高考生物一轮复习 第13单元 现代生物科技专题课件 新人教版.ppt

第41讲基因工程第42讲细胞工程第43讲胚胎工程 目录 第十三单元现代生物科技专题 返回目录 高考纵览 返回目录 高考纵览 返回目录 高考纵览 返回目录 高考纵览 返回目录 高考纵览 返回目录 高考纵览 返回目录 高考纵览 返回目录 1 教学建议 1 借助多媒体 结合图解理解各种生物技术 现代生物技术专题中各专题所涉及的技术对学生来说理解起来较为抽象 因此应尽量借助多媒体为学生展示各项技术的过程 引导学生密切结合教材图解来理解各技术原理 过程和应用 2 联系必修教材知识加强对各技术原理 过程的理解 本专题知识与必修模块联系密切 可结合必修模块中基因的表达 细胞全能性等知识来深化对知识的理解 使用建议 返回目录 3 重视各项技术间的比较与综合 试题对本专题知识的考查比较综合 因此应引导学生如对基因工程与蛋白质工程 动植物细胞培养 动植物细胞融合 胚胎分割和胚胎移植 基因治疗和基因诊断等知识的比较 4 注意对生物学现代技术研究新进展的了解 注意相关信息材料的搜集和积累 命题者常以科学最新进展为情境命题 平时应注意相关材料的搜集和积累 2 课时安排 本单元分为3讲 建议共8课时完成 每讲2课时 单元卷和讲评各1课时 使用建议 第41讲基因工程 返回目录 返回目录 1 基因工程的诞生 2 基因工程的原理及技术 3 基因工程的应用 考纲要求 第41讲基因工程 知识梳理 一 基因工程及其基本工具1 基因工程的含义按照人们的愿望 进行严格的设计 并通过 和 等技术 赋予生物以新的遗传特性 从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品 又称 返回目录 体外dna重组 转基因 dna重组技术 第41讲基因工程 2 dna重组技术的基本工具 返回目录 原核生物 特定核苷酸 磷酸二酯 黏性末端或平末端 t4dna连接酶 磷酸二酯键 平末端 结构简单独立于细菌拟核dna之外 并具有自我复制能力的小型环状dna分子 标记基因 限制酶切割位点 复制 动植物病毒 第41讲基因工程 导思 两种dna连接酶连接的末端种类相同吗 效率相同吗 请翻阅教材选修3p5 dna连接酶 分子缝合针 返回目录 第41讲基因工程 二 基因工程的基本操作程序2 基因表达载体的构建 基因表达载体上应具有 启动子 和 返回目录 基因文库 pcr 化学方法 目的基因 终止子 标记基因 第41讲基因工程 3 将目的基因导入受体细胞 1 导入植物细胞 采用最多的方法是 该方法主要针对 植物和 植物 其次还有 和 等 2 导入动物细胞 最常用的方法是 此方法的受体细胞多是 3 导入微生物细胞 最常用的原核细胞是 采用的方法是首先用 处理细胞 使细胞成为 细胞 进而完成转化过程 返回目录 农杆菌转化法 双子叶 裸子 基因枪法 花粉管通道法 显微注射法 受精卵 大肠杆菌 ca2 感受态 第41讲基因工程 4 目的基因的检测和表达 1 利用 技术检测目的基因有无 2 利用 技术检测目的基因的转录 3 利用 检测目的基因的翻译产物 4 进行 水平的鉴定 导思 基因工程中常用的植物和动物受体细胞分别是什么 为什么微生物细胞适合作为基因工程的受体细胞 请翻阅教材选修3p11 将目的基因导入受体细胞 返回目录 dna分子杂交 分子杂交 抗原 抗体特异性结合 个体生物学 第41讲基因工程 三 基因工程的应用1 植物基因工程 抗虫 转基因植物 利用转基因改良植物的品质 2 动物基因工程 提高动物 改善畜产品品质 用转基因动物生产 用转基因动物作器官移植的 3 基因治疗 把正常 导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 从而达到治疗疾病的目的 返回目录 抗病 抗逆 生长速度 药物 供体 基因 考点一dna重组技术的基本工具1 与dna相关的酶 1 与dna相关几种酶的比较 返回目录 第41讲基因工程 返回目录 第41讲基因工程 2 限制酶与dna连接酶的关系 由于原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰 限制酶不能切割细菌自身的dna dna连接酶起作用时不需要模板 返回目录 第41讲基因工程 图13 41 1 2 载体 1 作用 作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞内 利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 2 具备的条件 能侵染细胞且在宿主细胞内稳定保存并大量复制 有多个限制酶切割位点 以便与外源基因连接 具有特殊的标记基因 以便进行筛选 对受体细胞无害 大小应适合 以便提取和在体外进行操作 太大不便操作 返回目录 第41讲基因工程 3 种类 质粒 一种祼露的 结构简单 独立于细菌拟核dna之外 并具有自我复制能力的很小的双链环状dna分子 噬菌体的衍生物 动植物病毒 提示 一般来说 天然载体往往不能满足人类的所有要求 因此人们根据不同的目的和需要 对某些天然的载体进行人工改造 限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外 这样才能保证标记基因的完整性 有利于对目的基因的检测 返回目录 第41讲基因工程 例1如图13 41 2所示为一种限制酶切割dna分子 返回目录 第41讲基因工程 图13 41 2 1 这种限制酶切点是 间 形成 个黏性末端 其特点是 2 此限制酶识别特点是 3 如果g碱基发生基因突变 可能发生的情况是 返回目录 第41讲基因工程 答案 1 g a2碱基序列完全相同 2 只能识别某一种特定的核苷酸序列 3 限制酶不能识别切割位点 解析 限制酶的作用是识别特定序列 并在特定位点上切割dna分子 如题图所示切点应在g与a之间 产生的两个末端具有的序列应互补 限制酶识别特点是只能识别某一种特定的核苷酸序列 如果g碱基发生基因突变则使碱基序列发生变化 不能被该种限制酶识别 也不能进行切割了 点评 正确理解与dna分子有关酶的作用部位 作用特点是解这类题目的关键 返回目录 第41讲基因工程 变式题如图13 41 3为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图 据图回答下列问题 返回目录 第41讲基因工程 图13 41 3 1 a代表的物质和质粒的化学本质相同 都是 二者还具有其他共同点 如 写出两条即可 2 若质粒dna分子的切割末端为 则与之连接的目的基因切割末端应为 可使用 把质粒和目的基因连接在一起 3 氨苄青霉素抗性基因在质粒dna上称为 其作用是 返回目录 第41讲基因工程 4 下列常在基因工程中作为载体的是 a 苏云金芽孢杆菌抗虫基因b 土壤农杆菌环状rna分子c 大肠杆菌的质粒d 动物细胞的染色体 答案 1 dna 能够自我复制 具有遗传效应 2 dna连接酶 3 标记基因供重组dna的鉴定和选择 4 c 返回目录 第41讲基因工程 解析 本题通过质粒结构的模式图考查质粒的功能和特点 质粒是基因工程中最常用的载体 是一种裸露的 结构简单 独立于细菌拟核dna之外 并具有自我复制能力的双链环状dna分子 具有一至多个限制酶切割位点 进入受体细胞后能自主复制 具有标记基因便于重组dna的鉴定与选择 返回目录 第41讲基因工程 考点二基因工程的基本操作程序1 目的基因的获取 1 直接分离 从自然界已有的物种中分离 如从基因文库中获取 返回目录 第41讲基因工程 根据基因的有关信息 基因的核苷酸序列 基因在染色体上的位置 基因的转录产物mrna 基因的翻译产物蛋白质等可获取目的基因 返回目录 第41讲基因工程 2 人工合成目的基因的常用方法 已知核苷酸序列的较小基因 直接利用dna合成仪用化学方法合成 不需要模板 图解如下 以rna为模板 在逆转录酶作用下人工合成 图解如下 返回目录 第41讲基因工程 3 利用pcr技术扩增目的基因 pcr技术是利用dna双链复制的原理 将基因的核苷酸序列不断地加以复制 使其数量呈指数方式增加 dna复制与pcr技术的比较 返回目录 第41讲基因工程 返回目录 第41讲基因工程 2 基因表达载体的构建 1 目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在 并且可以遗传给下一代 同时使目的基因能够表达和发挥作用 2 基因表达载体的组成 目的基因 启动子 终止子 标记基因 启动子 一段有特殊结构的dna片段 位于基因的首端 它是rna聚合酶识别 结合的部位 终止子 一段有特殊结构的dna短片段 位于基因的尾端 作用是使转录过程停止 标记基因 一般为抗生素抗性基因或荧光基因等 其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因 目的基因是否导入成功 返回目录 第41讲基因工程 返回目录 第41讲基因工程 图13 41 4基因表达载体模式图 3 基因表达载体的构建方法 返回目录 第41讲基因工程 图13 41 5 提醒 切割质粒和目的基因的限制酶必须是同一种酶 以获得相同的黏性末端 利于重组质粒的构建 插入的目的基因只是结构基因部分 其表达需要调控序列 因而用作载体的质粒的插入部位前需有启动子 后需有终止子 返回目录 第41讲基因工程 3 将目的基因导入受体细胞 返回目录 第41讲基因工程 4 目的基因的检测和鉴定 返回目录 第41讲基因工程 例2 2012 课标全国卷 根据基因工程的有关知识 回答下列问题 1 限制性核酸内切酶切割dna分子后产生的片段 其末端类型有 和 2 质粒载体用ecor 切割后产生的片段如下 为使载体与目的基因相连 含有目的基因的dna除可用ecor 切割外 还可用另一种限制性核酸内切酶切割 该酶必须具有的特点是 返回目录 第41讲基因工程 3 按其来源不同 基因工程中所使用的dna连接酶有两类 即 dna连接酶和 dna连接酶 4 反转录作用的模板是 产物是 若要在体外获得大量反转录产物 常采用 技术 5 基因工程中除质粒外 和 也可作为载体 6 若用重组质粒转化大肠杆菌 一般情况下 不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞 原因是 返回目录 第41讲基因工程 答案 1 黏性末端平末端 2 切割产生的dna片段末端与ecor 切割产生的相同 3 e colit4 4 mrna rna cdna dna pcr 5 噬菌体的衍生物动植物病毒 6 未处理的大肠杆菌吸收质粒 外源dna 的能力极弱 解析 1 当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将dna的两条链分别切开时 产生的是黏性末端 而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时 产生的则是平末端 2 为使载体与目的基因相连 不同的限制酶应切割出相同的黏性末端 它们必须要能识别相同的核苷酸序列 并且使每条链中相同的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开 返回目录 第41讲基因工程 3 dna连接酶 根据酶的来源不同 可以将这些酶分为两类 一类是从大肠杆菌中分离得到的 称为e colidna连接酶 另一类是从t4噬菌体中分离出来的 称为t4dna连接酶 4 反转录是以rna为模板来合成dna的过程 可以在体外短时间内大量扩增dna的技术叫pcr 多聚酶链式反应 5 基因工程中除质粒外 还有 噬菌体的衍生物 动植物病毒等 6 大肠杆菌细胞外有细胞壁和细胞膜 能阻止其他物质的进入 只能通过ca2 处理细胞 使细胞处于能吸收周围环境中dna分子的生理状态 这种细胞称为感受态细胞 返回目录 第41讲基因工程 点评 解答本题需注意以下两点 逆转录法获取目的基因的模板是mrna 其产物是结构基因 即cdna dna连接酶的种类 来源及作用 返回目录 第41讲基因工程 变式题如图13 41 6表示从苏云金芽孢杆菌分离出来的杀虫晶体蛋白质基因 简称bt基因 及形成转基因抗虫植物的图解 1 在下列含有atp和有关酶的试管中 大量而快捷地获取bt基因的最佳方案是如图13 41 7所示中的 返回目录 第41讲基因工程 图13 41 6 2 写出b的表达过程 3 活化的毒性物质应是一种 分子 活化的毒性物质全部或部分嵌合于昆虫的细胞膜上 使细胞膜产生孔道 导致细胞由于 平衡的破坏而破裂 返回目录 第41讲基因工程 图13 41 7 答案 1 d 2 3 多肽渗透 解析 应用基因工程技术 从苏云金芽孢杆菌中提取杀虫晶体蛋白基因 目的基因 导入棉花细胞中形成转基因抗虫棉 bt基因的表达使棉花细胞中合成了原毒素 使采食棉花的昆虫中毒死亡 返回目录 第41讲基因工程 考点三基因工程的应用成果1 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较 返回目录 第41讲基因工程 返回目录 第41讲基因工程 2 基因检测与基因治疗的比较 返回目录 第41讲基因工程 例3科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患先天性免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗 其方法是首先将患者的白细胞取出做体外培养 然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中 再将这些转基因白细胞回输到患者体内 经过多次治疗 患者的免疫功能趋于正常 1 基因治疗是把健康的 导入有 的细胞中 以达到治疗疾病的目的 2 在基因治疗过程中 逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的 此基因工程中的目的基因是 目的基因的受体细胞是 返回目录 第41讲基因工程 3 将转基因白细胞多次回输到患者体内后 免疫能力趋于正常是由于白细胞中能合成 4 人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因相比 其主要差别是 答案 1 外源基因基因缺陷 2 载体 或基因的运载工具 腺苷酸脱氨酶基因白细胞 3 腺苷酸脱氨酶 4 脱氧核苷酸的排序不同 返回目录 第41讲基因工程 解析 解题时应注意提取题干中的信息 并了解基因治疗的过程 基因治疗就是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中 达到治疗疾病的目的 逆转录病毒的作用是作为载体 将目的基因 腺苷酸脱氨酶基因 导入白细胞中 目的基因在受体细胞中经过转录和翻译 表达产生腺苷酸脱氨酶 人的不同基因所含有的脱氧核苷酸的排序是不同的 点评 本题考查的是体外基因治疗 其流程为 从患者体内获取某种细胞 体外完成基因转移 筛选 细胞扩增培养 回输患者体内 返回目录 第41讲基因工程 变式题继哺乳动物乳腺生物反应器研究成功后 膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展 最近 科学家培育出一种转基因小鼠 其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中 请回答以下问题 1 进行基因转移时 通常要将外源基因转入 中 原因是 2 转基因小鼠的膀胱上皮细胞合成的人的生长激素的化学成分是 此过程包括 和 3 在研制膀胱生物反应器时 应使外源基因在小鼠的 细胞中特异表达 返回目录 第41讲基因工程 答案 1 受精卵受精卵体积大 便于操作 经培养后可直接表达性状 2 蛋白质转录翻译 3 膀胱上皮 解析 1 作为动物基因工程受体细胞的通常是受精卵 因为受精卵体积大 便于操作 经培养后可直接表达性状 2 人的生长激素的化学成分是蛋白质 蛋白质的合成过程包括转录和翻译 3 膀胱生物反应器中得以表达目的基因的是小鼠的膀胱上皮细胞 返回目录 第41讲基因工程 备选理由 本题从比较新颖的角度考查基因工程的内容 可作为考点二例题的补充 1 2012 天津卷 生物分子间的特异性结合的性质广泛用于生命科学研究 以下实例为体外处理 蛋白质 dna复合体 获得dna片段信息的过程图 返回目录 第41讲基因工程 据图回答 1 过程 酶作用的部位是 键 此过程只发生在非结合区dna 过程 酶作用的部位是 键 2 两过程利用了酶的 特性 3 若将得到的dna片段用于构建重组质粒 需要过程 的测序结果与 酶的识别序列进行对比 以确定选用何种酶 4 如果复合体中的蛋白质为rna聚合酶 则其识别 结合dna序列为基因的 返回目录 第41讲基因工程 5 以下研究利用了生物分子间的特异性结合的有 多选 a 分离得到核糖体 用蛋白酶酶解后提取rrnab 用无水乙醇处理菠菜叶片 提取叶绿体基粒膜上的光合色素c 通过分子杂交手段 用荧光物质标记的目的基因进行染色体基因定位d 将抑制成熟基因导入番茄 其mrna与催化成熟酶基因的mrna互补结合 终止后者翻译 延迟果实成熟 返回目录 第41讲基因工程 答案 1 磷酸二酯键肽 2 专一 3 限制性核酸内切 4 启动子 或转录起始区 5 a c d 解析 1 dna酶作用的部位是dna的磷酸二酯键 蛋白酶作用的部位是肽键 2 过程利用了各种酶催化一种或一类化学反应的特性 即专一性 3 dna要构建重组质粒 需要用限制性核酸内切酶切割 再与质粒重组 4 rna聚合酶识别和结合在基因的启动子上 驱动基因转录 5 蛋白酶能特异性的酶解蛋白质 分子杂交手段也是利用各物质分子结合的特异性 抑制成熟基因转录出的mrna与催化成熟酶基因的mrna碱基互补结合 也具有特异性 光和色素易溶于有机溶剂 与酒精并不是特异性的溶解 所以选a c d 返回目录 第41讲基因工程 第42讲细胞工程 返回目录 返回目录 1 植物的组织培养 2 动物的细胞培养与体细胞克隆 3 细胞融合与单克隆抗体 考纲要求 第42讲细胞工程 知识梳理 一 植物细胞工程1 理论基础 原理 2 植物组织培养技术 1 过程 的植物器官 组织或细胞 植物体 两个关键的步骤 和 愈伤组织特点 常用的植物激素 和 返回目录 植物细胞的全能性 离体 愈伤组织 丛芽 根 芽 脱分化 再分化 具有分生能力的薄壁细胞 生长素 细胞分裂素 第42讲细胞工程 2 用途 微型繁殖 作物脱毒 选材应该选择 制造人工种子 单倍体育种 最大的优点 筛选突变体 细胞产物的工厂化生产 返回目录 茎尖 胚状体 不定芽 顶芽和腋芽 人工薄膜 缩短了育种的年限 第42讲细胞工程 3 植物体细胞杂交技术 1 过程 原生质体融合 杂种细胞 2 去壁的方法 用 处理 去壁的目的 诱导融合的方法 物理法包括 等 化学法一般是用 作为诱导剂 3 优点 导思 脱分化和再分化使用的培养基相同吗 为什么 请翻阅教材选修3p34 胡萝卜的组织培养 返回目录 融合后的原生质体 愈伤组织 杂种植物 纤维素酶和果胶酶 获得有活力的原生质体 离心 振动和电激 聚乙二醇 peg 克服不同生物远缘杂交的障碍 第42讲细胞工程 二 动物细胞培养1 动物细胞培养的流程胰蛋白酶原代传代 返回目录 第42讲细胞工程 2 原理 3 条件 的环境 适宜的 和气体环境 4 应用 生物制品的生产 转基因动物培育 检测有毒物质的毒性 医学研究等 导思 动物细胞培养需要哪几种气体成分 作用分别是什么 请翻阅教材选修3p46 动物细胞培养的条件 返回目录 细胞增殖 无菌 无毒 营养 温度 ph 第42讲细胞工程 三 动物体细胞核移植技术和克隆动物1 理论基础 动物的细胞核具有 2 分类 包括 移植和 移植 其中 移植较易成功 3 操作流程 返回目录 全能性 胚胎细胞核 体细胞核 胚胎细胞核 去核卵母细胞 细胞融合 重组细胞 第42讲细胞工程 4 应用前景 1 加速家畜 进程 促进优良畜群繁育 2 保护濒危物种 3 转基因动物可作为 生产许多医用蛋白 4 细胞 组织和器官可作为异种移植的供体 5 人的核移植 经诱导分化 形成相应的组织 器官后 可以用于组织器官的移植 6 研究克隆动物和克隆细胞可使人类更深入地了解 及衰老过程 用克隆动物做疾病模型 能使人们更好地追踪研究疾病的发展过程和 返回目录 遗传改良 生物反应器 转基因克隆动物 胚胎干细胞 胚胎发育 治疗疾病 第42讲细胞工程 5 存在问题 成功率非常 低 高 绝大多数克隆动物还存在 问题 克隆动物食品的 存在争议 导思 哺乳动物核移植有哪几种类型 哪种类型成功率更高 为什么 请翻阅教材选修3p47 动物体细胞核移植技术和克隆动物 返回目录 低 健康 安全性问题 第42讲细胞工程 四 动物细胞融合和单克隆抗体1 动物细胞融合 1 概念 个或 个动物细胞结合形成 个细胞的过程 也称细胞杂交 2 条件 需要用聚乙二醇 peg 或电激等诱导因素 3 原理 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 5 意义 突破了 方法的局限 使 成为可能 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 开辟了新途径 返回目录 两 多 一 灭活的病毒 细胞膜的流动性 杂交细胞 有性杂交 远缘杂交 单克隆抗体 第42讲细胞工程 2 单克隆抗体 1 制备原理一种浆细胞产生 种抗体 浆细胞在体外 能 不能 无限增殖 骨髓瘤细胞能 浆细胞与骨髓瘤细胞融合得到 细胞 既能 又能 返回目录 一 不能 无限增殖 杂交瘤 无限增殖 产生特异性抗体 第42讲细胞工程 2 制备过程 返回目录 抗原 骨髓瘤 体外 体内 培养液 第42讲细胞工程 3 单克隆抗体优点 并可能大量制备 4 单克隆抗体的应用 作为诊断试剂 具有准确 简易 的优点 用于治疗疾病和 导思 为什么细胞融合过程中使用的病毒需要灭活 请翻阅教材选修3p52 生物技术资料卡 返回目录 特异性强 灵敏度高 高效 快速 运载药物 考点一植物细胞工程1 植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 返回目录 第42讲细胞工程 返回目录 第42讲细胞工程 拓展 1 植物细胞全能性表达的条件 离体 无菌 一定的营养物质 水 无机盐 蔗糖 维生素等 激素的要求 主要是细胞分裂素和生长素 培养条件 适宜的温度和光照 培养后期 以及气体环境等 2 表示植物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 杂种植株特征 具备两种植物的遗传特征 原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质 返回目录 第42讲细胞工程 2 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 a 保持优良品种的遗传特性 b 高效快速地实现种苗的大量繁殖 作物脱毒 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 返回目录 第42讲细胞工程 2 作物新品种的培育 单倍体育种和突变体的利用 单倍体育种 花药离体培养过程就是植物组织培养过程 单倍体育种的优点是后代不发生性状分离 都是纯合子 能够稳定遗传 明显缩短了育种年限 返回目录 第42讲细胞工程 图13 42 1 突变体的利用 在植物组织培养过程中 由于培养细胞一直处于不断地分生状态 因此容易受到培养条件和外界压力 如射线 化学物质等 的影响而发生突变 如突变体aa中a为突变新基因 并控制着优良性状 利用单位体育种方法步骤如下 优点 稳定遗传 缩短育种年限 3 细胞产物的工厂化生产 细胞产物有蛋白质 脂肪 糖类 药物 香料 生物碱等 返回目录 第42讲细胞工程 例1如图13 42 2为通过植物体细胞杂交培育 番茄 马铃薯 植株的过程 请回答 1 通过 过程处理后可获得具有活力的 过程 一般可用 作为诱导剂来诱导细胞融合 2 过程为 即让已经分化的细胞经过诱导后 失去其特有的 而转变为未分化的状态 返回目录 第42讲细胞工程 图13 42 2 3 过程表示通过 形成不同的组织和器官 其根本原因是 4 过程 的细胞工程技术是 其培养时选用的材料通常是分生组织 原因是 5 植物体细胞杂交的研究在 方面 取得了巨大突破 返回目录 第42讲细胞工程 答案 1 原生质体聚乙二醇 2 脱分化分化状态 或结构和功能 3 再分化基因选择性表达 4 植物组织培养全能性高 易培养形成愈伤组织 5 克服不同生物远缘杂交的障碍 解析 植物体细胞杂交技术要先用酶解法去除细胞壁 获得原生质体 然后用peg或物理方法促进融合 杂种细胞再经脱分化失去其特有的分化状态形成愈伤组织 然后再分化形成不同的组织器官 植物体细胞杂交的研究在克服不同生物远缘杂交的障碍方面取得了巨大突破 植物组织培养选用的材料通常是全能性高 易培养形成愈伤组织的分生组织 返回目录 第42讲细胞工程 变式题通过细胞工程技术 利用甲 乙两种植物的各自优势 培育高产 耐盐的杂种植株 请完善图13 42 3实验流程并回答问题 返回目录 第42讲细胞工程 图13 42 3 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 返回目录 第42讲细胞工程 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 解析 植物体细胞杂交的第一个步骤就是用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞使其去壁 得到原生质体 然后再诱导原生质体融合 诱导再生细胞壁 得到杂种细胞 然后进行植物组织培养 经过脱分化得到愈伤组织 再经过再分化得到幼苗 最后发育成杂种植株 若植株丢失1条染色体 则减数分裂时联会紊乱 无法形成正常的生殖细胞 即表现为不育 若用秋水仙素处理幼苗可以得到染色体加倍的植株 使其可育 返回目录 第42讲细胞工程 考点二动物细胞培养和动物体细胞核移植1 动物细胞培养和动物体细胞核移植的比较 返回目录 第42讲细胞工程 返回目录 第42讲细胞工程 2 相关概念的比较 1 细胞贴壁现象及接触抑制现象 细胞贴壁 动物细胞在液体培养基中悬浮培养一段时间后 大部分细胞会贴附在培养瓶的瓶壁上 接触抑制 细胞进行有丝分裂 数目不断增多 当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时 细胞就会停止分裂增殖 出现接触抑制现象 2 原代培养和传代培养 原代培养 动物组织消化后的初次培养 传代培养 原代培养过程中 贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶处理 然后分瓶培养 让细胞继续增殖 返回目录 第42讲细胞工程 3 细胞株和细胞系 细胞株 传代培养的细胞能传到10 50代 这样的传代细胞称为细胞株 细胞系 传代培养的细胞在传到50代后 有部分细胞的遗传物质发生改变 并且具有癌变的特点 能无限地传代下去 这样的传代细胞称为细胞系 返回目录 第42讲细胞工程 例2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 如图13 42 4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 返回目录 第42讲细胞工程 图13 42 4 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 利用如图2 4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 返回目录 第42讲细胞工程 材料用具 肝脏小块 外周血淋巴细胞 淋巴细胞培养液 植物凝集素 刺激淋巴细胞分裂 显微镜 载玻片 盖玻片 玻璃皿 滴管 吉姆萨染液 使染色体着色 有机物x溶液等 实验过程 在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞 取4等份 备用 利用甲 乙 丙 丁4组上图所示装置 按下表步骤操作 表示已完成的步骤 返回目录 第42讲细胞工程 上表中还需进行的操作是 培养一段时间后 取4组装置中的等量培养液 分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养 一段时间后取淋巴细胞分别染色 制片 在显微镜下观察 并对比分析 若丙组淋巴细胞出现异常 而甲组的淋巴细胞正常 则说明 返回目录 第42讲细胞工程 答案 1 吸收氧气和营养物质 排出代谢废物 2 维持培养液适宜的ph 3 种类和剂量 4 向乙 或丁 组装置中放置肝脏小块染色体形态和数目肝脏小块对有机物x具有解毒作用 解析 o2是细胞代谢所必需的 为防止深层组织细胞缺氧 在动物细胞培养过程中 一般采用将细胞制成动物细胞悬液 或如题中提及的将动物组织切成小薄片 动物细胞培养液中通入一定量co2的主要作用是维持培养液适宜的ph 为防止培养液被杂菌污染 一般应选择对培养细胞无害的抗生素 在设计中 根据实验目的确定本实验的自变量是否加入肝脏小块 实验的对照组是正常培养的肝脏 返回目录 第42讲细胞工程 细胞 仅肝脏培养液或肝脏培养液中加有机物x 目的是证明有机物x与肝脏培养液不会发生自动变化 出现有害物质 实验的因变量 观测指标 是细胞中染色体是否发生断裂 即观察细胞中染色体的形态和数目 点评 动物细胞培养中的两个特点 细胞贴壁 悬液中分散的细胞会贴附在瓶壁上 接触抑制 细胞进行有丝分裂 数量不断增多 当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时 细胞就会停止分裂 返回目录 第42讲细胞工程 变式题科学研究人员曾从克隆猪唾液腺中提取细胞 将其细胞核植入未受精的卵子 培育出克隆猪 研究人员说 猪与人类身体构造相似 克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物 根据材料回答下列问题 1 克隆猪的培育利用了动物细胞核的 性 2 在细胞核植入受体卵母细胞之前 要用显微针去除卵母细胞的 再将唾液腺细胞核注入 在体细胞核移植技术中往往以卵母细胞作为受体 是因为 核移植成功后 用物理或化学方法激活受体细胞 目的是 返回目录 第42讲细胞工程 3 上述体细胞核移植方法生产的克隆猪 是对体细胞供体动物进行了100 的复制吗 理由是 4 请举一例说明 克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物 5 要进行动物细胞的体外培养过程 培养时需要满足的条件有 返回目录 第42讲细胞工程 答案 1 全能 2 细胞核含有丰富的营养物质 体积大 易操作使其完成减数分裂和发育进程 3 不是卵母细胞的细胞质内也有遗传物质dna 也能控制后代的性状表达 4 克隆动物可以作为生物反应器 生产许多珍贵的医用蛋白 在治疗疾病时 克隆动物的细胞 组织 器官可以作为异体移植的供体 答案合理就给分 5 适宜的温度 ph及气体环境条件以及无菌无毒的环境 解析 动物细胞核移植技术的原理是动物细胞核的全能性 通过核移植产生的克隆动物 其遗传物质与供核动物并不完全相同 因为卵母细胞的细胞质内也有遗传物质 返回目录 第42讲细胞工程 dna 也能控制后代的性状表达 动物细胞培养具有许多重要用途 如克隆动物可以作为生物反应器 生产许多珍贵的医用蛋白 在治疗疾病时 克隆动物的细胞 组织 器官可以作为异体移植的供体等 返回目录 第42讲细胞工程 考点三动物细胞融合和单克隆抗体制备1 动物细胞融合 1 原理 细胞膜的流动性 2 诱导融合的因素 聚乙二醇 peg 灭活的病毒 电激等 3 意义 最重要的用途是制备单克隆抗体 返回目录 第42讲细胞工程 2 单克隆抗体的制备 1 过程 返回目录 第42讲细胞工程 图13 42 5 单克隆抗体制备过程中有两次筛选 其目的不同 第一次筛选是将未融合的b淋巴细胞 骨髓瘤细胞以及bb融合 瘤瘤融合的细胞通过选择培养基淘汰 筛选出b瘤融合的细胞 第二次筛选是将产生特定抗体的b瘤细胞通过细胞培养用相应抗原检测的办法筛选出来 因为从体内取免疫过的b淋巴细胞时会取出很多种 形成的杂交瘤细胞有很多种 所以需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞 2 单克隆抗体的主要优点 特异性强 灵敏度高 并可大量制备 返回目录 第42讲细胞工程 拓展 植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较 返回目录 第42讲细胞工程 返回目录 第42讲细胞工程 例3有性生殖的生物产生后代需进行受精作用 植物体细胞杂交要进行原生质体的融合 单克隆抗体的制备需进行动物细胞融合 可见细胞的融合技术有着广泛的应用 图13 42 6为细胞融合的简略过程 请据图回答相关问题 返回目录 第42讲细胞工程 图13 42 6 1 若a b分别是基因型为hhrr hhrr的两个烟草品种的花粉 且这两对基因分别位于两对同源染色体上 由于一对隐性纯合基因 rr或hh 的作用 在光照强度大于800lx时都不能生长 要想从融合细胞的培养液中分离出基因型为hhrr的杂种细胞 较为简便的筛选方法是 2 若a b表示两种植物体的细胞 则采用化学法形成c时 一般是用 作为诱导剂 由d细胞形成杂种植株的原理是 这种育种方法的优点是 返回目录 第42讲细胞工程 3 若a b分别为骨髓瘤细胞和b淋巴细胞 则d细胞的特点是 用 筛选获得d细胞 然后再经克隆化培养和抗体检测 筛选获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞 4 下列各图表示单克隆抗体制备过程的各阶段图解 请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来 顺序是 返回目录 第42讲细胞工程 返回目录 第42讲细胞工程 图13 42 7 答案 1 在大于800lx的光照条件下培养 2 聚乙二醇 peg 细胞全能性克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 3 既能迅速大量繁殖 又能产生专一的抗体特定的选择培养基 4 顺序如图所示 返回目录 第42讲细胞工程 解析 1 由题干信息可知 在大于800lx的光照条件下 基因型中含rr或hh的不能生长 因此应在大于800lx的光照条件下培养 2 诱导融合的方法有化学法和物理法 化学法一般用聚乙二醇 3 杂交瘤细胞既具有无限繁殖的能力 又能产生单一抗体 4 根据单克隆抗体的制备过程即可得出答案 返回目录 第42讲细胞工程 变式题单克隆抗体的制备过程如图13 42 8所示 据图回答以下问题 返回目录 第42讲细胞工程 图13 42 8 1 淋巴细胞能与骨髓瘤细胞融合成一个细胞 两种细胞膜也能 融合 在一起 说明细胞膜 此过程 常用 作为诱导剂 该细胞的特点是 2 杂交瘤细胞繁殖进行的是 分裂 其遗传性状 3 杂交瘤细胞的体外培养与植物组织培养的培养基相比有何主要不同 4 单克隆抗体注入体内后可以自动追踪抗原 病原体或癌变细胞等 并与之结合 而绝不攻击任何正常细胞 故称为 生物导弹 这是利用了 返回目录 第42讲细胞工程 5 在单克隆抗体制备过程中 还应用了细胞工程中的 和 两大技术 答案 1 具有一定的流动性聚乙二醇或灭活病毒具有无限增殖能力 能产生特异性抗体 2 有丝保持不变 稳定 3 动物细胞培养用的是液体培养基 且其中含有动物血清 4 抗原与抗体之间结合的高度特异性 5 动物细胞融合动物细胞培养 返回目录 第42讲细胞工程 解析 细胞融合的过程体现了细胞膜的流动性 在动物细胞融合时 常用聚乙二醇或灭活的病毒作为诱导剂 杂交瘤细胞具有两种细胞的特点 既能无限增殖 又能产生特异性抗体 杂交瘤细胞是两种体细胞融合而来的 只能进行有丝分裂 其遗传物质没有改变 动物细胞培养的培养基是液体培养基 而植物组织培养的培养基是固体培养基 在动物细胞培养时需加入动物血清 生物导弹利用了抗原 癌细胞或病原体 与抗体特异性结合的原理 来治疗疾病 在单克隆抗体制备过程中用到了细胞工程的动物细胞融合 杂交瘤细胞的形成 与动物细胞培养技术 返回目录 第42讲细胞工程 本题考查植物组织培养技术 作为考点一例题的补充 1 2010 课标全国卷 请回答 1 植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴 该技术可以保持品种的 繁殖种苗的速度 离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养 最终能够形成完整的植株 说明该叶肉细胞具有该植物的全部 2 把试管苗转接到新的培养基上时 需要在超净工作台上进行 其原因是避免 的污染 3 微型繁殖过程中 适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗 而与 配比适宜时可促进芽的增殖 若要抑制试管苗的生长 促使愈伤组织产生和生长 需要使用的生长调节剂是 脱落酸 2 4 d 返回目录 第42讲细胞工程 4 将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后 单株鲜重和光合作用强度的变化如下图 据图分析 随着培养基中蔗糖浓度的增加 光合作用强度的变化趋势是 单株鲜重的变化趋势是 据图判断 培养基中不含蔗糖时 试管苗光合作用产生的有机物的量 能 不能 满足自身最佳生长的需要 返回目录 第42讲细胞工程 5 据图推测 若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力 应 降低 增加 培养基中蔗糖浓度 以便提高试管苗的自养能力 答案 1 遗传特性快遗传信息 2 微生物 3 生根细胞分裂素2 4 d 4 逐渐减小先增加后下降不能 5 降低 返回目录 第42讲细胞工程 解析 1 植物组织培养属于无性繁殖 后代能够保持亲本的遗传特性 植物微型繁殖技术能够实现快速繁殖 植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性 即已经分化的细胞 仍然具有发育成完整个体的潜能 2 植物组织培养接种和试管苗转接过程中都需要无菌操作 以避免微生物 杂菌 污染 3 微型繁殖培养基中使用的生长素与细胞分裂素比例不同 可以分别诱导根 芽的形成 使用高浓度的植物生长素类似物 如2 4 d 可以抑制试管苗的生长 4 5 分析图中曲线可知 光合作用强度随着培养基中蔗糖浓度的增大而下降 但单株鲜重的变化趋势是先增加后下降 培养基中不含蔗糖时 光合作用强度最大 返回目录 第42讲细胞工程 但由于该时期光合作用产生的有机物积累量较少 不能满足自身最佳生长的需要 在蔗糖浓度为1 左右时 单株鲜重达到最大 此时有机物的量满足自身最佳生长需要 返回目录 第42讲细胞工程 备选理由 本题通过组织培养技术考查学生的实验与探究能力 可作为考点一例题的补充 2 2012 德州模拟 科学家通过对鼠和人控制抗体产生的基因进行拼接 实现了对鼠源杂交瘤抗体的改造 生产出对人体的不良反应减少 效果更好的鼠 人嵌合抗体 用于癌症治疗 下图表示形成鼠 人嵌合抗体的过程 请据图回答 返回目录 第42讲细胞工程 1 鼠源杂交瘤抗体就是从免疫小鼠的脾脏细胞中获取b淋巴细胞 在诱导剂的作用下与 融合 形成 细胞 并通过体内培养或体外培养生产单克隆抗体 这种抗体与普通血清抗体相比较 最主要的优点在于 可大量制备 返回目录 第42讲细胞工程 2 与植物原生质体的融合相比 动物细胞融合在诱导融合方法方面的主要区别是还常用 诱导融合 3 生产单克隆抗体一般不直接培养浆细胞 主要原因是 4 科学家通过基因拼接 将鼠源抗体基因改造成鼠 人嵌合抗体基因 然后导入到鼠淋巴细胞中 这个过程中用到的工具酶有 改造抗体属于 工程的范畴 返回目录 第42讲细胞工程 答案 1 骨髓瘤细胞杂交瘤特异性强 灵敏度高 2 灭活的病毒 3 浆细胞不能无限增殖 4 限制酶dna连接酶蛋白质 解析 1 b淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合 形成杂交瘤细胞 培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体 单克隆抗体的优点是特异性强 灵敏度高 2 动物细胞融合可用灭活的病毒诱导 3 生产单克隆抗体一般不直接培养浆细胞 因为浆细胞是高度分化的细胞 不能无限增殖 4 基因的拼接用到限制酶和dna连接酶 改造抗体是通过改造基因实现的 属于蛋白质工程 返回目录 第42讲细胞工程 第43讲胚胎工程 返回目录 返回目录 1 动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础 2 胚胎干细胞的移植 3 胚胎工程的应用 考纲要求 第43讲胚胎工程 知识梳理 一 体内受精和早期胚胎发育1 精子的发生 1 场所 睾丸的 2 时间 生殖机能衰退 3 过程 返回目录 曲细精管 初情期 初级精母细胞 精子细胞 精子细胞的变形 第43讲胚胎工程 2 卵子的发生 1 场所 2 时期 3 过程初级卵母细胞次级卵母细胞 返回目录 卵巢 性别分化后 第43讲胚胎工程 3 受精作用 1 概念 是精子与卵子结合形成 的过程 2 场所 3 受精完成标志 在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到 时 两个极体指第一极体和次级卵母细胞减数第二次分裂产生的第二极体 4 过程 受精前的 阶段和 阶段 返回目录 合子 输卵管 两个极体 准备 受精 第43讲胚胎工程 4 胚胎发育受精卵 卵裂 囊胚导思 刚排出的卵是成熟的卵子吗 请翻阅教材选修3p62 卵子的发生 返回目录 桑椹胚 胎膜和胎盘 内细胞团 第43讲胚胎工程 二 体外受精和早期胚胎培养1 试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在 条件下成熟和受精 并通过培养发育成 后 再经移植产生后代的技术 2 体外受精 分三步 1 超数排卵法 小鼠 兔 猪 羊等 用 处理使其排出更多的卵子 从输卵管中冲取卵子 直接与获能的精子在体外受精 从卵巢中采集卵母细胞 大型家畜如牛 体外培养成熟到 与获能的精子受精 返回目录 体外 早期胚胎 卵母细胞的采集和培养 促性腺激素 m 中期 第43讲胚胎工程 2 收集的方法 和 等 获能处理 啮齿动物 家兔和猪常采用 牛 羊等常采用 3 受精 在 中完成受精过程 3 哺乳动物胚胎培养液成分 水 无机盐 有机盐 维生素 激素 氨基酸 核苷酸以及 等 不同动物进行胚胎移植的时间不同 早期胚胎培养的胚胎一般不超过 期 4 胚胎去向 返回目录 精子的采集和获能 假阴道法 手握法 电刺激法 培养法 化学诱导法 获能溶液或专用的受精溶液 血清 囊胚 受体移植 冷冻保存 第43讲胚胎工程 导思 试管动物技术在生产实践中的意义是什么 请翻阅教材选修3p69 从试管牛说起 返回目录 第43讲胚胎工程 三 胚胎工程的应用及前景1 胚胎移植 1 概念 将雌性动物体内的 或通过 及其他方式得到的胚胎 移植到 的 生理状态 的其他雌性动物的体内 使之继续发育为新个体的技术 2 材料 发育良好 形态正常的 或 3 意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能 返回目录 早期胚胎 体外受精 同种 相同 桑椹胚 囊胚 第43讲胚胎工程 4 胚胎移植的生理学基础 供体和受体相同的 早期胚胎处于 为胚胎的收集提供了可能 受体对移入子宫的胚胎基本上 胚胎与受体建立正常的生理和组织联系 但 没有改变 5 基本程序 对供 受体的 和处理 配种或人工授精 对胚胎的 检查 培养或保存 胚胎移植 检查 返回目录 生理环境 游离状态 不发生免疫排斥反应 遗传特性 选择 收集 第43讲胚胎工程 2 胚胎分割 1 概念 采用 将早期胚胎切割成2等份 4等份或8等份等 经移植获得 或 的技术 2 特点 后代具有相同的 因此胚胎分割可以看做动物 或 的方法之一 返回目录 机械方法 同卵双胎 多胎 遗传物质 无性繁殖 克隆 第43讲胚胎工程 3 胚胎干细胞 1 概念 简称es或ek细胞 是由 中分离出来的一类细胞 2 特点 形态 功能 具有发育的 可分化为成年动物体内任何一种组织细胞 在体外培养的条件下 es细胞可以 对它可以进行冷冻保存 也可以进行遗传改造 返回目录 早期胚胎或原始性腺 体积小 细胞核大 核仁明显 全能性 增殖而不发生分化 第43讲胚胎工程 3 应用 治疗人类的某些顽症 培育 解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题 研究体外 的理想材料 导思 对囊胚阶段的胚胎进行分割时 为什么要将内细胞团均等分割 请翻阅教材选修3p78 胚胎分割 返回目录 人造组织器官 细胞分化 考点一体内受精和早期胚胎发育1 精子和卵子发生的比较 返回目录 第43讲胚胎工程 返回目录 第43讲胚胎工程 2 受精作用的过程 1 受精前的准备 精子获能 成熟的精子必须在雌性动物的生殖道中经历一段时间 发生相应的生理变化后 才能获得受精能力 此过程叫获能 卵子的准备 卵子都要在输卵管中进一步成熟 到减数第二次分裂中期时 才具备受精能力 返回目录 第43讲胚胎工程 2 受精阶段第一步 精子穿越放射冠和透明带 顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞 透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障 第二步 精子进入卵细胞膜 卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障 第三步 原核形成 雄原核形成和雌原核形成 第四步 配子结合 雌雄原核融合形成合子 受精卵 拓展 注意区分受精和受精作用完成的标志 前者是观察到两个极体 后者是雌雄原核融合后 形成新核 返回目录 第43讲胚胎工程 3 早期胚胎发育 1 过程 受精卵 卵裂期 桑椹胚 囊胚 原肠胚 2 图示 返回目录 第43讲胚胎工程 图13 43 1 3 各时期的特点 卵裂期 细胞分裂使细胞数目增加 但胚胎总体积并不增加或略有缩小 因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小 但核内遗传物质并未减少 桑椹胚期 细胞均未分化 细胞全能性高 是胚胎分割的