高三生物第一轮复习 第35讲 细胞工程课件 新人教版选修3.ppt

课标版生物第35讲细胞工程 知识一植物细胞工程一 细胞工程1 操作水平 细胞水平或细胞器水平 2 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 二 植物组织培养1 植物细胞的全能性 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 原理 细胞内含有本物种的 全部遗传信息 3 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 2 植物组织培养技术 1 原理 植物细胞具有 全能性 2 过程 三 植物体细胞杂交技术1 原理 1 诱导融合的方法 物理法包括离心 振动 电激等 化学法一般是用 聚乙二醇 peg 作为诱导剂 2 细胞融合完成的标志是 新的细胞壁的生成 3 植物体细胞杂交的终点是培育成 杂种植株 而不是形成杂种细胞就结束 3 意义 克服了远缘杂交不亲和的障碍 知能拓展 1 植物体细胞杂交获得的杂种细胞的类型有三种 以上图为例 aa型 bb型 ab型 符合要求的只有ab型 需要进行筛选 2 杂种植株遗传物质的变化 杂种植株的变异类型属于染色体变异 杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和 杂种植株属于异源 多倍体 四 植物细胞工程的应用1 植物繁殖新途径 微型繁殖 作物脱毒和人工种子 2 培育作物新品种 单倍体育种和 突变体的利用 3 细胞产物的工厂化生产 利用 植物组织培养技术生产蛋白质 脂肪 糖类 药物 香料和生物碱等 1 红豆杉是濒危植物 其树皮产生的紫杉醇对癌症有一定的疗效 下图是红豆杉植株组织培养和细胞培养的流程图 请据图回答下列问题 1 图中 为愈伤组织 通过b过程可最终产生新的植株 通过c过程可产生大量细胞 则图中a b c过程分别表示 其中b过程的实质是 2 对 的培养一般要采用培养基 且要不断通入无菌空气并进行 搅拌 其目的是 3 对 的培养可获得代谢产物 紫杉醇 但培养后期紫杉醇产量下降 其原因包括等 4 若 是红豆杉 基因型为ddtt 的花药 可选用 填编号 制成人工种子 该种子萌发的幼苗用处理 可快速获得纯种植株 该植株的基因型为 答案 1 脱分化 再分化 有丝分裂基因的选择性表达 2 液体保证氧气的供应 使细胞和培养液充分接触 3 活细胞数量减少 某些代谢产物的积累 4 秋水仙素ddtt或ddtt或ddtt或ddtt 解析图中 为红豆杉离体的器官 组织或细胞 外植体 为愈伤组织 为试管苗 胚状体 为植物体 为大量的红豆杉细胞 再分化的实质是细胞内基因的选择性表达 对 的培养目的是快速增殖细胞 一般采用液体培养基进行培养 在培养过程中通入空气是为了保证细胞生长过程中氧气的供应 不断搅拌的目的是让细胞和培养液充分接触 培养的后期 细胞代谢产物的积累及营养物质的消耗 导致细胞数量减少 2 科学家用植物细胞杂交方法 将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合 成功地培育出了 番茄 马铃薯 杂种植株 如图 其中 表示过程 英文字母表示细胞 组织或植株 据图回答下列问题 1 实现过程 的技术是 在此之前使用酶处理植物细胞以除去细胞壁 如果将已除去细胞壁的植物细胞放入等渗溶液中 细胞是何形状 过程 如放在神舟六号飞船上则更 易进行 这是因为 与过程 密切相关的具有单层膜结构的细胞器为 2 在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中 依据的原理是 其中过程 相当于过程 涉及的分裂方式为 3 若番茄细胞内有m条染色体 马铃薯细胞含n条染色体 则 番茄 马铃薯 细胞内含条染色体 若杂种细胞培育成的 番茄 马铃薯 植株为四倍体 则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于倍体植株 4 如果形成c细胞的a b细胞都是番茄细胞 那么更简单的得到番茄植株f的处理方法是 5 若将该方案用在sars的研究和治疗上 则从理论上讲c细胞的制备可采用细胞和的融合 如果分析出了所产生抗体的氨基酸序列 则可采用方法 以为原料合成该sars抗体的基因 答案 1 原生质体融合纤维素酶和果胶呈圆球形飞船上无重力干扰更易进行细胞的融合高尔基体 2 细胞的全能性脱分化有丝分裂 3 m n单 4 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 5 小鼠的骨髓瘤sars患者或康复者的b淋巴细胞化学合成脱氧核 苷酸解析 1 植物细胞杂交技术首先应该用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁 然后使两种原生质体融合 如将原生质体放在等渗溶液中 细胞呈现圆球形 过程 是细胞壁再生的过程 与此有关的细胞器为高尔基体 2 利用杂种细胞培育成为杂种植株依据的原理是细胞的全能性 植物的组织培养过程要经过脱分化和再分化过程 在植物组织培养过程中不涉及减数分裂 只有有丝分裂 3 若番茄细胞内有m条染色体 马铃薯细胞含n条染色体 则产生的 番茄 马铃薯 细胞所含的染色体数为二者的染色体数目之和 即为m n 属于异源四倍体 该杂种植株的花粉经离体培养得到的植株虽然含有2个染色体组 但由于是由配子发育而来的 自然是单倍体 4 如 果杂种细胞的两个细胞为同一种生物细胞 要获得多倍体的更好方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 用植物细胞杂交技术反而麻烦多了 5 制备单克隆抗体需要用经过免疫的b淋巴细胞如sars患者或康复者的b淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞融合 制成杂交瘤细胞 如果分析出了所产生抗体的氨基酸序列 则可采用化学合成方法 以脱氧核苷酸为原料合成该sars抗体的基因 知识二动物细胞培养与克隆一 动物细胞培养1 地位 动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合等 其中 动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础 2 过程取动物组织块 配制细胞悬液原代培养 具有 贴壁生长和 接触抑制的特点传代培养3 条件 1 无菌 无毒环境 2 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 3 适宜的温度 36 5 0 5 适宜的ph 7 2 7 4 4 气体环境二 动物体细胞克隆 核移植技术 1 过程 动物体细胞克隆包括 动物细胞核移植和 胚胎移植两个过程 2 原理是 动物细胞核具有全能性 3 核移植分类 胚胎细胞核移植和体细胞核移植 4 核移植过程 以克隆高产奶牛为例 5 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 6 体细胞核移植技术存在的问题 克隆动物存在着健康问题 表现出遗传和生理缺陷等 三 生物技术中的伦理问题1 克隆人 1 分类a 生殖性克隆是指以 繁殖个体为目的 即用于产生人类个体 b 治疗性克隆是指利用 核移植技术获得克隆人胚胎 然后从胚胎中提取 干细胞进行医学研究 是利用克隆技术产生特定细胞和组织 皮肤 神经或肌肉等 用于治疗性移植 2 中国政府态度 禁止生殖性克隆 不反对治疗性克隆 2 试管婴儿与设计试管婴儿 1 试管婴儿 运用体外受精和胚胎移植技术繁殖个体 目的是解决 不孕夫妇的生育问题 2 设计试管婴儿 体外受精获得的胚胎在移植前进行 遗传学诊断 以便筛选出符合特定要求的胚胎 1 如图是动物细胞培养的基本过程示意图 请据此回答 1 容器a中放置的是动物器官或组织 它一般取自 2 容器a中的动物器官或组织首先要进行的处理是 然后用酶处理 这是为了使细胞分散开来 这样做的目的是 3 培养首先在b瓶中进行 瓶中的培养液成分有 等 在此瓶中培养一段时间后 有许多细胞衰老死亡 这是培养到第代了 到这时的培养称为 4 为了把b瓶中的细胞分散到c瓶中 用处理 然后配制成 再分装 5 在c瓶中正常培养了一段时间后 发现细胞全部死亡 原因是 答案 1 胚胎或幼龄动物的器官或组织 2 剪碎胰蛋白使细胞与培养液充分接触 3 葡萄糖 氨基酸 无机盐和动物血清10原代培养 4 胰蛋白酶细胞悬液 5 细胞没有发生癌变解析 1 动物细胞培养过程中所用的组织细胞一般取自于动物胚胎或幼龄动物的器官或组织 这部分细胞的分裂能力强 2 在进行动物细胞培养时应尽量使细胞分散 便于与培养液充分接触进行物质交换 使细胞分散需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理 3 动物细胞培养过程中使培养液成分与体内基本相同 所以需要添加葡萄糖 氨基酸 无机盐 动物血清等 培养的过程分为原代培养和传代培养两大阶段 当培养到第10代左右 许多细胞出现衰老死亡现象 4 为了把b瓶中的细胞分散到c瓶中 需要用胰蛋白酶处理 使细胞分散 从b玻璃瓶壁上脱离下来 制成细胞悬液在c瓶中继续培养 5 在c瓶中的培养属于传代培养 在传代培养过程中细胞在传 至10 50代左右时 增殖会逐渐缓慢 以至于完全停止 有些细胞可能发生遗传物质的改变还能继续增殖 如果细胞全部死亡则说明细胞遗传物质没有改变 即没有发生癌变 2 美国威斯康星州的一个奶牛场有一头奶牛 年产奶量达30 8t 我国奶牛产奶量年平均水平仅为3 4t 某人用该高产奶牛的耳朵细胞 采用核移植技术获得高产奶牛 如图 1 目前完成 的方法有 化学物质处理等 2 过程中选择去核卵母细胞作为受体细胞的原因是 3 过程所利用的技术是 其原理是 4 该实验的成功说明已分化的耳朵细胞的细胞核中含有与一样的全套基因 这种繁殖方式属于 5 若研究发现该高产奶牛线粒体发达 故它的产奶量高 则小牛d成年后具有这一优良性状吗 你的依据是 答案 1 显微操作去核法梯度离心紫外光短时间照射 2 卵母细胞体积大 易操作 营养物质丰富 且细胞质中含有激发细胞核全 能性表达的物质 3 动物细胞培养细胞增殖 4 受精卵无性繁殖 5 不具有线粒体中的基因一般通过细胞质传递给后代 而小牛d的细胞质主要来自于牛a解析 1 去核的方法有显微操作去核法 梯度离心 紫外光短时间照射及化学物质处理等 2 在核移植中常用去核卵母细胞作为受体细胞 是因为卵母细胞内含有丰富的营养物质 体积比较大 容易操作 3 过程属于动物细胞培养 其原理是细胞增殖 4 该实验的成功证明了动物细胞核有全能性 因为体细胞核中含有和受精卵一样的全套基因 5 线粒体中的 基因一般通过细胞质传递给后代 而小牛d的细胞质主要来自于牛a 知识三细胞融合与单克隆抗体一 动物细胞融合1 概念 指 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 原理 细胞膜具有 一定的流动性 3 结果 形成 杂交细胞 4 诱导因素 1 物理因素 离心 振动 电激 2 化学因素 聚乙二醇 peg 3 生物因素 灭活病毒 5 过程6 意义 突破了 有性杂交的局限 使 远缘杂交成为可能 7 应用 1 研究细胞遗传 细胞免疫 肿瘤和培育生物新品种 2 制备 单克隆抗体 1 传统抗体的获得 1 方法 2 缺点 产量低 纯度低 特异性差 2 单克隆抗体的制备 1 能产生抗体 但不能 无限增殖 2 解决思路 将b淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为 杂交瘤细胞 3 过程 二 单克隆抗体 杂交瘤细胞单克隆抗体特定杂交瘤细胞群 4 杂交瘤细胞的特点 既能迅速大量繁殖 又能产生专一抗体 3 单克隆抗体的特点 特异性强 灵敏度高 并可大量制备 4 单克隆抗体的应用 1 作为诊断试剂 具有准确 高效 简易 快速的优点 2 用于治疗疾病和运载药物 生物导弹 知能拓展制备单克隆抗体时选用一种抗原处理的b淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行细胞融合 产生杂交瘤细胞 它会兼有两个亲本细胞的特性 在体外培养条件下能不断增殖 同时能产生出某种特异性的抗体 1 如图为利用人成纤维细胞 不具分裂能力 能在hat培养基上存活 和小鼠骨髓瘤细胞 具分裂能力 不能在hat培养基上存活 进行人类基因定位的操作示意图 请回答相关问题 1 图示方法是技术的应用 该技术的基础是技术 2 操作所用的成纤维细胞应传代代以内 诱导融合时需要加入的促融剂是 3 人 鼠细胞先经过细胞膜融合形成细胞 再经过一次 形成单核细胞 4 hat培养基起培养作用 培养时温度应为 操作中加入乌本苷的目的是 5 下表所示为杂交细胞a b c中存在的人类染色体及人类特有的4种酶 表示存在 表示不存在 这4种酶均为单基因编码产生 据表判断 编码酶的基因位于染色体2上 排列方式呈 答案 1 动物细胞融合动物细胞培养 2 10peg 或灭活病毒 3 多核有丝分裂 4 选择36 5 0 5除去成纤维细胞 5 m和p线性解析 1 图示是通过细胞融合技术获取了杂种细胞 动物细胞培养是动物细胞工程的基础技术手段 2 操作所用的成纤维细胞应传至10代以内 以保证细胞的遗传物质未发生变异 动物细胞可用peg或灭活的病毒诱导融合 3 人 鼠细胞经过细胞膜融合会成为多核细胞 再经过一次有丝分裂 形成单核细胞 4 因成纤维细胞可以在hat培养基上存活 而小鼠 骨髓瘤细胞不能存活 故hat培养基起选择作用 细胞融合时可能发生成纤维细胞间的融合 这样的融合细胞在hat培养基上也能存活 加入乌本苷后仅得到杂种细胞 说明乌本苷可以除去成纤维细胞 5 表格显示 只有2号染色体存在时 才存在m p酶 说明m p酶基因在2号染色体上 基因在染色体上呈线性排列 2 如图为某同学根据杂交瘤技术的方法 设计生产破伤风杆菌抗体的实验方案 请据图回答 1 该方案能达到预期效果吗 原因是 2 图中 为过程 常用作为诱导剂 杂 交瘤细胞继承了 因此 不仅能 还有的本领 3 图中 进行细胞培养 目的是 4 在制备破伤风杆菌抗体的过程中 进行了两次筛选 其目的不同 是通过筛选获得 是通过筛选获得 5 图中 的培养能获得细胞 便于大规模培养 6 破伤风杆菌的抗体最终可从和中提取 7 该方案的目的是 答案 1 不能没有将抗原注入小鼠体内 无法获得产生单一抗体的效应b细胞 2 细胞融合和筛选灭活的病毒 或peg 双亲细胞的遗传物质大量增殖产生特异性抗体 3 在体外条件下大量增殖 4 杂交瘤细胞产生特定抗体的杂交瘤细胞 5 足够量的杂交瘤 6 细胞培养液小鼠腹水 7 制备单克隆抗体解析b淋巴细胞有以下特点 在体外不能无限增殖 只有受到抗原刺激后才能形成效应b细胞 浆细胞 产生相应抗体 与骨髓瘤细胞融合 成杂交瘤细胞后既可无限增殖 又能产生大量所需抗体 单克隆抗体制备过程首先需要注射与产生的单克隆抗体发生特异性免疫反应的抗原 否则小鼠体内不会发生特异性免疫反应 不会产生合成所需抗体的效应b细胞 浆细胞 因为效应b细胞 浆细胞 不能在体外大量增殖 虽能产生抗体 但数量有限 因此需要将效应b细胞 浆细胞 与骨髓瘤细胞融合 融合必须在诱导剂的诱导下才能发生 常用的诱导剂是灭活的病毒 两种细胞融合是自由的 有三种情况 b淋巴细胞 b淋巴细胞 骨髓瘤细胞 骨髓瘤细胞 b淋巴细胞 骨髓瘤细胞 我们需要的是杂种细胞 它继承了双亲的遗传物质 具备大量增殖和产生抗体的能力 所以需经培养筛选 第一次筛选是选择杂交瘤细胞 第二次筛选是在杂交瘤细胞中选出能产生所需抗体的杂交 瘤细胞 然后通过扩大培养后就可转移到体外培养液中或小鼠腹腔中生产大量的单克隆抗体 突破一植物细胞工程操作与应用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 5 全能性大小 植物细胞 受精卵 生殖细胞 体细胞动物细胞 受精卵 生殖细胞 胚胎干细胞 体细胞核 动物细胞全能性受限制 但细胞核具有全能性 2 植物激素在植物组织培养中的作用 3 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 染色体组数 染色体组数 甲 乙两个细胞内染色体组数之和 植物体细胞杂交后的植物 有几个染色体组就称为几倍体 4 植物细胞工程的实际应用 1 植物繁殖的新途径 微型繁殖 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 特点 作物脱毒技术 选取作物无毒组织 如茎尖 进行组织培养 获得脱毒苗的技术 人工种子 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 2 培育作物新品种 单倍体育种花药单倍体植株二倍体纯合植株 突变体的利用诱变处理 外植体愈伤组织突变体新品种 诱导分化 3 细胞产物的工厂化生产 愈伤组织阶段 获取所需细胞产物 典例1植物组织培养是克隆植物的一种方法 过程如图所示 回答相应的问题 1 为了获得脱毒植株 外植体往往取自植物的花芽 叶芽等处的分生组织 其原因是 2 培养皿中的培养基除添加营养物质外 还需要添加植物激素 其目的是诱导外植体 3 在生产实践中为获得大量的细胞产物 如紫杉醇 可将放入液体培养基中 经机械作用分散成单个细胞 制备成细胞悬浮液 再经过即可获得大量细胞 4 组织培养过程需要提供植物生长和繁殖的最适条件 否则在光学显微镜下可能观察到发生异常 进而使植物出现遗传不稳定甚 至不育 5 植物组织培养技术不仅应用于花卉和果树的快速大量繁殖以及脱毒植株的获取 还广泛用于 等育种过程中 解析 1 刚长出的茎尖或芽尖还没有受到病毒的侵染 因此用这些部位的细胞做植物组织培养的材料 可以获得脱毒植株 2 在植物组织培养时 常用生长素和细胞分裂素来诱导外植体形成愈伤组织 生根 发芽 从而形成新的植物体 3 一般利用外植体脱分化形成的愈伤组织获得细胞产物 愈伤组织有很强的分裂能力 所以培养愈伤组织细胞可获得大量细胞 4 愈伤组织细胞分裂时易受环境条件影响而发生染色体结构或数目的变异 故需要在适宜的条件下培养 5 植物体细胞杂交育种 植物基因工程育种 单倍体育种等过程均需要借助植物组织培养技术 答案 1 这些部位还未受到病毒等病原体的侵害 2 脱分化和再分化 3 愈伤组织细胞分裂 4 染色体结构与数目 5 植物体细胞杂交育种基因工程育种单倍体育种 1 1我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养 最终发育成完整的新植株 下图是细胞培养形成兰花植株示意图 请据图分析回答 兰花植株茎尖的切片试管植物从切片中分离的茎尖细胞胚状体愈伤组织 1 过程 和 分别表示和 2 在培养过程中 除了提供水分 无机盐 糖类 维生素及氨基酸外 还需 要在培养基中加入 同时 在培养过程中 除必需的温度 光照和氧气等外界条件外 成功的另一个关键是操作过程必须保证 3 从育种的角度看 植物组织培养与有性生殖相比 优势主要有 列举2条 4 在植物组织培养的过程中 可以对进行化学或物理的诱变处理 促使其发生突变 再通过诱导分化形成植株 从中选育出优良品种 这种作物新品种的培育方法属于 5 若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒 经组织培养形成植株 这种育种方法称为 其优点是 答案 1 脱分化再分化 2 植物激素 或植物激素类似物 无菌 3 能保持亲本的优良性状 培养周期短 繁殖效率高 能培育无病毒植株 任举2条即可 4 愈伤组织突变体的利用 5 单倍体育种缩短育种年限 培育的品种一定是纯种解析该题主要考查了植物组织培养的过程 单倍体育种和突变体的利用 1 过程 为脱分化 过程 为再分化 其中在 过程中既有细胞分裂 又有细胞分化 2 在植物组织培养过程中 不论是脱分化还是再分化 都需要植物激素刺激 并且要求无菌操作 3 植物组织培养的实质是一种 无性繁殖 与有性生殖相比具有保持亲本的优良品质 培养周期短 繁殖效率高 能培育无病毒植株等优点 4 突变体利用的操作对象是愈伤组织 但是该种方法具有很大的盲目性 5 单倍体育种的优点表现在缩短育种年限 后代不发生性状分离等 突破二动物细胞工程1 动物细胞培养与动物体细胞核移植 2 细胞融合的过程分析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 3 单克隆抗体的制备 1 血清抗体与单克隆抗体 2 制备单克隆抗体过程中的两次筛选 3 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 典例2下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病的过程图解 请据图回答下列问题 1 图中 所示的结构名称是 2 图中 所示的生物技术名称分别是 3 过程 通常用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大 易操作 营养物质丰富外 还因为它 4 过程 通常用 作为受体细胞的原因是 5 图示方法与一般的异体核移植相比最大的优点是 该种基因治疗所属类型为 解析 1 是从供体 患者 体细胞分离出的细胞核 2 表示核移植技术 表示转基因技术 3 核移植的受体细胞一般是卵母细胞 原因是它体积大 易操作 含有供胚胎发育的营养物质 它还含有促进细胞核全能性表达的物质 4 早期胚胎中的细胞分化程度低 全能性高