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第38课时 细胞工程及克隆技术 引起的伦理问题,考点116 技术原理植物组织培养及细胞全能性,提醒 幼嫩的组织脱分化较为容易，如茎尖、根尖、形成层细胞易脱分化，而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。 对外植体要进行消毒处理，而对各种器械要彻底灭菌。 植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖，用葡萄糖也可以，但后者的成本高。 诱导愈伤组织再分化形成胚状体或丛芽及生根的过程中，要进行换瓶处理，以改变培养基中的激素配比及浓度。,2脱分化和再分化的比较,提醒 愈伤组织再分化形成植物幼苗时，需光照处理，以便诱导叶绿素的形成。 生长素和细胞分裂素在植物体内含量很低，因此植物组织培养中常用人工合成的生长素类似物和细胞分裂素类似物。细胞分裂素/生长素的比例适中，有利于外植体脱分化，比例升高有利于愈伤组织再分化形成丛芽，比例降低则有利于生根。,3原理：全能性 (1)含义：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。 (2)物质基础：生物的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全部基因。 (3)在生物体内细胞并没有表现出全能性的原因：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达，细胞分化形成不同的组织、器官。 (4)全能性的实例：花药的离体培养、植物的组织培养、克隆技术等。,【对位训练】1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，它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分是胚状体，其培育过程如图所示。请回答下列有关问题。,(1)制作人工种子依据的原理是_；制作过程的关键是确保无菌操作，其原因是_。 (2)表示脱分化的过程，其实质是_；表示再分化的过程，其实质是_。培养基中生长素和细胞分裂素的浓度、_、_将影响、过程的进行。 (3)从保证人工种子正常的生命力以及生态系统的物质循环上来看，人造种皮应具有半透性(透水、透气性)和_的特点。 (4)某二倍体植物的基因型为DdTt，利用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体称为_，为生殖方式看属于_生殖。,【答案】(1)细胞全能性 细菌等微生物代谢旺盛，在消耗营养物质的同时，产生大量有害产物，毒害组织细胞 (2)使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达 比例 使用顺序 (3)易被微生物降解 (4)单倍体 有性,【解析】培育人工种子的原理是细胞的全能性。脱分化的实质是使不分裂的细胞恢复分裂能力；再分化的实质是使分裂的细胞在形态、结构和功能上再次发生变化，这种变化是基因选择性表达的结果。培养基中生长素和细胞分裂素的浓度、比例和使用顺序将影响脱分化和再分化过程。种子萌发的过程中，需要从外界吸收大量的水分和氧气进行有氧呼吸，因此，人工种皮应该具有透水、透气性；从物质循环的角度看，人工种皮应该能被微生物降解。通过花药离体培养获得的植株属于单倍体，基因型为DdTt的植物能产生基因组成为DT、Dt、dT和dt的四种花粉，这种通过有性生殖细胞产生后代的生殖方式，属于有性生殖。,1植物繁殖的新途径 (1)微型繁殖：不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。 (2)作物脱毒：生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染，从而导致品种严重退化、产量降低和品质变差。利用植物分生组织(如茎尖、根尖)进行培养，可以使新长成的植株脱除病毒。,考点117 实践应用植物组织培养技术的应用,(3)人工种子：植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包上人工种皮就可以形成人工种子。下图是人工种子的结构示意图。 注意 人工种皮中可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等，以利于胚状体生长发育成幼苗。,【对位训练】 2请回答： (1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的_，繁殖种苗的速度_。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部_。 (2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免_的污染。,(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗_，而与_配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促进愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是_(脱落酸、2,4D)。 (4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是_，单株鲜重的变化趋势是_。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量_(填“能”或“不能”)满足自身最佳生长的需要。,(5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应_(填“降低”或“增加”)培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。 【答案】(1)遗传特性 快 遗传信息 (2)微生物 (3)生根 细胞分裂素 2,4D (4)逐渐下降 先增加后下降 不能 (5)降低,【解析】题目考查知识点较为基础，植物组织培养是一种无性繁殖(克隆)，其主要依据是植物细胞的全能性，即每一个细胞含有本物种全部的遗传信息，植物组织培养所培养出的种苗与亲本的遗传特性相同，保持了亲本的遗传特性；植物组织培养时，培养基应是杀菌消毒的，还应在无菌环境中培养，以防止微生物的污染；由于愈伤组织可以持续培养，不断分化，因此能够快速大量地得到种苗。由愈伤组织再分化形成根与芽的过程中，要通过调节生长素与细胞分裂素含量比例才能实现；生长素浓度较高时，易分化生成根，细胞分裂素较高时，易分化生成芽。,较高浓度的2,4D能够抑制细胞的生长；培养基中加入蔗糖，是为了提供能源和维持细胞的渗透压，加大蔗糖的浓度，幼苗得到较多的能源物质，能源充足，单株幼苗的鲜重会增加，光合作用会下降，随着蔗糖浓度的增加，会抑制幼苗对水分的吸收及代谢，则幼苗的鲜重会下降，如果培养基中不含蔗糖，光合作用又很弱，则不能满足幼苗的生长需要。要提高幼苗的自养能力，应适当降低蔗糖的供应。,1概念：植物体细胞杂交就是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图示过程,考点118 技术原理植物体细胞杂交,3考点解读 (1)植物体细胞杂交的障碍 植物细胞都有细胞壁。根据酶的专一性原理，用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。 原生质体融合。人工诱导方法包括物理法，如离心、振动、电激；化学法，如聚乙二醇(PEG)诱导等。 (2)杂种细胞的类型 有三种：AA、BB、AB，符合要求的只有AB，需要进行筛选。,(3)杂种细胞AB形成的标志：新的细胞壁的生成。 (4)杂种植株遗传物质的变化：细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，形成异源多倍体。 (5)植物体细胞杂交的原理：原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了细胞的全能性。,【对位训练】 3据下面体细胞杂交技术流程图回答下列问题：,(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_，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)随“神六”太空旅行的种苗中，最受关注的是柴油树试管苗。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_过程(填字母编号)即可。 【答案】(1)不能，不同种的植物间存在生殖隔离 (2)植物组织培养 细胞全能性 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”属于异源多倍体里面的异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物，将柴油树细胞培养进行到愈伤组织即可。,1概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。 2操作流程,考点119 解读操作流程图动物细胞培养,3考点解读 (1)培养条件 无菌、无毒的环境无菌处理、加抗生素杀菌、定期更换培养液。 营养葡萄糖、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。 温度和pH36.50.5和7.27.4。 气体环境95%空气5%CO2。 提醒 CO2作用调节培养基pH； 空气中O2作用细胞有氧呼吸； 所用装置CO2培养箱。,(2)原理：细胞增殖。 (3)动物细胞培养时，一般选取幼龄动物的组织、器官，其细胞的分化程度较低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。 (4)在动物细胞培养过程中，一般情况下10代以前的细胞核型不变，10代以后有些细胞核型发生改变，50代以后的细胞可能发生癌变。 (5)胰蛋白酶在动物细胞培养过程中的作用包括将组织分散成单个细胞，以及将贴壁细胞从瓶壁上分离下来，这样做的目的是避免动物细胞的接触抑制现象。,4应用 (1)生产细胞产品：干扰素、疫苗、单克隆抗体。 (2)检测并判断某毒性物质毒性的大小。 (3)临床医学研究。,【拓展提升】 植物组织培养与动物细胞培养的比较,(3)培养首先在B瓶中进行。瓶中的培养基成分有_等。在此瓶中培养一段时间后，有许多细胞衰老死亡，这时培养到第_代，到这时的培养称为_。 (4)为了把B瓶中的细胞分装到C瓶中，用_处理，然后配制成_，再分装。 (5)在C瓶中正常培养了一段时间后，发现细胞全部死亡，原因是_。,【答案】 (1)动物胚胎或幼龄动物的器官、组织 (2)剪碎组织 胰蛋白(或胶原蛋白) 使细胞与培养液充分接触 (3)葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清 10 原代培养 (4)胰蛋白酶 细胞悬液 (5)细胞没有发生癌变,1动物细胞融合 (1)概念：两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。 (2)原理：生物膜的流动性。 (3)方法：聚乙二醇、灭活的病毒、电激等。 (4)意义：突破有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能；成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段；制备单克隆抗体。,考点120 关注生物新技术动物细胞融合与单克隆抗体,2单克隆抗体 (1)取相应B细胞前必须先注射相应抗原，形象地说先“打针”，否则失败。 (2)诱导融合的两种细胞名称及作用：免疫过的B淋巴细胞(浆细胞)产生抗体，骨髓瘤细胞无限增殖。 (3)诱导融合与原生质体融合的不同方法： 动物细胞诱导融合的特有方法灭活的病毒诱导。,(4)两次筛选的目的及方法：在特定的选择培养基上，未融合的亲本细胞(浆细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞(BB融合细胞、瘤瘤融合细胞)都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交瘤细胞)才能生长。这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产生单一的特异性抗体。 经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞(很多种杂交瘤细胞)，需经克隆化培养和抗体检测，经多次筛选后就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。 (5)两种培养提取场所： 体外培养培养液提取； 体内小鼠腹腔中培养小鼠腹水中提取。,【拓展提升】 植物体细胞杂交和单克隆抗体制备的比较,【对位训练】51975年科学家首次利用B淋巴细胞杂交瘤技术制备出单克隆抗体。请据图回答问题：,(1)病原体注入小鼠体内后，要经过_细胞处理后，才能被免疫细胞识别。 (2)制备单克隆抗体所用的B淋巴细胞一般从脾中采集，然后以_作诱导剂，使B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合。通过筛选和克隆培养，获得的杂交瘤细胞具有_的特点。 (3)单克隆抗体的特点是_。根据上图写出应用杂交瘤技术获得单克隆抗体的两种主要方法_ _。,【答案】(1)吞噬 (2)灭活的仙台病毒或聚乙二醇 既能产生特异性抗体，又能无限增殖 (3)特异性强、纯度高(或：专一性强、灵敏度高) 体外培养法和动物体内培养法 【解析】灭活的仙台病毒和聚乙二醇均可诱导动物细胞融合。杂交瘤细胞同时具有两个亲代细胞的遗传特性。可以在体外也可以在体内培养杂交瘤细胞获得单克隆抗体。,1概念：动物细胞核移植是将动物的细胞核移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。,考点121 关注生物学热点内容动物细胞核移植与克 隆技术引起的伦理问题,2操作流程,3考点解读 (1)原理：动物细胞核的全能性(不能说动物细胞全能性)。 (2)卵母细胞选择时期及原因：减中期的卵母细胞，此时具备受精能力，细胞质中合成与分裂、分化有关的物质能刺激融合后重组细胞进行分裂分化，形成重组胚胎。 (3)选卵细胞作为受体细胞的原因：大，易于操作；卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养；能激发重组细胞分裂分化。,(4)供体细胞：取供体动物的体细胞培养，一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。 (5)动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体，原因是动物体细胞的全能性受到限制。用体细胞核移植技术能够得到克隆动物，说明动物体细胞的细胞核具有全能性。 (6)该过程用到的技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植。,(7)核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本不同的原因： 克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本，所以与植物组织培养不同(只来自于一个亲本)，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，染色体变异导致性状改变。 外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。,4应用及存在问题 (1)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、克隆器官用于移植等。 (2)存在问题：成活率低；克隆动物的健康问题；克隆动物食品的安全性问题。,5克隆人 (1)过程 (2)分类,6.克隆技术引发的伦理问题,【对位训练】 6.下列有关设计试管婴儿的说法正确的是( ) A.不适合的胚胎可以随意处理 B.设计试管婴儿利用了体外受精技术、胚移植技术和植入前胚胎遗传学诊断技术 C.设计试管婴儿必须得到政府的审批而试管婴儿则不需要，这是因为前者技术复杂有一定的危险性，而后者技术上已经很成熟 D.试管婴儿是有性生殖，设计试管婴儿是无性生殖 【答案】B,考纲能力 利用所学知识解决生产实践的能力 考题1 (经典高考题海南)某二倍体植物是杂合子，下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：,1.组织培养在实践中的应用,(1)图中表示的是该花粉培养过程中的_过程，表示的是_过程，X代表的是_，表示的是_过程，表示的是诱导_过程。 (2)图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中_的种类及其浓度配比，最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为_植株(甲)。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有_。,(3)对植株甲进行_，才能使其结实产生后代(乙)，否则植株甲只有通过_的方式才能产生后代(丙)。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是_植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为_种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为_种。花药培养在育种上的特殊意义是_，从而开辟育种新途径。 【答案】(1)脱分化 再分化 胚状体 分化(或发育) 生根 (2)植物激素 单倍体 细胞全能性 (3)染色体加倍 无性繁殖 乙(或经过染色体加倍的) 1 多 缩短育种周期,【解析】花药中未成熟花粉，经过脱分化形成愈伤组织，通过再分化形成具有根和芽的胚状体，再通过细胞分裂、分化发育成一个完整的个体。在再分化过程中，愈伤组织是先生根还是先生芽取决于培养基成分中植物激素(细胞分裂素和生长素)的种类和浓度配比，这一过程形成的个体由生殖细胞直接发育而成，称作单倍体，前提是生殖细胞(花粉)中具有发育成完整个体的全部遗传物质，具有全能性。,二倍体的单倍体只含有一个染色体组，高度不育，只能通过无性生殖产生下一代；只有通过染色体加倍后，形成二倍体，才能够结实产生后代。乙为二倍体且是纯合子，丙为单倍体，能产生可育花粉的是乙，每株只产生1种基因组成的花粉。而乙群体是由多种基因型的个体组成，能够产生多种基因组成的花粉，单倍体育种2年就可完成，最大的优点就是缩短了育种年限。,考纲能力 对生物学问题进行初步探究能力 考题2 动物细胞培养中需要经常转换培养基即“转管“，以下原因说明不符合实际的是( ) A.正常细胞贴壁生长一段时间后能形成单层细胞 B.由于考虑到氧气等供应而在培养瓶中加入的培养基不是很多，出现营养供给不足现象,2.动物细胞培养在实践上的应用,C.由于活细胞中产生一些代谢产物对细胞自身有毒害作用，需要定时转管加以清除 D.细胞长到一定阶段，换成促分化培养基，诱导产生各种组织、器官或系统，直至产生动物新个体 【答案】D,【典例1】 试管婴儿、试管苗和克隆羊这三者可以说是现代生物科技的杰出成果，下列对其生物学原理及技术的叙述，正确的是( ) A都属于无性生殖 B都属于细胞工程的某些技术 C都不会发生基因重组 D都体现了分化的细胞具有全能性,1.对克隆、组织培养和试管动物(婴儿)区分不清,纠错笔记 【答案】B,【解析】试管婴儿的原理为有性生殖，但该过程需要动物细胞培养和胚胎移植等技术；试管苗是植物组织培养的结果，体现了细胞的全能性；克隆羊利用了核移植技术，体现了动物细胞核的全能性。在三项成果中，试管婴儿培育的第一步是体外人工授精，而参与受精的精子和卵细胞在经减数分裂形成的过程中都会发生基因重组，综合以上分析，只有B项叙述正确。,错因分析 对题干中三种技术手段的繁殖方式、遗传物质的来源及用途辨析不清。,【典例2】 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 ( ),2.对植物细胞工程和动物细胞工程辨析不清,A1 B2 C3 D4 【答案】B 【解析】动物细胞工程的技术手段是动物细胞培养、动物细胞融合、动物体细胞核移植，单克隆抗体是细胞融合的特殊应用。植物细胞壁的去除应使用纤维素酶和果胶酶。,纠错笔记 (1)核移植和植物体细胞杂交产生的后代中都含有两个亲本的遗传物质，植物组织培养和人工种子产生的后代中都只含一个亲本的遗传物质。 (2)植物细胞培养中去掉细胞壁的原因是这层细胞壁阻碍了植物体细胞杂交融合，动物细胞培养中用胰蛋白酶处理动物组织的目的是使组织分散成单个细胞。,
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