高考生物一轮复习 【听课手册】02 第20讲　细胞工程 【正文】

第20讲细胞工程一、植物细胞工程1.植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术项目植物组织培养技术植物体细胞杂交技术概念将的植物器官、等,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成完整的技术

将来源的植物体细胞,在一定条件下融合成,并把杂种细胞培育成新植物体的技术

原理

过程应用快速繁殖,作物脱毒,单倍体育种,突变体的利用,细胞产物的工厂化生产获得多倍体的杂种植株优势不受天气、季节、耕地等限制打破生殖隔离,实现远缘杂交育种重要概念或方法(1)愈伤组织:已分化的细胞经过脱分化后形成的,称为愈伤组织。特点是。

(2)脱分化:已分化的细胞,失去其特有的结构或功能,转变成。

(3)再分化:重新分化成芽、根等器官

(1)原生质体:细胞壁以内各种结构的总称。(2)去壁的方法——酶解法:。

(3)融合方法:物理法:、离心法。

化学法:、高Ca2+-高pH融合法。

(4)再生细胞壁与有关

[补充]植物组织培养技术的应用(1)植物繁殖的新途径①快速繁殖(又称微型繁殖技术):地实现种苗的繁殖,还可以保持。

②作物脱毒:取植物进行植物组织培养可得脱毒苗。

(2)作物新品种的培育①单倍体育种过程:花药单倍体幼苗纯合二倍体优良品种优点:。

②突变体利用:使用物理或化学方法处理,获得突变体的概率提高,筛选新品种。

(3)细胞产物的工厂化生产在离体条件下对进行培养使其增殖,从而获得。

2.实验:菊花的组织培养过程((1)脱毒植物和抗毒植物脱毒植物指病毒含量少,并不能抵抗外来病毒的侵染;抗毒植物指通过转基因技术或其他方法,使植物具有抵抗某些病毒的能力。(2)脱分化和再分化脱分化使细胞分化程度降低,再分化使细胞分化程度提高;脱分化过程不需要光照培养,再分化过程需要光照培养。(3)植物激素诱导脱分化和再分化方向生长素/细胞分裂素的值适中时,促进愈伤组织形成;生长素/细胞分裂素的值高时,促进愈伤组织形成根;生长素/细胞分裂素的值低时,促进愈伤组织形成芽。(4)植物细胞全能性表现的条件离体培养;无菌操作;适宜的营养物质;适宜的植物激素比例。(5)植物体细胞杂交和有性杂交的比较植株A(2N=18)植株B(2M=20)①A、B进行有性杂交,子代植株(N+M=19)属于二倍体,不可育;②A、B进行体细胞杂交,子代植株(2N+2M=38)属于四倍体,可育。二、动物细胞工程1.动物细胞培养(动物细胞工程的基础)(1)概念:从动物体中取出相关的组织,将它分散成,然后在适宜的培养条件下,让这些细胞生长和增殖的技术。

(2)原理:。

(3)过程(4)应用:动物分泌蛋白的规模化生产;基因工程受体细胞;人造皮肤的构建等。(5)条件①营养条件:糖类、氨基酸、无机盐、维生素等,一般需加入。

②无菌、无毒的环境:对培养液和所有培养用具进行,在进行操作;以清除代谢废物,避免毒害细胞。

③适宜的温度、pH、渗透压。④气体环境:95%空气和5%CO2,CO2可维持。

(6)重要概念或方法体外培养的细胞分两类:培养和。

悬浮培养:能够悬浮在培养液中生长增殖。

细胞贴壁:培养的细胞需要贴附在培养瓶的瓶壁上才能的现象。

接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面时,细胞通常会。

原代培养:将的细胞培养,即动物组织处理后的初次培养称为原代培养。

传代培养:将的细胞培养称为传代培养。传代培养细胞有很少部分突变为不死性细胞,无限增殖。

(7)干细胞的类型项目胚胎干细胞(ES)成体干细胞诱导多能干细胞(ips)来源

成体中,如骨髓中的造血干细胞

的细胞诱导形成

特性具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞,并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能只能分化成特定的细胞或组织,不具有发育成完整个体的能力自身体细胞诱导形成,类似于,能够分化形成多种类型细胞,将它移植回病人体内后,理论上可以避免

分化程度胚胎干细胞<成体干细胞问题胚胎干细胞从胚胎中获取,涉及科学伦理问题,限制了它在医学上的应用,因此可用iPS细胞代替【及时梳理】动物细胞培养和植物组织培养的比较项目动物细胞培养植物组织培养原理

培养基性质和成分培养基;

一般加;

碳源为

一般为培养基;

加入调控分化方向;

碳源为

产物新的细胞群,不形成个体一般为或组织

培养箱

1.1.动物细胞培养液采取滤过灭菌法,不是高压蒸汽灭菌法。2.幼龄动物的组织块更易获得传代培养的细胞。3.胚胎干细胞的体外培养期限自受精或核移植开始不得超过14天,否则涉及违反科学伦理。因此治疗性克隆往往常用iPS细胞。2.动物细胞融合技术(1)理论基础:细胞膜具有流动性。(2)常用方法:PEG融合法、电融合法和诱导法等。

3.单克隆抗体制备技术(1)原理:细胞膜的流动性、细胞增殖。(2)过程(3)特点单克隆抗体的特点:。

杂交瘤细胞的特点:。

(4)应用:作为;用于和治疗疾病。

【拓展延伸】杂交瘤细胞的筛选第一次筛选:特定的选择培养基(含氨基喋呤)原理:细胞合成DNA有D和S两条途径,其中D途径能被氨基喋呤阻断,B细胞中同时含有这两种DNA的合成途径,但不能分裂增殖;鼠骨髓瘤细胞中只有D途径,没有S途径,但能不断增殖。因此在含氨基喋呤的选择培养基上只有杂交瘤细胞能够增殖。第二次筛选:克隆化培养和抗体检测克隆化培养:将多种杂交瘤细胞用培养液充分稀释后分配到96孔细胞培养板中,每个孔中的细胞数不超过1,通过培养让它增殖为单克隆。经过一次克隆化培养的细胞不能保证其来自单个细胞,一般经过3~4次培养才可以获得稳定的单克隆。抗体检测的方法图示:待测样品中若存在抗原的特异性抗体(抗体1),则抗体2(酶标抗体)能够结合,加入酶促反应底物后会出现颜色反应,用特定仪器测量出光密度变化。4.动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)概念:将动物一个细胞的细胞核移入中,使这个重新组合的细胞发育成新胚胎,继而发育成的技术。

(2)类型:胚胎细胞核移植和体细胞核移植。(3)原理:。

(4)过程:(5)应用①在畜牧生产中,可以加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。②转基因克隆动物可作为生物反应器生产医用蛋白;可用于异种移植。③有望增加濒危物种的存活数量。(6)存在的问题①该技术的成功率非常低,各个技术环节有待进一步改进。②绝大多数克隆动物存在健康问题,表现出遗传和生理缺陷。1.1.核移植常用去核的MⅡ期的卵母细胞作受体细胞,原因是绝大多数哺乳动物从卵巢排出的卵母细胞位于MⅡ中期,因此MⅡ中期卵母细胞最容易获得。此外,由于MⅡ中期卵母细胞内成熟促进因子(MPF)活性高,对移入的供体核重编程有利,核移植效率也较高。因此将MⅡ中期的卵母细胞作为受体细胞。2.MⅡ期的卵母细胞去除的不是真正的细胞核,MⅡ中期的卵母细胞的“核”指纺锤体-染色体复合物。“去核”指的是去除该复合物。3.卵母细胞作为受体还提供了细胞质基因,因此克隆动物的性状与供体个体不完全相同。三、胚胎工程1.定义:胚胎工程是指对进行多种显微操作和处理,然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。

2.理论基础(1)受精①概念:与结合形成合子的过程。

②场所:在自然条件下,哺乳动物的受精在内完成。

③受精的过程a.准备阶段1——精子获能场所:雌性动物的。

b.准备阶段2——卵子的准备不同动物排出的卵子成熟程度,有的可能是,有的可能是,都要在发育到期才具备与精子受精的能力。

c.受精阶段,如图。(2)胚胎早期发育3.胚胎工程技术及应用项目体外受精胚胎移植胚胎分割概念—指将通过及其他方式得到的胚胎,移植到、的动物体内,使之继续发育为新的技术。提供胚胎的个体称为;接受胚胎的个体叫

采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,经移植获得的技术。属于

过程关键方法(1)卵母细胞的采集方法:促进排卵。

(2)卵母细胞体外培养至才可参与受精。

(3)精子获能主要通过诱导获能,如肝素等

(1)同期发情处理方法:用处理供体和受体。

(2)同期发情处理目的:使供体;使受体和供体,为胚胎移入提供生理环境。

(3)移植后的检查指检查。

(4)受体对移入外来胚胎不会出现

(1)选择发育良好,形态正常的或。

(2)对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将均等分割。

(3)取囊胚细胞可做DNA分析和性别鉴定。

(4)胚胎分割过程中在培养液中进行意义或优势是提高动物繁殖能力的有效措施,可以为胚胎移植提供可用的胚胎(1)充分发挥优良个体的繁殖潜力。

(2)了供体本身的繁殖周期。

(3)对供体施行处理后,可获得多枚胚胎,经可得到多个后代

(1)可以促进优良动物品种的繁殖。(2)产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。(3)在胚胎移植前,进行等,对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义

1.1.精子获能不是指获得能量,而是激活精子,使其生理发生变化。2.采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的,分割次数越多,分割后胚胎成活的概率越小,目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。考点一植物细胞工程1.[2024·北京卷]大豆叶片细胞的细胞壁被酶解后,可获得原生质体。以下对原生质体的叙述错误的是()A.制备时需用纤维素酶和果胶酶B.膜具有选择透过性C.可再生出细胞壁D.失去细胞全能性2.[2020·北京卷]为培育具有市场竞争力的无子柑橘,研究者设计如下流程。相关叙述不正确的是()A.过程①需使用胰蛋白酶处理B.实现过程②依赖膜的流动性C.过程③需应用植物组培技术D.三倍体植株可产生无子柑橘考点二动物细胞工程3.[2023·北京卷]甲状旁腺激素(PTH)水平是人类多种疾病的重要诊断指标。研究者制备单克隆抗体用于快速检测PTH,有关制备过程的叙述不正确的是()A.需要使用动物细胞培养技术B.需要制备用PTH免疫的小鼠C.利用抗原—抗体结合的原理筛选杂交瘤细胞D.筛选能分泌多种抗体的单个杂交瘤细胞4.[2020·北京卷]人体感染新型冠状病毒后,机体会产生多种特异性抗体。我国科学家从康复者的浆细胞中克隆出针对病毒表面抗原的抗体基因相关序列,构建表达载体并在相应系统中表达,可制备出全人源单克隆抗体。以下表述错误的是()A.该单抗可直接用于新型冠状病毒的核酸检测B.在该单抗制备过程中利用了基因工程技术C.该单抗可与新型冠状病毒相应蛋白特异性结合D.可用抗原—抗体反应检测抗体基因表达产物考点三胚胎工程5.[2024·北京卷]我国科学家体外诱导食蟹猴胚胎干细胞,形成了类似囊胚的结构(类囊胚),为研究灵长类胚胎发育机制提供了实验体系(如图)。相关叙述错误的是()A.实验证实食蟹猴胚胎干细胞具有分化潜能B.实验过程中使用的培养基含有糖类C.类囊胚的获得利用了核移植技术D.可借助胚胎移植技术研究类囊胚的后续发育6.[2022·北京卷]将黑色小鼠囊胚的内细胞团部分细胞注射到白色小鼠囊胚腔中,接受注射的囊胚发育为黑白相间的小鼠(Mc)。据此分析,下列叙述错误的是()A.获得Mc的生物技术属于核移植B.Mc表皮中有两种基因型的细胞C.注射入的细胞会分化成Mc的多种组织D.将接受注射的囊胚均分为二,可发育成两只幼鼠考点四综合应用7.[2020·北京卷]研究者以拟南芥根段作为组织培养材料,探讨了激素诱导愈伤组织分化生芽的机制。(1)离体的拟南芥根段在适宜条件下可以培育出完整的植株,说明植物细胞具有。在组织培养过程中,根段细胞经过形成愈伤组织,此后调整培养基中细胞分裂素(CK)与生长素的比例可诱导愈伤组织分化。

(2)在愈伤组织生芽过程中,CK通过ARRs(A)基因和WUS(W)基因起作用。为探讨A基因与W基因的关系,将A基因功能缺失突变体(突变体a)和野生型的愈伤组织分别置于CK与生长素比例高的(高CK)培养基中诱导生芽,在此过程中测定W基因的表达量。图甲中,野生型的W基因表达量与高CK诱导时间的关系是。分析图甲结果可得出的结论是:在高CK诱导下A基因促进W基因表达。得出结论的依据为与野生型相比,。

(3)用转基因方法在上述突变体a中过量表达W基因,获得材料甲。将材料甲、突变体a和野生型三组愈伤组织在高CK培养基中培养,三组愈伤组织分化生芽的比例如图乙,由此能得出的结论包括。