1、第37讲 细胞工程,-2-,必备知识梳理,关键能力突破,植物细胞工程 1.细胞工程的概念,-3-,必备知识梳理,关键能力突破,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的条件: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。,-4-,必备知识梳理,关键能力突破,3.植物组织培养技术 (1)原理:植物细胞具有 全能性 。 (2)
2、过程,-5-,必备知识梳理,关键能力突破,(3)植物激素使用顺序对植物组织培养的影响,-6-,必备知识梳理,关键能力突破,4.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,-7-,必备知识梳理,关键能力突破,5.植物细胞工程的实际应用(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。 教材拾遗(选修3第36页“小知识”改编)固体培养基中的无机营养成分包括 水分、无机盐 ,有机营养成分包括 小分子糖类、氨基酸 等物质。,-8-,必备知识梳理,关
3、键能力突破,凝练核心素养 1.科学思维运用归纳与概括、创新性思维的方法,依据细胞全能性的物质基础和生物体生长的细胞学基础等理论,理解植物组织培养和植物体细胞杂交技术。 2.科学探究通过分析植物组织培养的基本过程,掌握培养基制备、外植体消毒、接种、培养、移栽以及栽培等基本操作技术。,-9-,必备知识梳理,关键能力突破,(科学思维、科学探究)利用相关工程技术可以获得抗黑腐病杂种黑芥花椰菜植株。已知野生黑芥具有黑腐病的抗性基因,而花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病,技术人员用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力,再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质
4、体融合,流程如下图。据图回答下列问题。,-10-,必备知识梳理,关键能力突破,(1)该过程用到的工程技术有 和 。 (2)过程所需的酶是 ,过程PEG的作用是 ,经过操作后,需筛选出融合的杂种细胞,显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体存在可作为初步筛选杂种细胞的标志。 (3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压,其作用是 。原生质体经过细胞壁再生,进而分裂和脱分化形成 。 (4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和双亲植株的根尖,制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的 ;将杂种植株栽培在含有 的环境中,可筛选出具有高抗性的杂种植株。,-11-,必备知识梳
5、理,关键能力突破,答案 (1)植物体细胞杂交 植物组织培养 (2)纤维素酶和果胶酶 促进原生质体的融合 (3)保持原生质体完整性 愈伤组织 (4)形态和数目 黑腐病菌,-12-,必备知识梳理,关键能力突破,解析 (1)据图可知,该流程图表示先去掉两种植物细胞的细胞壁,然后诱导融合获得杂种细胞,通过植物组织培养获得杂种植株,该过程是植物体细胞杂交。(2)植物细胞细胞壁的成分是纤维素和果胶,因此采用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁;聚乙二醇(PEG)的作用是促进原生质体的融合。(3)去掉细胞壁后获得的原生质体需要放在适宜浓度的甘露醇溶液中,保持原生质体完整性,避免失水或吸水;在植物组织培养中,
6、经过脱分化后形成愈伤组织。(4)由于染色体在显微镜下能看见,因此可以制作临时装片,观察染色体的形态和数目,以确定是否发生染色体变异;对杂种植物进行鉴定最简单的方法是从个体水平上进行检测,即接种黑腐病菌,观察植物的性状。,-13-,必备知识梳理,关键能力突破,考向1 植物组织培养 1.某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉,其技术路线为“取材消毒愈伤组织培养出芽生根移栽”。下列有关叙述错误的是( ) A.消毒的原则是既杀死材料表面的微生物,又减少消毒剂对细胞的伤害 B.在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细胞 C.出芽是细胞再分化的结果,受基因选择性表达的调控 D.生根时,培
7、养基通常应含-萘乙酸等生长素类调节剂,答案,解析,-14-,必备知识梳理,关键能力突破,2.(2018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。(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、生根培养基和生芽培养基。这三种培养基的主要差异是 。 (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
8、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 。,-15-,必备知识梳理,关键能力突破,答案 (1)外植体 植物细胞具有全能性 (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,-16-,必备知识梳理,关键能力突破,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、生根培养基和生芽培养基
9、。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,细胞的分化程度降低。(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。,-17-,必备知识梳理,关键能力突破,3.(2017海南高考)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料,利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题。 (1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是 。 (2)甲、乙同学在诱导愈伤
10、组织所用的培养基中,均加入一定量的蔗糖,蔗糖水解后可得到 。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是 (填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。,-18-,必备知识梳理,关键能力突破,(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是 。A中的愈伤组织是叶肉细胞经 形成的。 (4)若该种植物是一种杂合子的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时, (填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体,原因是 。,-19-,必备知识梳理,关
11、键能力突破,答案 (1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株 (2)葡萄糖、果糖 具有完整的细胞核 (3)细胞分裂素、生长素 脱分化 (4)不能 对杂合子的植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同。用花粉粒进行组织培养得到花卉基因型不同于原植株,-20-,必备知识梳理,关键能力突破,解析 (1)高度分化的活的植物细胞含有完成发育所需的全套基因,这是细胞全能性的理论基础,而植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性。(2)蔗糖水解可得到葡萄糖、果糖。从细胞全能性的理论基础可知,用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是具有完整的细胞
12、核,即要含有完成发育所需的全部遗传信息。(3)植物组织培养的再分化过程受生长素和细胞分裂素的影响,两者含量的比例会影响分化的结果。愈伤组织是高度分化细胞经脱分化形成的。(4)一般情况下,植物组织培养属于无性繁殖,可使后代保持亲本的遗传性状。但花药离体培养(属于有性生殖范畴)与用植物正常体细胞培养不同,因为花粉粒通过减数分裂产生,分裂过程中等位基因的分离、基因重组等使其基因型与体细胞的基因型不同,培养得到花卉基因型不同于原植株,导致不能保持亲本性状。故要保持亲本性状,组织培养不能用花粉粒作外植体。,-21-,必备知识梳理,关键能力突破,(1)植物组织培养中生长素和细胞分裂素的比值与效果(2)植物
13、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。,-22-,必备知识梳理,关键能力突破,考向2 植物体细胞杂交过程 4.下图表示利用高秆抗锈病玉米(基因型为AaBb,两对基因独立遗传)的花粉细胞生产人工种子的过程。下列叙述不正确的是( )A.通过过程两两融合得到的细胞基因型有9种 B.过程培养基中的植物激素种类和比例不同 C.过程需用秋水仙素处理才能获得可育的人工种子 D.人工种子的种皮中加入植物生长调节剂可促进丛芽的发育,答案,解析,-23-,必备知识梳理,关键能力突破,5.(2018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
14、出以下两套培育方案。请分析回答下列问题。(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 的方法获得-胡萝卜素基因。过程中可用 技术检测水稻体细胞DNA上是否插入了-胡萝卜素基因。,-24-,必备知识梳理,关键能力突破,(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,除了在培养基中添加营养物质外,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 。,答案 (1)所有生物共用一套遗传密码(
15、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),-25-,必备知识梳理,关键能力突破,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)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此可根据酶的专一性原理,在植物体细胞杂交前用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得原生质体;诱导植物原生质体融合常用的化学试剂是聚乙二醇。将杂交细胞培
16、育成杂交植株需要采用植物组织培养技术,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。在植物组织培养过程中,除了在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。,-26-,必备知识梳理,关键能力突破,1.植物体细胞杂交过程中杂种细胞的类型及检测方法 (1)诱导产生的细胞类型(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。 若只
17、表现出一种植物的性状,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。 若得到的是两种亲本性状的植物,且一种植物的性状得到加强,则可能是多细胞融合体。 若得到的是一种植物的性状,且效果得到加强,则是同种细胞融合的结果。,-27-,必备知识梳理,关键能力突破,2.植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 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。,-28-,必备知识梳理,关键能力突破,考向3 植物细胞工程的应用 6.(20
18、18江苏海门中学质检)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、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 、 。,-29-,必备知识梳理,关键能力突破,(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
19、、 。 答案 (1)脱分化 (2)蔗糖浓度下降,pH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,-30-,必备知识梳理,关键能力突破,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,12d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的数目加倍。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
20、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。,-31-,必备知识梳理,关键能力突破,动物细胞培养与核移植技术 1.动物细胞培养 (1)原理: 。 (2)培养条件 无菌、无毒的环境:对 和所有培养用具进行无菌处理,添加 ,定期更换培养液以清除 。 营养:除正常的
21、有机和无机营养外,通常需加入 等一些天然成分。 适宜的温度和pH:温度为 (哺乳动物),pH为 。 气体环境:含95%空气加 的混合气体。,细胞增殖,培养液,抗生素,代谢废物,血清、血浆,36.50.5,7.27.4,5%CO2,-32-,必备知识梳理,关键能力突破,(3)动物细胞的培养过程,胰蛋白酶,原代培养,胰蛋白酶,-33-,必备知识梳理,关键能力突破,(4)应用:生物制品的生产、检测 、医学研究。,有毒物质,-34-,必备知识梳理,关键能力突破,2.动物体细胞核移植技术和克隆动物 (1)原理:动物 具有全能性。 (2)过程,(3)结果: 。 (4)应用:加速家畜 进程,促进优良畜群繁育
22、;保护 ;生产医用蛋白;作为异种移植的 ;用于组织器官的移植。,体细胞核,细胞培养,去核,重组细胞,供体,产生新个体,遗传改良,濒危物种,供体,-35-,必备知识梳理,关键能力突破,凝练核心素养 1.生命观念通过对动物细胞培养的过程及条件的分析,建立起结构与功能相适应的观念。 2.科学思维运用归纳与概括、批判性思维、创造性思维的方法,理解动物细胞培养的过程及条件、用动物细胞的核移植技术克隆动物的过程。 3.科学探究运用已有的细胞结构、功能、生理等知识探究动物细胞培养和核移植的过程,掌握克隆动物的核心技术,设计克隆动物的方案。 4.社会责任关注克隆动物的应用前景和最新进展,树立爱国主义和科学价值
23、观。,-36-,必备知识梳理,关键能力突破,(科学思维、科学探究)(2016全国高考)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。,-37-,必备知识梳理,关键能力突破,回答下列问题: (1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为 。过程表示去除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用 的方法。代表的过程是 。 (2)经过多次传代后,供体细胞中 的稳定性会降低。因此,选材时必须关注传代次数。 (3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是 。 (4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样,其他克隆动物的成
24、功获得也证明了 。,-38-,必备知识梳理,关键能力突破,答案 (1)XX或XY 显微操作 胚胎移植 (2)遗传物质 (3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响 (4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性,-39-,必备知识梳理,关键能力突破,解析 本题主要考查核移植技术、动物细胞培养技术、胚胎移植技术的相关知识。 (1)因为供体性别不确定,所以A的性染色体的组成可为XX或XY。常采用显微操作的方法去除卵母细胞的细胞核。过程表示将早期胚胎移入受体,其过程为胚胎移植。 (2)取供体动物的体细胞培养,一般选用传代10代以内的细胞,因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。超过
25、10代继续培养,则其遗传物质(或核型)的稳定性会降低。 (3)克隆动物的细胞核基因来自供体,因此大部分性状与供体相同,但细胞质基因来源于受体(或提供卵母细胞的个体),即卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响,这就决定了克隆动物的性状与供体不完全相同。 (4)其他克隆动物的成功获得也证明了动物已分化体细胞的细胞核具有全能性。,-40-,必备知识梳理,关键能力突破,考向1 动物细胞培养过程的分析 1.下列有关动物细胞培养的叙述,正确的是( ) A.动物细胞培养过程中,可用胃蛋白酶处理使细胞分散开 B.通过动物细胞培养获得大量细胞,可证明动物细胞具有全能性 C.动物细胞培养技术是其他
26、动物细胞工程技术的基础 D.动物细胞培养选用的培养材料大多是动物的受精卵,答案,解析,-41-,必备知识梳理,关键能力突破,2.(2019宁夏长庆高级中学月考)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,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,用到的酶是 。 (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获得 ,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
27、子染料对细胞进行染色,观察到死细胞被染色,而活细胞不被染色,原因是 。,-42-,必备知识梳理,关键能力突破,(4)检查某种毒物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。,答案 (1)相互接触 接触抑制 单(或一) 胰蛋白酶 (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,-43-,必备
28、知识梳理,关键能力突破,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的现象。基于上述特性,瓶壁上形成的细胞是单层排列的。需要用胰蛋白酶处理使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,绝大部分细胞分裂停止,进而出现衰老甚至死亡现象,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不死性细胞。该种细胞由于细胞表面糖蛋白减少,其黏着性降低。(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性,大分子染料不能通过,所以活细胞不被染色;死细胞的细胞膜失去了选择透过性,大分子染料可以通过,所以死细胞能被大分子染料染色。(4)有丝分裂中期时染色体的着丝点排列在赤道板上,
29、染色体形态固定、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。,-44-,必备知识梳理,关键能力突破,3.(2017全国高考节选)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成,编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成,如图1所示。,-45-,必备知识梳理,关键能力突破,回答下列问题。 现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白,要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用,某同学做了如下实验:将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组,其中三组分别
30、加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一组作为对照,培养并定期检测T淋巴细胞浓度,结果如图2。 由图2 可知:当细胞浓度达到a时,添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加,此时若要使T淋巴细胞继续增殖,可采用的方法是 。细胞培养过程中,培养箱中通常要维持一定的CO2浓度,CO2的作用是 。 仅根据图1、图2可知,上述甲、乙、丙三种蛋白中,若缺少 (填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段,则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。,答案,解析,-46-,必备知识梳理,关键能力突破,考向2 动物体细胞核移植过程的分析 4.如图是某克隆羊培育过程模式图,试分析获得该克隆羊的生殖方式、该克隆羊的基因型
31、以及该克隆羊发育成熟时所分泌的性激素依次是( )A.无性生殖、Aa、雌性激素 B.无性生殖、aa、雄性激素 C.有性生殖、aa、雄性激素 D.有性生殖、AA、雌性激素,答案,解析,-47-,必备知识梳理,关键能力突破,5.(2018广东佛山综合测试)我国科学家突破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。,-48-,必备知识梳理,关键能力突破,(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
32、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只代孕母猴中,最终只有两只母猴正常怀孕产下“中中”和“华华”,它俩的性别是否一致? ;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? 。,-49-,必备知识梳理,关键能力突破,答案 (
33、1)成纤维细胞的细胞核中含有猴的全部核基因 (2)减数第二次分裂中期(或M期) 显微注射技术 (3)一致 “中中”“华华”的细胞核中遗传物质一祥,是融合细胞经过有丝分裂形成的 (4)可以增加濒危物种的存活数量(或可以建立实验动物模型研究人类疾病) (5)避免进一步扩大到对灵长类或者人的体细胞克隆,引发伦理问题,-50-,必备知识梳理,关键能力突破,(1)核移植时应选M中期卵母细胞的原因 此类细胞体积大,易于操作;卵黄多,营养物质丰富,可为发育提供充足的营养;卵母细胞的细胞质中存在激发细胞核全能性表达的物质。 (2)克隆动物是由重组的细胞培养而来的,该重组细胞的细胞质基因来源于受体细胞,细胞核基
34、因来源于提供细胞核的亲本,其遗传物质来自2个亲本。 (3)核移植中供体动物、提供卵母细胞的动物、代孕动物和克隆动物之间的关系:克隆动物绝大部分性状与供体动物相同,少数性状与提供卵母细胞的动物相同,与代孕动物的性状无遗传关系。,-51-,必备知识梳理,关键能力突破,(4)动物体细胞核移植技术(克隆)从生殖方式的角度看属于无性生殖,重组细胞相当于受精卵,需要动物细胞培养和胚胎工程技术的支持。,-52-,必备知识梳理,关键能力突破,动物细胞融合与单克隆抗体 1.动物细胞融合 (1)概念: 两 个或 多 个动物细胞结合形成 一 个细胞的过程,也称细胞杂交。 (2)条件:需要用聚乙二醇(PEG)、 灭活
35、的病毒 或电激等诱导因素。 (3)原理: 细胞膜的流动性 。 (4)结果:形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞,称为 杂交细胞 。 (5)意义:突破了 有性杂交 方法的局限,使 远缘杂交 成为可能。已成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段,为制备 单克隆抗体 开辟了新途径。,-53-,必备知识梳理,关键能力突破,2.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 (填“能”或“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,-54-,必备知识
36、梳理,关键能力突破,(3)制备单克隆抗体过程中的两次筛选,(4)优点:特异性强、灵敏度高,可大量制备。 (5)用途:作为诊断试剂;用于治疗疾病和运载药物。,-55-,必备知识梳理,关键能力突破,教材拾遗(选修3第49页“讨论,2”)用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞,想一想,这是为什么? 答案培养的动物细胞一般当传代至1050代左右时,部分细胞核型可能会发生变化,其细胞遗传物质可能会发生突变,而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此,在体细胞核移植中,为了保证供体细胞正常的遗传基础,通常采用传代10代以内的细胞。,-56-,必备知识梳理,关键能力突破,凝练核心素养 1
37、.生命观念通过对单克隆抗体制备过程的分析,建立起结构与功能相适应的观念。 2.科学思维运用对比的方法,比较动植物细胞的异同,推测动物细胞融合与植物原生质体融合的原理及方法的基本相同,培养知识迁移能力。 3.科学探究运用已有的细胞结构、功能、生理等知识探究动物细胞融合的过程和关键操作。 4.社会责任关注单克隆抗体的应用,同时认识到丰富的联系和想象在科学创新中具有重要作用。,-57-,必备知识梳理,关键能力突破,(科学探究、社会责任)埃博拉病毒是一种能引起人类和灵长类动物产生埃博拉出血热的烈性传染病病毒,有很高的死亡率。下图是针对埃博拉病毒的单克隆抗体制备流程的简明示意图。回答下列问题。,-58-
38、,必备知识梳理,关键能力突破,(1)分析上图,制备埃博拉病毒单克隆抗体涉及的生物技术主要有 。 (2)利用小鼠制备埃博拉病毒单克隆抗体的过程中,先给小鼠注射一种纯化的埃博拉病毒核衣壳蛋白,再从小鼠脾脏中获得 。通过过程获得的是 ,再经过筛选最终可获得,该细胞群的特点是 。 (3)若要大量制备单克隆抗体,可将细胞置于培养液中进行体外培养,在培养液中通入一定浓度的 ,以维持培养液的pH。 (4)通过上述方法得到的抗体与常规的血清抗体相比最大的优点是 。“生物导弹”是借助单克隆抗体的 作用,能将药物定向带到癌细胞所在位置。,-59-,必备知识梳理,关键能力突破,答案 (1)动物细胞培养和动物细胞融合
39、 (2)B淋巴细胞(或浆细胞) 杂交瘤细胞或多种杂交(杂种)细胞 既能无限增殖又能产生专一抗体 (3)CO2 (4)特异性强,灵敏度高,可大量制备 导向 解析 (1)由图可知,制备埃博拉病毒单克隆抗体涉及动物细胞培养和动物细胞融合等生物技术。(2)制备单克隆抗体时,先给小鼠注射抗原,然后从小鼠脾脏内获得已免疫的B淋巴细胞,让其与骨髓瘤细胞融合,获得杂交瘤细胞,然后经克隆化培养和抗体检测,这时所获得的细胞群既能无限增殖又能产生专一抗体。(3)在动物细胞培养时,向培养液中通入一定浓度的CO2,可以维持培养液的pH。(4)单克隆抗体与常规的血清抗体相比特异性强,灵敏度高,可大量制备;“生物导弹”是借
40、助单克隆抗体的导向作用,将药物定向带到癌细胞所在位置。,-60-,必备知识梳理,关键能力突破,考向1 动物细胞融合的原理及过程分析 1.一系列实验证明细胞膜具有流动性,荧光抗体免疫标记实验就是其中的一个典型例子。下图表示了人、鼠细胞融合的过程,研究中分别将带有绿色荧光、能与人体细胞膜上HLA抗原特异性结合的抗体和带有红色荧光、能与小鼠细胞膜上H2抗原特异性结合的抗体放入细胞培养液中,对人、鼠细胞进行标记。下列有关该实验的叙述不正确的是 ( ) A.要使实验现象明显,可以适当提高细胞培养液的温度 B.选取不同生物细胞进行融合是因为不同生物细胞表面抗原差异较大 C.实验表明不同种生物细胞可以杂交,
41、而同种生物细胞不能进行融合 D.实验结果可以直接证明细胞膜上的蛋白质分子可以运动,答案,解析,-61-,必备知识梳理,关键能力突破,2.(2018甘肃西北师大附中诊断)下图表示细胞工程的流程图(a、b表示过程),请据图回答下列问题。(1)若图示为动物细胞融合的过程,则a特有的诱导剂是 。以动物细胞融合为基础发展起来的杂交瘤技术为制造单克隆抗体开辟了新途径,通过把能产生抗体的 细胞与能在体外大量增殖的 细胞进行融合,得到既能迅速大量繁殖,又能产生专一抗体的杂交瘤细胞。,-62-,必备知识梳理,关键能力突破,(2)若图示为植物体细胞杂交过程,则在甲、乙融合之前,需要用 (填酶)制备 。这项工程的意
42、义是 。 (3)由甲、乙融合得到丙细胞的基本原理是 。,答案 (1)灭活的病毒 B淋巴(浆) 骨髓瘤 (2)纤维素酶和果胶酶 原生质体 克服远缘杂交不亲和的障碍,扩大亲本组合的范围 (3)细胞膜的流动性,-63-,必备知识梳理,关键能力突破,解析 (1)若a是诱导动物细胞融合,则特有的诱导剂是灭活的病毒。在单克隆抗体的制备过程中,利用已免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,形成杂交瘤细胞,该细胞既可以迅速大量增殖,又可以产生专一的抗体。(2)在植物体细胞杂交过程中,需要先用纤维素酶和果胶酶去除甲、乙细胞的细胞壁,然后再诱导甲、乙原生质体融合。该技术可以克服远缘杂交不亲和的障碍,扩大亲本组合的范围。
43、(3)甲、乙细胞融合形成丙细胞,利用了细胞膜的流动性。,-64-,必备知识梳理,关键能力突破,植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较,-65-,必备知识梳理,关键能力突破,-66-,必备知识梳理,关键能力突破,考向2 单克隆抗体的制备过程的分析 3.关于下面制备单克隆抗体过程示意图的叙述,不正确的是( )A.表示已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞均是从小鼠的脾脏中提取的 B.促进细胞融合的方法可以利用聚乙二醇作介导 C.中的筛选是通过抗原抗体反应进行的 D.可以无限增殖,答案,解析,-67-,必备知识梳理,关键能力突破,4.(2018山西山大附中期中)类风湿性关节炎(RA)是一种自身免疫病,致残性强。
44、研究表明,该病的病理与肿瘤坏死因子-(TNF-)密切相关,而一种人鼠嵌合的抗TNF-单克隆抗体能有效治疗RA。下图为该单克隆抗体制备过程示意图,请据图回答下列问题。,-68-,必备知识梳理,关键能力突破,(1)单克隆抗体的制备涉及细胞工程中的 、 技术。 (2)图中的抗原A是 ,HAT培养基的作用是 。B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞具有的特点是 。 (3)医疗上,把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“ ”,借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。 (4)克隆动物是指用 的方法得到的动物。 (5)单克隆抗体的特点是 、 、 。,-69-,必备知识梳理,关键能力突破,答案 (
45、1)动物细胞融合 动物细胞培养 (2)肿瘤坏死因子-(或TNF-) 筛选出杂交瘤细胞 既能大量增殖,又能产生特异性抗体 (3)生物导弹 (4)(动物体细胞)核移植 (5)特异性强 灵敏度高 可以大量制备 解析 (1)单克隆抗体制备涉及动物细胞培养和动物细胞融合技术。(2)图中刺激免疫动物产生抗TNF-单克隆抗体的抗原是肿瘤坏死因子-(TNF-)。HAT培养基的作用是筛选出杂交瘤细胞。杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生特异性抗体。(3)医疗上,把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“生物导弹”,借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。(4)克隆动物是指用核移植方法得到的动物。(5)单克
46、隆抗体的特点是特异性强、灵敏度高、可以大量制备。,-70-,必备知识梳理,关键能力突破,单克隆抗体制备过程中几个需要注意的问题 (1)对动物免疫的原因:B淋巴细胞要经过免疫过程,即接触抗原,才能增殖分化为有特异性免疫功能的浆细胞,才能产生相应的抗体,所以,与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是浆细胞。 (2)在单克隆抗体制备过程中,一般认为有两次筛选过程。第一次是筛选出杂交瘤细胞(用选择培养基),第二次是进一步筛选出能产生人们所需要抗体的杂交瘤细胞(用抗原抗体结合法)。 (3)杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质,不仅具有浆细胞产生特异性抗体的特性,而且具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的特性,从而
47、可以克服B淋巴细胞不能无限增殖的缺点,大量生产单克隆抗体。 (4)获取单克隆抗体的场所:若在培养基中进行杂交瘤细胞培养,则从培养液中提取;若在小鼠或其他动物腹腔中培养,则从腹水中提取。,-71-,1,2,3,1.在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中,下列生命活动不会同时发生的是( ) A.细胞的增殖与分化 B.光能的吸收与转化 C.ATP的合成与分解 D.基因的突变与重组,4,答案,解析,-72-,1,2,3,2.用动物细胞工程技术制备单克隆抗体,下列实验步骤中错误的是( ) A.将抗原注入小鼠体内,获得能产生抗体的B淋巴细胞 B.用氯化钙作诱导剂,促使能产生抗体的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合
48、 C.筛选杂交瘤细胞,并从中选出能产生所需抗体的细胞群,培养后提取单克隆抗体 D.该杂交瘤细胞株的增殖方式和产物分别是有丝分裂和单克隆抗体,4,答案,解析,-73-,1,2,3,3.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。下列叙述不正确的是( )A.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 B.实验开始时必须用纤维素酶和果胶酶除去不利于原生质体融合的结构 C.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 D.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,4,答案,解析,-74-,1,2,3,4,4.研究人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊,以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子IX医用蛋白,其技术路线如下图所示(成纤维细胞可增殖)。下列叙述错误的是( )A.过程常用的方法是显微注射法 B.代孕母羊要注射免疫抑制剂防止发生免疫排斥反应使移植胚胎死亡 C.卵母细胞去核的目的是保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞 D.整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养从而获得大量的细胞群,
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