【状元之路】高中生物第一轮复习 专题二 细胞工程课件.ppt

专题二细胞工程 知识排查 考点诠解一 植物组织培养1 植物组织培养技术 1 细胞的全能性是指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 在生物的生长发育过程中 细胞未表现出全能性的原因是细胞中的基因在特定的时间和空间条件下选择性表达出各种蛋白质 4 植物组织培养的概念 在无菌和人工控制的条件下 将离体的植物器官 组织 细胞 培养在人工配制的培养基上 给予适宜的培养条件 诱导其产生愈伤组织 丛芽 最终形成完整植株 特别提醒 细胞具有全能性与脱分化和再分化 1 细胞全能性的原因 生物体的每个细胞都具有发育成完整个体所必需的全部基因 2 细胞全能性的比较 受精卵 生殖细胞 体细胞植物细胞 动物细胞分化程度低的细胞 分化程度高的细胞 3 细胞全能性的实现 植物细胞在离体 一定的营养物质 激素和其他外界条件下 经脱分化和再分化可实现其全能性 发育为完整个体 离体的动物体细胞 全能性受到限制 但其核仍具有全能性 但需借助卵细胞的细胞质才能表现出来 4 在愈伤组织的诱导阶段应避光 进行暗培养有利于细胞的脱分化 而在愈伤组织的分化再生阶段要进行光照 5 诱导培养基和分化培养基的营养成分相同 但在激素的种类 含量及比例上有所区别 6 植物组织培养的目的不同 培养阶段也不同 若是进行植物微型繁殖 应培养成植株幼苗 若是生产人工种子 应培养成具有生根发芽能力的胚状体 若是生产细胞产品 则可培养到愈伤组织 从大量培养的愈伤组织中提取产品 如紫草素 紫杉醇等 3 人工种子 1 制备过程 离体组织 诱导植物愈伤组织 体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟 体细胞胚的包裹 储藏或种植 2 结构 目前研制的人工种子 是由胚状体 人工种皮和提供胚状体发育所需营养的人工胚乳三部分组成 如上图所示 3 人工种子的优点 保持优良品种的遗传特性 生产上不受季节限制 且可工厂化生产 克服了试管苗大量储藏和运输的困难 人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外 还可以添加各种附加成分 如固氮细菌 防病虫农药 除草剂和植物激素类似物等 有利于幼苗茁壮成长 提高作物产量 4 人工种子与自然种子的区别 人工种子是通过组织培养 无性生殖 形成的 能保持亲本的优良性状 而自然种子是通过有性生殖形成的 具更大的变异性 3 植物体细胞杂交的结果是获得杂种植株 整个过程包括细胞融合和植物组织培养两个阶段 4 杂种植物之所以具有两个亲本性状的根本原因在于其内含有两个亲本的遗传物质 3 应用 可突破生殖隔离 克服远缘杂交不亲和的障碍 实现不同物种间的遗传物质重组 从而获得异源多倍体 三 动物细胞培养1 概念 从动物机体中取出相关的组织 将它分散成单个细胞 然后放在适宜的培养基中 让这些细胞生长和繁殖 动物细胞培养技术是其他细胞工程技术的基础 2 过程 1 取材 一般选取动物胚胎或幼龄动物的组织或器官 2 制备细胞悬液 将材料剪碎 用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理 使之分散成单个细胞 然后用培养液稀释制成细胞悬液 3 原代培养 动物组织消化后的初次培养称为原代培养 在培养过程中 细胞会出现贴壁生长和接触抑制现象 4 传代培养 对贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶等处理 然后分瓶继续培养的过程称为传代培养 细胞在传至10 50代左右时其增殖会逐渐缓慢 以至于停止增殖 但部分细胞因细胞核型发生变化 会朝向等同于癌细胞的方向发展 3 培养条件 1 无菌 无毒的环境 对培养液和所有培养用具进行灭菌处理 在培养液中添加一定量的抗生素 定期更换培养液 以清除代谢产物 2 营养 合成培养基的成分包括糖 氨基酸 促生长因子 无机盐 微量元素等 在使用时 通常需加入血清 血浆等 3 温度和ph 适宜温度为36 5 0 5 ph为7 2 7 4 4 气体环境 所需气体主要有o2和co2 其中co2的主要作用是维持培养液的ph 4 应用 1 制备有价值的生物制品 如病毒疫苗 干扰素 单克隆抗体等 2 转基因动物的培育 3 检测有毒物质 判断某种物质的毒性 特别提醒 动物细胞培养与植物组织培养的比较见下表 四 动物体细胞核移植技术和克隆动物1 概念 将一个动物细胞的细胞核 移入一个去核的卵母细胞中 使其重组并发育成一个新的胚胎 这个新的胚胎最终发育为动物个体 用核移植的方法得到的动物称为克隆动物 2 分类 哺乳动物核移植可分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植 由于动物体细胞分化程度高于胚胎细胞 因此动物体细胞核移植的难度更高 3 过程 1 供体细胞的采集和培养 2 受体细胞 卵母细胞 采集后 在体外培养到减数第二次分裂中期 并用微型吸管吸出细胞核与第一极体 3 将供体细胞注入去核卵母细胞后 通过电刺激使两细胞融合 构建重组胚胎 4 将重组胚胎移入代孕母体体内 发育成与供体遗传物质相同的个体 4 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 5 用于组织器官的移植 6 了解胚胎发育和衰老过程 1 供体细胞应选取优良动物的体细胞 一般选用传代培养10代以内的细胞 2 受体细胞应选用处于减数第二次分裂中期的去核卵母细胞 因处于此期的细胞具备与精子受精的能力 3 将供体细胞注入去核卵母细胞后 需用电刺激或化学方法处理 激活受体细胞 使其完成减数分裂并发育为早期胚胎 4 生产出的克隆动物的性状与供体动物基本相同 但由于受体动物的细胞质基因也要控制性状 因此克隆动物并不完全和供体动物相同 5 此过程涉及动物细胞培养 显微注射技术 胚胎移植等技术操作 五 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 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 常用的诱导因素 聚乙二醇 灭活的病毒 电激等 3 意义 突破了有性杂交方法的局限 使远缘杂交成为可能 2 单克隆抗体 1 制备过程 对小鼠注射特定的抗原蛋白 以使其产生相应的b淋巴细胞 b淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合 可形成多种杂交细胞 用特定的选择性培养基进行筛选 未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞会死亡 只有融合的杂种细胞才能生长 对杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测 可获得能分泌所需抗体的细胞 将能产生特定抗体的杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖或体外培养 可获得大量的单克隆抗体 2 杂交瘤细胞特点 既能大量繁殖 又能产生专一抗体 3 单克隆抗体的优点 特异性强 灵敏度高 产量大 4 单克隆抗体的应用 作为诊断试剂 准确识别各种抗原物质并特异性地与之结合 用于治疗疾病和运载药物 制成 生物导弹 热点突破题型一植物组织培养及应用典例1香蕉原产热带地区 是我国南方重要的经济作物之一 广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响 对香蕉生长发育影响很大 由香蕉束顶病毒 bbtv 单链环状dna病毒 引起的香蕉束顶病 对香蕉生产的危害十分严重 当前香蕉栽培品种多为三倍体 由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式 缺少遗传变异性 因此利用基因工程等现代科技手段提高其种植水平 具有重要意义 请根据上述材料 回答下列问题 1 简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程 2 脱毒香蕉苗的获得 可采用 的方法 此方法的依据是 和 3 建立可靠的bbtv检测方法可以监控脱毒香蕉苗的质量 请问可用哪些方法检测病毒的存在 列举两种方法 4 在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值 该基因可以从这些鱼的dna中扩增得到 试述在提取和纯化dna时影响提纯效果的因素及其依据 列举两点 5 如何利用afp基因 通过转基因技术获得抗寒能力提高的香蕉植株 在运用转基因香蕉的过程中 在生态安全方面可能会出现什么问题 列举两点 6 从细胞工程的角度出发 简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及其依据 另外 抑制果胶裂解酶的活性可以延长香蕉果实储藏期 请描述采用蛋白质工程技术降低该酶活性的一般过程 解析 香蕉是三倍体 高度不育 要大规模快速繁殖 只能通过植物组织培养 培育人工种子进行繁殖 植物的茎尖 根尖不带病毒 可通过组织培养的方式获得脱毒苗 用细胞工程的方法培育抗寒香蕉品种 应该采用体细胞杂交技术 让不同品种的体细胞进行融合 通过对杂种细胞进行组织培养获得新个体 从中筛选出所需类型 答案 1 选取香蕉外植体 通过诱导脱分化产生愈伤组织 然后通过调整植物激素比例 再分化形成芽和根 获得大量试管苗 或通过诱导形成大量胚状体 制成人工种子 适宜条件下萌发长成幼苗 2 茎尖 分生组织 组织培养茎尖不带病毒 或病毒在植物体内分布不均匀 植物细胞全能性 3 bbtv病毒基因的检测 dna分子杂交技术 bbtv病毒蛋白的检测 获得抗血清 利用抗原 抗体的杂交反应 判断病毒是否存在 4 选择nacl溶液的合适浓度 利用dna和其他杂质在不同浓度nacl溶液中溶解度不同的特性 达到分离目的 加入一定量酒精 使部分蛋白质杂质溶解于酒精 与dna分离 加入蛋白酶 除去蛋白质杂质的干扰 控制dna提取的温度 使大多数蛋白质杂质变性 答出其中两点即可 5 将afp基因插入土壤农杆菌的质粒中 构建表达载体 通过农杆菌的转化导入香蕉受体细胞 成功转化的香蕉细胞通过组织培养形成植株 生态安全问题包括 外源基因扩散到其他物种 外源基因漂移 转基因植株扩散影响生态系统的结构和功能 转基因植株扩散对生物多样性的影响 转基因植物残体或分泌物对环境的影响 答出其中两点即可 6 体细胞杂交育种 其依据是将不同品种的香蕉体细胞利用体细胞杂交技术融合成杂种细胞后培育出抗寒香蕉品种 或体细胞诱变育种 其依据是利用诱变剂等方法使香蕉离体培养的细胞发生基因突变 然后筛选培育出抗寒品种 蛋白质工程方法的步骤为 果胶裂解酶蛋白的功能分析 果胶裂解酶蛋白的结构预测和设计 果胶裂解酶基因的改造 题型二植物体细胞杂交典例2叶肉细胞原生质体的分离和培养的主要过程可以用下面的图解简单表示 根据图解回答问题 1 图解中 酶解 所用的酶应该包括 和 2 原生质体的结构由 三部分组成 3 在培养基的成分中 除了各种营养成分外 还必须含有 才能诱导获得愈伤组织 4 获得原生质体后 需要对其活力进行检查 下列最适合的实验是 a 观察原生质体的结构是否完整b 观察细胞质流动c 观察细胞的有丝分裂d 观察叶绿体数目的多少 5 一般在培养基上培养24 48h后 大部分原生质体已再生出细胞壁 可以通过取样 利用25 蔗糖溶液以及其他用具 通过 实验来鉴别细胞壁是否已经再生 解析 对植物细胞酶解的目的是除去细胞壁 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶 因此酶解所需的酶是纤维素酶和果胶酶 原生质体包括细胞膜 细胞质和细胞核三部分 在植物组织培养的培养基中必须含有合适比例的生长素和细胞分裂素才能促使原生质体形成愈伤组织 活细胞的细胞质具有流动性 因此要对原生质体的活力进行检查时 观察细胞质流动最适合 植物细胞有无细胞壁再生 可以通过质壁分离和复原的实验来验证 答案 1 纤维素酶果胶酶 2 细胞膜 细胞质 细胞核 3 生长素细胞分裂素 4 b 5 植物细胞的质壁分离和复原 题型三动物细胞培养的过程 条件及应用典例3某研究小组进行药物试验时 以动物肝细胞为材料 测定药物对体外培养细胞的毒性 供培养的细胞有甲 乙两种 甲细胞为肝肿瘤细胞 乙细胞为正常肝细胞 请回答下列有关动物细胞培养的问题 1 将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养 培养液及其他培养条件均相同 一段时间后 观察到甲细胞数量比乙细胞数量 2 在动物细胞培养时 通常在合成培养基中加入适量血清 其原因是 细胞培养应在含5 co2的恒温培养箱中进行 co2的作用是 3 在两种细胞生长过程中 当乙细胞铺满瓶壁时 其生长 药物试验需要大量细胞 两种细胞频繁传代 甲细胞比乙细胞可以传代的次数更 若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液 需用 消化处理 4 为了防止细胞培养过程中细菌的污染 可向培养液中加入适量的 5 已知癌基因x过量表达与肝肿瘤的发生密切相关 要试验一种抗肿瘤药物y对甲细胞生长的影响 可将甲细胞分为a b两组 a组细胞培养液中加入一定量的 b组细胞培养液中加入等量的无菌生理盐水 经培养后 从a b两组收集等量细胞 通过分别检测x基因在a b两组细胞中的 或 合成水平的差异 确定抗肿瘤药物y的药效 解析 本题考查动物细胞培养及实验设计遵循的单一变量原则 以及对实验结果进行分析总结得出结论的能力 癌细胞比正常细胞具有更强的生命活力 分裂速度更快 培养相同时间得到数量更多 动物细胞培养基需有糖类 葡萄糖 氨基酸 促生长因子 无机盐 微量元素等 通常还要添加一定量血清或血浆 另外还要有适量o2和co2 需适宜的温度和ph 还要有严格的无菌环境 可通过添加抗生素防止培养过程中杂菌滋生 癌细胞无接触抑制现象 但正常细胞有 因而会有贴壁生长现象 需定期用胰蛋白酶处理 另外实验设计设置对照组 要遵循单一变量原则 答案 1 多 2 血清可以补充合成培养基中缺乏的物质维持培养液ph 3 停止多胰蛋白酶 4 抗生素 5 药物y溶液mrna蛋白质 题型四克隆哺乳动物典例4在某一局部山区有一种雌性黑牛a 与一种雄性黄牛b交配 由于某种原因 其后代中无雄牛出现 但为了在自然情况下延续种族 雌性黑牛a只能与另一山区的雄性黄牛c交配 后代中才有雄牛出现 1 请分析 导致局部山区无雄性小牛出现的原因很可能是 2 请你利用现代科学技术手段 设计一种方案 使某局部山区的雌性小牛不与另一山区的雄性小牛交配 就能得到一种雄性小黄牛 设计的理论依据 主要的设计方案 3 上述方案设计中得到雄性小黄牛的性状表现特点是 作出这一判断的依据是 这头雄性小黄牛与题中a c交配得到的雄性小黄牛是否有区别 理由是 解析 1 由题干信息可知 后代无雄性小牛 说明含y染色体的精子不能正常发育 2 若不通过有性杂交的方式生产雄性小牛 可通过体细胞核移植技术 3 克隆动物的性状主要与供体动物相似 而有性生殖产生的后代则具有两个亲本的性状 答案 1 该环境条件下可能使含y染色体的精子致死 2 细胞的全能性 细胞核移植 取b的体细胞核移植到去核的a卵细胞中 得到重组细胞 动物细胞培养 将重组细胞在适宜的条件下培养 形成早期胚胎 胚胎移植 将上述获得的胚胎 再移植到a的体内 子宫 让其发育 即可得到雄性小黄牛 3 其性状主要与b相似 少部分性状可能与a相同 生物的性状主要受细胞核基因控制 少数性状受细胞质基因控制 而这头小黄牛的细胞核基因来自于b 细胞质基因来自于a有此雄性小黄牛系无性生殖的产物 而a c交配得到的雄性小黄牛 则是有性生殖的产物 题型五单克隆抗体的制备典例5科学家从某些能无限增殖细胞的细胞质中分离出无限增殖调控基因 prg 该基因能激发许多动物细胞分裂 这为单克隆抗体的制备提供了更为广阔的前景 请回答以下相关问题 1 利用细胞融合技术制备单克隆抗体 促进动物细胞融合常用的诱导因素是 2 利用细胞融合技术制备单克隆抗体时有两次筛选 第1次筛选的目的是 第2次筛选的目的是 3 有人提出 可以直接通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体 其思路如图所示 请回答 酶a是指 酶b是指 对已导入重组质粒的 进行 检测 的目的是 题目中 所指的细胞是 所指的细胞具有的特点是 4 也有人提出用细胞核移植技术构建重组细胞来生产单克隆抗体 试用相关的图示及文字表示该过程 解析 1 诱导动物细胞融合的方法有三种 其中用灭活的病毒是常用方法 2 在单克隆抗体制备过程中 融合的细胞共有3种形态 第1次筛选的目的是选出杂交瘤细胞 但是杂交瘤细胞不一定产生所需抗体 所以还必须进行第2次筛选 3 基因工程中用到的酶是限制性核酸内切酶和dna连接酶 将重组质粒成功导入后 进行检测的目的是看目的基因是否表达 题目中 所指的细胞是浆细胞 因为只有浆细胞才会产生抗体 所指的细胞是导入目的基因的浆细胞 由于目的基因控制细胞无限增殖 所以可用转基因技术来生产单克隆抗体 4 由题干可知 从无限增殖细胞的细胞质中分离出无限增殖调控基因 prg 所以采用核移植技术 应将无限增殖细胞的核除去 留下细胞质 让其与浆细胞核融合 则可产生单克隆抗体 答案 1 灭活的病毒 2 筛选出杂交瘤细胞筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞 3 限制性核酸内切酶dna连接酶 检测目的基因在受体细胞中是否进行了表达 或检测受体细胞是否显示出目的基因控制的性状 浆细胞既能无限增殖又能产生特定抗体 4 见图 随堂演练1 用动 植物成体的体细胞进行离体培养 下列叙述正确的是 a 都需用co2培养箱b 都须用液体培养基c 都要在无菌条件下进行d 都可体现细胞的全能性 解析 植物组织培养用固体培养基不需用co2培养箱 植物组织培养可得到完整的植物个体 体现了细胞的全能性 动物细胞培养获得的是动物细胞或代谢产物 未体现细胞的全能性 植物组织培养和动物细胞培养均需要在无菌条件下进行 答案 c 2 下列关于植物体细胞杂交或植物细胞质遗传的叙述 错误的是 a 利用植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制 培育远缘杂种b 不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程c 两个不同品种的紫茉莉杂交 正交 反交所得f1的表现型一致d 两个不同品种的紫茉莉杂交 f1的遗传物质来自母本的多于来自父本的 解析 植物体细胞杂交包括植物原生质体融合 植物组织培养两个过程 利用植物体细胞杂交技术可克服物种间生殖隔离的限制 培育远缘杂种 紫茉莉枝条颜色遗传属于细胞质遗传 故两个不同品种的紫茉莉杂交 正交 反交所得f1的表现型不一致 因受精卵的细胞质几乎全来自卵细胞 故两个不同品种的紫茉莉杂交 f1的细胞质中遗传物质几乎全部来自母本 答案 c 3 2010 浙江理综卷 将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中 在适宜的温度和光照条件下培养一段时间后 应出现的现象是 a b c d 解析 无根幼苗可自身产生植物激素 诱导分化出根部 不可能脱分化形成愈伤组织 也不会在下部分化出芽 答案 a 4 2010 江苏卷 多选 明党参是我国珍稀药用植物 对其进行保护性开发利用的方法有 a 设计细胞培养反应器 实现药用成分的工厂化生产b 大量培养愈伤组织 直接提取药用成分c 大规模栽培组织培养苗 获取药用成分d 利用组织培养获得胚状体 制成人工种子 解析 明党参是药用植物 其内含有药用成分 要大量提取药用成分 可利用细胞培养反应器实现组织细胞的快速培养并提取大量有效成分 实现工厂化生产 也可以大量培养愈伤组织从中提取药用成分 大规模栽培组织培养苗 获取大量植株进而获取药用成分 用组织培养获得的胚状体制成人工种子 实现大量种植明党参 也可获得有效药用成分 答案 abcd 5 酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用 蜗牛酶液从蜗牛 以植物为食 消化腺中提取 果胶酶 纤维素酶从微生物中提取 为了研究不同酶液的酶解效果 某实验小组取无菌烟草幼叶 切成相同大小的小片 等量放入6支试管中 试剂用量和实验结果列于下表 请回答有关问题 注 越多表示绿色越深 表示颜色无显著变化 1 实验过程中 需要轻摇试管 其目的是 使原生质体从叶小片中游离出来 以便观察悬浮液绿色的深浅 2 从绿色的深浅可推测 蜗牛酶液酶解效果最好 原因是蜗牛酶液含有 等多种酶 该实验中 是空白对照组 其设置意义是 3 用网筛过滤原生质体到离心管内 离心后收集沉淀物 并用 洗涤 4 原生质体是否符合要求还需进行检验 其检验的方法是 解析 1 底物与酶接触的越充分 反应速率越大 从而可提高酶解的效果 2 细胞壁的成分为纤维素和果胶 蜗牛酶液酶解效果最好 则其必含纤维素酶和果胶酶 空白对照实验中 没有实验处理的为对照组 此实验中无酶处理的为对照组 目的是为了排除无关变量对实验的干扰 3 离心管内的沉淀物为原生质体 为防止洗涤时被破坏 可用等渗溶液洗涤 4 原生质体是否获得成功 即看植物细胞的细胞壁是否被去净 把获得的材料放到低渗溶液中 检测材料是否吸水涨破 答案 1 为了使细胞壁与酶充分接触 提高酶解效果 2 果胶酶和纤维素酶 排除无关变量的干扰 3 等渗溶液 4 低渗涨破法 6 动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理 病理过程及其机制意义重大 下图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图 请回答下列问题 1 肝脏切成小薄片 这有利于肝脏细胞 2 气室中充入5 co2气体的主要作用是 3 培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长 但要注意选择抗生素的 以保证抗生素对肝脏无害 4 有机物x有毒性 可诱发染色体断裂 利用上图所示装置和提供的下列材料用具 探究肝脏小块对有机物x是否具有解毒作用 材料用具 肝脏小块 外周血淋巴细胞 淋巴细胞培