2021高考生物一轮复习第十一单元现代生物科技专题第37讲细胞工程学案新人教版

-1-第37讲细胞工程最新考纲高频考点核心素养1.植物的组织培养(Ⅱ)2．动物细胞培养与体细胞克隆(Ⅱ)3．动物细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)1.植物组织培养2．植物体细胞杂交的过程及应用1.科学思维——建立模型：植物、动物细胞工程的基本操作流程2．科学探究——解决问题：植物、动物细胞工程的应用3．生命观念——细胞全能性的物质基础，生物生长的细胞学基础，克隆动物的原理考点1植物的组织培养与植物体细胞杂交1．细胞工程的概念2．细胞的全能性(1)含义：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。(2)物质基础：细胞内含有本物种全部的遗传信息。(3)植物细胞全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。(4)体内细胞不表达全能性的原因：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达，形成不同的组织、器官。3．植物组织培养技术(1)原理：植物细胞具有全能性。(2)过程-2-4．植物体细胞杂交技术(1)概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。(2)操作流程①过程a为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。②过程b是原生质体的融合，其原理是细胞膜具有一定的流动性。人工诱导的方法有物理法，包括离心、振动、电激等；化学法一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂来诱导细胞融合。③过程c是原生质体融合后再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。④过程d是植物组织培养，其原理是植物细胞的全能性。(3)意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。5．植物细胞工程的实际应用(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。-3-判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化。(×)2．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞。(×)3．棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。(√)4．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。(×)5．可以用盐酸处理植物细胞获得植物原生质体。(×)6．经植物组织培养得到的胚状体可直接作为人工种子。(×)7．微型繁殖一定能保持亲本的优良性状。(×)8．愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。(×)9．利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。(×)10．再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。(√)(选修3P36“小知识”改编)固体培养基中的无机营养成分包括水分、无机盐；有机营养成分包括小分子糖类、氨基酸等物质。下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，据图分析回答下列问题：(1)图中②过程依据的原理是细胞膜具有流动性。(2)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，其产生与细胞内高尔基体(细胞器)有关。-4-(3)③和④过程分别是脱分化和再分化的过程。该杂种植物有四个染色体组。(4)该杂种植株理论上可育(填“可育”或“不可育”)。●考向突破1植物组织培养的过程1．(2020·武汉一调)为探究某种植物愈伤组织的培养条件，某研究小组配制了含有两种浓度2,4­D的培养基，然后接种初始重量相同的幼苗子叶切块并分别培养在光照及黑暗条件下，一段时间后，测量愈伤组织的生长量，结果如图。回答下列问题：(1)在该实验中，自变量是光照的有无、2,4­D的浓度。进行植物组织培养的实验，要严格控制杂菌污染的原因是杂菌可以在培养基上生长争夺营养，杂菌产生的物质影响植物组织的生长。(2)由图中实验数据分析，在培养基中添加2,4­D的作用是促进愈伤组织的生长。(3)幼苗子叶切块转变成愈伤组织的过程称脱分化。为大量获得该植物的愈伤组织，适宜采取黑暗(填“黑暗”或“光照”)培养。(4)光照在培养过程中不作为愈伤组织的能量来源，原因是在脱分化形成愈伤组织及愈伤组织的增殖阶段，细胞中均不含叶绿体，无法利用光能进行光合作用。解析：(1)实验中的自变量有光照的有无(黑暗或光照)、2,4­D的浓度。培养基中的杂菌会与植物组织竞争营养物质，另外杂菌产生的有些物质对植物组织的生长有毒害作用或抑制作用，因此，植物组织培养时需要进行无菌操作，严格控制杂菌污染。(2)根据图中实验数据，可知2,4­D能够促进愈伤组织的生长。(3)由外植体形成愈伤组织的过程称为脱分化。图中显示，在黑暗条件下，愈伤组织生长量大于光照条件下，说明该植物的愈伤组织更适合黑暗培养。-5-(4)在脱分化形成愈伤组织及愈伤组织增殖的过程中，细胞中不含有叶绿体，因而细胞不能利用光能。2．(2020·江西上高二中调研)蓝莓中富含的花青素能有效地改善视力，下面为科学家利用植物组织培养的方法，大量培养蓝莓具体流程的文字图解。请回答下列问题：蓝莓组织――→①愈伤组织――→②长出丛芽――→③生根――→④移栽成活(1)用于离体培养的蓝莓组织叫做外植体，该技术的原理是植物细胞具全能性。(2)配制MS培养基时，应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质，蔗糖除作为碳源外，还具有提供能量和维持渗透压的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基，这三种培养基的主要差异是生长素和细胞分裂素的用量及比例不同。(3)图中蓝莓组织要经过消毒处理后才能进行培养。其①过程中，细胞的分化程度会降低(填“升高”“降低”或“不变”)。(4)愈伤组织经过②③过程重新分化成根或丛芽的过程叫再分化。(5)蓝莓花青素在60℃以下的热稳定性较好，将含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低40℃)制成成品。采用该方法的主要原因是避免(干燥时温度过高导致)花青素分解。解析：(1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，用于离体培养的组织叫做外植体。(2)配制MS培养基时，应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质，蔗糖除作为碳源外，还具有提供能量和维持渗透压的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基，这三种培养基的主要差异是生长素和细胞分裂素的用量及比例不同。(3)图中①过程是脱分化形成愈伤组织的过程，高度分化的细胞恢复分裂能力，则分化程度降低。(4)图中②③过程是愈伤组织经过再分化形成丛芽或根的过程。(5)含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低40℃)制成成品，采用该方法的主要原因是避免(干燥时温度过高导致)花青素分解。整合提升1.植物组织培养的关键(1)条件：离体，一定营养物质，激素(生长素、细胞分裂素)等。(2)培养基状态：固体培养基(需再分化生根培养基及生芽培养基)(3)体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。-6-(4)光照的应用脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。2．植物激素在植物组织培养中的作用生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高时促进根分化、抑制芽形成比值低时促进芽分化、抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成●考向突破2植物体细胞杂交过程3．(2020·江苏泰州中学月考)为培育出含β­胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出以下两套培育方案。请分析回答下列问题：甲方案：玉米体细胞――→①β­胡萝卜素基因――→②水稻体细胞――→③“黄金大米”乙方案：(1)甲方案中，β­胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是所有生物共用一套遗传密码(密码子)。若研究人员已知β­胡萝卜素基因序列，可采用人工合成方法获得β­胡萝卜素基因。②过程中可用DNA分子杂交技术检测水稻体细胞DNA上是否插入了β­胡萝卜素基因。(2)乙方案中，在体细胞杂交前需要用酶除去细胞壁获得原生质体，诱导体细胞融合的化学试剂常用聚乙二醇。通过⑤获得“黄金大米”幼苗需要经过脱分化和再分化两个过程，依据的原理是(植物)细胞的全能性。在培养过程中，在培养基中除了添加营养物质外，还需要添加(植物)激素(生长素和细胞分裂素)。(3)与传统育种方法相比，甲、乙两套方案共同的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍(打破生殖隔离)。-7-解析：(1)自然界中所有生物共用一套遗传密码子，因此一种生物的基因能在另一种生物体内表达；在目的基因序列已知的情况下，可采用人工合成的方法获得目的基因。检测目的基因是否插入受体细胞可用DNA分子杂交技术。(2)诱导植物原生质体融合常用的化学试剂是聚乙二醇。植物组织培养过程中将杂交细胞培育成杂交植株需要采用植物激素，该技术包括脱分化和再分化两个过程，原理是植物细胞的全能性；在此过程中，除了培养基中添加营养物质外，还需要添加植物激素(生长素和细胞分裂素)。(3)与传统育种方法相比，基因工程育种和植物细胞工程育种都能克服远缘杂交不亲和的障碍。整合提升植物体细胞杂交后的遗传物质分析(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。(2)染色体组数①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。③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，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。●考向突破3植物细胞工程的应用4．(2020·江苏海门中学高三质检)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脱分化。(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12d后下降的原因有蔗糖浓度下降，pH降低；培养液中蔗糖的作用是提供能源、调节渗透压。-8-(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秋水仙素(低温)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果胶酶解离愈伤组织。若愈伤组织细胞(2N)经诱导处理后，观察到染色体数为8N的细胞，合理的解释是经加倍到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。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，12d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。考点2动物细胞培养和核移植技术1．动物细胞培养(1)地位：动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。其中动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础。(2)培养过程-9-(3)培养条件①无菌、无毒环境培养液和培养用具进行无菌处理培养过程加抗生素定期更换培养液，清除代谢产物②营养：除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外通常还需加入血清、血浆等一些天然成分。③适宜的温度：36.5℃±0.5℃；适宜的pH：7.2～7.4。④气体环境95%的空气：其中O2为细胞代谢必需5%的CO2：维持培养液的pH2．动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)原理：动物体细胞核具有全能性。(2