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第34讲 克隆技术,突破1 植物细胞工程,突破2 动物细胞工程,总纲目录,一、细胞工程 1.应用的原理和方法:细胞生物学和分子生物学的原理和方法。,2.操作水平: 细胞 水平或细胞器水平。,3.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品。 4.分类:根据操作对象的不同,分为 植物细胞工程 和动物细胞工 程。,1.原理:细胞的 全能性 。 (1)原因:生物的任何一个细胞都包含本物种的 全部遗传信息 。 (2)全能性表达的条件:处于 离体 状态,提供一定的营养、 激素 和其他适宜的外界条件。,二、植物细胞工程,2.植物组织培养技术 离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 根、芽 植物体,3.植物体细胞杂交技术 (1)去壁:酶解法,所用酶为 纤维素酶和果胶酶 。 (2)诱导原生质体融合:物理法离心、振动、电激等;化学法常 用 聚乙二醇 (PEG)做诱导剂。 (3)植物体细胞杂交成功的标志:杂种细胞再生出细胞壁。 (4)优点:克服 远缘杂交不亲和的障碍 。 (5)变异类型:染色体变异。,4.植物细胞工程的实际应用 (1)植物繁 殖新途径 (2)作物新品种的培育:单倍体育种、突变体的利用。 (3)细胞产物的工厂化生产:利用 植物组织培养 技术生产蛋白 质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等物质。,1.动物细胞培养 (1)过程 (2)条件 a.无菌、无毒的环境无菌处理、加抗生素杀菌、定期更换培养 液。,三、动物细胞工程,b.营养糖、氨基酸、促生长因子、无机盐和微量元素+ 血清 或血浆 等天然成分。 c.适宜的温度(36.50.5 )和pH(7.27.4)。,d.气体环境95%空气+5%CO2(维持培养液的pH)。 (3)应用:生产细胞产品,如干扰素、疫苗、单克隆抗体;检测并判断某物 质毒性的大小;临床医学研究。,2.动物体细胞核移植 (1)原理: 动物细胞核具有全能性 。 (2)过程,3.动物细胞融合与单克隆抗体制备 (1)诱导动物细胞融合的方法:物理法离心、振动、电激等;化学法 聚乙二醇;生物法 灭活的病毒 。 (2)单克隆抗体制备过程,(3)单克隆抗体的优点: 特异性强 、灵敏度高、可大量制备。 (4)单克隆抗体的应用:作为诊断试剂;用于治疗疾病和运载药物。 四、生物技术中的伦理问题,1.克隆人 (1)分类 a.生殖性克隆是指以 繁殖个体 为目的的克隆,即用于产生人类个体。 b.治疗性克隆是指利用 核移植 技术获得克隆人胚胎,然后从胚胎 中提取 干细胞 进行医学研究,是利用克隆技术产生特定细胞和 组织(皮肤、神经或肌肉等)用于治疗性移植的克隆。 (2)中国态度: 禁止生殖性克隆人,不反对治疗性克隆 。,2.试管婴儿与设计试管婴儿 (1)试管婴儿:运用体外受精和胚胎移植技术繁殖个体,目的是解决 不孕夫妇的生育 问题。 (2)设计试管婴儿:体外受精获得的胚胎在移植前进行 遗传学诊断 , 以便筛选出符合特定要求的胚胎。,1.乳腺细胞比乳腺癌细胞更容易进行离体培养。 ( ),2.在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细 胞。 ( ),3.棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。 ( ),4.二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后能得到稳定遗传的植株。 ( ),5.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。 ( ),6.用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子。( ),8.未经克隆化培养的细胞系细胞具有相同的性状。 ( ),7.由多个祖细胞培养形成的细胞群为一个克隆。 ( ),9.由动物组织细胞培养到连续细胞系的过程,得到的细胞大多具有二倍 体核型。 ( ),10.培养哺乳动物胚胎的培养液,其成分较简单,一般只需一些无机盐和 有机盐类即可。 ( ),11.动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育。 ( ),1.细胞全能性 (1)原理:细胞含有本物种全部的遗传信息。 (2)体内细胞全能性不表达的原因:基因在特定的时间和空间条件下选 择性表达。 (3)细胞全能性表达的条件:具完整细胞核;离体;无菌;一定的营养、激素 和适宜的外界条件。,突破1 植物细胞工程,(4)一般地,细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。 (5)全能性大小: 植物细胞:受精卵生殖细胞体细胞。 动物细胞:受精卵生殖细胞体细胞核。 (动物细胞全能性受限制,但细胞核具有全能性),2.植物组织培养与体细胞杂交,知能拓展 影响植物组织培养的几种主要因素 (1)植物激素:影响脱分化、再分化的重要因素为植物激素。当细胞分 裂素与生长素共同使用时,能强烈地促进愈伤组织的形成,两者不同浓 度的配比在再分化过程中,分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细 胞分裂素与生长素的浓度比高时,有利于芽的产生;浓度比低时,有利于 根的产生。 (2)光照:对于植物组织培养,光照条件非常重要,包括光照强度、时间和 波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养,而在愈伤组织分化出芽 和叶的过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞 的脱分化产生愈伤组织,如果在光照条件下则容易分化产生维管等组 织,不利于产生大量的愈伤组织。,(3)无菌:培养基上的细菌等微生物比植物细胞具有更强的新陈代谢能 力,比植物细胞生长繁殖得更快,而且它们往往会产生毒素,使培养基上 的植物细胞死亡。因此,在培养过程中要求一系列的消毒、灭菌处理, 并且要求无菌操作。,3.单倍体育种和突变体利用的比较,1.(2018北京西城期末)通过植物组织培养可获得完整幼苗。下列对此 过程的叙述,正确的是 ( ) A.花粉不含完整的基因组,不能培养成单倍体植株 B.选择植物幼嫩的部分作外植体,更易诱导脱分化 C.植物组织培养过程中可发生基因突变和基因重组 D.植物组织培养过程不需添加有机碳源但需要光照,考向1 以基础判断或实例分析的形式,考查植物的组织培养,B,答案 B 花粉含有该植物的全套遗传信息,可以经花药离体培养而培 养成单倍体植株,A错误;幼嫩部位的新陈代谢旺盛,分化程度低,更易诱 导脱分化过程发生,B正确;植物组织培养是无性生殖过程,不产生配子, 故在有丝分裂间期可发生基因突变,但无法发生基因重组,C错误;植物 组织培养过程中需要有机碳源,脱分化过程要严格避光,D错误。,2.(2017北京师大附中期中)下列有关植物组织培养的叙述,正确的是 ( ) A.愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞 B.二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株 C.用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子 D.植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得,D,答案 D 愈伤组织是一团排列疏松而无规则、高度液泡化的、呈无 定形状态的、具有分生能力的薄壁细胞,不具有特定的结构和功能,A错 误;二倍体植株的花粉中只含一个染色体组,培养得到的个体为单倍体, 高度不育,B错误;人工种子中包裹的是再分化形成的胚状体或不定芽、 顶芽和腋芽等,但不能是愈伤组织,C错误;用特定的选择培养基可筛选 出所需的突变体类型,如可利用加适量NaCl的培养基对植物耐盐突变 体进行筛选,D正确。,考向2 以实例分析的形式,考查植物体细胞杂交 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。如图是“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,答案 C 用于除去植物细胞壁的酶有纤维素酶和果胶酶;植物体细胞 杂交过程中诱导原生质体融合不能用灭活的病毒;杂种细胞形成的标志 是产生了新的细胞壁;愈伤组织形成“白菜甘蓝”植物体属于再分化 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 ,其中过程称为 技术,与过程密切相关的具有单层膜结构的细胞器为 ,过 程相当于 ,过程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 (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 解析 (1)番茄和马铃薯属于两种植物,存在生殖隔离,不能通过有性杂 交产生后代。(2)过程是把a、b两个原生质体融合在一起,所以称为 原生质体融合。过程是在融合的原生质体外再生一层细胞壁,而植物 细胞壁的形成与高尔基体有关。过程的结果是形成了愈伤组织,所以 为脱分化。(3)“番茄马铃薯”属于异源多倍体中的异源六倍体。 (4)柴油是植物细胞的代谢产物,要实现其工业化生产需将柴油树细胞 培养到愈伤组织阶段,然后进行提取。,突破2 动物细胞工程,1.动物细胞培养与动物体细胞核移植,2.细胞融合的过程分析 细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合,其中细胞 膜融合是细胞融合的先导,在细胞膜融合中体现出细胞膜具有一定的流 动性。,3.单克隆抗体的制备 (1)血清抗体与单克隆抗体,(2)制备单克隆抗体过程中的两次筛选,(3)获取单克隆抗体的场所 若在培养基中进行杂交瘤细胞培养,则从培养液中提取。 若在小鼠或其他动物腹腔中培养,则从腹水中提取。,1.下列关于动物细胞培养、植物组织培养和微生物培养的叙述,正确的 是 ( ) A.培养基都需要加入琼脂 B.所用的培养温度都相同 C.都要经历脱分化和再分化过程 D.都需要无菌培养条件,考向1 以基础判断或实例分析的形式,考查动物细胞培养的特点及应用,D,答案 D 动物细胞培养所用培养基为液体培养基,不用添加琼脂,A错 误;动物细胞培养、植物组织培养和微生物培养所需培养温度不一定相 同,B错误;只有植物组织培养才要经历脱分化和再分化过程,C错误;动 物细胞培养、植物组织培养和微生物培养都需要无菌培养条件,D正 确。,2.(2016课标全国)下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。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 。,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 解析 (1)因供体的性别不确定,故其细胞核内的性染色体组成为XX或 XY;一般将卵母细胞培养到M中期,用显微操作法将其细胞核去除; 代表的过程是胚胎移植。(2)传代培养10代以内的细胞可以保持正常的 二倍体核型,超过10代以后,供体细胞中遗传物质的稳定性会降低。(3) 克隆动物细胞质中的遗传物质来自卵母细胞的细胞质,细胞质中的遗传 物质对克隆动物的性状会产生影响。(4)克隆动物的成功获得可以证明 动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性。,3.将特定药物与单克隆抗体相结合制成的“生物导弹”,能够用于杀死 人类某些癌细胞。其过程如图所示。下列相关叙述不正确的是 ( ) 抗癌药物,考向2 以实例分析的形式,考查动物细胞融合与单克隆抗体的制备,A.过程的原理和植物原生质体融合的原理基本相同 B.经形成的杂交瘤细胞能无限增殖并产生单一抗体 C.过程需要筛选并克隆单个杂交瘤细胞 D.抗体的靶向作用使过程具有高度特异性,答案 B 细胞融合后,需经过筛选才能获得既能无限增殖,又能产生单 一抗体的杂交瘤细胞。,4.(2018北京东城期末)中国仓鼠卵巢细胞(CHO细胞)能够高效表达外源 基因。科学研究中常使用重组CHO细胞(导入了重组载体的CHO细胞) 大量生产外源蛋白,一般步骤为:.长期传代培养,获得大量重组细胞; .批式培养,获得大量外源蛋白。 (1)体外培养动物细胞的基本培养液(BM)中除抗生素和一般营养物质 外,还应含有 。为了获得能生产抗体A的重组CHO细胞,需 要将含有抗体A基因的重组载体通过 法导入CHO细胞,经 筛选获得重组CHO细胞。 (2)研究发现,酵母抽提物(YE)在动物细胞培养和促进蛋白质表达中具 有重要作用。为确定YE在不同培养阶段的使用策略,研究人员进行了 下列实验。,图1所示实验探究了在长期传代培养阶段 对重组 CHO细胞增殖以及抗体A表达量的影响。通过细胞计数和计算得出实 验结果如图2所示,结果说明 。此处理对后续批式培养中的细胞增殖及单个细胞的抗体产量基 本无影响。,图1,图2 进一步探究YE对批式培养阶段的影响,应在阶段、分别使用 和 进行培养。结果表明,抗体A的总产 量随着YE浓度的提高而增加。 综上所述,为提高抗体A的总产量,整个培养过程中对YE的使用策略 是 。,答案 (1)动物血清 显微注射 (2)不同浓度的YE 较低浓度YE促进细胞增殖,较高浓度YE抑制细 胞增殖 BM 添加不同浓度YE的BM 传代培养过程中添加低浓度YE,批式培养过程中添加高浓度YE 解析 (1)体外培养动物细胞,培养基中除了添加抗生素和一般营养物 质外,还应含有动物血清。因为要将重组载体导入动物细胞(仓鼠卵巢 细胞),所以应采用显微注射法。(2)图1实验中后四组分别加入了1、 2、5、10 g/L 的YE,因此是探究了长期传代培养阶段不同浓度YE对重 组CHO细胞增殖以及抗体A表达量的影响。从图2中可看出YE浓度为0 g/L时细胞数相对值(对照组)接近0.8,而YE浓度为1 g/L时细胞数相对值,高于对照组,YE浓度为2、5、10 g/L时,细胞数相对值低于对照组,因此 可得出结论:较低浓度YE促进细胞增殖,较高浓度YE抑制细胞增殖。 为了研究YE对批式培养阶段的影响,应在阶段加入BM,阶段加入 含不同浓度YE的BM。在整个培养过程中,长期传代培养应加入低浓 度的YE,而批式培养应加入高浓度的YE,保证各时期均能产生较多抗 体。,
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