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第第2讲细胞工程胞工程知识清单一、细胞工程的概念 知识清单二、植物细胞工程1.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。2.植物组织培养技术(1)概念理解:培养对象:离体的植物组织、器官或细胞。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。培养结果:产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。知识清单(2)操作流程:3.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。知识清单(2)操作流程:流程分析:过程a为去除细胞壁以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。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。过程c是原生质体融合后再生出细胞壁。过程d是植物组织培养技术,其原理是细胞的全能性。(3)意义:克服了远缘杂交不亲和的障碍。知识清单知识清单三、动物细胞工程1.动物细胞培养(1)培养过程:知识清单(2)培养条件: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。营养:除正常的有机和无机营养外,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。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、医学研究等。知识清单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: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。知识清单3.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。4.单克隆抗体(1)制备过程:知识清单(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。知识清单知识清单1.植物组织培养的过程主要包括脱分化和再分化两个阶段,脱分化的结果是形成愈伤组织,再分化的结果是形成根和芽。2.植物体细胞杂交需要用酶解法制备原生质体,所用的酶包括纤维素酶和果胶酶。3.植物组织培养需要各种营养成分和植物激素,动物细胞培养也需要各种营养成分及血清。4.植物体细胞杂交可用于作物育种,动物细胞融合可用于单克隆抗体的制备。5.产生单克隆抗体的细胞是杂交瘤细胞,它既能产生单克隆抗体又能无限增殖。考点二考点一考点一植物细胞工程1.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较 考点二考点一考点二考点一2.脱分化和再分化的比较 考点二考点一3.人工种子(1)获取方法: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,用人工薄膜包装得到。(2)结构:目前研制的人工种子,是由胚状体、人工种皮和提供胚状体发育所需营养的人工胚乳三部分组成的,如下图所示:考点二考点一(3)制备过程:离体组织诱导植物愈伤组织体细胞胚的诱导体细胞胚的成熟体细胞胚的包裹储藏或种植。(4)人工种子的优点:保持优良品种的遗传特性;生产上不受季节限制,且可工厂化生产;克服了试管苗大量储藏和运输的困难;人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外,还可以添加各种附加成分,如固氮细菌、防病虫农药、除草剂和植物激素类似物等,有利于幼苗茁壮成长,提高作物产量。(5)人工种子与天然种子的区别:人工种子是通过组织培养(无性生殖)形成的,能保持亲本的优良性状;而天然种子是通过有性生殖形成的,具有更大的变异性。考点二考点一典例1(2013新课标全国卷)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物,甲含有效成分A,乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题:(1)为了培育该新型药用植物,可取甲和乙的叶片,先用酶和酶去除细胞壁,获得具有活力的,再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成组织,然后经过形成完整的杂种植株。这种培育技术称为。(2)上述杂种植株属于多倍体,多倍体是指。假设甲与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。(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。考点二考点一【解题思路】本题考查植物体细胞杂交技术、多倍体的概念、减数分裂以及人工种子等知识,同时考查了考生的识记能力和理解能力。(1)由于植物细胞具有细胞壁,因此融合之前要去除细胞壁,根据酶的专一性,应该选择纤维素酶和果胶酶,去除细胞壁后获得原生质体,挑选出有活力的两种原生质体在诱导剂的作用下可以形成融合的原生质体,诱导再生出细胞壁后,获得杂种细胞,然后再利用植物组织培养技术,经过脱分化获得愈伤组织,再经过再分化的过程获得完整植株。整个实验过程的技术为植物体细胞杂交技术。(2)多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。由于亲代都为二倍体,甲、乙为不同物种,因此有性杂交时子代细胞中没有同源染色体,减数分裂联会紊乱而无法产生可育的配子,因此后代不可育;而通过植物体细胞杂交技术获得的杂种植株为异源四倍体,减数分裂时联会正常可以产生可育的配子,因此后代是可育的。(3)人工种子是把该种植株细胞经过组织培养技术培育到胚状体阶段后,再加入营养物质,包上人工种皮后制得的。考点二考点一【参考答案】(1)纤维素果胶原生质体愈伤再分化(或分化)植物体细胞杂交技术(2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体在减数分裂过程中,前者染色体联会异常,后者染色体联会正常(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽考点二考点一1.(2015江苏盐城中学质检)下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图,下列相关叙述正确的是(C)A.阶段会发生减数分裂B.阶段需生长素而阶段需细胞分裂素C.此过程体现植物细胞具有全能性D.此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体植株考点二考点一【解析】题图表示将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的过程,其中阶段表示脱分化,该阶段能形成愈伤组织;阶段表示再分化过程,该阶段能形成胚状体,进一步发育形成植株。阶段细胞通过有丝分裂方式进行增殖,不会发生减数分裂,A项错误;阶段和阶段都需要细胞分裂素和生长素,而阶段不需要细胞分裂素,植物体自身能合成激素,B项错误;植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性,C项正确;此兰花的花药离体培养所得植株为单倍体植株,D项错误。考点二考点一2.用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构,若包裹上人造种皮,制成人工种子,其过程如下图所示。下列相关叙述,错误的是(C)A.从植物体细胞到种苗形成的过程说明植物细胞具有全能性B.进行过程时,不需要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁C.再分化发生在步骤,是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程D.需细胞分裂素和生长素的诱导,能刺激愈伤组织的形成考点二考点一【解析】从植物体细胞到种苗形成的过程说明植物细胞具有全能性,A项正确;进行脱分化过程时,不需要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁,B项正确;再分化发生在步骤,是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程,C项错误;脱分化形成愈伤组织的过程,需要细胞分裂素和生长素的诱导刺激,D项正确。考点二考点一考点二动物细胞工程1.动物细胞培养、核移植与动物细胞融合的比较 考点二考点一考点二考点一2.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较 考点二考点一考点二考点一3.单克隆抗体的制备(1)原理:一个(或一种)浆细胞(效应B细胞、B淋巴细胞)只产生一种抗体,小鼠骨髓瘤细胞能够无限增殖。因此杂交瘤细胞就具备了既能无限增殖,又能大量产生单一抗体的特征。(2)制备单克隆抗体过程中两次筛选的方法及目的:考点二考点一考点二考点一(1)动物细胞培养中两次用到胰蛋白酶,第一次的目的是处理剪碎的组织使之分散成单个细胞,第二次的目的是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。(2)核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本不完全相同的原因:克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本的去核的卵母细胞,与植物组织培养不同(只来自于一个亲本),即克隆动物遗传物质来自两个亲本;在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致其性状改变;外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。(3)取相应B淋巴细胞前必须先注射相应抗原,否则不能获得单克隆抗体。考点二考点一典例2(2014新课标全国卷)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),结果如图所示。考点二考点一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。考点二考点一【解题思路】本题考查单克隆抗体的制备相关知识,同时考查考生对相关知识的识记能力和理解能力。(1)据题图分析,第四次注射后X、Y、Z小鼠的血清抗体效价均达到16000以上,而小鼠Y的B淋巴细胞产生抗体效价最高,所以最适用于制备单克隆抗体。(2)融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外,还有骨髓瘤细胞、B淋巴细胞的自身融合产物,由于细胞融合是随机的,且不会全部融合,所以体系中会出现多种类型的细胞。(3)杂交瘤细胞形成后,小鼠免疫后的B淋巴细胞核与小鼠骨髓瘤细胞核会融合形成一个杂交的细胞核。一个杂交的细胞核中的染色体数目最多为100条。(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后,仍然不能存活,原因是B淋巴细胞不能无限增殖。【参考答案】(1)4YY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)1100(4)不能无限增殖考点二考点一1.(2015北京海淀期中检测)科学家培育克隆羊时,使用了三种细胞核的供体细胞,分别将这些细胞核移入去核卵细胞的细胞质中,形成重组细胞,发育成重组胚胎,这些重组胚胎的发育情况如下。据此分析不正确的是(B)A.早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高B.克隆羊的遗传信息与细胞核的供体细胞完全相同C.体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植D.重组细胞发育与去核卵细胞的细胞质有关考点二考点一【解析】分析题表数据可知,早期胚胎细胞作为细胞核的供体细胞妊娠成功率最高,A项正确;克隆羊的细胞核遗传信息来自细胞核的供体,细胞质的遗传信息来自卵细胞,B项错误;对比题表中的数据可知,体细胞核移植难度高于胚胎细胞核移植,C项正确;核移植中受体细胞为卵细胞,可见重组细胞发育与去核卵细胞的细胞质有关,D项正确。考点二考点一2.(2016辽宁协作学校模拟)如图是制备抗埃博拉病毒(EBOV)VP40蛋白单克隆抗体的过程,请据图回答问题:考点二考点一(1)PCR获取目的基因的过程中,反应体系中除了加入含有EBOVVP40基因的DNA、dNTP,还应该有Taq(或热稳定性的DNA聚合)酶和根据目的基因的核苷酸序列设计的引物。(2)选用EcoR和Xho双酶切的优点是防止酶切产物之间的随意连接,提高连接成功率(其他合理答案也可)。(3)大肠杆菌获得重组质粒A,从而发生稳定遗传变化的过程可称为转化,该过程首先需要用Ca2+处理大肠菌,使其更易吸收环境中的DNA分子。(4)过程常用的不同于植物原生质体融合的促融方法是用灭活的病毒处理,该过程能产生的两两融合的细胞有3种。若把在HAT选择培养基上存活的细胞全部培养在同一培养基中,并从中提取出的抗体不是(“是”或“不是”)单克隆抗体。(5)体内培养是指把能产生特异性抗体的杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内进行培养,一段时间后,从腹水中提取单克隆抗体。图示过程应用了哪些生物技术:基因工程、动物细胞培养、动物细胞融合。考点二考点一【解析】(1)利用PCR技术获取目的基因的前提:要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物。(2)选用EcoR和Xho双酶切,所得到的酶切产物不尽相同,这样在构建基因表达载体时,可以防止酶切产物之间的随意连接,提高连接成功率。(3)目的基因(VP40基因)进入受体细胞(大肠杆菌细胞),并在受体细胞(大肠杆菌细胞)内维持稳定和表达的过程称为转化。(4)过程是动物细胞融合,常用的不同于植物原生质体融合的促融方法是用灭活的病毒处理。在HAT选择培养基上存活的细胞为所有的杂交瘤细胞,不同的杂交瘤细胞产生的抗体不同,所以将筛选出的全部杂交瘤细胞培养在同一培养基中,并从中提取出的抗体不是单克隆抗体。(5)分析题图可知,制备抗埃博拉病毒(EBOV)VP40蛋白单克隆抗体的过程,应用的生物技术有基因工程、动物细胞培养、动物细胞融合。
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