专题二十一细胞工程.docx
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专题二十一细胞工程.docx
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专题二十一细胞工程
专题二十一细胞工程
考点一 植物细胞工程
1.细胞工程
(1)操作水平:
细胞水平或细胞器水平。
(2)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物。
2.植物细胞的全能性
(1)概念:
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)原理:
细胞内含有本物种的全部遗传信息。
(3)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。
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
(3)流程分析
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。
③诱导b融合的两种方法:
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。
④过程c是原生质体融合后再生出细胞壁。
⑤过程d是植物组织培养技术,其原理是细胞的全能性。
(4)意义:
克服了远缘杂交不亲和的障碍。
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:
单倍体育种和突变体的利用。
(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。
6、细胞全能性大小
细胞全能性大小与细胞分化程度成反比
植物细胞:
受精卵>生殖细胞>体细胞
例1.下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体培养进行遗传改良的过程,据图分析错误的是( )
A.①过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶的混合物处理
B.②过程能定向诱导原生质体产生优良性状的突变
C.③过程中叶肉细胞失去了其特有的结构和功能
D.④过程需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理
2.人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体,它能像种子一样萌发生长,长成植物。
人工种子的核心部件是一个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。
将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中,便成了所谓的“人工种子”。
(1)人工种子依据的原理是________________________,培育胚状体利用了________________________技术。
(2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构?
________________________________________________________________________。
(3)如果外植体是植物的茎尖,通过①的处理可使细胞彼此分离,①过程中可加入( )
A.蛋白酶B.淀粉酶
C.果胶酶D.胰蛋白酶
(4)②过程表示脱分化过程,其实质是______________;③表示再分化过程,其实质是________________。
(5)由人工种子萌发成的植株是否可育?
________。
答案:
1、B2、
(1)植物细胞的全能性 植物组织培养
(2)种皮及提供营养的胚乳或子叶 (3)C (4)使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达 (5)不一定
归纳提升
名称
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理
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
不同的植物细胞
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,用一定的方法诱导细胞融合
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
例、3.“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种,它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。
下图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图。
以下说法正确的是( )
A.除去细胞壁形成原生质体,可运用的酶是纤维素酶、淀粉酶和果胶酶
B.通常可诱导上述原生质体相互融合的方法是PEG和灭活的病毒诱导
C.杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁
D.愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体必须经过脱分化和再分化两个过程
4.下面为“番茄-马铃薯”的培育过程示意图,请据图回答下列问题:
(1)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到可育的杂种植株?
为什么?
________________________________________________________________________。
(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中,运用的技术手段是______________,依据的原理是______________,其中过程②称为____________技术,与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为__________,过程④相当于________,过程⑤涉及的细胞分裂方式为________。
(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,则“番茄-马铃薯”属于________倍体植株。
(4)柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物,可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。
若利用此技术,将柴油树细胞培养进行到________(填字母编号)阶段即可。
答案:
3、C 4、
(1)不能。
不同种的植物存在生殖隔离
(2)植物组织培养 植物细胞的全能性 原生质体融合 高尔基体 脱分化 有丝分裂 (3)六 (4)e
考点二 动物细胞培养与体细胞克隆
1.动物细胞培养
(1)动物细胞的培养过程
(2)培养条件
①无菌、无毒的环境:
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。
②营养:
除正常的有机和无机营养外,需加入血清、血浆等一些天然成分。
③适宜的温度和pH:
温度为36.5±0.5_℃(哺乳动物),pH为7.2~7.4。
④气体环境:
含95%空气加5%CO2的混合气体,其中后者的作用是维持培养液的pH。
(3)应用:
生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物
(1)动物体细胞核移植技术的过程
(2)原理:
动物体细胞核具有全能性。
(3)结果:
产生新个体。
(4)应用:
①加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。
②保护濒危物种。
③生产医用蛋白。
④作为异种移植的供体。
⑤用于组织器官的移植。
例:
1.
如图所示为哺乳动物生殖的过程。
其中b为卵细胞,c为体细胞。
下列叙述不正确的是( )
A.形成动物①②的过程分别属于有性生殖和无性生殖
B.产生动物②的过程中可发生基因突变、基因重组等
C.动物②的产生表明动物细胞的细胞核具有全能性
D.a、b、c细胞的形成过程,仅c细胞为有丝分裂
2.某研究小组进行药物试验时,以动物肝细胞为材料,测定药物对体外培养细胞的毒性。
供培养的细胞有甲、乙两种,甲细胞为肝肿瘤细胞,乙细胞为正常肝细胞。
请回答下列有关动物细胞培养的问题:
(1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养,培养液及其他培养条件均相同。
一段时间后,观察到甲细胞数量比乙细胞数量________。
(2)在动物细胞培养时,通常在合成培养基中加入适量血清,其原因是________________________________________________________________________。
细胞培养应在含5%的CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是________________________。
(3)在两种细胞生长过程中,当乙细胞铺满瓶壁时,其生长__________。
药物试验需要大量细胞,两种细胞频繁传代,甲细胞比乙细胞可以传代的次数更__________。
若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液,需用________________处理。
(4)为了防止细胞培养过程中细菌的污染,可向培养液中加入适量的________。
(5)已知癌基因X过量表达与肝肿瘤的发生密切相关,要试验一种抗肿瘤药物Y对甲细胞生长的影响,可将甲细胞分为A、B两组,A组细胞培养液中加入________,B组细胞培养液中加入等量的无菌生理盐水,经培养后,从A、B两组收集等量细胞,通过分别检测X基因在A、B两组细胞中的________________或________________合成水平的差异,确定Y的药效。
答案:
1、B 2、
(1)多
(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质 维持培养液的pH (3)停止 多 胰蛋白酶 (4)抗生素 (5)Y mRNA 蛋白质
动物细胞培养与动物体细胞核移植的比较
考点三 动物细胞融合与单克隆抗体的制备
1.动物细胞融合
(1)原理:
细胞膜的流动性。
(2)融合方法:
聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。
(3)意义:
突破了有性杂交方法的局限,使远缘杂交成为可能,也为制造单克隆抗体开辟了新途径。
2.单克隆抗体
(1)制备过程
(2)优点:
特异性强、灵敏度高,可大量制备。
(3)用途:
作为诊断试剂;用于治疗疾病和运载药物。
单克隆抗体制备过程的几个问题分析
(1)对动物免疫的原因:
B淋巴细胞要经过免疫过程,即接触抗原,增殖分化为有特异性免疫功能的B淋巴细胞,才能产生相应的抗体,所以,与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是浆细胞。
(2)在单克隆抗体制备过程中,一般认为有两次筛选过程,第一次是筛选出杂交瘤细胞(用选择培养基),第二次是进一步筛选出能产生人们所需要抗体的杂交瘤细胞。
(3)杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质,不仅具有浆细胞产生特异性抗体的能力,还具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的能力,从而可以克服单纯B淋巴细胞不能无限增殖的缺点,而大量生产单克隆抗体。
例:
1.下列关于动物细胞培养的叙述,正确的是( )
A.连续细胞系的细胞大多具有二倍体核型
B.某些癌细胞在合适条件下能逆转为正常细胞
C.由多个祖细胞培养形成的细胞群为一个克隆
D.未经克隆化培养的细胞系细胞具有相同的性状
2.关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述,错误的是( )
A.动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同
B.动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶
C.烟草叶片离体培养能产生新个体,小鼠杂交瘤细胞可离体培养增殖
D.动物细胞培养可用于检测有毒物质,茎尖培养可用于植物脱除病毒
3、某研究者用抗原(A)分别免疫3只同种小鼠(X、Y和Z),每只小鼠免疫5次,每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数),结果如下图所示。
若要制备杂交瘤细胞,需取免疫后小鼠的B淋巴细胞(染色体数目为40条),并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色体数目为60条)按一定比例加入试管中,再加入聚乙二醇诱导细胞融合,经筛选培养及抗体检测,得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。
回答下列问题:
(1)制备融合所需的B淋巴细胞时,所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16000以上,则小鼠最少需要经过________次免疫后才能有符合要求的。
达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中,最适合用于制备B淋巴细胞的是________小鼠,理由是
________________________________________________________________________。
(2)细胞融合实验完成后,融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外,可能还有__________________________________________________,体系中出现多种类型细胞的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)杂交瘤细胞中有________个细胞核,染色体数目最多是________条。
(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活,原因是________________________________________________________________________。
答案 1、B2、B3、
(1)4 Y Y小鼠的血清抗体效价最高
(2)B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞 细胞融合是随机的,且融合率达不到100% (3)1 100 (4)不能无限增殖
专题训练
1.某同学在学习“细胞工程”时,列表比较了动植物细胞工程的有关内容,你认为有几处是不正确的( )
植物细胞工程
动物细胞工程
技术
手段
植物组织培养、植物体细胞杂交
动物细胞培养和融合、单克隆抗体的制备
特殊
处理
机械法去除细胞壁
胰蛋白酶处理,制成细胞悬液
融合
方法
物理方法、化学方法
物理方法、化学方法、生物方法
典型
应用
人工种子、杂种植物
单克隆抗体的制备
培养液
区别
生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
动物血清不可缺少
A.1B.2C.3D.4
2.
右图所示是人工种子的结构简图,对其叙述不正确的是( )
A.人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质,还可以添加农药和植物激素
B.人工种子胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构
C.人工种子可以工业化生产,播种人工种子可节省大量粮食
D.人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
3.下图是某组织培养过程的简图。
下列有关说法中,正确的是( )
A.花药离体培养的条件与种子萌发的条件完全相同
B.若花粉粒核中有两个或多个染色体组,则所得植株为二倍体或多倍体
C.②③过程都是细胞分化过程,因此起作用的激素只有生长素
D.该过程体现了植物细胞的全能性
4.列关于植物体细胞杂交或植物细胞质遗传的叙述,错误的是( )
A.利用植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制,培育远缘杂种
B.不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程
C.两个不同品种的紫茉莉杂交,正交、反交所得F1的表现型一致
D.两个不同品种的紫茉莉杂交,F1的遗传物质来自母本的多于来自父本的
5.用a表示骨髓瘤细胞,b表示浆细胞,则细胞融合过程中两次筛选的目的分别为( )
A.a、aa、ab、bb、b→a、aa、ab→ab
B.a、aa、ab、bb、b→ab、bb、b→ab
C.a、aa、ab、bb、b→ab→产生特定抗体的ab
D.a、aa、ab、bb、b→aa→能无限增殖的aa
6.新快报记者与“多利羊之父”面对面,他认为克隆生物和供体会像双胞胎一样相似,但并不完全一样。
即使一般人类的双胞胎也不会长得完全一样,体型、个头上总是存在区别。
下列有关克隆的叙述,正确的是( )
A.植物组织培养的过程不属于克隆技术范畴
B.克隆动物,如“多利羊”的诞生涉及多种细胞工程技术
C.克隆生物和供体不完全相同是因为细胞内遗传物质的改变引起的
D.克隆过程中发生了细胞的增殖和分化,未发生细胞的衰老
7.单克隆抗体在医疗、诊断等方面发挥着越来越重要的作用。
英国科学家米尔斯坦和科勒设计了一个用已免疫的B淋巴细胞制备单克隆抗体的实验,下图为其实验流程图。
则相关的叙述或说法中,不正确的是( )
A.a是骨髓瘤细胞,②表示在选择培养基上进行培养
B.制备单克隆抗体时,选择B淋巴细胞的原因是它只能分泌多种特异性抗体
C.③过程如在体外培养,则需要无菌、无毒,营养充足,温度、pH适宜等环境条件
D.诱导动、植物细胞融合常用的一种化学诱导剂是聚乙二醇
8.下列关于细胞工程的叙述,错误的是( )
A.电刺激可诱导植物原生质体融合或动物细胞融合
B.去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理
C.小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫的小鼠的B淋巴细胞融合可制备单克隆抗体
D.某种植物甲、乙两品种的体细胞杂交与甲、乙两品种杂交后代的染色体数目相同
9.抗体的制备经历了细胞学层面和分子学层面两个合成途径的研究。
下列是利用生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。
下列说法错误的是( )
A.过程①至②所获取的抗体称为单克隆抗体
B.③至⑥过程获取抗体的技术称为转基因技术
C.过程⑤需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶
D.Vl基因体外扩增的技术称为PCR技术
10.下列各图表示单克隆抗体制备过程的各阶段图解。
请根据图分析下列四个选项,其中说法不正确的一项是( )
A.单克隆抗体制备过程的顺序是:
B.在单克隆抗体制备过程中之所以选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞,是因为它们融合后的杂交瘤细胞具有在体外大量繁殖、产生特异性抗体的特性
C.由图中可看出,此过程运用的技术手段有动物细胞融合和动物组织培养
D.单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高,并且可以大量制备的优点,所以可以制成“生物导弹”
11.科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛,如果要加速转基因奶牛的繁育,可以对此转基因奶牛进行克隆(如图所示)。
请结合图示回答下列问题:
(1)在进行细胞培养时,要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分散处理,形成单个细胞,这个过程中需要利用____________酶处理。
(2)用于核移植的供体细胞,一般都选用传代10代以内的细胞,原因是________________________________________________________________________。
(3)在进行原代培养时,细胞增殖的方式是__________,此外,细胞增殖还表现出____________和接触抑制等特点。
(4)将进行培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中,去除卵母细胞细胞核的目的是________________________________________________________________________。
(5)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛后,该母牛就会生出与供体奶牛遗传物质相同的犊牛,但也不是100%的复制,原因最可能是
________________________________________________________________________。
(6)上述动物细胞工程中涉及的技术有_______________________________。
转基因奶牛的克隆成功,说明了动物________________具有全能性。
12.科学家用植物体细胞杂交方法,将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合,成功地培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株(如图所示),其中①~⑤表示过程,英文字母表示细胞、组织或植株。
据图回答下列问题:
(1)在实现过程②的技术之前使用______________________________酶处理细胞以除去细胞壁。
(2)在将杂种细胞培育成为杂种植株的过程中,依据的原理是____________,其中过程④相当于____________过程,过程⑤涉及的分裂方式为____________。
(3)若番茄细胞含m条染色体,马铃薯细胞含n条染色体,则“番茄—马铃薯”细胞含________条染色体;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养得到的植株属于__________倍体植株。
13.如图为制备单克隆抗体的流程图,据图回答下列问题:
(1)制备单克隆抗体的原理是,克隆________________细胞形成的细胞群,并产生________________的抗体。
(2)已知细胞合成DNA有D和S两条途径,其中D途径能被氨基嘌呤阻断,一般情况下,细胞中有D或S途径即能分裂繁殖。
人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径,但一般不分裂增殖。
鼠骨髓瘤细胞中只有D途径,但能不断分裂增殖。
将这两种细胞在试管中混合,加聚乙二醇促融,获得杂种细胞。
请设计一种方法(不考虑机械方法),从培养液中分离出杂种细胞,并说明原理。
方法:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
原理:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)杂交瘤细胞具备______________________的特点。
(4)在单克隆抗体制备过程中,还应用了细胞工程中的________________和________________两大技术。
参考答案:
1——10BBDCCBBDCC
11、
(1)胰蛋白
(2)该种细胞代谢旺盛、分裂能力强,且遗传物质没有发生改变 (3)有丝分裂 贴壁生长 (4)使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞 (5)①生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制;②生物的性状还受环境因素的影响 (6)核移植、动物细胞培养、胚胎移植技术 体细胞的细胞核
12、
(1)纤维素酶和果胶
(2)细胞的全能性 脱分化 有丝分裂 (3)m+n 单
13、
(1)B淋巴 大量、专一
(2)在上述试管中加入氨基嘌呤后,收集能分裂增殖的细胞 淋巴细胞不能分裂增殖,鼠骨髓瘤细胞的D途径被阻断,也不能分裂,而杂种细胞中有S途径,可分裂增殖 (3)大量繁殖(或无限繁殖)、产生专一抗体 (4)动物细胞融合 动物细胞培养
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