2021版高考生物一轮复习 选修3 第2讲 细胞工程学案 苏教版

1第2讲细胞工程1.植物的组织培养(Ⅱ)2.动物细胞培养与体细胞克隆(Ⅱ)3.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)1.细胞全能性的物质基础，生物生长的细胞学基础等。（生命观念）2.植物细胞工程的基本操作流程及单克隆抗体的制备过程示意图等。（科学思维）3.植物细胞工程的应用等。（科学探究）4.正确看待禁止生殖性克隆。（社会责任）植物细胞工程技术及其应用1．细胞工程的概念(1)原理方法：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)达到目的：按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。(4)类型：根据操作对象的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。2．植物组织培养技术(1)概念理解①培养对象：离体的植物组织、器官、细胞或原生质体。②培养条件：无菌、人工配制的培养基、相关激素等人工控制条件。③培养结果：产生部分或完整植株。(2)理论基础：植物细胞的全能性。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)填写操作过程图外植体――→①A――→②B―→植物体图中①表示脱分化，②表示再分化，A表示愈伤组织，B表示丛芽或胚状体。23．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)原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。(3)过程(4)意义：克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍、获得杂种植株。4．植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。②作物脱毒：选取作物茎尖、根尖等无毒组织进行组织培养，获得脱毒苗的技术。③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料，经过人工薄膜包装得到的种子，可以解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。(2)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。(3)细胞产物的工厂化生产：即利用植物组织培养技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。1．细胞全能性(1)原理：细胞内含有本物种全部的遗传信息。(2)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选择性表达。(3)细胞全能性表达的条件：具完整细胞结构，离体，无菌，一定的营养、激素和其他适宜的外界条件。(4)细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。2．激素比例与细胞分裂分化的关系(1)适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。(2)适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。3(3)比例适中诱导产生愈伤组织。如图所示：3．对不同物种植物体细胞杂交和有性杂交的比较(1)结果不同①体细胞杂交：不管染色体数、基因组还是染色体组都采用直接相加。②植物有性杂交：先减半再相加。(2)适用的定律不同①有性生殖过程中符合孟德尔遗传定律。②植物体细胞杂交：属于无性生殖，不符合孟德尔遗传定律。1．研究人员选取番茄叶片进行植物组织培养，制备人工种子，尝试利用箭头及简洁的文字写出其制备流程图。[提示]番茄叶片→叶组织块―――→脱分化愈伤组织―――→再分化有生根发芽能力的胚状体结构――――――――→细胞的分裂与分化人工种子。2．结合诱变育种从细胞工程的角度出发，简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及步骤。[提示]体细胞诱变育种。利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞发生基因突变，在利用植物组织培养技术发育成完整植株，然后筛选培育出抗寒品种。考查植物组织培养及其应用1．(2019·淄博高三模拟)水稻是我国重要的粮食作物，植物组织培养技术在水稻育种和繁殖中有重要作用。请回答：(1)以水稻的花药作外植体，经脱分化后可形成愈伤组织。与外植体相比，愈伤组织细胞的特点是____________________。比较脱分化培养基和再分化培养基，二者的基本成分相同，但用于诱导细胞分化的__________________不完全相同。(2)水稻的单倍体育种过程包括_____________和_______，与杂交育种相比，单倍体育种的优点是_____________。4(3)杂种优良稻所结籽粒不宜做种子，故人们常用人工种子解决此类水稻的繁殖问题：以植物组织培养得到的________为材料，外面包上人工种皮。人工种皮的成分中除有机碳、无机盐外，还可添加_____________等物质，用以促进人工种子的生长发育、提高抵抗病菌的能力。与天然种子相比，人工种子的优点是_______________。[解析](1)愈伤组织是由外植体脱分化而来，由一团具有分裂能力的细胞组成，愈伤组织细胞的特点是：分裂旺盛、高度液泡化的薄壁细胞。决定植物脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，由于植物激素的种类和比例不同，诱导分化的结果也不同。(2)水稻的单倍体育种过程包括花药的离体培养和秋水仙素诱导染色体加倍。与杂交育种相比，单倍体育种的优点是明显缩短育种时间(后代基因纯合)。(3)人工种子就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料，经过人工薄膜包装得到的种子。为促进人工种子的生长发育、提高抵抗病菌的能力，在人工种皮的成分中应添加植物生长调节剂(植物激素)、农药等物质。与天然种子相比，人工种子的优点有保持亲本的优良性状，防止性状分离，克服季节、气候、地域的限制，大量快速生产，节约时间、土地等。[答案](1)细胞壁薄，具有分裂能力激素的种类和比例(2)花药的离体培养秋水仙素诱导染色体加倍明显缩短育种时间(后代基因纯合)(3)胚状体(不定芽、顶芽和腋芽)植物生长调节剂(植物激素)、农药保持亲本的优良性状、不受季节限制、大量快速生产(其他合理答案也可以)2．(2019·湖北省武汉市高三模拟)紫杉醇是红豆杉细胞中产生的一种高效抗癌物质，在植物体中含量极低。为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式，可通过植物组织培养和细胞培养技术来获取，其过程为获取红豆杉外植体—消毒—诱导愈伤组织—细胞培养—提取紫杉醇。回答下列问题：(1)获取的外植体首先要通过____________过程培养出愈伤组织。下表为四种不同外植体在相同培养条件下诱导愈伤组织的实验结果，由表中结果可知诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是________________。外植体愈伤组织体积诱导率(%)不带叶茎段很大99.5带叶茎段很小90叶片很小20成熟胚较大80注：诱导率(%)＝(形成的愈伤组织数量/接种的外植体数量)×100%(2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养，细胞培养的过程________(填“体现”或“未体现”)细胞的全能性，理由是______________。据如图分析2，4­D对细胞生长5和紫杉醇合成的作用分别是________________，为获得最大紫杉醇总产量，最适合的2，4­D浓度应为__________(填“0.5”“1.0”或“2.0”)mg/L。注：生长速率＝每天每升培养基中增加的细胞干重克数(3)与从天然植株中提取相比，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是__________________________________________(答出两点)。[解析](1)外植体脱分化可培育出愈伤组织。分析表中结果可知诱导愈伤组织较适宜的两种外植体应该是体积较大，且诱导率较高的，分别是不带叶茎段和成熟胚。(2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养，细胞培养的过程最终培养出的是细胞，而不是完整的生物个体，因此，未体现细胞的全能性。据图分析可知，2，4­D促进细胞生长，抑制紫杉醇的合成，为获得最大紫杉醇总产量，最适合的2，4­D浓度应为1.0mg/L，若2，4­D浓度应为0.5mg/L，则细胞生长速率太慢，若2，4­D浓度应为2.0mg/L，则紫杉醇含量太低。(3)若从天然植株中提取紫杉醇，会破坏红豆杉树木，若用植物组织培养技术，在短时间内就能培育大量的愈伤组织，经过细胞培养，可以获取大量的紫杉醇，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是：①提高了紫杉醇的产量；②保护了红豆杉资源。[答案](1)脱分化不带叶茎段、成熟胚(2)未体现此过程中细胞没有再分化，没有发育成完整植株促进细胞生长和抑制紫杉醇合成1.0(3)提高了紫杉醇的产量，保护了红豆杉资源考查植物体细胞工程及应用3．(2019·河南省八市高三测试)如图为科研人员用两种方法繁殖苗木的示意图，据图回答下列问题：(1)③④过程中常用到的激素有____________________。③④⑤中不需要进行光照的是过程________________。(2)通过甲、乙两种途径获得的B、C植株的遗传性状与A相同，原因是6____________________________________。(3)某同学认为甲途径中的①过程包含了乙途径中的③④过程，你认为此说法________(填“正确”或“不正确”)，原因是______________________。(4)人工种子中的a、b、c分别相当于天然种子中的________。(5)若对优质葡萄进行扩大种植，宜采用的繁殖方式________(填“甲”或“乙”)途径；若对稀有的珍贵花卉进行扩大种植，宜采用的繁殖方式是________(填“甲”或“乙”)途径。[解析]甲途径为枝条的扦插繁殖，在插条的下端生出不定根，枝条上的侧芽发育为主枝，即可得到完整植株。由于整段枝条没有脱分化转变为愈伤组织，因此途径甲不包括③过程。利用扦插的方法繁殖后代简便易行，并且扦插的葡萄枝条很容易成活；稀有的珍贵花卉不适用扦插方法，因为能获取的枝条很少，因此可取很小一部分组织进行组织培养，以获得大量后代。[答案](1)生长素、细胞分裂素③(2)都是A经过无性生殖得到的(3)不正确③④分别为脱分化、再分化过程，而①过程中的扦插枝条并没有脱分化变成愈伤组织(4)种皮、胚、胚乳(5)甲乙4．(2019·云南三中高三月考)某二倍体药用植物甲含有有效成分A，科研小组设计了相关实验，根据所学知识回答：(1)选用茎尖分生组织进行组织培养的目的是____________。利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后就可得到____________。(2)现另有染色体数目与甲相同的二倍体药用植物乙，乙含有效成分B。科研小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物，可利用____________技术获得杂种植株。该方法首先要利用________酶和________酶除去细胞壁，得到具有活力的____________，再用________(填化学诱导剂)诱导二者融合后，进一步培养形成愈伤组织，然后经过________形成完整的杂种植株。(3)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_______________。[解析](1)茎尖分生组织的病毒很少，或没有感染病毒，选用茎尖分生组织进行组织培养可以获得脱毒苗。愈伤组织诱导形成的胚状体和营养物质经人工薄膜包装后可得到人工种子。(2)二倍体药用植物甲含有效成分A，二倍体药用植物乙含有效成分B，利用植物体细胞杂交技术可突破远缘杂交不亲和的障碍，获得杂种植株。细胞壁是非生命结构，进行植物体细胞杂交时，首先要利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁，得到具有活力的原生质体，再用聚乙二醇诱导二者融合为杂种细胞，杂种细胞经进一步培养形成愈伤组织，愈伤组织经过再分化形成完整的杂种植株。7(3)从细胞水平看，甲和乙有性杂交的后代中无同源染色体，不能进行正常的减数分裂，所以不能产生可育配子；而植物体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有同源染色体，可进行正常的减数分裂，产生可育配子。[答案](1)获得脱毒苗人工种子(2)植物体细胞杂交纤维素果胶原生质体聚乙二醇再分化(分化)(3)减数分裂过程中，前者染色体联会异常(或无同源染色体，不能联会)，而后者染色体联会正常动物细胞与组织培养、核移植技术及生物技术中的伦理问题1．动物细胞培养(1)动物细胞的培养过程(2)动物细胞培养与动物组织培养的主要区别：动物细胞培养过程需要用胰蛋白酶等处理组织块，以使细胞离散，而