物质外,还需要添加植物激素(生长素和细胞分裂素) 。(3)与传统育种方法相比,基因工程育种和植物细胞工程育种都能克服远缘杂交不亲和的障碍。答案:(1)所有生物共用一套遗传密码( 密码子) 人工合成 DNA 分子杂交 (2)聚乙二醇 脱分化和再分化 (植物 )细胞的全能性 (植物) 激素( 生长素和细胞分裂素) (3)克服远缘杂交不亲和的障碍(打破生殖隔离 )杂种植物遗传物质的变化(1)遗传特性:杂种植株中含有两种植物的遗传物质,故杂种植株具备两种植物的遗传特性。(2)染色体组
9、数染色体组数两种植物体细胞内染色体组数之和。植物体细胞杂交形成的杂种植株,有几个染色体组就称为几倍体。若一植物细胞含有 2x 条染色体,2 个染色体组,基因型为 Aabb,另一植物细胞含有 2y 条染色体, 2 个染色体组,基因型为 ccDd,则新植株应为异源四倍体,其体细胞中染色体为(2 x 2y)条,4 个染色体组,基因型为 AabbccDd。 考向 3 植物细胞工程的应用3(2019江苏海门中学高三质检) 为了获得植物次生代谢产物,先用植物外植体获得愈伤组织,然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问题:(1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为_ 。(2)在愈伤组织悬浮培养时,细胞干重、
10、蔗糖浓度和 pH 的变化如下图所示。细胞干重在 12 d 后下降的原因有_;培养液中蔗糖的作用是_、_。(3)多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。二倍体愈伤组织细胞经_处理,会产生染色体加倍的细胞。为检测愈伤组织细胞染色体数目,压片前常用纤维素酶和_酶解离愈伤组织。若愈伤组织细胞(2N)经诱导处理后,观察到染色体数为 8N 的细胞,合理的解释是_、_。解析:(1)外植体经诱导形成愈伤组织的过程称为脱分化。(2) 观察图示可知,12 d 后蔗糖浓度和 pH 都下降到较低水平,影响能量的供应和酶的活性,导致细胞干重下降。另外,培养液中的蔗糖还具有调节渗透压的作用。(3)在细胞分裂过
11、程中,用低温或秋水仙素处理,都可抑制纺锤体的形成,使染色体不能移向两极,从而使细胞中染色体数目加倍。愈伤组织的细胞之间含有纤维素和果胶,欲将其分散成单个细胞,压片前需用纤维素酶和果胶酶处理。愈伤组织细胞经诱导处理后,有的细胞染色体数目加倍(4N),有的细胞染色体数目未加倍(2N),也可能有的细胞在连续分裂中每次都因低温或秋水仙素抑制了纺锤体的形成,导致细胞中染色体数目连续加倍,出现染色体数目为 8N 的细胞。所以染色体数目加倍到4N 的细胞处于有丝分裂后期时染色体数目为 8N,染色体数目加倍到 8N 的细胞处于有丝分裂中期时染色体数目也为 8N。答案:(1)脱分化 (2) 蔗糖浓度下降,pH
12、降低 提供能源 调节渗透压 (3)秋水仙素(低温) 果胶 经加倍到 4N 的细胞处于有丝分裂后期 经加倍到 8N 的细胞处于有丝分裂中期植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法(1)诱导产生的细胞(假设用于杂交的两种植物细胞分别为 A、B)未融合的细胞:A 和 B。两两融合的细胞:AA、BB 和 AB。多细胞融合体。(2)检测方法:对诱导产生的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植物性状进行判断。若得到的是一种植物的性状,说明是未融合细胞。若得到的是具有两种亲本性状的植物,说明是杂种植株。若得到的是具有两种亲本性状的植物,且一种植物的性状得到加强,则是多细胞融合体。若得到的是一种植物的性状且
13、效果得到加强,则是同种细胞融合的结果。 动物细胞培养和核移植技术1动物细胞培养动物细胞工程技术的基础(1)原理:细胞增殖。(2)过程(3)培养条件无菌、无毒的环境:对培养液和所有培养用具进行无菌处理;添加抗生素;定期更换培养液以清除代谢产物。营养:除正常的有机和无机营养外,还需加入血清、血浆等一些天然成分。温度和 pH:适宜温度为 36.50.5_( 哺乳动物),pH 为 7.27.4。气体环境:95%空气加 5%CO2(维持培养液的 pH)。(4)应用:生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。2动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)原理:动物体细胞核具有全能性。(2)动物体细胞核移植技术的过程
14、(3)应用加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。保护濒危物种。生产医用蛋白。作为异种移植的供体。用于组织器官的移植。(4)存在问题:成功率低、克隆动物存在健康问题、动物食品的安全性问题等。(选修 3 P44“寻根问底 ”改编)胰蛋白酶处理动物组织,对细胞的消化有两种情况:(1)短时间内细胞_(填“会”或“不会”)被消化,原因是_。(2)长时间后细胞_(填 “会”或“不会”)被消化,原因是_。答案:(1)不会 细胞表面具有糖蛋白,对细胞具有一定的保护作用(2)会 细胞表面糖蛋白的保护作用是有限的;细胞膜的主要成分包括磷脂和蛋白质,蛋白质可被胰蛋白酶水解如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化
15、曲线,图中 B、E 两点表示经筛选、分装后继续培养。据图分析回答下列问题:(1)原代培养和传代培养的分界点是_点,此点之前的培养称为 _,之后的培养称为_。(2)AB 段和 DE 段繁殖速度缓慢的原因: AB 段发生了_;DE 段细胞_。(3)E 点后的细胞大多数具有异倍体核型,这样细胞的特点是_。答案:(1)B 原代培养 传代培养(2)接触抑制 大部分衰老失去分裂能力(3)E 点后的细胞属于细胞系,能无限增殖考向 1 动物细胞培养过程的分析1(2019宁夏长庆高级中学高三月考) 回答下列有关动物细胞培养的问题:(1)在动物细胞培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到细胞表面_时,细胞会停止分裂增殖,
16、这种现象称为细胞的_。此时,瓶壁上形成的细胞是_层。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来,需要用酶处理,可用的酶是_。(2)随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞分裂停止,进而出现_现象;但极少数细胞可以连续增殖,其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成_细胞,该种细胞的黏着性_,细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量_。(3)现用某种大分子染料对细胞进行染色时,观察到死细胞被染色,而活细胞不被染色,原因是_。(4)检查某种有毒物质是否能改变细胞染色体的数目,最好选用分裂_期的细胞在显微镜下进行观察。(5)在细胞培养过程中,通常在_条件下保存细胞。因为在这种条件下,细胞中_的活性降低,细胞_速率降低。(6)给患
17、者移植经细胞培养形成的皮肤后,发生了排斥现象,这是因为机体把移植的皮肤当作_进行攻击。解析:(1)细胞接触抑制是指细胞表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖。基于上述特性,瓶壁上形成的细胞是单层排列的。需要时可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶将贴壁的细胞从瓶壁上分离下来。(2)随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞停止分裂,出现衰老甚至死亡现象,极少数细胞可以连续增殖,其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成不死性细胞。该种细胞由于细胞膜表面糖蛋白减少,其黏着性降低。(3)活细胞膜具有选择透过性,大分子不能通过,故死细胞被染色,而活细胞不被染色。(4) 有丝分裂中期时染色体的着丝点排列在赤道板上,染色体形态固
18、定、数目清晰,是观察染色体数目的最佳时期。(5)在细胞培养过程中,通常在冷冻( 或超低温、液氮) 条件下保存细胞。因为在这种条件下,细胞中酶的活性降低,细胞新陈代谢的速率降低。(6)机体把移植的皮肤当作抗原攻击,会发生排斥现象。答案:(1)相互接触 接触抑制 单( 或一) 胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)(2)衰老甚至死亡 不死性 降低 减少(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性,大分子染料不能进入活细胞内( 或死细胞的细胞膜丧失了选择透过性,大分子染料能够进入死细胞内而着色)(4)中(5)冷冻(或超低温、液氮 ) 酶 新陈代谢(6)抗原考向 2 动物体细胞核移植过程的分析2(2019广东佛山检测)我国科
19、学家解决了体细胞克隆猴的世界难题,成功培育出世界上首个体细胞克隆猴“中中”和“华华”。这标志着我国将率先开启以猕猴作为实验动物模型的时代。下图为克隆猴的流程示意图。请回答下列问题:(1)我国克隆猴利用的是猴胎儿成纤维细胞,该细胞是一已分化的体细胞,从理论上分析,它具有细胞的全能性,这是因为_。(2)克隆猴时需要进行“去核”操作,即去掉卵母细胞的细胞核。先在体外培养卵母细胞让其分裂,一般选择_的细胞进行去核操作;然后进行“核移植”,即将体细胞的细胞核移到去核卵母细胞中形成重组细胞,此时采用的技术是_;得到的重组细胞再进行人工激活使其分裂形成胚胎。(3)科学家将 79 枚克隆胚胎移植入 21 只代
20、孕母猴体中,最终只有两只母猴正常怀孕产下“中中”和“华华”,他俩的性别是否一致?_;原因是_。(4)克隆动物有很多优点:可以加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育;_。(5)灵长类生物克隆成功是克隆技术的重大突破,在该技术应用方面,应注意哪些潜在的风险?_。解析:(1)由于成纤维细胞的细胞核中含有猴的全部核基因,因此成纤维细胞具有全能性。(2)去核操作一般选择减数第二次分裂中期的卵母细胞。将体细胞的细胞核移到去核卵母细胞中形成重组细胞的方法是显微注射技术。(3)79 枚克隆胚胎为有丝分裂而来,其细胞核遗传物质一致,即“中中”“华华”的细胞核中遗传物质一样,因此“中中”和“华华”的性别一致。(4
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