高三生物一轮复习细胞工程简介课件.ppt

1 第9课时细胞工程简介1 细胞工程概念 应用细胞生物学和的原理和方法 通过某种工程学手段 在整体水平或水平上 按照人们的意愿来改变细胞内的或获得产品的一门综合科学技术 2 细胞工程分类 分为工程和工程 细胞工程的概念 分类及细胞的全能性 生物工程 细胞 细胞器 遗传物质 细胞 植物细胞 动物细胞 基础梳理 2 3 植物细胞工程 1 常用技术手段和等 其理论基础是 2 细胞的全能性 含义 生物体的细胞具有使后代细胞形成的潜能 物质基础 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套 都有发育成完整个体所必需的 植物细胞全能性表达的条件 处于状态 一定的营养物质 和其他外界条件 植物组织培养 植物体细胞杂交 细胞的全能性 完整个体 遗传物质 遗传物质 离体 激素 3 归纳深化1 全能性的原因 或者说是物质基础 每个细胞都含有本物种所特有的全套的遗传物质 2 全能性表达的条件 离体 这是必要条件 一定的营养物质 水 无机盐 维生素 氨基酸等 激素 细胞分裂素 生长素 适宜的条件 无菌 温度 ph 3 在生物体内细胞并没有表现出全能性的原因 基因在特定的时间和空间条件下选择性表达 细胞分化为不同的组织 器官 4 全能性的实例 花药的离体培养 植物的组织培养 克隆技术等 4 5 全能性的差异 植物细胞 动物细胞 动物细胞中的细胞核具有全能性 受精卵 生殖细胞 配子 精子 卵细胞 体细胞 体细胞 分化程度低的 分化程度高的 细嫩的 衰老的 细胞分裂能力强的 细胞分裂能力弱的拓展延伸细胞分化与个体发育的关系 通过细胞有丝分裂 分化产生的体细胞 细胞内含有相同的遗传物质 在细胞分化过程中 细胞核内基因的选择性表达形成了不同的信使rna 合成了不同的蛋白质 表达出不同的性状 使细胞出现不同的形态 结构和功能 细胞分化过程是受机体调节控制的 在多细胞生物体内只有经过细胞分化 才能形成各种不同的组织细胞 因此没有细胞的分化就没有生物个体的发育 5 对应训练1 2008年潍坊模拟 下列有关细胞工程的叙述 不正确的是 a 在细胞整体水平上定向改变遗传物质 b 在细胞器水平上定向改变遗传物质 c 在细胞器水平上定向改变细胞核的遗传物质 d 在细胞整体水平上获得细胞产品 解析细胞器水平属于细胞工程的范畴 但是细胞器水平不能改变细胞核的遗传物质 2 下列哪种细胞的全能性容易表达出来 a 蛙的口腔上皮细胞b 蚕豆的叶肉细胞 c 果蝇的卵细胞d 水螅的神经细胞 c b 6 归纳总结一 植物组织培养 1 过程 离体的植物器官 组织或细胞愈伤组织2 原理 植物细胞的全能性 3 脱分化 再分化的比较 1 细胞脱分化 已分化的细胞 经过诱导后 失去其特有的结构和功能而转化成未分化细胞的过程 2 生物体细胞不能表达全能性的原因 植物体细胞内的基因选择性表达 植物组织培养和动物细胞培养的比较 脱分化 激素 无光 再分化 激素 光 根 芽 植物体 7 3 脱分化和再分化的比较 8 4 影响脱分化 再分化的因素 影响脱分化 再分化的重要因素为植物激素 当细胞分裂素与生长素共同使用时 能强烈的促进愈伤组织的形成 两者不同浓度的配比在再分化过程中 分别对诱导根或芽的产生起关键作用 当细胞分裂素与生长素的浓度比高时 有利于芽的产生 浓度比低时 有利于根的产生 5 人工种子 组织培养形成胚状体等 外面包上人工藻膜二 动物细胞培养 1 过程 9 2 原理 细胞增殖 3 动物细胞培养的条件 无菌 无毒的环境 营养物质 适宜的温度和ph 气体环境等 4 选用幼龄动物器官或胚胎细胞进行培养的原因 它们分化程度低 分裂能力强 易培养 5 如何将动物组织分散成单个细胞 细胞间黏连物质的化学本质是什么 用胰蛋白酶处理可分散成单个细胞 细胞间黏连物质的化学本质是蛋白质 6 基本概念 1 原代培养 将组织取出来后 先用胰蛋白酶等处理使组织分散成单个细胞 然后配制成一定浓度的细胞悬浮液 再将该悬浮液放入培养瓶中 这个过程称为原代培养 也有人把第一代细胞的培养与10代以内的细胞培养统称为原代培养 10 2 传代培养 把原代培养增殖的细胞定期用胰蛋白酶把细胞从瓶壁上脱离出来 配制悬浮液 分装到两个或两个以上的培养瓶中培养的过程 3 细胞株 细胞系 原代培养的细胞一般传至10代左右就不容易传下去了 细胞的生长就会停滞 大部分细胞衰老死亡 极少数存活 并能传到40 50代 这种传代细胞叫做细胞株 50代后又出现不能再传下去 但是有部分细胞的遗传物质发生改变 并且有癌变的特点 有可能在培养条件下无限地传下去 这种传代细胞称为细胞系 11 深化拓展动物细胞培养与植物组织培养的比较 12 对应训练3 下列关于动物细胞培养的叙述 正确的是 a 培养中的效应t细胞能产生单克隆抗体 b 培养中的b细胞能够无限地增殖 c 人的成熟红细胞经过培养能形成细胞株 d 用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个肝细胞 d 13 4 2008年南京模拟 用高度分化的植物细胞 组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织 下列叙述错误的是 a 该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的 b 该愈伤组织的细胞没有全能性 c 该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成的 d 该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构 解析植物组织培养的原理是植物细胞的全能性 植物细胞只有在脱离了植物体 在一定外部因素的作用下 经细胞分裂形成愈伤组织 才能表现出全能性 由愈伤组织细胞发育 分化形成新的植物体 b 14 一 植物体细胞杂交 1 过程 植物细胞a原生质体a植物细胞b原生质体b2 意义 1 克服了障碍 2 扩展了的范围 二 动物细胞融合 1 促融方法 除物理法和化学法外 还常用 2 过程 动物细胞杂种细胞 3 主要用途 制备 植物体细胞杂交和单克隆抗体制备 杂种细胞 远缘杂交不亲和 可用于杂交的亲本组合 灭活的病毒 基础梳理 15 三 单克隆抗体 1 制备 b淋巴细胞骨髓瘤细胞 融合 筛选 杂交瘤细胞 培养 筛选 产生特定抗体的细胞群 扩大培养 体外培养 体内培养 单克隆抗体 2 特点 强 高 3 应用 1 理论意义 2 实践意义 单抗诊断盒 生物导弹 特异性 灵敏度 16 归纳总结植物体细胞杂交和单克隆抗体制备 17 18 误区警示1 植物细胞a b的体细胞是二倍体 体细胞中的染色体数是2n 则杂种细胞c就是4n 称为异源四倍体 2 利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中 其遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传规律 因为生物在进行有性生殖时才遵循孟德尔的遗传规律 而植物体细胞杂交的过程不属于有性生殖 19 3 动物细胞融合后获得的杂种细胞 目前还没有办法让其发育成一个个体 它不同于 克隆 也不同于植物体细胞杂交 4 两者在融合过程中都会发生多种融合方式 如a a b b a b 因此要进行筛选 5 两者都要用到细胞融合和细胞培养两个技术手段 6 动物细胞培养中用选择性培养基先后选择出杂交瘤细胞和能产生抗体的细胞群 20 对应训练5 关于植物体细胞杂交技术 错误的说法是 a 可以突破自然生殖隔离的限制而得到种间杂种植株 b 使用聚乙二醇可以诱导两种愈伤组织细胞直接融合 c 此项技术往往需要使用纤维素酶和果胶酶处理待融合细胞d 植物组织培养是实现体细胞杂交的最基础的工作手段解析思维定势导致错答 误以为植物体细胞杂交和传统的杂交育种类似 不能打破远缘杂交不亲和的障碍 植物体细胞杂交首先必须用酶解法去除细胞壁得到具有生活力的原生质体 然后在诱导剂作用下才能诱导融合 b 21 6 用动物细胞工程技术获取单克隆抗体 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 用纤维素酶处理b淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞 c 用聚乙二醇作诱导剂 促使能产生抗体的b淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合 d 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 解析本题考查单克隆抗体的制备过程 将抗原注入小鼠体内 获得能产生抗体的b淋巴细胞 把小鼠骨髓瘤细胞与能产生抗体的b淋巴细胞在聚乙二醇或灭活的仙台病毒的诱导下融合 融合后的杂交瘤细胞具有两个亲本细胞的特性 一方面可以无限增殖 另一方面可以分泌化学性质单一 特异性强的抗体 即单克隆抗体 动物细胞无细胞壁 故不需用纤维素酶处理 b 22 归纳总结 几项技术手段的比较 23 有丝 分裂 胚胎 分割后 分别植入 多个母体 精子 卵子 试管中 受精 受精卵 发育 一定阶 段的胚胎 植入母 体子宫 胎儿 同一受精卵 24 深化拓展1 试管婴儿 动物 技术为有性生殖 胚胎分割移植为无性生殖 胚胎移植是有性生殖还是由无性生殖取决于胚胎是由受精卵形成的还是由核移植技术形成重组细胞发育而成的 2 关于克隆过程涉及到的生物工程技术名称 细胞核移植 其生殖方式为无性繁殖 产生的新个体的性状 性别与供核动物相同 在实践上有多种用途如克隆器官 保存濒危物种 上述内容都是常考知识点 对应训练7 以下四种细胞工程技术中培育出的新个体 只含有一个亲本遗传性状的是 a 植物组织培养b 细胞融合 c 动物胚胎移植d 细胞核移植 25 解析植物组织培养的过程是无性生殖的过程 形成的新个体中只含有一个亲本的遗传物质 8 2008年洛阳模拟 下图是某克隆羊的培育过程模式图 则与获得该克隆羊接近的生殖方式和其发育成熟时所分泌的主要性激素分别是 a 无性生殖 雄性激素b 无性生殖 雌性激素c 有性生殖 雄性激素d 有性生殖 雌性激素解析性染色体在细胞核中 克隆羊的性染色体为xy 为雄性 答案a a 26 植物组织培养和植物体细胞杂交 例1 据图回答下列问题 1 过程 是用处理细胞的细胞壁 后经 过程诱导原生质体融合 实际融合的过程中原生质体可能会形成种细胞团 只考虑两个细胞融合的情况 是的过程 与此过程密切相关的细胞器是 27 2 在 过程培养中 除了提供水分 无机盐 糖类 维生素以及氨基酸外 还需要在培养基中加入 同时 在培养过程中 除必要的温度 光照和氧气等外界条件外 成功的另一个关键是操作过程中必须保证 3 若番茄细胞内含a条染色体 马铃薯细胞内含b条染色体 将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育 假设能成功 得到的后代应含条染色体 还必须用来处理幼苗 才能得到可育的番茄 马铃薯植株 此时体细胞中含有条染色体 4 若番茄是二倍体 马铃薯是四倍体 则杂种植株 倍体 28 解析 1 图示表示植物体细胞杂交过程 图中 表示利用纤维素酶 果胶酶去除细胞壁获得原生质体的过程 原生质体融合后可能形成三种细胞 即两个番茄原生质体融合 两个马铃薯原生质体融合 一个番茄原生质体与一个马铃薯原生质体融合 图中 是杂种细胞细胞壁再生的过程 与该过程密切相关的细胞器是高尔基体 因高尔基体与植物细胞壁形成有关 2 组织培养过程中所利用的培养基是固体或半固体的 必须含有一定的营养物质 植物激素和一定的外界条件 外植体才能脱分化进而进行再分化形成试管苗 29 3 番茄产生的生殖细胞中含有a 2条染色体 马铃薯产生的生殖细胞中含有b 2条染色体 利用杂交育种获得的后代体细胞中所含有的遗传物质各包含两亲本的一半 即 此植株是高度不育的 必须利用秋水仙素处理使其染色体数目加倍 即细胞中染色体数目为a b条 植株可育 4 番茄细胞含2个染色体组 马铃薯细胞含4个染色体组 则杂种植物含6个染色体组 为异源六倍体 答案 1 纤维素酶和果胶酶3细胞壁再生高尔基体 2 植物激素无菌 3 秋水仙素a b 4 六 30 规律总结 在植物体细胞杂交中获得杂种细胞的标志是细胞壁的再生 获得的杂种植株是否可育 应根据杂种植株所含染色体组数来判定 若为偶数倍染色体组数 理论上是可育的 若为奇数倍染色体组数 理论上是不可育的 体细胞杂交得到的杂种植株细胞中的染色体数 染色体组数和基因组成都是直接相加的结果 而有性杂交后代则为减半后相加 做题时要审清题目 变式训练通过细胞工程技术 利用甲 乙两种植物的各自优势 培育高产 耐盐的杂种植株 请完善下列实验流程并回答问题 31 1 a是 b是 c是具有性状的幼芽 2 若目的植株丢失1条染色体 不能产生正常配子而高度不育 则可用 试剂 处理幼芽 以获得可育的植株 答案 1 纤维素酶和果胶酶融合的原生质体耐盐 2 秋水仙素 32 动物细胞培养和单克隆抗体的制备 例2 下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图 据图回答下列问题 1 技术是进行单克隆抗体制备的基础 2 根据培养基的用途分类 图中hat培养基属于培养基 33 3 单克隆抗体与常规的血清抗体相比 最大的优越性是 4 动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外 还可以采用 5 选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞的特点 又具备淋巴细胞的特点 6 淋巴细胞是由动物体中的细胞分化 发育而来的 7 杂交瘤细胞从培养基中吸收葡萄糖 氨基酸的主要方式是 34 解析抗体是由b淋巴细胞分泌的 每一种b淋巴细胞只能分泌一种抗体 要想获得大量的单一抗体 需要将某一种b淋巴细胞大量克隆 但在体外培养的条件下 b淋巴细胞不能无限增殖 而癌细胞 骨髓瘤细胞 可以在体外无限增殖 科学家将这两种细胞通过灭活的病毒诱导融合 在特定的选择培养基中筛选出杂交瘤细胞 再将杂交瘤细胞分开培养 从中选育出产生特异性抗体的细胞进行体外大规模培养 从而获得大量的单克隆抗体 单克隆抗体与常规抗体相比 特异性强 灵敏度高 可被广泛应用到疾病诊断 治疗和预防等方面 淋巴细胞都是由动物骨髓中的造血干细胞分化发育来的 杂交瘤细胞培养过程中需要吸收的氨基酸 葡萄糖等营养物质 是通过主动运输进入细胞内的 35 答案 1 动物细胞培养 微生物培养 2 选择 3 特异性强 灵敏度高 4 灭活的病毒 5 在体外大量增殖分泌特异性抗体 6 骨髓造血干 7 主动运输 主动吸收 1 2008年江苏生物 20 下列关于植物组织培养的叙述中 错误的是 a 培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压 b 培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化 c 离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织 d 同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同 36 解析在植物组织培养中 蔗糖是组织培养中最常用的碳源和能源物质 蔗糖还可以维持细胞渗透压 从而维持正常的形态和功能 愈伤组织的分化常受细胞分裂素及生长素比例的调节 当细胞分裂素与生长素的浓度比值高时 可诱导芽的形成 反之则有促进生根的趋势 对于同一株绿色开花植物来说 花粉是通过减数分裂形成的 离体培养获得的愈伤组织细胞和体细胞培养获得的愈伤组织细胞的基因组成并不完全一样 假定该植株基因型为aa 花粉培养获得的愈伤组织的基因型为a或a 而体细胞培养获得的愈伤组织细胞基因型为aa 二者不一样 答案d 37 2 2008年上海生物 11 制备单克隆抗体所采用的细胞工程技术包括 细胞培养 细胞融合 胚胎移植 细胞核移植a b c d 解析单克隆抗体的制备属于细胞工程范畴 主要包括细胞融合和细胞培养两大技术 3 2008年全国 5 下列关于细胞工程的叙述 错误的是 a 电刺激可诱导植物原生质体融合或动物细胞融合 b 去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理 c 小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫小鼠的b淋巴细胞融合可制备单克隆抗体 d 某种植物甲乙两品种的体细胞杂种与甲乙两品种杂交后代的染色体数目相同 a 38 解析体细胞杂种属细胞融合 其所含染色体数目是其杂交后代染色体数目的两倍 4 2007年上海 13 下列有关植物细胞与组织培养的叙述中 错误的是 a 花药 胚不能作为组织培养的材料 b 植物细胞具有全能性 c 外植体是指用于培养的植物组织或器官 d 外植体可诱导出愈伤组织解析植物细胞具有全能性 花药 胚都可作为组织培养的材料 答案d a 39 5 2006年江苏 7 下列不属于动物细胞工程应用的是 a 大规模生产干扰素 用于抵抗病毒引起的感染 b 为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞 c 大规模生产食品添加剂 香料等 d 利用胚胎移植技术 加快优良种畜的繁殖 解析大规模生产干扰素的方法 一般是将人的干扰素基因转移到其他生物的细胞内 然后进行细胞培养 故a正确 为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞 是本人的细胞培养得到的 其好处在于不用从皮肤的其他部位上植皮 故b正确 大规模生产食品添加剂 香料等 所采用的是植物细胞工程 故c错误 胚胎移植也属动物细胞工程 故d正确 c 40 1 动物细胞培养与植物细胞培养的重要区别在于 a 培养基不同 b 动物细胞培养不需要在无菌条件下进行 c 动物细胞可以传代培养 而植物细胞不能 d 动物细胞能大量培养 而植物细胞不能 41 解析动物细胞培养所用的培养基是液体培养基 其中通常含有葡萄糖 氨基酸 无机盐 维生素和动物血清等 而植物细胞培养所用的培养基是固体培养基 通常含有水 矿质元素 激素 蔗糖 氨基酸 琼脂等 可见 动物细胞培养所用的培养基与植物组织培养是不同的 2 d3 下列关于细胞工程的有关叙述 不正确的是 a 利用花药离体培养得到单倍体植株 从紫草的愈伤组织中提取紫草素 利用细胞工程培育 番茄 马铃薯 杂种植株都利用了植物组织培养技术 b 在进行组织培养时 由根尖细胞形成愈伤组织的过程中 可能会发生细胞脱分化 染色体变异或基因突变 而不可能发生细胞分化和基因重组 答案a 42 c 动物细胞融合与植物体细胞杂交相比 诱导融合的方法 所用的技术手段 所依据的原理均相同 都能形成杂种细胞和杂种个体 d 试管婴儿 实质上就是 体外受精 和 胚胎移植 的 产物 但无法使不能产生精子或卵细胞的夫妇得到自己的孩子 解析本题涉及到的知识具有一定的关联性 在解题时应注意分析各相关技术的本质 原理等 若需将植物细胞培养成细胞群或植株都会涉及植物组织培养技术 在组织培养过程中 细胞经脱分化 分裂成愈伤组织 再在愈伤组织的基础上再分化成植物胚状体 进而发育成完整的植株 而所涉及的分裂方式是有丝分裂 只能发生基因突变和染色体变异 而只发生在减数分裂过程中的基因重组则不可能出现 动物细胞融合与植物细胞融合最大的区别是不能得到杂种个体 所以选项c错误 其关键是看清关键字 都能 答案c 43 4 d5 2008年沙市检测 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 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 解析淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合需要灭活的病毒 聚乙二醇或物理因素来诱导 氯化钙不能作为诱导剂 氯化钙的作用是在基因工程中用于提高细胞壁的通透性 便于重组质粒进入微生物的细胞内 b 44