2020高考生物复习第十单元现代生物科技专题第34讲细胞工程经典.docx
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1、第34讲细胞工程考纲要求1.植物的组织培养()。2.动物细胞培养与体细胞克隆()。3.细胞融合与单克隆抗体()。考点一植物细胞工程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的条件: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。3植物组织培养技术(1)原理:植物细胞具有全能性。(2)过程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)操作流程过程a为去除
2、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。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。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。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。深化拓展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)染色体组数染色体组数两种植物体细胞内染色体组数之和。植物体细胞杂交形成的杂种植株,有几个染色体组就称为
3、几倍体。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,其体细胞中染色体数为(2x2y)条,4个染色体组,基因型为AabbccDd。5植物细胞工程的应用(1)微型繁殖:优点是能够保持亲本的优良性状。(2)作物脱毒:利用茎尖、根尖等无毒组织进行微型繁殖。(3)培育人工种子:可以解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。(4)作物新品种的培育(5)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有关细胞全能性与组织培养的判断(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体
4、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)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()(4)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的()(5)经植物组织培养得到的胚状体用人工薄膜包装后可得到人工种子()2有关植物体细胞杂交技术的判断(1)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()(2)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()(3)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志()(4)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交()据图分析植物体细胞杂交过程(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理是什么?提示细胞膜
5、的流动性、植物细胞的全能性。(2)如何根据细胞膜表面荧光判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的?提示融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光。(3)若番茄细胞内有m条染色体,马铃薯细胞内有n条染色体,则“番茄马铃薯”细胞在有丝分裂后期含有多少条染色体?提示2(mn)条。(4)若杂种细胞培育成的“番茄马铃薯”植株为四倍体,则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于几倍体植株?提示单倍体植株。命题点一植物组织培养过程的分析1(2018太原高三二模)如图所示为培育农作物新品种的一种方式。下列说法正确的是()A过程分别称为细胞分裂和细胞分化B该育种与传统杂交育种相比,最大的优点是繁殖速度快C该育种过程
6、说明已分化细胞中不表达的基因仍具有表达的潜能D该育种方式涉及到转基因技术、胚胎移植技术答案C解析图中表示基因工程技术,表示植物组织培养技术,其中表示脱分化,表示再分化,表示在胚状体外面加人工胚乳和人工种皮制备人工种子的过程,A错误;该育种方法为基因工程育种,其最大的优点是目的性强,B错误;该技术依据的主要原理是植物细胞的全能性,已分化的细胞仍然能发育成完整的个体,说明其中一部分不表达的基因又开始表达,C正确;该育种过程不涉及胚胎移植技术,D错误。2(2018济南调研)如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径,下列叙述正确的是()A该途径依据的原理是植物细胞具有全能性B过程需控制好培养基中植物
7、激素的比例C经过程细胞的形态和结构未发生变化D过程需使用固体培养基,有利于细胞增殖答案B解析细胞全能性以细胞发育成个体为标志,而图中并没有形成完整植物体,A项错误;过程是脱分化,而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例,因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例,B项正确;过程是脱分化,经该过程细胞的形态和结构发生了变化,成为高度液泡化的薄壁细胞,C项错误;过程需使用液体培养基,有利于细胞增殖,D项错误。生命观念植物组织培养中生长素和细胞分裂素的比值与效果生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高促进根分化、抑制芽形成比值低促进芽分化、抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成命题点
8、二植物细胞工程的综合应用3(2018广东茂名下学期大联考)利用现代生物技术,科研人员对马铃薯的培育进行了研究,请回答相关问题:(1)培育马铃薯脱毒苗所依据的原理是_,该培育过程涉及_和_两个阶段。(2)研究马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响,结果如图。据图可知:茎尖越小,脱毒率_,成苗率_,培养脱毒苗茎尖的适宜大小为_。(3)若想培育出“番茄马铃薯”植株,运用传统有性杂交能否得到可育的杂种植株?为什么?_。答案(1)植物细胞全能性脱分化再分化(2)越高越低0.27 mm(3)否(或不能);不同种的植物之间存在生殖隔离解析(1)培育马铃薯脱毒苗是对植物组织培养技术的应用,所依据的原
9、理是植物细胞全能性;该培育过程涉及脱分化和再分化两个阶段。(2)据图可知:茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低;培养脱毒苗茎尖的适宜大小为0.27 mm。(3)由于番茄和马铃薯属于两个不同物种,而不同种的植物之间存在生殖隔离,所以若想培育出“番茄马铃薯”植株,运用传统有性杂交不能得到可育的杂种植株。4利用相关工程技术可以获得抗黑腐病杂种黑芥花椰菜植株,已知野生黑芥具有黑腐病的抗性基因,而花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病,技术人员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,流程如下图。据图回答下列问题:(1
10、)该过程用到的工程技术有_和_。(2)过程所需的酶是_,过程PEG的作用是_,经过操作后,需筛选出融合的杂种细胞,显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体存在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_。原生质体经过细胞壁再生,进而分裂和脱分化形成_。(4)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和双亲植株的根尖,制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的_;将杂种植株栽培在含有_的环境中,可筛选出具有高抗性的杂种植株。答案(1)植物体细胞杂交植物组织培养(2)纤维素酶和果胶酶促进原生质体的融合(3)保持原生质体完整性愈伤组织(
11、4)形态和数目黑腐病菌解析(1)据图可知,该流程图表示先去掉两种植物细胞的细胞壁,然后诱导融合获得杂种细胞,通过植物组织培养获得杂种植株。(2)植物细胞细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此采用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁;PEG(聚乙二醇)的作用是促进原生质体的融合。(3)去掉细胞壁后获得的原生质体需要放在适宜浓度的甘露醇溶液中,保持原生质体完整性,避免失水或吸水;在植物组织培养中,经过脱分化后形成愈伤组织。(4)由于染色体在显微镜下能看见,因此可以制作临时装片,观察染色体的形态和数目,以确定是否发生染色体变异;对杂种植物进行鉴定最简单的方法是从个体水平上进行检测,即接种黑腐病菌,观察
12、植物的性状。科学思维植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法(1)诱导产生的细胞(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)未融合的细胞:A和B。两两融合的细胞:AA、BB和AB。多细胞融合体。(2)检测方法:对诱导产生的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植物性状进行判断。若得到的是一种植物的性状,说明是未融合细胞。若得到的是具有两种亲本性状的植物,说明是杂种植株。若得到的是具有两种亲本性状的植物,且一种植物的性状得到加强,则是多细胞融合体。若得到的是一种植物的性状且效果得到加强,则是同种细胞融合的结果。考点二动物细胞培养与核移植技术1动物细胞培养(1)原理:细胞增殖。(2)培养条件无菌、无
13、毒的环境:对培养液和所有培养用具进行无菌处理,添加抗生素,定期更换培养液以清除代谢产物。营养:除正常的有机营养和无机营养外,通常需加入血清、血浆等一些天然成分。适宜的温度和pH:温度为36.50.5_(哺乳动物),pH为7.27.4(多数细胞)。气体环境:含95%空气加5%CO2的混合气体。(3)动物细胞的培养过程(4)应用:生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。特别提醒关于动物细胞培养的两组概念辨析(1)细胞贴壁与接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为接触抑制。(2)原代培养与传代培养原代培养:细胞
14、悬液第一次在瓶中培养,没有分瓶培养之前的细胞培养。原代培养的细胞核型正常。传代培养:进行分瓶后的扩大培养,即传代培养。一般情况下,细胞传至1050代后,增殖会明显减缓,甚至完全停止,部分细胞出现核型异常。2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)过程(3)结果:产生新个体。(4)应用:加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育;保护濒危物种;生产医用蛋白;作为异种移植的供体;用于组织器官的移植。归纳总结植物组织培养与动物细胞培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养理论基础植物细胞的全能性细胞增殖前处理无菌、离体无菌;用胰蛋白酶处理,使组织细胞相互分散开取材植物较幼
15、嫩的部位或花药等动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织培养基性质固体液体培养基成分水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、琼脂等糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等结果最终产生新个体,体现了细胞的全能性细胞培养产生大量细胞,不形成新个体,不能体现细胞的全能性相同点都需人工条件下的无菌操作;都需要适宜的温度、pH等条件;都进行有丝分裂,都不涉及减数分裂1有关动物细胞培养的判断(1)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()(2)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()(3)在25 的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养()(4)培养保留接触抑
16、制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞()(5)克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变()(6)二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的()2有关动物细胞核移植的判断(1)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞()(2)克隆动物的性状与供体动物完全相同()(3)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()(4)用于核移植的供体细胞一般都选用10代以内的培养细胞()如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线,图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。据图分析:(1)原代培养和传代培养的分界点是图中哪个点?提示B点之前的培养称为原代培养,之后的培养称为传代培养。(2)AB
17、段和DE段繁殖速度缓慢的原因是什么?提示AB段发生了接触抑制;DE段细胞大部分衰老失去分裂能力。(3)E点后的细胞大多数具有异倍体核型,这样的细胞有什么特点?提示E点后的细胞属于细胞系,能无限增殖。命题点一动物细胞培养过程的分析1(2018聊城高三第二次调研)下列关于动物细胞工程的叙述,正确的是()A用胰蛋白酶处理动物组织后,可用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液B少数细胞在连续培养50代后可获得不死性,是某些基因选择性表达的结果C根据在高倍镜下观察到基因突变的比例可推知某化学药品的毒性DPEG诱导动物细胞融合形成的杂种细胞,经动物细胞培养能得到优良动物个体答案A解析用胰蛋白酶处理动物组织后,
18、可用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液,A正确;少数细胞在连续培养50代后可获得不死性,是某些基因突变的结果,B错误;基因突变在高倍镜下是观察不到的,C错误;由于动物细胞的全能性受到限制,现有条件下,动物细胞融合形成的杂种细胞不能培育成动物,D错误。2(2019六安一中质检)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
19、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_。(3)现用某种大分子染料对细胞进行染色时,观察到死细胞能被染色,而活细胞不能被染色,原因是_。(4)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_的速率降低。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
20、低温、液氮)酶新陈代谢解析(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,所以活细胞不能被染色;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
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