高考生物一輪復習 第34講 克隆技術(shù)課件

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1、第34講克隆技術(shù)突破突破1 1 植物細胞工程植物細胞工程突破突破2 2 動物細胞工程動物細胞工程總綱目錄總綱目錄一、細胞工程1.應用的原理和方法:細胞生物學和分子生物學的原理和方法。2.操作水平:細胞水平或細胞器水平。3.目的:按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品。4.分類:根據(jù)操作對象的不同,分為植物細胞工程和動物細胞工程。1.原理:細胞的全能性。(1)原因:生物的任何一個細胞都包含本物種的全部遺傳信息。(2)全能性表達的條件:處于離體狀態(tài),提供一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜的外界條件。二、植物細胞工程2.植物組織培養(yǎng)技術(shù)離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根、芽植物體3.植物體細胞雜

2、交技術(shù)(1)去壁:酶解法,所用酶為纖維素酶和果膠酶。(2)誘導原生質(zhì)體融合:物理法離心、振動、電激等;化學法常用聚乙二醇(PEG)做誘導劑。(3)植物體細胞雜交成功的標志:雜種細胞再生出細胞壁。(4)優(yōu)點:克服遠緣雜交不親和的障礙。(5)變異類型:染色體變異。4.植物細胞工程的實際應用(1)植物繁殖新途徑(2)作物新品種的培育:單倍體育種、突變體的利用。(3)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn):利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料和生物堿等物質(zhì)。1.動物細胞培養(yǎng)(1)過程(2)條件a.無菌、無毒的環(huán)境無菌處理、加抗生素殺菌、定期更換培養(yǎng)液。三、動物細胞工程b.營養(yǎng)糖、氨基酸、促生長因子、無

3、機鹽和微量元素+血清或血漿等天然成分。c.適宜的溫度(36.50.5)和pH(7.27.4)。d.氣體環(huán)境95%空氣+5%CO2(維持培養(yǎng)液的pH)。(3)應用:生產(chǎn)細胞產(chǎn)品,如干擾素、疫苗、單克隆抗體;檢測并判斷某物質(zhì)毒性的大小;臨床醫(yī)學研究。2.動物體細胞核移植(1)原理:動物細胞核具有全能性。(2)過程3.動物細胞融合與單克隆抗體制備(1)誘導動物細胞融合的方法:物理法離心、振動、電激等;化學法聚乙二醇;生物法滅活的病毒。(2)單克隆抗體制備過程(3)單克隆抗體的優(yōu)點:特異性強、靈敏度高、可大量制備。(4)單克隆抗體的應用:作為診斷試劑;用于治療疾病和運載藥物。四、生物技術(shù)中的倫理問題1

4、.克隆人(1)分類a.生殖性克隆是指以繁殖個體為目的的克隆,即用于產(chǎn)生人類個體。b.治療性克隆是指利用核移植技術(shù)獲得克隆人胚胎,然后從胚胎中提取干細胞進行醫(yī)學研究,是利用克隆技術(shù)產(chǎn)生特定細胞和組織(皮膚、神經(jīng)或肌肉等)用于治療性移植的克隆。(2)中國態(tài)度:禁止生殖性克隆人,不反對治療性克隆。2.試管嬰兒與設計試管嬰兒(1)試管嬰兒:運用體外受精和胚胎移植技術(shù)繁殖個體,目的是解決不孕夫婦的生育問題。(2)設計試管嬰兒:體外受精獲得的胚胎在移植前進行遺傳學診斷,以便篩選出符合特定要求的胚胎。1.乳腺細胞比乳腺癌細胞更容易進行離體培養(yǎng)。( )2.在愈傷組織培養(yǎng)中加入細胞融合的誘導劑,可獲得染色體加倍

5、的細胞。( )3.棉花根尖細胞經(jīng)誘導形成幼苗能體現(xiàn)細胞的全能性。()4.二倍體植株的花粉經(jīng)脫分化與再分化后能得到穩(wěn)定遺傳的植株。 ( )5.植物的每個細胞在植物體內(nèi)和體外都能表現(xiàn)出細胞的全能性。 ( ) 6.用人工薄膜將胚狀體、愈傷組織等分別包裝可制成人工種子。( )8.未經(jīng)克隆化培養(yǎng)的細胞系細胞具有相同的性狀。( )7.由多個祖細胞培養(yǎng)形成的細胞群為一個克隆。( )9.由動物組織細胞培養(yǎng)到連續(xù)細胞系的過程,得到的細胞大多具有二倍體核型。( )10.培養(yǎng)哺乳動物胚胎的培養(yǎng)液,其成分較簡單,一般只需一些無機鹽和有機鹽類即可。( )11.動物細胞培養(yǎng)技術(shù)可用于轉(zhuǎn)基因動物的培育。()1.細胞全能性(

6、1)原理:細胞含有本物種全部的遺傳信息。(2)體內(nèi)細胞全能性不表達的原因:基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達。(3)細胞全能性表達的條件:具完整細胞核;離體;無菌;一定的營養(yǎng)、激素和適宜的外界條件。突破突破1 1植物細胞工程植物細胞工程 (4)一般地,細胞全能性大小與細胞分化程度成反比。(5)全能性大小:植物細胞:受精卵生殖細胞體細胞。動物細胞:受精卵生殖細胞體細胞核。(動物細胞全能性受限制,但細胞核具有全能性)2.植物組織培養(yǎng)與體細胞雜交知能拓展知能拓展影響植物組織培養(yǎng)的幾種主要因素(1)植物激素:影響脫分化、再分化的重要因素為植物激素。當細胞分裂素與生長素共同使用時,能強烈地促進愈傷組

7、織的形成,兩者不同濃度的配比在再分化過程中,分別對誘導根或芽的產(chǎn)生起關(guān)鍵作用。當細胞分裂素與生長素的濃度比高時,有利于芽的產(chǎn)生;濃度比低時,有利于根的產(chǎn)生。(2)光照:對于植物組織培養(yǎng),光照條件非常重要,包括光照強度、時間和波長。但在愈傷組織的誘導階段往往要暗培養(yǎng),而在愈傷組織分化出芽和葉的過程中一定要有光照。愈傷組織誘導階段的暗培養(yǎng)有利于細胞的脫分化產(chǎn)生愈傷組織,如果在光照條件下則容易分化產(chǎn)生維管等組織,不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。(3)無菌:培養(yǎng)基上的細菌等微生物比植物細胞具有更強的新陳代謝能力,比植物細胞生長繁殖得更快,而且它們往往會產(chǎn)生毒素,使培養(yǎng)基上的植物細胞死亡。因此,在培養(yǎng)過程中要

8、求一系列的消毒、滅菌處理,并且要求無菌操作。3.單倍體育種和突變體利用的比較項目原理優(yōu)點成果單倍體育種染色體變異明顯縮短育種年限單育1號煙草品種,中花8號、11號水稻和京花1號小麥品種等突變體利用基因突變產(chǎn)生新基因,大幅度改良某些性狀抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草等1.(2018北京西城期末)通過植物組織培養(yǎng)可獲得完整幼苗。下列對此過程的敘述,正確的是()A.花粉不含完整的基因組,不能培養(yǎng)成單倍體植株B.選擇植物幼嫩的部分作外植體,更易誘導脫分化C.植物組織培養(yǎng)過程中可發(fā)生基因突變和基因重組D.植物組織培養(yǎng)過程不需添加有機碳源但需要光照考向考向1以基礎判斷或?qū)嵗治龅男问揭曰A判斷或?qū)嵗?/p>

9、析的形式,考查植物的組織培養(yǎng)考查植物的組織培養(yǎng)B答案答案 B花粉含有該植物的全套遺傳信息,可以經(jīng)花藥離體培養(yǎng)而培養(yǎng)成單倍體植株,A錯誤;幼嫩部位的新陳代謝旺盛,分化程度低,更易誘導脫分化過程發(fā)生,B正確;植物組織培養(yǎng)是無性生殖過程,不產(chǎn)生配子,故在有絲分裂間期可發(fā)生基因突變,但無法發(fā)生基因重組,C錯誤;植物組織培養(yǎng)過程中需要有機碳源,脫分化過程要嚴格避光,D錯誤。2.(2017北京師大附中期中)下列有關(guān)植物組織培養(yǎng)的敘述,正確的是()A.愈傷組織是一團有特定結(jié)構(gòu)和功能的薄壁細胞B.二倍體植株的花粉經(jīng)脫分化與再分化后得到穩(wěn)定遺傳的植株C.用人工薄膜將胚狀體、愈傷組織等分別包裝可制成人工種子D.植

10、物耐鹽突變體可通過添加適量NaCl的培養(yǎng)基培養(yǎng)篩選而獲得D答案答案 D愈傷組織是一團排列疏松而無規(guī)則、高度液泡化的、呈無定形狀態(tài)的、具有分生能力的薄壁細胞,不具有特定的結(jié)構(gòu)和功能,A錯誤;二倍體植株的花粉中只含一個染色體組,培養(yǎng)得到的個體為單倍體,高度不育,B錯誤;人工種子中包裹的是再分化形成的胚狀體或不定芽、頂芽和腋芽等,但不能是愈傷組織,C錯誤;用特定的選擇培養(yǎng)基可篩選出所需的突變體類型,如可利用加適量NaCl的培養(yǎng)基對植物耐鹽突變體進行篩選,D正確?？枷蚩枷?以實例分析的形式以實例分析的形式,考查植物體細胞雜交考查植物體細胞雜交3.“白菜甘藍”是用細胞工程的方法培育出來的蔬菜新品種,它具

11、有生長期短、耐熱性強和易于儲藏等優(yōu)點。如圖是“白菜甘藍”的雜交過程示意圖。以下說法正確的是()A.除去細胞壁形成原生質(zhì)體,可運用的酶是纖維素酶、淀粉酶和果膠酶B.通?？烧T導上述原生質(zhì)體相互融合的方法是PEG和滅活的病毒誘導C.雜種細胞形成的標志是產(chǎn)生了新的細胞壁D.愈傷組織形成“白菜甘藍”植物體必須經(jīng)過脫分化和再分化兩個過程答案答案 C用于除去植物細胞壁的酶有纖維素酶和果膠酶;植物體細胞雜交過程中誘導原生質(zhì)體融合不能用滅活的病毒;雜種細胞形成的標志是產(chǎn)生了新的細胞壁;愈傷組織形成“白菜甘藍”植物體屬于再分化過程。4.下面為“番茄馬鈴薯”的培育過程示意圖,請據(jù)圖回答下列問題:(1)若運用傳統(tǒng)有性

12、雜交(即用番茄、馬鈴薯雜交)能否得到可育的雜種植株?為什么?。(2)在利用雜種細胞培育雜種植株的過程中,運用的技術(shù)手段是,依據(jù)的原理是,其中過程稱為技術(shù),與過程密切相關(guān)的具有單層膜結(jié)構(gòu)的細胞器為,過程相當于,過程涉及的細胞分裂方式為。(3)已知番茄、馬鈴薯分別為四倍體、二倍體,則“番茄馬鈴薯”屬于倍體植株。(4)柴油樹種子含有的柴油是植物細胞的代謝產(chǎn)物,可用植物組織培養(yǎng)來實現(xiàn)柴油的工業(yè)化生產(chǎn)。若利用此技術(shù),將柴油樹細胞培養(yǎng)進行到(填字母編號)階段即可。答案答案(1)不能。不同種的植物存在生殖隔離(2)植物組織培養(yǎng)植物細胞的全能性原生質(zhì)體融合高爾基體脫分化有絲分裂(3)六(4)e解析解析(1)番

13、茄和馬鈴薯屬于兩種植物,存在生殖隔離,不能通過有性雜交產(chǎn)生后代。(2)過程是把a、b兩個原生質(zhì)體融合在一起,所以稱為原生質(zhì)體融合。過程是在融合的原生質(zhì)體外再生一層細胞壁,而植物細胞壁的形成與高爾基體有關(guān)。過程的結(jié)果是形成了愈傷組織,所以為脫分化。(3)“番茄馬鈴薯”屬于異源多倍體中的異源六倍體。(4)柴油是植物細胞的代謝產(chǎn)物,要實現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)需將柴油樹細胞培養(yǎng)到愈傷組織階段,然后進行提取。突破突破2 2動物細胞工程動物細胞工程 1.動物細胞培養(yǎng)與動物體細胞核移植2.細胞融合的過程分析細胞融合的過程包括細胞膜融合、細胞質(zhì)融合和細胞核融合,其中細胞膜融合是細胞融合的先導,在細胞膜融合中體現(xiàn)出細胞

14、膜具有一定的流動性。3.單克隆抗體的制備(1)血清抗體與單克隆抗體名稱產(chǎn)生特點血清抗體由漿細胞分泌一般從血清中分離,產(chǎn)量低、純度低、特異性差單克隆抗體由雜交瘤細胞分泌特異性強,靈敏度高,能大量制備項目第一次篩選第二次篩選篩選原因誘導融合后得到多種雜交細胞,另外還有未融合的細胞由于小鼠在生活中還受到其他抗原的刺激,所以經(jīng)選擇性培養(yǎng)獲得的雜交瘤細胞中有能產(chǎn)生其他抗體的細胞篩選方法用特定的選擇培養(yǎng)基篩選:未融合的細胞和同種細胞融合后形成的細胞都會死亡,只有融合的雜交瘤細胞才能生長用多孔培養(yǎng)皿培養(yǎng),在每個孔只有一個雜交瘤細胞的情況下開始克隆化培養(yǎng)和抗體檢測,經(jīng)多次篩選得到能產(chǎn)生特異性抗體的細胞群篩選目

15、的得到雜交瘤細胞得到能分泌所需抗體的雜交瘤細胞(2)制備單克隆抗體過程中的兩次篩選(3)獲取單克隆抗體的場所若在培養(yǎng)基中進行雜交瘤細胞培養(yǎng),則從培養(yǎng)液中提取。若在小鼠或其他動物腹腔中培養(yǎng),則從腹水中提取。1.下列關(guān)于動物細胞培養(yǎng)、植物組織培養(yǎng)和微生物培養(yǎng)的敘述,正確的是()A.培養(yǎng)基都需要加入瓊脂B.所用的培養(yǎng)溫度都相同C.都要經(jīng)歷脫分化和再分化過程D.都需要無菌培養(yǎng)條件考向考向1以基礎判斷或?qū)嵗治龅男问揭曰A判斷或?qū)嵗治龅男问?考查動物細胞培養(yǎng)的特點及應用考查動物細胞培養(yǎng)的特點及應用D答案答案 D動物細胞培養(yǎng)所用培養(yǎng)基為液體培養(yǎng)基,不用添加瓊脂,A錯誤;動物細胞培養(yǎng)、植物組織培養(yǎng)和微生物

16、培養(yǎng)所需培養(yǎng)溫度不一定相同,B錯誤;只有植物組織培養(yǎng)才要經(jīng)歷脫分化和再分化過程,C錯誤;動物細胞培養(yǎng)、植物組織培養(yǎng)和微生物培養(yǎng)都需要無菌培養(yǎng)條件,D正確。2.(2016課標全國)下圖表示通過核移植等技術(shù)獲得某種克隆哺乳動物(二倍體)的流程?；卮鹣铝袉栴}:(1)圖中A表示正常細胞核,染色體數(shù)為2n,則其性染色體的組成可為。過程表示去除細胞核,該過程一般要在卵母細胞培養(yǎng)至適當時期再進行,去核時常采用的方法。代表的過程是。(2)經(jīng)過多次傳代后,供體細胞中的穩(wěn)定性會降低。因此,選材時必須關(guān)注傳代次數(shù)。(3)若獲得的克隆動物與供體動物性狀不完全相同,從遺傳物質(zhì)的角度分析其原因是。(4)與克隆羊“多莉(利

17、)”培育成功一樣,其他克隆動物的成功獲得也證明了。答案答案(1)XX或XY顯微操作胚胎移植(2)遺傳物質(zhì)(3)卵母細胞的細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會對克隆動物的性狀產(chǎn)生影響(4)動物已分化體細胞的細胞核具有全能性解析解析(1)因供體的性別不確定,故其細胞核內(nèi)的性染色體組成為XX或XY;一般將卵母細胞培養(yǎng)到M中期,用顯微操作法將其細胞核去除;代表的過程是胚胎移植。(2)傳代培養(yǎng)10代以內(nèi)的細胞可以保持正常的二倍體核型,超過10代以后,供體細胞中遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性會降低。(3)克隆動物細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)來自卵母細胞的細胞質(zhì),細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)對克隆動物的性狀會產(chǎn)生影響。(4)克隆動物的成功獲得可以證明動物已

18、分化的體細胞的細胞核具有全能性。3.將特定藥物與單克隆抗體相結(jié)合制成的“生物導彈”,能夠用于殺死人類某些癌細胞。其過程如圖所示。下列相關(guān)敘述不正確的是()抗癌藥物考向考向2以實例分析的形式以實例分析的形式,考查動物細胞融合與單克隆抗體的制備考查動物細胞融合與單克隆抗體的制備A.過程的原理和植物原生質(zhì)體融合的原理基本相同B.經(jīng)形成的雜交瘤細胞能無限增殖并產(chǎn)生單一抗體C.過程需要篩選并克隆單個雜交瘤細胞D.抗體的靶向作用使過程具有高度特異性答案答案 B細胞融合后,需經(jīng)過篩選才能獲得既能無限增殖,又能產(chǎn)生單一抗體的雜交瘤細胞。4.(2018北京東城期末)中國倉鼠卵巢細胞(CHO細胞)能夠高效表達外源

19、基因?？茖W研究中常使用重組CHO細胞(導入了重組載體的CHO細胞)大量生產(chǎn)外源蛋白,一般步驟為:.長期傳代培養(yǎng),獲得大量重組細胞;.批式培養(yǎng),獲得大量外源蛋白。(1)體外培養(yǎng)動物細胞的基本培養(yǎng)液(BM)中除抗生素和一般營養(yǎng)物質(zhì)外,還應含有。為了獲得能生產(chǎn)抗體A的重組CHO細胞,需要將含有抗體A基因的重組載體通過法導入CHO細胞,經(jīng)篩選獲得重組CHO細胞。(2)研究發(fā)現(xiàn),酵母抽提物(YE)在動物細胞培養(yǎng)和促進蛋白質(zhì)表達中具有重要作用。為確定YE在不同培養(yǎng)階段的使用策略,研究人員進行了下列實驗。圖1所示實驗探究了在長期傳代培養(yǎng)階段對重組CHO細胞增殖以及抗體A表達量的影響。通過細胞計數(shù)和計算得出實

20、驗結(jié)果如圖2所示,結(jié)果說明。此處理對后續(xù)批式培養(yǎng)中的細胞增殖及單個細胞的抗體產(chǎn)量基本無影響。圖1圖2進一步探究YE對批式培養(yǎng)階段的影響,應在階段、分別使用和進行培養(yǎng)。結(jié)果表明,抗體A的總產(chǎn)量隨著YE濃度的提高而增加。綜上所述,為提高抗體A的總產(chǎn)量,整個培養(yǎng)過程中對YE的使用策略是。答案答案(1)動物血清顯微注射(2)不同濃度的YE較低濃度YE促進細胞增殖,較高濃度YE抑制細胞增殖BM添加不同濃度YE的BM傳代培養(yǎng)過程中添加低濃度YE,批式培養(yǎng)過程中添加高濃度YE解析解析(1)體外培養(yǎng)動物細胞,培養(yǎng)基中除了添加抗生素和一般營養(yǎng)物質(zhì)外,還應含有動物血清。因為要將重組載體導入動物細胞(倉鼠卵巢細胞),所以應采用顯微注射法。(2)圖1實驗中后四組分別加入了1、2、5、10g/L的YE,因此是探究了長期傳代培養(yǎng)階段不同濃度YE對重組CHO細胞增殖以及抗體A表達量的影響。從圖2中可看出YE濃度為0g/L時細胞數(shù)相對值(對照組)接近0.8,而YE濃度為1g/L時細胞數(shù)相對值高于對照組,YE濃度為2、5、10g/L時,細胞數(shù)相對值低于對照組,因此可得出結(jié)論:較低濃度YE促進細胞增殖,較高濃度YE抑制細胞增殖。為了研究YE對批式培養(yǎng)階段的影響,應在階段加入BM,階段加入含不同濃度YE的BM。在整個培養(yǎng)過程中,長期傳代培養(yǎng)應加入低濃度的YE,而批式培養(yǎng)應加入高濃度的YE,保證各時期均能產(chǎn)生較多抗體。