【生物】2018届一轮复习苏教版细胞工程教案

【生物】2018届一轮复习苏教版细胞工程教案

第2讲　细胞工程 考点一| 植物组织培养与植物体细胞杂交 ‎1．理论基础——细胞的全能性 ‎(1)概念：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：细胞中具有本物种全部遗传信息。‎ ‎2．植物组织培养技术 ‎(1)概念理解 ‎①培养对象：离体的植物组织、器官、细胞。‎ ‎②培养条件：无菌、人工配制的培养基、相关激素等人工控制条件。‎ ‎③培养结果：产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。‎ ‎(2)操作流程 外植体愈伤组织根、芽或胚状体―→试管苗 ‎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 ‎(3)流程分析 ‎①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。‎ ‎②过程b是原生质体的融合，其原理是细胞膜的流动性。‎ ‎③诱导b融合的两种方法：‎ 物理法包括离心、振动、电激等；‎ 化学法一般用聚乙二醇作为诱导剂。‎ ‎④过程c是原生质体融合后再生出细胞壁。‎ ‎⑤过程d是组织培养技术，其原理是细胞的全能性。‎ ‎(4)意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍、获得杂种植株。‎ ‎4．植物细胞工程的实际应用 ‎(1)植物繁殖的新途径 ‎(2)作物新品种的培育 ‎(3)细胞产物的工厂化生产如人参皂甙干粉的生产。‎ ‎1．细胞全能性 ‎(1)原理：细胞内含有本物种全部的遗传信息。‎ ‎(2)体内细胞全能性不表达的原因：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达。‎ ‎(3)细胞全能性表达的条件：具完整细胞结构，离体，无菌，一定的营养、激素和其他适宜的外界条件。‎ ‎(4)细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。‎ ‎2．植物组织培养与植物体细胞杂交比较 ‎3.脱分化和再分化的比较 比较内容 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 形成体特点 排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞 有根、芽 需要条件 ‎(1)离体 ‎(2)适宜的营养 ‎(3)生长素/细胞分裂素的比例适中 ‎(1)离体 ‎(2)适宜的营养 ‎(3)生长素/细胞分裂 素的比例高或低诱导 ‎(4)不需光 生根或生芽 ‎(4)光照 视角1 植物组织培养过程分析 ‎1．人参是一种名贵中药材，其有效成分主要是人参皂甙。利用细胞培养技术生产人参皂甙的大致流程如下，请回答相关问题。‎ ‎(1)人参根切块诱导形成愈伤组织的过程叫作________。分析操作流程可知，生产人参皂甙的全过程________(填“是”或“否”)体现了植物细胞的全能性。‎ ‎(2)用于离体培养的根切块，叫作________。培养几天后发现少数培养基被污染，若是形成有颜色的绒毛状菌落，属于________污染。‎ ‎(3)人参皂甙易溶于水溶性(亲水性)有机溶液，从培养物干粉中提取人参皂甙宜选用________方法，操作时应采用________加热。‎ ‎(4)一次性投放足量的营养液后，在保持通气的条件下培养人参细胞，每隔4小时取样测定活细胞密度，并将结果描绘成曲线，下列图像比较接近实验结果的是________。‎ ‎【解析】　(1)由人参根切块诱导形成愈伤组织的过程称为植物细胞的脱分化。生产人参皂甙的过程只需进行细胞培养，不发育成完整植株，所以，未体现植物细胞的全能性。(2)用于离体培养的根切块叫外植体。真菌污染形成菌落的特征是有颜色的绒毛状菌落。(3)由题干知人参皂甙易溶于亲水性有机溶液，故采用萃取的方法可以从培养物干粉中提取人参皂甙。操作时宜采用水浴加热。(4)由于一次性提供营养，即使以后不断通入氧气，活细胞仍会因营养缺乏而最终下降，因此选丙。‎ ‎【答案】　‎ ‎(1)脱分化　否　(2)外植体　真菌(霉菌)　(3)萃取(浸取)　水浴　(4)丙 视角2 植物体细胞杂交过程分析 ‎2．(2017·鹰潭市高三二模)为培育出含β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：‎ ‎(1)甲方案中，β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β胡萝卜素基因序列，可采用______方法获得β胡萝卜素基因。②过程中可用____技术检测水稻体细胞DNA上是否插入了β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，诱导其融合的化学试剂常用________。通过⑤获得“黄金大米”幼苗需要________________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_______。‎ ‎【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，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。⑤过程中将杂交细胞培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。‎ ‎【答案】　‎ ‎(1)所有生物共用一套遗传密码　人工合成　DNA分子杂交　(2)纤维素酶和果胶　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)‎ 对植物体细胞杂交和有性杂交辨析不清 ‎1．植物体细胞杂交：‎ 若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合，A含有2X条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，B含有2Y条染色体，2个染色体组，其基因型为ccDd，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体数为2X＋2Y，基因型为AabbccDd，从中不难看出，体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管是染色体数、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。‎ ‎2．植物有性杂交：‎ 有性杂交的子代细胞中染色体数、基因型分别为“X＋Y”、“AbcD”或“abcD”或“Abcd”或“abcd”，即先减半再相加。‎ 考点二| 动物细胞培养与核移植技术 ‎1．动物细胞培养 ‎(1)动物细胞的培养过程 ‎(2)动物细胞培养与动物组织培养的主要区别：动物细胞培养过程需用胰蛋白酶等处理组织块，以使细胞离散，而动物组织培养过程中不需要使用胰蛋白酶等。‎ ‎(3)培养条件 ‎①环境条件：无菌、温度适宜和营养充足、pH适宜等。‎ ‎②培养基种类 a．天然培养基：主要取自动物血清 ‎、动物组织提取液和鸡胚汁等，其特点是营养价值高、成分复杂。‎ b．合成培养基：人工配制的，其成分明确，便于控制实验条件，使用时需加入动物血清。‎ ‎(4)培养类型 ‎①原代培养：从供体获取组织或细胞后的初次培养。‎ ‎②传代培养：将原代培养的细胞分离稀释后转入新的培养瓶中继续培养，培养代数一般在10～50代左右。‎ ‎2．动物体细胞核移植技术和克隆动物 ‎(1)动物体细胞核移植技术的过程 重组细胞胚胎代孕母体―→生出与细胞核供体遗传性状基本相同的个体 ‎(2)原理：动物体细胞核具有全能性。‎ ‎(3)应用 ‎①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。‎ ‎②保护濒危物种。‎ ‎③生产医用蛋白。‎ ‎④作为异种移植的供体。‎ ‎1．动物细胞核移植的疑难解析 ‎(1)卵母细胞选择时期及原因：MⅡ中期的卵母细胞，此时具备受精能力，细胞质中合成与分裂、分化有关的物质能刺激融合后重组细胞进行分裂分化，形成重组胚胎。‎ ‎(2)选卵细胞作为受体细胞的原因 ‎①卵细胞大，易于操作。‎ ‎②卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养。‎ ‎③能激发重组细胞分裂分化。‎ ‎(3)供体细胞：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，保证了供体细胞正常的遗传基础。‎ ‎(4)动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体的原因：动物体细胞的全能性受到限制。‎ ‎(5)该过程用到的技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植。‎ ‎2．动物细胞培养与动物体细胞核移植的比较 视角　 动物细胞工程及其应用 ‎(2015·安徽高考节选)科研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。‎ ‎(1)由过程①获得的A为____________________。‎ ‎(2)在核移植之前，必须先去掉受体卵母细胞的核，目的是__________。受体应选用________期卵母细胞。‎ ‎(3)进行胚胎移植时，代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生____________，这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。‎ ‎(4)采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆，理论上可获得无限个转基因绵羊，这是因为____________。‎ ‎【解析】　(1)分析图示可知，过程①构建的A为含目的基因的表达载体。‎ ‎(2)核移植以前，必须去掉受体卵母细胞的核，目的是保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞。受体应该选用处于减数第二次分裂中期的卵母细胞。‎ ‎(3)在进行胚胎移植时，受体即代孕母羊对移入子宫的外来胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。‎ ‎(4)转基因体细胞克隆产生的重组细胞具有全能性，培养产生的含目的基因的成纤维细胞可进行传代培养，因此理论上可获得无限个转基因绵羊。‎ ‎【答案】　(1)含目的基因的表达载体　(2)保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞　MⅡ　 (3)免疫排斥反应　(4)整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养 考点三| 动物细胞融合与单克隆抗体 ‎1．动物细胞融合 ‎(1)原理：细胞膜的流动性。‎ ‎(2)融合方法：聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。‎ ‎(3)意义：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能，也为制造单克隆抗体开辟了新途径。‎ ‎2．单克隆抗体 ‎(1)制备过程 ‎(2)优点：特异性强、灵敏度高，可大量制备。‎ ‎(3)用途：作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。‎ ‎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。融合后形成的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。 ‎ ‎②过程：细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合，其中细胞膜的融合是细胞融合的先导，在细胞膜融合中体现出细胞膜具有一定的流动性。如图所示：‎ ‎2．单克隆抗体的制备(如图)‎ ‎(1)原理：一个(或一种)浆细胞(效应B细胞、B淋巴细胞)只产生一种抗体，小鼠骨髓瘤细胞能够无限增殖。因此杂交瘤细胞就具备了既能无限增殖，又能大量产生单一抗体的特征。‎ ‎(2)取相应B淋巴细胞前必须先注射相应抗原，否则不能获得单克隆抗体。‎ ‎(3)制备单克隆抗体过程中的两次筛选 项目 第一次筛选 第二次筛选 筛选原因 诱导融合后得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞 由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞 筛选方法 用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“BB”细胞、“瘤瘤”细胞)都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞(“B瘤”细胞)才能生长 用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群 视角　 单克隆抗体的制备过程分析 在ABO血型系统中，A型血和B型血人红细胞膜表面分别含有凝集原A、B，AB型血人红细胞膜表面同时含有凝集原A和B，O型血人红细胞膜表面没有凝集原。如图是利用动物细胞杂交方法制备人抗A凝集原抗体的过程，请回答下列问题：‎ ‎(1)要制备人抗A凝集原抗体，应向小鼠体内注射________细胞，使小鼠产生________免疫。从小鼠体内分离的细胞①为________细胞。‎ ‎(2)为诱导细胞①与骨髓瘤细胞融合，常选用________作为诱导剂。融合后的培养液中存在多种杂交细胞和未融合细胞，需要进行________培养、克隆化培养和________，才能获得需要的杂交瘤细胞。‎ ‎(3)杂交瘤细胞继承了双亲细胞的遗传物质，因而既能在体外培养条件下____________，又能产生____________。‎ ‎(4)制备的人抗A凝集原抗体能与________发生特异性结合，若该抗体与待测血液样本呈阳性反应，则待测样本的血型是________。‎ ‎【解析】　‎ ‎(1)A凝集原存在于人的红细胞膜上，要制备人抗A凝集原抗体，应向小鼠体内注射A型(或AB型)血人的红细胞，使小鼠产生体液免疫，再从小鼠体内分离出能产生抗A凝集原抗体的B细胞。(2)诱导浆细胞与骨髓瘤细胞融合，常选用聚乙二醇或灭活的病毒作为诱导剂。融合后的培养液中存在多种杂交细胞和未融合细胞，需要进行选择培养、克隆化培养和抗体检测，最终获得需要的杂交瘤细胞。(3)杂交瘤细胞具有双亲细胞的特点，既能在体外培养条件下迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体。(4)人抗A凝集原抗体能与凝集原A发生特异性结合，A型或AB型血的人红细胞含有A凝集原，该抗体与A型或AB型血液样本呈阳性反应。‎ ‎【答案】　(1)A型(或AB型)血人的红　特异性(或体液)　B　(2)聚乙二醇或灭活的病毒　选择　抗体检测　(3)迅速大量繁殖　专一的抗体　(4)凝集原A　A型或AB型 真题验收| 感悟高考　淬炼考能 ‎1．(2016·全国甲卷)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。‎ 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①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。②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，其他克隆动物的成功获得也证明了 ‎_________________。‎ ‎【解析】　(1)哺乳动物的正常细胞核中性染色体的组成为XX(雌性)或XY(雄性)。卵母细胞在培养至减数第二次分裂的中期时，常采用显微操作法去除细胞核。②‎ 过程是将早期胚胎移植到代孕个体的子宫中，即代表的是胚胎移植。(2)一般来说，动物细胞在传代培养到10～50代时，部分细胞的细胞核型可能会发生变化，即遗传物质的稳定性会降低。因此，选材时一般选10代以内的细胞，以保证细胞正常的二倍体核型。(3)获得的克隆动物性状与供体动物基本相同，但不完全相同，从遗传物质的角度分析，性状不完全相同的原因是：克隆动物细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。(4)高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性在卵母细胞细胞质中的物质的作用下仍能得以表达。故克隆羊“多莉(利)”以及其他克隆动物的培育成功，证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。‎ ‎【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 ‎2．(2014·全国卷Ⅰ)某研究者用抗原(A)分别免疫3只同种小鼠(X、Y和Z)，每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数)，结果如下图所示。‎ 若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞(染色体数目40条)，并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色体数目60条)按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16 000以上，则小鼠最少需要经过________次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细胞的是________小鼠，理由是__________。‎ ‎(2)细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有______________，体系中出现多种类型细胞的原因是____________。‎ ‎(3)杂交瘤细胞中有________个细胞核，染色体数目最多是________条。‎ ‎(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是_________。‎ ‎【解析】　(1)据图分析可知，第四次注射后X、Y、Z小鼠的血清抗体效价几乎都达到16 000以上，小鼠Y的血清抗体的效价最高，最适合用于制备单克隆抗体。(2)融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外，还有骨髓瘤细胞的自身融合细胞和B淋巴细胞的自身融合细胞。细胞的融合是随机的，并且不可能所有细胞都融合，故体系中会出现多种类型的细胞。(3)动物细胞融合后形成的是具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞。杂交瘤细胞的细胞核中的染色体数目为40＋60＝100条。(4)正常细胞的分裂次数是有限的，且经过免疫的B淋巴细胞高度分化，不能无限增殖，而是经多次传代培养后逐渐衰老死亡。‎ ‎【答案】　(1)4　Y　Y小鼠的血清抗体效价最高 ‎(2)B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞　细胞融合是随机的，且融合率达不到100%‎ ‎(3)1　100　(4)不能无限增殖 ‎3．(2013·全国卷Ⅱ)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用______酶和______酶去除细胞壁，获得具有活力的________，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。这种培育技术称为________________。‎ ‎(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指_______________。‎ 假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是_____________。‎ ‎(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的_____________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。‎ ‎【解析】　‎ ‎(1)植物体细胞杂交的过程包括植物细胞融合和植物组织培养，其过程依次为酶解法去除植物细胞的细胞壁、用物理或化学法诱导原生质体融合、杂种细胞再生出细胞壁、杂种细胞经植物组织培养(脱分化形成愈伤组织，再分化形成幼根和芽进而形成完整植株)培育成完整植株。其中，酶解法去除植物细胞的细胞壁利用了酶的专一性，选择纤维素酶和果胶酶，水解植物细胞的细胞壁的主要成分——纤维素和果胶，暴露出有活力的原生质体。‎ ‎(2)多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上的染色体组的个体。甲和乙均为二倍体植物，假设二者有性杂交的后代不可育，其原因是该后代在进行减数第一次分裂过程中，由于没有同源染色体，联会出现紊乱，不能产生可育的配子。而植物体细胞杂交产生的杂种植株，细胞内含有原物种体细胞内的染色体，在减数第一次分裂过程中能够进行同源染色体配对，产生可育的配子。(3)经植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等，用人工薄膜包装后可得到人工种子。‎ ‎【答案】　(1)纤维素　果胶　原生质体　愈伤　再分化(或分化)　植物体细胞杂交技术　(2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体(其他合理答案也给分)　在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常(其他合理答案也给分)　(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽(答对其中一个即给分)‎ ‎1．植物组织培养的过程主要包括脱分化和再分化两个阶段，脱分化的结果是形成愈伤组织，再分化的结果是形成根和芽。‎ ‎2．植物体细胞杂交需要用酶解法制备原生质体，所用的酶包括纤维素酶和果胶酶。‎ ‎3．无论是植物体细胞杂交还是动物细胞融合，都需要诱导。‎ ‎4．植物组织培养需要各种营养成分和植物激素，动物细胞培养也需要各种营养成分及血清。‎ ‎5．植物体细胞杂交可用于作物育种，动物细胞融合可用于单克隆抗体的制备。‎ ‎6．产生单克隆抗体的细胞是杂交瘤细胞，它既能产生单克隆抗体又能无限增殖。‎