【优化方案】2017版高考生物大一轮复习 第十一单元 现代生物科技专题 第39讲 细胞工程讲义

1第39讲细胞工程1.植物的组织培养(Ⅱ)2.动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)3.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)[学生用书P277])一、细胞工程的概念1．原理和方法：应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法。2．操作水平：细胞水平或细胞器水平。3．目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。4．分类：根据操作对象的不同，分为植物细胞工程和动物细胞工程。二、植物细胞工程1．原理：植物细胞的全能性。(1)原因：生物的任何一个细胞都包含本物种的全部遗传信息。(2)全能性表达的条件：处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。2．植物组织培养技术离体的植物器官、,组织或细胞)――→脱分化激素、一定的营养、避光愈伤组织――→再分化激素、光根、芽→植物体3．植物体细胞杂交技术(1)去壁：酶解法，所用酶为纤维素酶和果胶酶。(2)诱导原生质体融合：物理法——离心、振动、电激等；化学法——常用聚乙二醇(PEG)作诱导剂。(3)植物体细胞杂交成功的标志：杂种细胞再生出细胞壁。(4)优点：克服不同生物远缘杂交的障碍。(5)变异类型：染色体变异。4．植物细胞工程的实际应用2（1）植物繁殖的新途径微型繁殖：保持优良品种的遗传特性，高效快速地实现大量繁殖作物脱毒：利用分生区附近（如茎尖）组织培养获得脱毒苗人工种子：胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等包上人工种皮制成(2)作物新品种的培育：单倍体育种、突变体的利用。(3)细胞产物的工厂化生产：培养到愈伤组织阶段。三、动物细胞工程1．动物细胞培养：其他动物细胞工程技术的基础。(1)过程(2)条件①无菌、无毒的环境——无菌处理、加抗生素杀菌、定期更换培养液。②营养——糖、氨基酸、促生长因子、无机盐和微量元素＋血清或血浆等天然成分。③适宜的温度(36.5±0.5℃)和pH(7.2～7.4)。④气体环境——95%空气＋5%CO2(维持培养液的pH)。(3)应用：生产细胞产品，如干扰素、疫苗、单克隆抗体；作为基因工程中常用的受体细胞；检测并判断某毒性物质毒性的大小；临床医学研究。2．动物体细胞核移植(1)原理：动物细胞核具有全能性。(2)过程3．单克隆抗体制备(1)诱导动物细胞融合的方法：物理法——离心、振动、电激等；化学法——聚乙二醇；生物法——灭活的病毒。(2)单克隆抗体制备过程(3)单克隆抗体的优点：特异性强、灵敏度高、可大量制备。(4)单克隆抗体的应用：作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。31．(2016·北京西城区期末T24A)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。(√)2．在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会同时发生细胞的增殖和分化。(×)3．愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。(×)4．用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。(×)5．再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。(√)6．在植物组织培养过程中，可以提取愈伤组织，经过人工薄膜包装得到人工种子。(×)7．制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。(×)8．(2016·青岛市高三监测T25C)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(×)9．(2016·山东泰安市统考T34D)与“多利”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植。(√)10．植物原生质体融合和动物细胞融合原理是相同的。(√)11．小鼠骨髓瘤细胞染色体数为40，B淋巴细胞的染色体数为46，融合后形成的杂交瘤细胞DNA分子数为86。(×)12．体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。(×)考点一植物组织培养与植物体细胞杂交[学生用书P278]1．植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系名称植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性过程选材选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化不同种的植物体细胞融合后形成杂种细胞技术操作脱分化、再分化等除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导原生质体融合4关系植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂2.单倍体育种和突变体的利用的不同点项目原理优点成果单倍体育种染色体变异明显缩短育种年限单育1号烟草品种，中花8号、11号水稻和京花1号小麦品种等突变体的利用基因突变产生新基因，大幅度改良某些性状抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等杂种植株染色体组成及基因型分析方法(1)杂种植株的特征：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。(2)杂种植株的染色体组成和基因型①分析方法：体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。②实例：若一植物细胞含有2X条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2Y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体数为2X＋2Y，基因型为AabbccDd。1．(2016·北京重点中学第一次月考)如图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，据图分析回答：5(1)图中所示过程的原理有：________________________________________________________________________。(2)图中的①过程是________________________________________________________________________。(3)植物体细胞融合成功的标志是________________________________________________________________________，其产生与细胞内________(细胞器)有关。(4)③和④过程分别是________和________的过程。则该杂交植物有________个染色体组。(5)该技术的最显著优势是：________________________________________________________________________。解析：(1)植物体细胞杂交过程中有原生质体A和原生质体B的融合过程，其原理是细胞膜具有流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞具有全能性。(2)图中的①过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体的细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。(5)植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。答案：(1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性(缺一不可)(2)(去壁)制备原生质体(3)形成新的细胞壁高尔基体(4)脱分化再分化四(5)克服远缘杂交不亲和的障碍2．(高考新课标全国卷经典真题)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题：(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用____________酶和____________酶去除细胞壁，获得具有活力的____________，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成____________组织，然后经过____________形成完整的杂种植株。这种培养技术称为____________________________________。(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指______________________________________。假设甲和乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是________________________________________________________________________。6(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的____________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。解析：(1)植物体细胞杂交的过程包括植物细胞融合和植物组织培养，其过程依次为酶解法去除植物细胞的细胞壁、用物理或化学法诱导原生质体融合、杂种细胞再生出细胞壁、杂种细胞经植物组织培养(脱分化形成愈伤组织，再分化形成幼根和芽进而形成完整植株)培育成完整植株。其中，酶解法去除植物细胞的细胞壁利用了酶的专一性，选择纤维素酶和果胶酶，水解植物细胞的细胞壁的主要成分——纤维素和果胶，暴露出有活力的原生质体。(2)多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上的染色体组的个体。甲和乙均为二倍体植物，假设二者有性杂交的后代不可育，其原因是该后代在进行减数第一次分裂过程中，由于没有同源染色体，联会出现紊乱，不能产生可育的配子。而植物体细胞杂交产生的杂种植物，细胞内含有原物种体细胞内的染色体，在减数第一次分裂过程中能够进行同源染色体配对，产生可育的配子。(3)经植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等，用人工薄膜包装后可得到人工种子。答案：(1)纤维素果胶原生质体愈伤再分化(或分化)植物体细胞杂交技术(2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体(其他合理答案也可)在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常(其他合理答案也可)(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽(答对其中一个即可)考点二动物细胞培养与动物体细胞核移植[学生用书P279]动物细胞培养动物体细胞核移植原理细胞增殖动物细胞核的全能性过程结果获得细胞群获得克隆动物应用(1)生产生物制品；(2)用于基因工程；(3)检测有毒物质；(4)临床医学研究(1)加速家畜遗传改良进程，促进良种繁育；(2)保护濒危物种；(3)生产医用蛋白；(4)提供克隆器官、组织等动物细胞培养和核移植技术的理解误区(1)动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同：第一次用胰蛋白酶处理剪碎的组织7使之分散成单个细胞，第二次使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。(2)核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本表现型可能不同①克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本，与植物组织培养不同(来自一个亲本)，即克隆动物遗传物质来自两个亲本。②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。1．(2016·武汉调研)下图为动物细胞培养的基本过程示意图。请回答：(1)容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织，原因是其细胞________，易于培养。培养时先要剪碎，然后用________分散细胞，制成B瓶中的细胞悬液。将细胞悬液转入C瓶中进行的初次培养称为________。(2)细胞正常培养了一段时间后，发现细胞绝大部分死亡，只有极少数细胞存活，这是因为存活的细胞发生了________，可无限增殖。目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为________代以内的细胞，以保持细胞正常的________核型。(3)C、D瓶中的培养液为保证无菌、无毒的环境，需要添加一定量的________。培养过程中还需要提供O2和CO2等气体环境，CO2的作用主要是________________________________________________________________________。(4)动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。如图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。据图可知，培养________细胞一定需要添加血清。解析：(1)动物细胞培养的过程：取动物组织块(或动物胚胎或幼龄动物的器官)→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。(4)据图可知，培养癌细胞有无血清影响不大，而培养正常细胞时，有血清时的细胞数远大于无血清时的细胞数，故培养正常细胞必须要添加血清。答案：(1)分裂能力强胰蛋白酶(或胶原蛋白