2020版高考生物一轮复习 14.2 细胞工程课件 苏教版选修3.ppt

1、第2讲细胞工程,自主梳理,核心突破,考向感悟,植物细胞工程,分子生物学,细胞水平,遗传物质,远缘杂交不亲和,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.植物细胞的全能性 (1)概念:具有某种生物全套遗传信息的细胞都具有发育成为一个新的的潜能。 (2)物质基础:细胞内含有本物种全套的。 (3)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,形成不同的组织、器官。,生物个体,遗传信息,选择性表达,自主梳理,核心突破,考向感悟,细胞的全能性,器官、组织、细胞,或原生质体,无菌,激素,脱分化,再分化,自主梳理,核心突破,考向感悟,4.植物体细胞杂交技术 (1)概念:在一定条件下把的生物的体细胞融合形成

2、杂种细胞,并把杂种细胞培育成的技术。 (2)操作流程,不同种,新的生物体,自主梳理,核心突破,考向感悟,a.过程为去除获得具有活力的原生质体,常用方法是酶解法,所用到的酶是。 b.过程是原生质体的融合,人工诱导的物理法为诱导融合法;化学法一般用诱导融合法。 c.过程是原生质体融合后再生出,这是原生质体融合成功的标志。 d.植物细胞融合的原理是。 (3)意义:可以逾越种间、属间的杂交障碍培育出新的生物。,细胞壁,纤维素酶、果胶酶,电场,聚乙二醇,细胞壁,细胞膜具有一定的流动性,自主梳理,核心突破,考向感悟,5.植物细胞工程的实际应用 (1)植物繁殖的新途径:、培育无病毒植物、 。 (2)作物新品

3、种的培育:育种、突变体的利用。 (3)植物细胞代谢产物的工厂化生产。,快速繁殖,人工种子,单倍体,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)离体的棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。() (2)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。() (3)外植体通过脱分化和再分化形成愈伤组织。() (4)利用物理法和化学法,可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。(),提示:植物细胞表现出全能性的首要条件是离体。,提示:外植体通过脱分化形成愈伤组织。,提示:在原生质体融合之前要首先利用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(5)再生出细胞壁是原生质体融合成功

4、的标志。 () (6)在植物组织培养过程中,可以将愈伤组织经过人工薄膜包装得到人工种子。(),提示:人工种子是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。,自主梳理,核心突破,考向感悟,知识拓展(1)外植体:宜选用幼嫩的组织或含分生组织的部分,脱分化较为容易。 (2)消毒:植物组织培养要想取得成功,必须有效防止细菌等的污染,可用体积分数为70%的酒精和体积分数为20%的次氯酸钠对外植体进行消毒。 (3)光照:离体的植物细胞、组织和器官脱分化形成愈伤组织时,需避光处理;愈伤组织再分化形成植物幼苗时,需光照处理。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(4)脱分化和再分

5、化的比较,自主梳理,核心突破,考向感悟,考向植物细胞工程 1.(2018江苏海门中学高三第二次质检)为了获得植物次生代谢产物,先用植物外植体获得愈伤组织,然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问题。 (1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为。 (2)在愈伤组织悬浮培养时,细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如下图所示。细胞干重在12 d后下降的原因有;培养液中蔗糖的作用是、。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。二倍体愈伤组织细胞经处理,会产生染色体加倍的细胞。为检测愈伤组织细胞染色体数目,压片前常用纤维素酶和酶解离愈伤组织。若愈伤组织细胞(2N

6、)经诱导处理后,观察到染色体数为8N的细胞,合理的解释是、。,答案 (1)脱分化(2)蔗糖浓度下降,pH降低提供能源调节渗透压(3)秋水仙素(低温)果胶经加倍到4N的细胞处于有丝分裂后期经加倍到8N的细胞处于有丝分裂中期,自主梳理,核心突破,考向感悟,解析 (1)外植体经诱导形成愈伤组织的过程称为脱分化。 (2)观察图示可知,12 d后蔗糖浓度和pH都下降到较低水平,影响能量的供应和酶的活性,导致细胞干重下降。另外,培养液中的蔗糖还具有调节渗透压的作用。 (3)在细胞分裂过程中,用低温或秋水仙素处理,都可抑制纺锤体的形成,使染色体不能移向两极,从而使细胞中染色体数目加倍。愈伤组织的细胞之间含有

7、纤维素和果胶,欲将其分散成单个细胞,压片前需用纤维素酶和果胶酶处理。愈伤组织细胞经诱导处理后,有的细胞染色体数目加倍(4N),有的细胞染色体数目未加倍(2N),也可能有的细胞在连续分裂中每次都因低温或秋水仙素抑制了纺锤体的形成,导致细胞中染色体数目连续加倍,出现染色体数目为8N的细胞。所以染色体数目加倍到4N的细胞处于有丝分裂后期时染色体数目为8N,染色体数目加倍到8N的细胞处于有丝分裂中期时染色体数目也为8N。,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再利用此原生

8、质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图。,自主梳理,核心突破,考向感悟,据图回答下列问题。 (1)过程所需的酶是。 (2)过程后,在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的存在,这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。 (3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压,其作用是。原生质体经过再生,进而分裂和脱分化形成愈伤组织。 (4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和 植株的根尖,通过、染色和制片等过程制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因

9、组DNA进行PCR扩增,得到两亲本的差异性条带,可用于杂种植株的鉴定。下图是用该引物对双亲及再生植株14进行PCR扩增的结果。据图判断,再生植株14中一定是杂种植株的有。 (6)对杂种植株进行接种实验,可筛选出具有高抗性的杂种植株。,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)纤维素酶和果胶酶 (2)叶绿体 (3)保持原生质体完整性细胞壁 (4)双亲(或花椰菜和黑芥)解离漂洗 (5)1、2、4 (6)黑腐病菌,自主梳理,核心突破,考向感悟,解析:(1)据题图分析,为获得有活力原生质体的过程,常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。(2)过程为诱导原生质体融合,叶肉细胞中含有叶绿体,融合成功的活细胞中肯定

10、含有叶绿体。(3)原生质体在培养液浓度过高时会失水皱缩,在培养液浓度过低时则会吸水涨破;在培养液中加入适宜浓度的甘露醇以保持与原生质体内相同的渗透压,目的是维持原生质体的正常形态,保持其完整性。原生质体再生出新细胞壁后,可经脱分化形成愈伤组织。(4)染色体变异在显微镜下可见,为确定再生植株的变异类型,可选取再生植株与双亲植株根尖分生区细胞,经解离、漂洗、染色、制片后,观察比较它们之间染色体的不同。(5)再生植株1、2、4中既有花椰菜的DNA,又有黑芥的DNA,应为杂种植株。(6)为筛选高抗性的杂种植株,可对杂种植株接种黑腐病菌,据其接种后的表现进行选择。,自主梳理,核心突破,考向感悟,动物细胞

11、培养与体细胞克隆 1.动物细胞培养 (1)过程,胰蛋白酶,细胞悬液,原代培养,胰蛋白酶,自主梳理,核心突破,考向感悟,(2)培养条件 无菌、无毒的环境:对培养液和所用培养用具进行处理,并在培养液中添加,以防止培养过程中的污染。定期更换以清除代谢产物。 营养:除正常的无机营养和有机营养外,加入等天然成分。 适宜的温度和pH:温度为左右,pH为7.27.4。 气体环境:95%的空气加5%的的混合气体。 (3)应用:生物制品的生产、转基因动物的培养、检测、医学研究等。,无菌,抗生素,培养液,血清、血浆,37,CO2,有毒物质,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.动物细胞核移植 (1)概念:把一个动物细

12、胞的移入一个已经去除细胞核的中,使其重组并发育成一个新的胚胎,最终发育为一个的技术。 (2)过程,细胞核,卵母细胞,动物个体,细胞培养,去核,重组细胞,重组胚胎,胚胎移植,供体,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)应用 加速家畜遗传改良的进程,促进优良畜群的繁育。 保护。 生产医用蛋白。 作为异种移植的。,濒危物种,供体,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)植物组织培养常用液体培养基,动物细胞培养常用固体培养基。() (2)具有包含物种完整基因组的细胞核的活细胞是生物克隆的重要条件之一。() (3)在原代培养过程中要定期用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离,制成悬浮液。() (4)核移植过程中供体

13、理论上是提供细胞核,但操作过程中可以把整个细胞注入去核的卵母细胞中去。 () (5)动物细胞培养中,CO2的主要作用是维持培养液的pH。(),提示:植物组织培养常用固体培养基,动物细胞培养常用液体培养基。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(6)克隆动物的性状完全与供体动物相同。(),提示:克隆动物部分细胞质基因来自去核的卵母细胞。所以克隆动物的性状不完全与供体动物相同。,自主梳理,核心突破,考向感悟,植物组织培养、动物细胞培养和核移植的比较,自主梳理,核心突破,考向感悟,自主梳理,核心突破,考向感悟,错混辨析(1)植物组织培养和动物细胞培养都存在细胞的培养过程,但植物细胞可以先分裂再分化,而动物

14、细胞不分化只分裂。 (2)区分原代培养和传代培养的关键是是否分瓶培养。贴壁生长到一定程度需要用胰蛋白酶处理,然后再分瓶培养,原代培养结束,开始了传代培养。 (3)经植物组织培养成的植株与提供外植体的植株完全相同,而动物细胞核移植形成的个体与供体大部分性状相同,也有部分性状与提供卵母细胞的个体相同。 (4)核移植过程中供体理论上是提供细胞核,但操作过程中可以把整个体细胞注入去核的卵母细胞中去,原因是体细胞体积相对较小,取核难度较大,另外细胞膜对核融合的障碍性较小。 (5)植物组织培养时,植物细胞在激素的诱导下能表达出全能性,但动物杂交细胞不能表达出全能性。,自主梳理,核心突破,考向感悟,考向动物

15、细胞培养与体细胞克隆 1.(2018宁夏长庆高级中学高三第一次月考)回答下列有关动物细胞培养的问题。 (1)在动物细胞培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到细胞表面时,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的。此时,瓶壁上形成的细胞是层。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来,需要用酶处理,用到的酶是。 (2)随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞分裂停止,进而出现现象;但极少数细胞可以连续增殖,其中有些细胞会因遗传物质发生改变而获得,该种细胞的黏着性,细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(3)现用某种大分子染料对细胞进行染色时,观察到死细胞被染色,而活细胞不被染色,原因是。 (4)

16、检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目,最好选用分裂期的细胞在显微镜下进行观察。 (5)在细胞培养过程中,通常在条件下保存细胞。因为在这种条件下,细胞中的活性降低,细胞速率降低。,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案 (1)相互接触接触抑制单(或一)胰蛋白酶(2)衰老甚至死亡不死性降低减少(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性,大分子染料不能进入活细胞内(或死细胞的细胞膜丧失了选择透过性,大分子染料能够进入死细胞内而着色)(4)中(5)冷冻(或超低温、液氮)酶新陈代谢,自主梳理,核心突破,考向感悟,解析 (1)细胞接触抑制是指细胞表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖的现象。基于上述特性,瓶壁上形成的

17、细胞是单层排列的。需要用胰蛋白酶将贴壁的细胞从瓶壁上分离下来。(2)随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞分裂停止,进而出现衰老甚至死亡现象,但极少数细胞可以连续增殖,其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成不死性细胞。该种细胞由于细胞表面糖蛋白减少,其黏着性降低。(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性,大分子染料不能通过,所以活细胞不被染色;死细胞的细胞膜失去了选择透过性,大分子染料可以通过,所以死细胞能被大分子染料染色。(4)有丝分裂中期时染色体的着丝点排列在赤道板上,染色体形态固定、数目清晰,是观察染色体数目的最佳时期。(5)在细胞培养过程中,通常在冷冻(或超低温、液氮)条件下保存细胞。因为在这

18、种条件下,细胞中酶的活性降低,细胞新陈代谢的速率降低。,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.(2016全国理综)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。,自主梳理,核心突破,考向感悟,回答下列问题。 (1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为。过程表示去除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用的方法。代表的过程是。 (2)经过多次传代后,供体细胞中的稳定性会降低。因此,选材时必须关注传代次数。 (3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是。 (4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样,其他克隆动

19、物的成功获得也证明了。,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)XX或XY显微操作胚胎移植(2)遗传物质 (3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响(4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性 解析:(1)因为供体性别不确定,所以A的性染色体的组成可为XX或XY。常采用显微操作的方法去除卵母细胞的细胞核。过程表示将早期胚胎移入受体,其过程为胚胎移植。(2)取供体动物的体细胞培养,一般选用传代10代以内的细胞,因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。超过10代继续培养,则其遗传物质(或核型)的稳定性会降低。(3)克隆动物的细胞核基因来自供体,因此大部分性状与供体相同,但细

20、胞质基因来源于受体(或提供卵母细胞的个体),即卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响,这就决定了克隆动物的性状与供体不完全相同。(4)其他克隆动物的成功获得也证明了动物已分化体细胞的细胞核具有全能性。,自主梳理,核心突破,考向感悟,3.Rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞(ES细胞)对Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗。其技术流程如图。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)步骤中,在核移植前应去除卵母细胞的 (结构)。 (2)培养细胞过程中,要置于CO2培养箱中,其中CO2的主要作用是。 (3)步骤中,需要构建含有Rag2基因的表达载体。可以根据Ra

21、g2基因的设计引物,利用PCR技术扩增Rag2基因片段。用Hind 和Pst限制酶分别在片段两侧进行酶切获得Rag2基因片段。为将该片段直接连接到表达载体,所选择的表达载体上应具有酶的酶切位点。 (4)为检测Rag2基因的表达情况,可提取治疗后小鼠骨髓细胞的,用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)细胞核 (2)维持培养液的pH (3)核苷酸序列Hind和Pst (4)蛋白质 解析:(1)核移植是将体细胞核移植到去核的卵母细胞中,所以实验前要去除卵母细胞的细胞核。(2)用于动物细胞培养的CO2培养箱中的CO2的主要作用是维持培养液的pH。(3)设计引物要

22、遵循碱基互补配对原则,所以根据Rag2基因的核苷酸序列进行设计。Rag2基因是利用限制酶Hind和Pst切割获得的,所以表达载体应具有Hind和Pst的酶切位点。(4)基因表达的产物是蛋白质,所以提取小鼠骨髓细胞的蛋白质进行抗原抗体杂交。,自主梳理,核心突破,考向感悟,动物细胞融合和单克隆抗体 1.动物细胞融合 (1)概念:动物细胞融合是指在一定条件下将两个或多个动物细胞融合为的过程。,(3)意义:突破了方法的局限,使远缘杂交成为可能,也为制备开辟了新的途径。,一个细胞,电场,聚乙二醇,病毒,有性杂交,单克隆抗体,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.单克隆抗体 (1)过程 (2)优点:强、灵敏度

23、高,可大量制备。 (3)用途:作为试剂;用于治疗疾病和运载药物。,B淋巴细胞,骨髓瘤细胞,产生特定抗体,特异性,诊断,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)植物体细胞杂交和动物细胞融合的原理相同,融合的方法也相同。() (2)必须是经过免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后才可以产生单克隆抗体。() (3)单克隆抗体制备过程中,每次筛选的方法是相同的。() (4)单克隆抗体的优点是灵敏度高、特异性强,并可大量制备。(),提示:用灭活的病毒诱导细胞融合是动物细胞融合特有的方法。,提示:单克隆抗体制备过程中,第一次筛选用选择性培养基,之后的筛选方法为克隆化培养和抗体检测。,自主梳理,核心突破,考向感悟,

24、1.植物体细胞杂交和动物细胞融合比较,自主梳理,核心突破,考向感悟,错混辨析(1)植物体细胞杂交的目的是获得杂种植株,而动物细胞融合的目的是获得杂交细胞。 (2)植物体细胞杂交所使用的工具酶是纤维素酶和果胶酶,动物细胞培养使用的工具酶为胰蛋白酶,动物细胞融合不需要工具酶。,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.单克隆抗体 (1)原理:一种B淋巴细胞只产生一种特异性抗体,肿瘤细胞可无限增殖。两种细胞融合产生的杂交瘤细胞可以保持亲代双方的特点:既能无限增殖,又能产生单一抗体。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(2)制备流程,(3)单克隆抗体的优点:特异性强、灵敏度高,能大量制备。,自主梳理,核心突破,考

25、向感悟,知识拓展单克隆抗体制备过程中经过两类筛选 (1)筛选出杂交瘤细胞:在特定的选择培养基中进行筛选,未融合的亲本细胞和融合的具有同种核型的细胞都会死亡,只有经过免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成的杂种细胞才能生长。 (2)抗体检测:利用专一抗体检验阳性,筛选出能够产生所需特异性抗体的杂交瘤细胞群。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)X、Y、Z细胞的名称分别是、。 (2)过程类似于植物组织培养技术中的过程。与纤维母细胞相比,诱导干细胞的全能性较。 (3)过程中需用到的生物诱导剂是。 (4)处需要筛选,其目的是筛选出。 (5)若用含放射性32P标记的核苷酸的培养基培养Z细胞,能测到放射性3

26、2P的细胞器是。,考向动物细胞融合与单克隆抗体 1.如图是某实验室做的通过动物纤维母细胞等获得单克隆抗体的实验研究。据图回答相关问题。,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)骨髓瘤细胞浆细胞杂交瘤细胞(2)脱分化高 (3)灭活的病毒(4)能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 (5)核糖体、线粒体 解析:(1)图中的X细胞表示骨髓瘤细胞,在体外能无限增殖;Y细胞表示机体受抗原刺激产生的(效应)B细胞,即浆细胞,能够产生特异性抗体;Z细胞表示骨髓瘤细胞和(效应)B细胞融合形成的杂交瘤细胞。(2)过程将已经分化的细胞培养成分化程度低的细胞过程,类似于植物组织培养技术中脱分化。与纤维母细胞相比,诱导干细胞

27、的分化程度较低,全能性较高。(3)过程表示动物细胞融合,常用灭活的病毒作为诱导剂诱导动物细胞融合。(4)处需要进行筛选,目的是筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。(5)放射性32P标记的核苷酸是合成DNA或RNA的原料,Z细胞中含有DNA的细胞器只有线粒体,含有RNA的细胞器有线粒体和核糖体。所以能测到放射性32P的细胞器有核糖体、线粒体。,自主梳理,核心突破,考向感悟,2.埃博拉病毒是一种能引起人类和灵长类动物产生埃博拉出血热的烈性传染病病毒,有很高的死亡率。下图是针对埃博拉病毒的单克隆抗体制备流程的简明示意图。请回答下列问题。,自主梳理,核心突破,考向感悟,(1)分析上图,制备埃博拉病毒单

28、克隆抗体涉及的生物技术主要有、。 (2)利用小鼠制备埃博拉病毒单克隆抗体的过程中,先给小鼠注射一种纯化的埃博拉病毒核衣壳蛋白,再从小鼠脾脏内获得 ,通过过程获得的是,再经过筛选最终可获得,该细胞群的特点是 。 (3)若要大量制备单克隆抗体,可将细胞置于培养液中进行体外培养,在培养液中通入一定浓度的,以维持培养液的pH。 (4)通过上述方法得到的抗体与常规的血清抗体相比最大的优点是。“生物导弹”是借助单克隆抗体的作用,能将药物定向带到癌细胞所在位置。,自主梳理,核心突破,考向感悟,答案:(1)动物细胞培养细胞融合(2)B细胞杂交瘤细胞或多种杂交(杂种)细胞既能无限增殖又能产生所需抗体(3)CO2(4)纯度高,特异性强,灵敏度高,可大量制备导向 解析:(1)由图可知,图中的生物技术有动物细胞培养、细胞融合等。(2)制备单克隆抗体过程,先用抗原刺激小鼠,然后从小鼠脾脏中提取B细胞,通过细胞融合形成细胞杂交瘤细胞,经筛选得到的细胞具有既能无限增殖又能产生所需抗体的特点。(3)动物细胞培养过程中,培养液要通过一定浓度的二氧化碳,以维持培养液的pH。(