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全国通用高中生物 一轮复习 第十单元 专题二十六 细胞工程课件PPT
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这是一份全国通用高中生物 一轮复习 第十单元 专题二十六 细胞工程课件PPT，共58页。PPT课件主要包含了考情解读，必备知识通关，细胞工程的概念，操作流程，解题能力提升等内容，欢迎下载使用。
考点1 植物细胞工程 必备知识通关 解题能力提升 考法1 植物细胞工程及其应用分析考点2 动物细胞工程 必备知识通关 解题能力提升 考法2 动物细胞工程及其应用分析 考法3 细胞工程的综合分析
课标要求阐明植物组织培养是在一定条件下,将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织,并重新分化,最终形成完整植株的过程;概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞,继而培育成新植物体的技术;举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率；
阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础;阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程;阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段,使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程;概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术;简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。
高考怎么考近年高考对本专题的考查主要集中在植物组织培养、动物细胞培养与核移植的应用、动物细胞融合和单克隆抗体的制备等方面。高考试题多以试管苗的培养、单克隆抗体的制备、克隆动物等生产或科研实践为情境,综合考查相关知识,体现高考试题的综合性、应用性和创新性;有时高考试题也会针对细胞工程的基本操作和原理等进行考查,体现高考试题的基础性。预计2022年高考仍会注重情境创设和创新应用,结合生产或科研实践进行考查,考生在平时复习和生活中要多关注新的科研成果和热点问题,并将所学知识应用到实际生产生活中,做到学以致用。
考点1 植物细胞工程
链接新教材 新教材把细胞工程定义为“细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程”,这个定义更加全面、科学,也更贴近生产实践。
二、植物组织培养技术1.原理:植物细胞具有全能性。链接新教材 新教材中对细胞全能性的概念作了改动:细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能,即细胞具有全能性。细胞全能性表达的结果不再只是“生物体”,也包括“其他各种细胞”。
辨析比较 脱分化和再分化的比较
名师提醒 表格法分析生长素和细胞分裂素在植物组织培养中的作用1.顺序不同结果不同
2.用量的比例不同结果不同
3.培养条件(1)营养物质:矿质元素(无机盐)、蔗糖、维生素、有机添加物(甘氨酸等)。(2)植物激素:细胞分裂素、生长素等。(3)固化剂:琼脂。(4)无菌操作:实验前30 min打开紫外线灯消毒,实验结束时关闭;用酒精棉球擦拭工作台以及操作人员的手和小臂等。
三、植物体细胞杂交技术1.原理(1)原生质体融合:利用了细胞膜的流动性。(2)杂种细胞发育成杂种植株:利用了细胞的全能性。2.过程
名师提醒 表格法辨析植物组织培养和植物体细胞杂交
3.意义:植物体细胞杂交克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍。名师提醒1.进行融合的细胞,若只考虑两两融合,会产生三种类型(以植物细胞A、B为例):AA型、BB型、AB型,符合要求的为AB型。2.杂种细胞的染色体数理论上是两亲本细胞染色体数目之和,属于异源多倍体,变异类型属于染色体变异。
辨析比较 植物体细胞杂交和有性杂交的比较1.二者结果不同:植物体细胞杂交是两个细胞融合成一个细胞,染色体数、基因组数和染色体组数都直接相加;而有性生殖过程中,细胞中染色体数先减半再相加,减数分裂过程中染色体联会异常还会导致后代不育。2.植物体细胞杂交过程不经过减数分裂,属于无性生殖,遗传物质的传递不遵循孟德尔遗传规律;有性杂交过程中遗传物质的传递遵循孟德尔遗传规律。
四、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:优点是繁殖快、可以保持亲本的优良性状。(2)作物脱毒:选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养,获得脱毒苗。(3)人工种子:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。
2.作物新品种的培育(1)单倍体育种①实质:花药离体培养过程就是植物组织培养过程。 ②流程:花药 单倍体幼苗 纯合子(稳定遗传的优良品种)。③优点:后代是纯合子,能够稳定遗传,明显缩短了育种年限。
(2)突变体的利用①原理:基因突变。②流程:③优点:提高愈伤组织的突变率,加快育种进程。
3.细胞产物的工厂化生产(1)细胞产物:蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2)培养阶段:愈伤组织阶段。(3)技术基础:植物细胞培养。
考法1 植物细胞工程及其应用分析命题角度1 植物组织培养过程分析和应用[2019全国卷Ⅱ,38,15分]植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁殖技术的特点有 (答出2点即可)。
(2)通过组织培养技术,可把植物组织细胞培养成胚状体,再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示),这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是 。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质,因此应含有植物激素、 和 等几类物质。
(3)用脱毒苗进行繁殖,可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的 进行组织培养。 (4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是 (用流程图表示)。
解析▶(1)与常规的种子繁殖方法相比,植物微型繁殖技术具有能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快等特点。(2)人工种皮具有透气性,有利于胚状体进行呼吸作用;人工胚乳能够为胚状体生长提供植物激素、矿质元素和糖等物质。(3)植物分生区附近的病毒极少,甚至无病毒。为获得脱毒苗,可以选取植物的茎尖进行组织培养。(4)将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是含目的基因的细胞 愈伤组织 小植株。
答案▶(1)能保持植物原有的遗传特性,繁殖速度快 (2)有利于胚状体进行呼吸作用 矿质元素 糖 (3)茎尖 (4)含目的基因的细胞 愈伤组织 小植株
命题角度2 植物体细胞杂交及其应用示例2 水稻是单子叶植物,其与玉米均为二倍体,“黄金大米”因富含β-胡萝卜素呈金黄色而得名,如图表示“黄金大米”植株的两套培育方案。请分析回答下列问题:
(1)甲方案的过程①代表基因工程中 (填步骤),过程②将β-胡萝卜素基因导入水稻体细胞中常用的方法是 。将该方案获得的“黄金大米”植株自交,理论上后代是否都为“黄金大米”植株? (填“是”或“否”),原因是 。 (2)乙方案的理论基础是 。该方案中植物体细胞杂交工程完成的标志是 。 (3)比较甲方案和乙方案,二者均运用了 (填生物技术);经两种方案获得的“黄金大米”植株的不同之处是 - (写出2个)。
解析▶(1)过程①是从玉米体细胞中获取β-胡萝卜素基因,即基因工程中目的基因的获取;水稻为单子叶植物(农杆菌对大多数单子叶植物没有感染能力),单子叶植物常用的基因转化方法是基因枪法或花粉管通道法。通过基因工程获得的“黄金大米”植株,若β-胡萝卜素基因导入的位置是水稻体细胞某同源染色体中的一条染色体,则获得的植株为杂合子,自交后代不全是“黄金大米”植株。(2)乙方案是通过植物体细胞杂交完成培育过程,该过程利用的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。植物体细胞杂交工程完成的标志是获得了杂种植株(“黄金大米”植株)。
(3)甲方案和乙方案产生“黄金大米”植株的过程均运用了植物组织培养技术。经甲方案获得的“黄金大米”植株属于二倍体,经乙方案获得的“黄金大米”植株属于四倍体,二者的遗传物质和染色体数目不同。答案▶(1)目的基因的获取 基因枪法或花粉管通道法(答“农杆菌转化法”不得分) 否 β-胡萝卜素基因导入的位置可能是水稻体细胞某同源染色体中的一条染色体,获得的植株为杂合子,自交后代不全是“黄金大米”植株(合理即可) (2)细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 获得“黄金大米”植株 (3)植物组织培养技术 遗传物质不同、染色体数目不同
考点2 动物细胞工程
一、动物细胞培养与体细胞克隆1.动物细胞培养(1)辨析两组概念①细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。细胞数目不断增多,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,这种现象称为细胞的接触抑制。
链接新教材 新教材在介绍动物细胞培养时,把体外培养的动物细胞分为两类:一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖;另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖,大多数细胞属于这种类型。贴壁生长细胞发生接触抑制现象时,就需要对细胞进行分瓶培养。
②原代培养与传代培养a.原代培养:细胞悬液第一次在瓶中培养,没有分瓶培养之前的细胞培养。b.传代培养:原代培养的细胞生长、繁殖一定时间后,由于空间不足或细胞密度过大导致营养枯竭,影响细胞的生长,因此需要重新用胰蛋白酶等处理,进行分瓶扩大培养,即传代培养。
(2)图解动物细胞培养的过程和条件(3)应用①生产生物制品;②用于基因工程;③检测有毒物质等。
名师提醒1.选用幼龄动物组织或胚胎进行细胞培养的原因:幼龄动物组织或胚胎的细胞分化程度低,增殖能力很强,更易于培养。2.不选用胃蛋白酶分散细胞的原因:多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,此环境下胃蛋白酶失去活性,而胰蛋白酶(适宜pH为7.2~8.4)活性较高。3.癌变细胞没有接触抑制现象。4.无论是原代培养还是传代培养,培养瓶都要放在含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中,O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)原理:动物细胞核具有全能性。(2)分类:胚胎细胞核移植、体细胞核移植。(3)操作流程
(4)选卵母细胞作为受体细胞的原因:①卵母细胞体积大,易于操作;②卵黄多,营养丰富,能为发育提供充足的营养;③能激发重组细胞分裂和分化。(5)存在的问题:绝大多数克隆动物存在着健康问题,很多克隆动物表现出遗传和生理缺陷等。(6)应用①加速良种繁育;②保护濒危物种;③生产医用蛋白;④提供克隆器官、组织等。
名师提醒 对体细胞核移植的全面理解1.体细胞核移植中去核的卵母细胞与体细胞的融合,体现了细胞膜的流动性。2.体细胞核移植体现了细胞核的全能性,而非动物细胞的全能性。3.利用核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因:(1)克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞的细胞核,但其细胞质中的DNA主要来自去核的卵母细胞。(2)性状是基因与环境共同作用的结果,供核动物生活的环境与克隆动物生活的环境不完全相同,其性状也不可能和供核动物完全相同。(3)克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变,产生供核动物没有的性状。
二、动物细胞融合与单克隆抗体的制备1.动物细胞融合
2.单克隆抗体的制备(1)血清抗体与单克隆抗体
(2)单克隆抗体的制备过程
(3)单克隆抗体的特点:特异性强、灵敏度高,并可能大量制备。 (4)单克隆抗体的用途①作为诊断试剂:能准确识别各种抗原物质的细微差异,并与一定抗原发生特异性结合,具有准确、高效、简易、快速的优点。②用于治疗疾病和运载药物:可制成“生物导弹”,主要用于治疗癌症,也有少量用于治疗其他疾病。
考法2 动物细胞工程及其应用分析命题角度3 动物细胞培养与核移植的过程及应用示例3 [2016全国卷Ⅱ,40,15分]如图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。
回答下列问题:(1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为 - 。过程①表示去除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用 的方法。②代表的过程是 。 (2)经过多次传代后,供体细胞中 的稳定性会降低。因此,选材时必须关注传代次数。 (3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是 。 (4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了 。
思路分析▶解析▶(1)核移植过程中,供体的体细胞中性染色体组成可为XX或XY;去核时常采用显微操作的方法;图示②过程表示胚胎移植。(2)细胞培养过程中,经过多次传代培养,细胞中遗传物质的稳定性会降低。(3)由于卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响,所以克隆动物与供体动物性状不完全相同。(4)克隆动物的成功获得证明了已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。
答案▶(1)XX或XY 显微操作 胚胎移植 (2)遗传物质 (3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响 (4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性
核心素养解读 本题主要考查的核心素养是科学思维,具体表现在两个角度:
命题角度4 动物细胞融合和单克隆抗体的制备示例4 [2019江苏,23,3分](多选)如图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶( HGPRT-),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述正确的是 A.可用灭活的仙台病毒诱导细胞融合B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
解析▶动物细胞融合可以用灭活的仙台病毒进行诱导,或用PEG、电激等进行诱导,A正确;免疫B细胞与骨髓瘤细胞进行融合产生的融合细胞有免疫B细胞自身融合细胞、骨髓瘤细胞自身融合细胞、杂交瘤细胞,据题干信息可知,骨髓瘤细胞在HAT培养液中无法生长,因此骨髓瘤细胞自身融合细胞在HAT培养液中无法生长,而免疫B细胞自身融合细胞和杂交瘤细胞可以在HAT培养液中生长,B错误;融合后产生的杂交瘤细胞并不都能表达产生所需的单克隆抗体,需要进一步筛选,C正确;动物细胞融合依据的原理是细胞膜的流动性,D正确。答案▶ACD
考法3 细胞工程的综合分析表格法比较植物组织培养与动物细胞培养
命题角度5 结合实例综合考查细胞工程示例5 细胞融合技术有着广泛应用。如图表示细胞融合的简略过程,据图回答相关问题。
(1)若a、b分别是基因型为yyRr和YYrr两个玉米品种的花粉,且这两对基因分别位于两对同源染色体上。科学家分别将它们的花粉除去细胞壁,然后诱导其融合,再把这些融合细胞进行培养,培育出了玉米新品种。①这两个品种的花粉可用化学诱导剂 诱导融合,共可产生 种基因型的融合细胞(仅考虑两两融合),这些融合细胞经过脱分化形成 - ,再经培养可以得到 种不同于亲本基因型的玉米新品种。 ②若想培育出基因型为yyRR的玉米植株,也可直接用基因型为yyRr植株的花粉培养,再经过 处理并筛选获得,这种方法叫 。
(2)若a、b表示番茄和马铃薯两种植物的体细胞,请据图回答问题。 ①在“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程中,运用了植物细胞工程中的 技术,植物体细胞融合完成的标志是 。 ②由d细胞形成杂种植株的原理是 。这种育种方法与植物杂交育种相比,优点是 。 (3)若a、b分别为骨髓瘤细胞和已免疫的B淋巴细胞,请据图回答问题。①为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点,经特殊处理,在促细胞融合因子的作用下,两种细胞发生融合,形成图中的d细胞,d细胞的特点是 。由d细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较,具有 等特点。
②如图为单克隆抗体制备过程的各阶段图解,请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来。
解析▶(1)聚乙二醇是诱导细胞融合的常用化学物质。细胞融合过程中会产生自身融合细胞和异种融合细胞。基因型为yyRr和YYrr的玉米产生的花粉的基因型分别为yR、yr和Yr,两两融合细胞的基因型有yyRr、YyRr、Yyrr、yyRR、yyrr、YYrr 6种。其中基因型为YyRr、Yyrr、yyRR、yyrr的愈伤组织培养成的玉米新品种的基因型不同于亲本。用基因型为yyRr的植株的花粉离体培养,经染色体加倍处理,可获得基因型为yyRR的植株,这种方法叫单倍体育种。(2)植物体细胞杂交包括植物体细胞融合和植物组织培养。植物体细胞再生出细胞壁标志着细胞融合完成。利用植物体细胞的全能性可使d细胞形成杂种植株,这种育种方法与杂交育种相比,优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍。(3)d细胞具有两种亲本的遗传物质,既能无限增殖,又能产生特异性抗体。
考点1 植物细胞工程 必备知识通关 解题能力提升 考法1 植物细胞工程及其应用分析考点2 动物细胞工程 必备知识通关 解题能力提升 考法2 动物细胞工程及其应用分析 考法3 细胞工程的综合分析
课标要求阐明植物组织培养是在一定条件下,将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织,并重新分化,最终形成完整植株的过程;概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞,继而培育成新植物体的技术;举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率；
阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础;阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程;阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段,使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程;概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术;简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。
高考怎么考近年高考对本专题的考查主要集中在植物组织培养、动物细胞培养与核移植的应用、动物细胞融合和单克隆抗体的制备等方面。高考试题多以试管苗的培养、单克隆抗体的制备、克隆动物等生产或科研实践为情境,综合考查相关知识,体现高考试题的综合性、应用性和创新性;有时高考试题也会针对细胞工程的基本操作和原理等进行考查,体现高考试题的基础性。预计2022年高考仍会注重情境创设和创新应用,结合生产或科研实践进行考查,考生在平时复习和生活中要多关注新的科研成果和热点问题,并将所学知识应用到实际生产生活中,做到学以致用。
考点1 植物细胞工程
链接新教材 新教材把细胞工程定义为“细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程”,这个定义更加全面、科学,也更贴近生产实践。
二、植物组织培养技术1.原理:植物细胞具有全能性。链接新教材 新教材中对细胞全能性的概念作了改动:细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能,即细胞具有全能性。细胞全能性表达的结果不再只是“生物体”,也包括“其他各种细胞”。
辨析比较 脱分化和再分化的比较
名师提醒 表格法分析生长素和细胞分裂素在植物组织培养中的作用1.顺序不同结果不同
2.用量的比例不同结果不同
3.培养条件(1)营养物质:矿质元素(无机盐)、蔗糖、维生素、有机添加物(甘氨酸等)。(2)植物激素:细胞分裂素、生长素等。(3)固化剂:琼脂。(4)无菌操作:实验前30 min打开紫外线灯消毒,实验结束时关闭;用酒精棉球擦拭工作台以及操作人员的手和小臂等。
三、植物体细胞杂交技术1.原理(1)原生质体融合:利用了细胞膜的流动性。(2)杂种细胞发育成杂种植株:利用了细胞的全能性。2.过程
名师提醒 表格法辨析植物组织培养和植物体细胞杂交
3.意义:植物体细胞杂交克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍。名师提醒1.进行融合的细胞,若只考虑两两融合,会产生三种类型(以植物细胞A、B为例):AA型、BB型、AB型,符合要求的为AB型。2.杂种细胞的染色体数理论上是两亲本细胞染色体数目之和,属于异源多倍体,变异类型属于染色体变异。
辨析比较 植物体细胞杂交和有性杂交的比较1.二者结果不同:植物体细胞杂交是两个细胞融合成一个细胞,染色体数、基因组数和染色体组数都直接相加;而有性生殖过程中,细胞中染色体数先减半再相加,减数分裂过程中染色体联会异常还会导致后代不育。2.植物体细胞杂交过程不经过减数分裂,属于无性生殖,遗传物质的传递不遵循孟德尔遗传规律;有性杂交过程中遗传物质的传递遵循孟德尔遗传规律。
四、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:优点是繁殖快、可以保持亲本的优良性状。(2)作物脱毒:选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养,获得脱毒苗。(3)人工种子:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。
2.作物新品种的培育(1)单倍体育种①实质:花药离体培养过程就是植物组织培养过程。 ②流程:花药 单倍体幼苗 纯合子(稳定遗传的优良品种)。③优点:后代是纯合子,能够稳定遗传,明显缩短了育种年限。
(2)突变体的利用①原理:基因突变。②流程:③优点:提高愈伤组织的突变率,加快育种进程。
3.细胞产物的工厂化生产(1)细胞产物:蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2)培养阶段:愈伤组织阶段。(3)技术基础:植物细胞培养。
考法1 植物细胞工程及其应用分析命题角度1 植物组织培养过程分析和应用[2019全国卷Ⅱ,38,15分]植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁殖技术的特点有 (答出2点即可)。
(2)通过组织培养技术,可把植物组织细胞培养成胚状体,再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示),这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是 。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质,因此应含有植物激素、 和 等几类物质。
(3)用脱毒苗进行繁殖,可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的 进行组织培养。 (4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是 (用流程图表示)。
解析▶(1)与常规的种子繁殖方法相比,植物微型繁殖技术具有能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快等特点。(2)人工种皮具有透气性,有利于胚状体进行呼吸作用;人工胚乳能够为胚状体生长提供植物激素、矿质元素和糖等物质。(3)植物分生区附近的病毒极少,甚至无病毒。为获得脱毒苗,可以选取植物的茎尖进行组织培养。(4)将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是含目的基因的细胞 愈伤组织 小植株。
答案▶(1)能保持植物原有的遗传特性,繁殖速度快 (2)有利于胚状体进行呼吸作用 矿质元素 糖 (3)茎尖 (4)含目的基因的细胞 愈伤组织 小植株
命题角度2 植物体细胞杂交及其应用示例2 水稻是单子叶植物,其与玉米均为二倍体,“黄金大米”因富含β-胡萝卜素呈金黄色而得名,如图表示“黄金大米”植株的两套培育方案。请分析回答下列问题:
(1)甲方案的过程①代表基因工程中 (填步骤),过程②将β-胡萝卜素基因导入水稻体细胞中常用的方法是 。将该方案获得的“黄金大米”植株自交,理论上后代是否都为“黄金大米”植株? (填“是”或“否”),原因是 。 (2)乙方案的理论基础是 。该方案中植物体细胞杂交工程完成的标志是 。 (3)比较甲方案和乙方案,二者均运用了 (填生物技术);经两种方案获得的“黄金大米”植株的不同之处是 - (写出2个)。
解析▶(1)过程①是从玉米体细胞中获取β-胡萝卜素基因,即基因工程中目的基因的获取;水稻为单子叶植物(农杆菌对大多数单子叶植物没有感染能力),单子叶植物常用的基因转化方法是基因枪法或花粉管通道法。通过基因工程获得的“黄金大米”植株,若β-胡萝卜素基因导入的位置是水稻体细胞某同源染色体中的一条染色体,则获得的植株为杂合子,自交后代不全是“黄金大米”植株。(2)乙方案是通过植物体细胞杂交完成培育过程,该过程利用的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。植物体细胞杂交工程完成的标志是获得了杂种植株(“黄金大米”植株)。
(3)甲方案和乙方案产生“黄金大米”植株的过程均运用了植物组织培养技术。经甲方案获得的“黄金大米”植株属于二倍体,经乙方案获得的“黄金大米”植株属于四倍体,二者的遗传物质和染色体数目不同。答案▶(1)目的基因的获取 基因枪法或花粉管通道法(答“农杆菌转化法”不得分) 否 β-胡萝卜素基因导入的位置可能是水稻体细胞某同源染色体中的一条染色体,获得的植株为杂合子,自交后代不全是“黄金大米”植株(合理即可) (2)细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 获得“黄金大米”植株 (3)植物组织培养技术 遗传物质不同、染色体数目不同
考点2 动物细胞工程
一、动物细胞培养与体细胞克隆1.动物细胞培养(1)辨析两组概念①细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。细胞数目不断增多,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,这种现象称为细胞的接触抑制。
链接新教材 新教材在介绍动物细胞培养时,把体外培养的动物细胞分为两类:一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖;另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖,大多数细胞属于这种类型。贴壁生长细胞发生接触抑制现象时,就需要对细胞进行分瓶培养。
②原代培养与传代培养a.原代培养:细胞悬液第一次在瓶中培养,没有分瓶培养之前的细胞培养。b.传代培养:原代培养的细胞生长、繁殖一定时间后,由于空间不足或细胞密度过大导致营养枯竭,影响细胞的生长,因此需要重新用胰蛋白酶等处理,进行分瓶扩大培养,即传代培养。
(2)图解动物细胞培养的过程和条件(3)应用①生产生物制品;②用于基因工程;③检测有毒物质等。
名师提醒1.选用幼龄动物组织或胚胎进行细胞培养的原因:幼龄动物组织或胚胎的细胞分化程度低,增殖能力很强,更易于培养。2.不选用胃蛋白酶分散细胞的原因:多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,此环境下胃蛋白酶失去活性,而胰蛋白酶(适宜pH为7.2~8.4)活性较高。3.癌变细胞没有接触抑制现象。4.无论是原代培养还是传代培养,培养瓶都要放在含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中,O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)原理:动物细胞核具有全能性。(2)分类:胚胎细胞核移植、体细胞核移植。(3)操作流程
(4)选卵母细胞作为受体细胞的原因:①卵母细胞体积大,易于操作;②卵黄多,营养丰富,能为发育提供充足的营养;③能激发重组细胞分裂和分化。(5)存在的问题:绝大多数克隆动物存在着健康问题,很多克隆动物表现出遗传和生理缺陷等。(6)应用①加速良种繁育;②保护濒危物种;③生产医用蛋白;④提供克隆器官、组织等。
名师提醒 对体细胞核移植的全面理解1.体细胞核移植中去核的卵母细胞与体细胞的融合,体现了细胞膜的流动性。2.体细胞核移植体现了细胞核的全能性,而非动物细胞的全能性。3.利用核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因:(1)克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞的细胞核,但其细胞质中的DNA主要来自去核的卵母细胞。(2)性状是基因与环境共同作用的结果,供核动物生活的环境与克隆动物生活的环境不完全相同,其性状也不可能和供核动物完全相同。(3)克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变,产生供核动物没有的性状。
二、动物细胞融合与单克隆抗体的制备1.动物细胞融合
2.单克隆抗体的制备(1)血清抗体与单克隆抗体
(2)单克隆抗体的制备过程
(3)单克隆抗体的特点:特异性强、灵敏度高,并可能大量制备。 (4)单克隆抗体的用途①作为诊断试剂:能准确识别各种抗原物质的细微差异,并与一定抗原发生特异性结合,具有准确、高效、简易、快速的优点。②用于治疗疾病和运载药物:可制成“生物导弹”,主要用于治疗癌症,也有少量用于治疗其他疾病。
考法2 动物细胞工程及其应用分析命题角度3 动物细胞培养与核移植的过程及应用示例3 [2016全国卷Ⅱ,40,15分]如图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。
回答下列问题:(1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为 - 。过程①表示去除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用 的方法。②代表的过程是 。 (2)经过多次传代后,供体细胞中 的稳定性会降低。因此,选材时必须关注传代次数。 (3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是 。 (4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了 。
思路分析▶解析▶(1)核移植过程中,供体的体细胞中性染色体组成可为XX或XY;去核时常采用显微操作的方法;图示②过程表示胚胎移植。(2)细胞培养过程中,经过多次传代培养,细胞中遗传物质的稳定性会降低。(3)由于卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响,所以克隆动物与供体动物性状不完全相同。(4)克隆动物的成功获得证明了已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。
答案▶(1)XX或XY 显微操作 胚胎移植 (2)遗传物质 (3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响 (4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性
核心素养解读 本题主要考查的核心素养是科学思维,具体表现在两个角度:
命题角度4 动物细胞融合和单克隆抗体的制备示例4 [2019江苏,23,3分](多选)如图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶( HGPRT-),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述正确的是 A.可用灭活的仙台病毒诱导细胞融合B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
解析▶动物细胞融合可以用灭活的仙台病毒进行诱导,或用PEG、电激等进行诱导,A正确;免疫B细胞与骨髓瘤细胞进行融合产生的融合细胞有免疫B细胞自身融合细胞、骨髓瘤细胞自身融合细胞、杂交瘤细胞,据题干信息可知,骨髓瘤细胞在HAT培养液中无法生长,因此骨髓瘤细胞自身融合细胞在HAT培养液中无法生长,而免疫B细胞自身融合细胞和杂交瘤细胞可以在HAT培养液中生长,B错误;融合后产生的杂交瘤细胞并不都能表达产生所需的单克隆抗体,需要进一步筛选,C正确;动物细胞融合依据的原理是细胞膜的流动性,D正确。答案▶ACD
考法3 细胞工程的综合分析表格法比较植物组织培养与动物细胞培养
命题角度5 结合实例综合考查细胞工程示例5 细胞融合技术有着广泛应用。如图表示细胞融合的简略过程,据图回答相关问题。
(1)若a、b分别是基因型为yyRr和YYrr两个玉米品种的花粉,且这两对基因分别位于两对同源染色体上。科学家分别将它们的花粉除去细胞壁,然后诱导其融合,再把这些融合细胞进行培养,培育出了玉米新品种。①这两个品种的花粉可用化学诱导剂 诱导融合,共可产生 种基因型的融合细胞(仅考虑两两融合),这些融合细胞经过脱分化形成 - ,再经培养可以得到 种不同于亲本基因型的玉米新品种。 ②若想培育出基因型为yyRR的玉米植株,也可直接用基因型为yyRr植株的花粉培养,再经过 处理并筛选获得,这种方法叫 。
(2)若a、b表示番茄和马铃薯两种植物的体细胞,请据图回答问题。 ①在“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程中,运用了植物细胞工程中的 技术,植物体细胞融合完成的标志是 。 ②由d细胞形成杂种植株的原理是 。这种育种方法与植物杂交育种相比,优点是 。 (3)若a、b分别为骨髓瘤细胞和已免疫的B淋巴细胞,请据图回答问题。①为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点,经特殊处理,在促细胞融合因子的作用下,两种细胞发生融合,形成图中的d细胞,d细胞的特点是 。由d细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较,具有 等特点。
②如图为单克隆抗体制备过程的各阶段图解,请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来。
解析▶(1)聚乙二醇是诱导细胞融合的常用化学物质。细胞融合过程中会产生自身融合细胞和异种融合细胞。基因型为yyRr和YYrr的玉米产生的花粉的基因型分别为yR、yr和Yr,两两融合细胞的基因型有yyRr、YyRr、Yyrr、yyRR、yyrr、YYrr 6种。其中基因型为YyRr、Yyrr、yyRR、yyrr的愈伤组织培养成的玉米新品种的基因型不同于亲本。用基因型为yyRr的植株的花粉离体培养,经染色体加倍处理,可获得基因型为yyRR的植株,这种方法叫单倍体育种。(2)植物体细胞杂交包括植物体细胞融合和植物组织培养。植物体细胞再生出细胞壁标志着细胞融合完成。利用植物体细胞的全能性可使d细胞形成杂种植株,这种育种方法与杂交育种相比,优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍。(3)d细胞具有两种亲本的遗传物质,既能无限增殖,又能产生特异性抗体。
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