全国版2019版高考生物一轮复习第36讲细胞工程 培优学案
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1、第36讲细胞工程考纲明细1.植物组织培养()2.动物细胞培养与体细胞克隆()3.细胞融合与单克隆抗体()板块一知识自主梳理一、细胞工程的概念1原理和方法:应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法。2操作水平:细胞水平或细胞器水平。3目的:按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。4分类:根据操作对象的不同,分为植物细胞工程和动物细胞工程。二、植物细胞工程1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)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。(3)全能性大小植物细胞:受精卵生殖细
2、胞体细胞。动物细胞:受精卵生殖细胞体细胞核(动物细胞全能性受限制,但细胞核具有全能性)。2植物组织培养技术(1)原理:植物细胞具有全能性。(2)过程3植物体细胞杂交技术(1)概念:将不同种的植物体细胞,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)操作流程过程a为去除细胞壁获得具有活力的原生质体,用到的酶是纤维素酶和果胶酶。过程b是原生质体的融合,其原理是细胞膜具有一定流动性。人工诱导的方法有物理法,包括离心、振动、电激等;化学法一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。过程c是原生质体融合后再生出细胞壁,这是原生质体融合成功的标志。过程d是植物组织培养,形成杂种植株,其原理
3、是植物细胞的全能性。(3)意义:克服了远缘杂交不亲和的障碍。4植物细胞工程的应用(1)微型繁殖概念:指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,又叫快速繁殖技术。特点:保持优良品种的遗传特性;高效快速地实现种苗的大量繁殖。实例:利用组织培养技术来培育兰花。(2)作物脱毒材料:植物的分生区(如茎尖)。分生区附近的病毒极少,甚至无病毒。优点:使农作物增产。(3)人工种子概念:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。特点:后代无性状分离;不受气候、季节和地域限制。(4)单倍体育种过程花药离体培养单倍体植株正常植株优点:得到纯合子,能稳定遗传;明显缩短育种年限
4、。(5)突变体的利用突变体:在植物组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断的分生状态,因此容易受到培养条件和外界压力的影响而发生突变,由此发育而成的个体称为突变体。利用:从突变体中筛选出对人们有利突变体,进而培育成新品种,即突变体育种。(6)细胞产物的工业化生产细胞产物:蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料等。技术:植物组织培养技术。培养阶段:愈伤组织阶段。三、动物细胞工程1动物细胞工程常用的技术手段动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等,其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。2动物细胞培养(1)原理:细胞增殖。(2)过程动物组织块选材:一般选取胚胎或幼龄动物的器官
5、或组织。选材原因:分化程度低,增殖能力强,易于培养。原代培养:具有贴壁生长和接触抑制的特点。传代培养做法:贴满瓶壁的细胞用胰蛋白酶等处理后分瓶培养。胰蛋白酶的作用:使细胞从瓶壁上脱离下来。培养细胞的特点:10代以内,保持正常的二倍体核型;1050代,增殖会逐渐缓慢,以至于完全停止,部分细胞的细胞核型可能会发生变化;50代以后,少部分细胞获得不死性可无限增殖。(3)培养条件无菌、无毒环境培养液和培养用具进行无菌处理;培养过程加抗生素,防止培养过程中的污染;定期更换培养液,清除代谢产物。营养:除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外通常还需加入血清、血浆等一些天然成分。适宜的温度:36.5
6、0.5 ;适宜的pH:7.27.4。气体环境3动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)核移植分类:胚胎细胞核移植和体细胞核移植。(2)动物体细胞核移植技术的过程(3)原理:动物体细胞核具有全能性。(4)选用去核卵(母)细胞的原因:卵(母)细胞比较大,容易操作;卵(母)细胞细胞质多,营养丰富,含有促进核全能性表达的物质。(5)克隆动物性状与供体基本相同原因:克隆动物的大部分性状受细胞核控制,而细胞核来自供体;克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质;生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境影响。4动物细胞融合(1)方法:化学法:需要用聚乙二醇(PEG);生物法:灭活的病毒;物理法:电激等诱导因
7、素。(2)原理:细胞膜的流动性。(3)意义:突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能。为制备单克隆抗体开辟了新途径。5单克隆抗体(1)制备原理:一种浆细胞产生一种抗体,浆细胞在体外不能无限增殖;骨髓瘤细胞能无限增殖;浆细胞与骨髓瘤细胞融合得到杂交瘤细胞,既能无限增殖,又能产生特异性抗体。(2)制备过程杂交瘤细胞的特点:既能大量增殖,又能产生某种特异性抗体。制备单克隆抗体过程中两次筛选的方法及目的单克隆抗体的提取场所体外培养培养液中提取。体内培养小鼠腹水中提取。(3)单克隆抗体的优点:特异性强、灵敏度高,可大量制备。(4)用途:作为诊断试剂;用于治疗疾病和运载药物。深入思考1植物体未离体的组
8、织、细胞并未表现出全能性,可能的原因是什么?提示在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会选择性地表达出各种蛋白质,分化形成不同的细胞,从而构成生物体的不同组织。2如何检测杂交瘤细胞是否产生单克隆抗体?提示可利用抗体与抗原的特异性结合原理检测。杂交瘤细胞产生的单克隆抗体是一种分泌蛋白,能够和特定的抗原结合产生特定的反应,因此可用来检测抗体的产生。自查诊断1棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。()答案2利用物理法或化学法,可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。()答案3肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。()答案4与“多利”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培
9、养和核移植。()答案5杂交瘤细胞进行体内培养,是为了获得能产生单克隆抗体的胚胎。()答案板块二考点题型突破考点1植物组织培养与植物体细胞杂交题型一植物组织培养1下图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径,下列叙述不正确的是()A该途径依据的原理是植物细胞具有全能性B过程需控制好培养基中植物激素的比例C经过程后细胞的形态和结构发生了变化D过程需使用液体培养基,有利于细胞增殖答案A解析该过程是为了得到细胞群及细胞产物,没有体现细胞的全能性,A错误;过程为脱分化,在培养基中应加入适量的生长素和细胞分裂素,B正确;愈伤组织是无定形的薄壁细胞,所以经过程细胞的形态和结构发生了明显变化,C正确;过程是细胞
10、大量增殖的过程,需要液体培养基,D正确。22017广州模拟如图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后,在一定的条件下,形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题:(1)要促进细胞分裂生长,培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括_和小分子有机物,激素包括细胞分裂素和_两类植物激素。(2)此过程依据的原理是_。A和B阶段主要进行的分裂方式是_,B阶段除了细胞分裂外,还进行细胞_等。(3)此过程要无菌操作,主要是指对_进行灭菌消毒。B阶段需要光照,原因是_。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素,而叶肉细胞具有叶绿素,这是基因_的结果。答案(1)无机物生长素(2)植物细胞的全能性有丝分裂分化(3)培养
11、基芽发育成叶,叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达解析(1)要促进细胞分裂生长,培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括无机物和小分子有机物,激素包括细胞分裂素和生长素两类植物激素。(2)植物组织培养过程依据的原理是植物细胞的全能性。A是脱分化过程,B是再分化过程,两者均进行有丝分裂,B阶段除了细胞分裂外,还进行细胞分化等。(3)植物组织培养过程需要无菌操作,主要是指对培养基进行灭菌消毒。再分化阶段需要光照,原因是在此过程中芽发育成叶,叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素,而叶肉细胞具有叶绿素,这是基因选择性表达的结果。技法提升脱分化和再分化的比较题
12、型二植物体细胞杂交3“白菜甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种,它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。如图是“白菜甘蓝”的杂交过程示意图。以下说法正确的是()A除去细胞壁形成原生质体,可运用的酶是纤维素酶、淀粉酶和果胶酶B通常可诱导上述原生质体相互融合的方法是PEG诱导和灭活的病毒诱导C杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁D愈伤组织形成“白菜甘蓝”植物体必须经过脱分化和再分化两个过程答案C解析除去细胞壁的酶有纤维素酶和果胶酶,A错误;诱导植物原生质体融合不能用灭活的病毒,B错误;杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁,C正确;愈伤组织形成“白菜甘蓝”植物体属于再分化过程,D错
13、误。4. 如图为细胞融合示意图(只考虑细胞两两融合),若A、B分别是基因型为Hhrr、hhRr两个烟草品种的花粉,两对基因独立遗传,由于一对隐性纯合基因(rr或hh)的作用,在光照强度大于800 lx时,都不能生长。下列叙述正确的是()诱导细胞融合的方法是用灭活病毒处理,原理是细胞膜的流动性实验开始时必须用纤维素酶(或果胶酶)除去不利于原生质体融合的结构在大于800 lx光照下培养,可淘汰5种融合细胞,筛选出基因型为HhRr的杂种细胞利用植物组织培养技术可将融合细胞培养成杂种烟草植株,原理是细胞具有全能性A BC D答案D解析诱导植物原生质体融合的方法没有灭活的病毒,灭活的病毒只能诱导动物细胞
14、的融合,错误;实验开始时必须用纤维素酶(或果胶酶)除去不利于原生质体融合的结构细胞壁,正确;根据基因的自由组合定律可以看出,A的花粉即配子的基因型为Hr、hr,B的花粉基因型为hR、hr,诱导融合产生的杂种细胞(只考虑两个原生质体的融合)共有6种基因型,即HHrr、hhrr、hhRR、HhRr、Hhrr、hhRr,在大于800 lx光照下培养,其中HHrr、hhrr、hhRR、Hhrr、hhRr的个体不能生长,只有同时具备了H和R基因才能够生长,可淘汰5种融合细胞,筛选出基因型为HhRr的杂种细胞,正确;利用植物组织培养技术可将融合细胞培养成杂种烟草植株,原理是细胞具有全能性,正确。技法提升植
15、物体细胞杂交后的遗传物质分析(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(2x2y)条,4个染色体组,基因型为AabbccDd。考点2动物细胞培养与动物体细胞核移植题型一动物细胞培养1关于动物细胞培养的错误叙述是()A用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织B将所取的组
16、织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞C在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离,制成细胞悬液D动物细胞培养只能传50代左右,所培养的细胞会衰老死亡答案D解析选取胚胎或幼龄动物的器官、组织是因为它们分裂能力较强,A正确;动物组织间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质,易被胰蛋白酶催化分解,从而使细胞分散,B正确;当贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止分裂增殖,出现接触抑制现象,需定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来,制成细胞悬液,C正确;动物细胞培养传至50代左右,部分细胞的遗传物质发生改变,并且带有癌变的特点,能在培养条件下无限制地传代下去,D错误。22017银川模拟回答下列有关
17、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,这种现象称为细胞的_。此时,瓶壁上形成的细胞层数是_。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来,需要用酶处理,常用的酶是_。(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_的现象;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,这种细胞的黏着性_,细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量_。(3)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,最好选用分裂到_期的细胞用显微镜进行观察。(5)在细
18、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,细胞新陈代谢的速率降低。(6)给患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。答案(1)相互接触接触抑制单层(或一层)胰蛋白酶(2)衰老甚至死亡不死性降低 减少(3)活细胞的膜具有选择透过性,大分子染料不能进入活细胞内,故活细胞不能着色,而死细胞的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(6)抗原解析(1)在动物细胞培养过程中,细胞会表现出接触抑制现象,此时是单层细胞。用胰蛋白酶处理可以使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来。(2)随着细
19、胞传代培养代数的增多,绝大部分细胞分裂停止,进而出现衰老甚至死亡的现象,但极少数细胞可以连续增殖,有些细胞会因遗传物质改变而变成不死性细胞,这种细胞细胞膜表面糖蛋白减少,细胞黏着性降低。(3)由于活细胞的膜具有选择透过性,大分子染料不能进入活细胞内,而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)由于细胞分裂中期染色体形态固定、数目清晰,因此最好选用分裂到中期的细胞用显微镜观察染色体数目。(5)由于在冷冻、超低温或液氮条件下,细胞中酶的活性降低,细胞新陈代谢的速率降低,通常在此条件下保存细胞。(6)机体把移植的皮肤当作抗原攻击,会发生排斥现象。题型二动物体细胞核移植3
20、下列为克隆羊多利的培育过程示意图。下列各项有关表述错误的是()A克隆羊“多利”的主要性状与甲羊一致,因其细胞核基因来自甲羊B克隆羊“多利”的培育过程中采用的生物技术有核移植和动物细胞培养C乙羊的去核卵母细胞为重组细胞基因表达提供了细胞内的环境条件D此过程说明高度分化的动物细胞具有全能性答案D解析生物的性状主要是由细胞核中的基因控制,A正确;重组细胞发育成早期胚胎的过程需要进行动物细胞培养,B正确;由于卵母细胞的细胞质中含有调控细胞核发育的物质,所以其为重组细胞基因表达提供了细胞内的环境条件,C正确;此实验只能说明高度分化的动物细胞的细胞核具有全能性,而不能证明动物细胞有全能性,D错误。4201
21、8最新科研克隆猴“中中”“华华”的问世,中国率先开启了以体细胞克隆猴作为实验动物模型的新时代,实现了我国在非灵长类研究领域由“并跑”到“领跑”的转变, 这两只克隆猴的名字象征着“中华”。目前,两只克隆猴出生时间分别为8周和6周,同普通的猴子一样,能正常地生长。克隆的成功将为脑疾病、免疫缺陷、肿瘤、代谢等疾病的机理研究、干预、诊治带来前所未有的光明前景。非人灵长类核移植主要难在三个方面。以猕猴为例:一是猴细胞核不易识别,去核难度大;二是猴的卵母细胞容易提前激活。操作稍一不小心,卵母细胞就可能被激活,然后它就会先开始自主卵裂,体细胞就跟不上了,最后导致这个卵无法发育;三是猴的体细胞克隆胚胎发育差,
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