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第42講 細胞工程,,第十二單元 現(xiàn)代生物科技專題,[考綱考頻] 1．植物的組織培養(yǎng) Ⅱ(3年8考) 2.動物的細胞培養(yǎng)與體細胞克隆 Ⅰ(3年6考) 3.細胞融合與單克隆抗體 Ⅱ(3年5考),,第十二單元 現(xiàn)代生物科技專題,一、細胞工程的概念 1．原理和方法：應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法。 2．操作水平：________水平或___________水平。 3．目的：按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的______________或獲得_______________。 4．分類：根據(jù)操作對象的不同，分為植物細胞工程和動物細胞工程。,細胞,細胞器,遺傳物質(zhì),細胞產(chǎn)品,二、植物細胞工程 1．原理：細胞的全能性。 (1)原因：生物的任何一個細胞都包含本物種的_____________________。 (2)全能性表達的條件：處于____________狀態(tài)，提供一定的營養(yǎng)、_______________和其他適宜外界條件。,全部遺傳信息,離體,激素,脫分化,愈傷組織,再分化,3．植物體細胞雜交技術(shù),(1)去壁：酶解法，所用酶為___________________。 (2)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合：物理法——離心、振動、電激等；化學(xué)法——常用_______________ (PEG)作誘導(dǎo)劑。 (3)植物體細胞雜交成功的標志：雜種細胞再生出_______________。 (4)優(yōu)點：克服______________________________。 (5)變異類型：染色體變異。,聚乙二醇,細胞壁,不同生物遠緣雜交的障礙,4．植物細胞工程的實際應(yīng)用 (2)作物新品種的培育：單倍體育種、突變體的利用。 (3)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：培養(yǎng)到_____________階段。,優(yōu)良品種的遺傳特性,分生區(qū),胚狀體,不定芽,愈傷組織,三、動物細胞工程 1．動物細胞培養(yǎng)：其他動物細胞工程技術(shù)的基礎(chǔ)。 (1)過程,原代,傳代,(2)條件 ①無菌、無毒的環(huán)境——無菌處理、加抗生素殺菌、定期更換培養(yǎng)液。 ②營養(yǎng)——糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽和微量元素＋_______________等天然成分。 ③適宜的溫度(36.5±0.5 ℃)和pH(7.2～7.4)。 ④氣體環(huán)境——95%空氣＋_______________ (維持培養(yǎng)液的_______________)。 (3)應(yīng)用：生產(chǎn)細胞產(chǎn)品，如干擾素、疫苗、單克隆抗體；檢測并判斷某毒性物質(zhì)毒性的大??；臨床醫(yī)學(xué)研究。,血清或血漿,5%CO2,pH,2．動物體細胞核移植 (1)原理：__________________________。 (2)過程,去核卵母細胞,重組細胞,遺傳物 質(zhì),動物細胞核具有全能性,3．單克隆抗體制備 (1)誘導(dǎo)動物細胞融合的方法：物理法——離心、振動、 _______________等；化學(xué)法——_______________；生物法—— __________________。 (2)單克隆抗體制備過程,電激,聚乙二醇,滅活的病毒,腹水,雜交瘤細胞,所需抗體,選擇性,(3)單克隆抗體的優(yōu)點：_______________、靈敏度高、可大量制備。 (4)單克隆抗體的應(yīng)用：作為_______________；用于治療疾病和運載藥物。,特異性強,診斷試劑,C,A．該育種過程所依據(jù)的原理有基因突變和植物細胞具有全能性 B．過程①②的培養(yǎng)基中，不同植物生長調(diào)節(jié)劑的濃度比例不同 C．白三葉草愈傷組織和胚狀體的細胞中DNA和RNA種類相同 D．過程③通常采用的篩選方法是向白三葉草幼苗噴灑除草劑,解析：圖示為應(yīng)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)中誘導(dǎo)愈傷組織細胞發(fā)生基因突變，經(jīng)過篩選后培育為新品種的過程，故依據(jù)的原理有基因突變和植物細胞具有全能性；過程①表示脫分化、過程②表示再分化，不同的過程需要調(diào)節(jié)生長素和細胞分裂素或其類似物的不同比例；胚狀體的形成經(jīng)過了再分化，因基因的選擇性表達，胚狀體細胞與愈傷組織細胞相比，DNA相同，RNA不完全相同；過程③要篩選出抗除草劑的白三葉草，因此需向白三葉草幼苗噴灑除草劑，觀察其能否正常生長。,2．(2014·高考浙江卷)下列關(guān)于動 物細胞 培養(yǎng)的敘述，正確的是( ) A．連續(xù)細胞系的細胞大多具有二倍體核型 B．某些癌細胞在合適條件下能逆轉(zhuǎn)為正常細胞 C．由多個祖細胞培養(yǎng)形成的細胞群為一個克隆 D．未經(jīng)克隆化培養(yǎng)的細胞系細胞具有相同的性狀 解析：連續(xù)細胞系是發(fā)生轉(zhuǎn)化了的細胞系，大多數(shù)具有異倍體核型，A錯誤；癌細胞在合適條件下可以發(fā)生不定向 的基因突變而逆轉(zhuǎn)為正常細胞，B正確；由一個單細胞培養(yǎng) 形成的細胞群為一個克隆，C錯誤；未經(jīng)克隆化培養(yǎng)的細胞 系具有異質(zhì)性，D錯誤。,B,3．新技術(shù)的建立和應(yīng)用對生物學(xué)發(fā)展至關(guān)重要。下列技術(shù) (或儀器)與應(yīng)用匹配正確的是(多選)( ) A．PCR技術(shù)——擴增蛋白質(zhì) B．雜交瘤技術(shù)——制備單克隆抗體 C．光學(xué)顯微鏡——觀察葉綠體的基粒 D．花粉離體培養(yǎng)——培育單倍體植物 解析：A項，PCR技術(shù)的應(yīng)用是擴增基因，而不是 蛋白質(zhì)；B項，雜交瘤技術(shù)的應(yīng)用是制備單克隆抗體，雜 交瘤細胞既能無限增殖，又能產(chǎn)生特異性抗體；C項，葉綠 體屬于顯微結(jié)構(gòu)，可用光學(xué)顯微鏡觀察，葉綠體中的基粒屬于亞顯微結(jié)構(gòu)，則需電子顯微鏡才能觀察；D項，培育單倍體植物主要利用的是花粉離體培養(yǎng)技術(shù)。,BD,4．利用細胞工程方法，以乙肝病毒衣殼蛋白為抗原，制備出單克隆抗體。下列相關(guān)敘述正確的是( ) A．用純化的衣殼蛋白反復(fù)注射到小鼠體內(nèi)，產(chǎn)生的血清抗體為單克隆抗體 B．體外培養(yǎng)免疫的B淋巴細胞可以獲得大量針對乙肝病毒的單克隆抗體 C．將等量免疫的B淋巴細胞和骨髓瘤細胞混合，經(jīng)誘導(dǎo)融合后的細胞均為雜交瘤細胞 D．利用該單克隆抗體與抗原特異性結(jié)合的方法，可診斷出乙肝病毒感染者,D,解析：單克隆抗體是效應(yīng)B細胞和骨髓瘤細胞誘導(dǎo)融合后經(jīng) 篩選形成的雜交瘤細胞產(chǎn)生的，A項方法獲得的抗體純度 低，不是單克隆抗體。B項中B細胞無法實現(xiàn)大量增殖。C項 中形成的細胞有三類：既有B細胞和骨髓瘤細胞融合在一起 的，又有兩個B細胞融合在一起的，還有兩個骨髓瘤細胞融 合在一起的。D選項利用抗原和抗體發(fā)生的特異性結(jié)合反 應(yīng)，檢測人體是否感染了乙肝病毒，D項正確。,考點一 植物細胞工程,考點二 探究動物細胞培養(yǎng)與動物體細胞核移植的不同點,考點三 動物細胞融合和單克隆抗體,1．植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交的區(qū)別與聯(lián)系,考點一 植物細胞工程,細胞的全能性,細胞膜具有一定的流動性和細胞的全能性,愈傷組織,根、芽或胚狀體,原生質(zhì)體A 原生質(zhì)體B,融合的原生質(zhì)體AB,雜種細胞AB,不同種的植物體細胞融合后形成雜種細胞,植物組織培養(yǎng),植物體細胞雜交,植物體細胞雜交,2.單倍體育種和突變體的利用的不同點,染色體變異,產(chǎn)生新基因，大幅度改良某些性狀,明顯縮短育種年限,基因突變,深度思考 1．利用白色鏈霉菌進行細胞融合時，應(yīng)怎樣去除菌體的細胞壁，獲取原生質(zhì)體？ ___________________________ 2．脫分化形成愈傷組織的過程不需要光，再分化過程需要 光，其原因是什么？ ___________________________ 3．若工廠化生產(chǎn)植物細胞產(chǎn)物(如香料、生物堿等)時，應(yīng)將外植體培養(yǎng)到哪一階段即可？一般要采用哪種培養(yǎng)基？不斷通入無菌空氣并進行攪拌的目的是什么？ ___________________________,4．人工種子依據(jù)的原理是什么？培育胚狀體利用了什么技 術(shù)？ ___________________________ 提示：1.使用溶菌酶。 2．因為愈傷組織利用有機營養(yǎng)成分，而試管苗需要進行光合作用以自養(yǎng)。 3．愈傷組織；液體培養(yǎng)基；保證氧氣的供應(yīng)，使細胞和培養(yǎng)液充分接觸。 4．植物細胞的全能性；植物組織培養(yǎng)。,1．(2015·山東師大附中三模)下圖是細胞融合示意圖，請據(jù)圖回答： (1)過程①②應(yīng)使用__________________處理細胞，以去除植物細胞壁。 (2)過程③叫做________________，該過程常用的誘導(dǎo)方法是_____________________________________。,纖維素酶和果膠酶,原生質(zhì)體融合,物理和化學(xué)法(電激、聚乙二醇誘導(dǎo)),(3)過程④是細胞壁的再生過程，與此過程密切相關(guān)的細胞器是____________。 (4)⑤過程中進行的細胞分裂方式是____________，該過程先誘導(dǎo)細胞分裂形成____________，再由它分化形成雜種植物幼苗。 (5)若番茄細胞內(nèi)含A個染色體，馬鈴薯細胞內(nèi)含B個染色體，則番茄—馬鈴薯細胞內(nèi)含________個染色體；若對番茄和 馬鈴薯采用雜交育種方法能成功的話，得到的后代應(yīng)含 ________個染色體，若要得到可育的番茄—馬鈴 薯，必須用________來處理幼苗。這兩種方法相比，體細胞 雜交方法的優(yōu)點是___________________________________。,高爾基體,有絲分裂,愈傷組織,A＋B,(A＋B)/2,秋水仙素,克服遠緣雜交不親和的障礙,解析：(1)過程①②表示用纖維素酶和果膠酶去除植物細胞 壁。(2)過程③是誘導(dǎo)去壁后得到的原生質(zhì)體融合。(3)植物細 胞壁的形成與高爾基體有關(guān)。(4)⑤過程表示先脫分化形成愈 傷組織，然后再分化形成試管苗。(5)植物體細胞雜交得到的 番茄—馬鈴薯細胞內(nèi)含有的染色體數(shù)是兩種植物染色體數(shù)之 和即A＋B；番茄和馬鈴薯有性雜交得到的后代的染色體數(shù)是 A/2＋B/2，此后代不可育，必須用秋水仙素處理幼苗。,考點二 探究動物細胞培養(yǎng)與動物體細胞核移植的不同點,原代,胰蛋白酶,傳代,去核卵母細胞,重組細胞,早期胚胎,細胞群,克隆動物,深度思考 1.動物細胞培養(yǎng)中兩次使用胰蛋白酶的作用有何不同？ ___________________________ 2.動物體細胞不能直接發(fā)育成完整個體的原因是什么？ ___________________________ 3.癌細胞增殖時會出現(xiàn)接觸抑制嗎？ ___________________________,4．分析下圖 (1)涉及到的細胞工程有哪些？ ___________________________ (2)重組細胞中的遺傳信息來自哪幾個細胞？ ___________________________,提示：1.第一次用胰蛋白酶處理剪碎的組織使之分散成單個細胞，第二次使貼壁細胞從瓶壁上脫落下來。 2．動物體細胞的全能性受到限制。 3．不會，因癌細胞能無限增殖。 4．(1)動物細胞培養(yǎng)、動物體細胞核移植、胚胎移植等。 (2)來自人體細胞、奶牛體細胞和卵母細胞3個細胞。,2．克隆豬成功率較低，與早期胚胎細胞的異常凋亡有關(guān)。Bcl-2基因是細胞凋亡抑制基因，用PCR技術(shù)可以檢測該基因轉(zhuǎn)錄水平，進而了解該基因與不同胚胎時期細胞凋亡的關(guān)系?？寺∝i的培育及該基因轉(zhuǎn)錄水平檢測流程如圖。,請回答： (1)圖中重組細胞的細胞核來自________細胞，早期胚 胎移入受體子宮后繼續(xù)發(fā)育，經(jīng)桑椹胚、囊胚和________胚 最終發(fā)育為克隆豬。 (2)在PCR過程中可檢測出cDNA中Bcl-2 cDNA的分子數(shù)，進而計算總mRNA中Bcl-2 mRNA的分子數(shù)，從而反映出Bcl-2基因的轉(zhuǎn)錄水平。 ①圖中X表示________過程。 ②從基因組數(shù)據(jù)庫中查詢Bcl-2 mRNA的核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列設(shè)計合成________用于PCR擴增，PCR過程第一輪循環(huán)的模板是_________________________________________________。,體,原腸,反轉(zhuǎn)錄,引物,Bcl-2 cDNA,解析：(1)重組細胞的細胞核來自優(yōu)良性狀的親本，據(jù)圖可 知，應(yīng)由良種豬提供細胞核，所以細胞核來自良種豬的體細 胞；早期胚胎發(fā)育過程經(jīng)歷了桑椹胚、囊胚和原腸胚等階 段。(2)①由圖可知，X過程是由總mRNA到cDNA的過程， 此過程屬于中心法則中的反轉(zhuǎn)錄過程。②PCR擴增需要的條 件是模板、原料、能量、酶和引物，而查詢Bcl-2 mRNA的 核苷酸序列的目的是合成相關(guān)的引物用于PCR擴增，模板就 是Bcl-2 cDNA。,1．植物體細胞雜交與動物細胞融合的不同點,考點三 動物細胞融合和單克隆抗體,細胞膜的流動性、細胞的全能性,細胞膜的流動性,纖維素酶和果膠酶,胰蛋白酶或膠原蛋白酶,物理法：離心、電激、振動；化學(xué)法：聚乙二醇等試劑誘導(dǎo),除物理法和化學(xué)法外，還可以用滅活的病毒誘導(dǎo),雜種植株,雜交細胞,克服了遠緣雜交的不親和性，獲得雜種植株,突破了有性雜交方法的局限，使遠緣雜交成為可能,2．探究單克隆抗體的制備過程,雜交瘤細胞,特定抗體的雜交瘤細胞,單克隆抗體,深度思考 1．動物細胞的融合過程中，滅活病毒為何可作為誘導(dǎo)劑？ ___________________________ 2．B淋巴細胞和骨髓瘤細胞經(jīng)細胞融合后的細胞類型有哪幾種？ ___________________________ 3．上圖單克隆抗體制備中有兩次篩選，其目的分別是什 么？ ___________________________ 4．體外培養(yǎng)和體內(nèi)培養(yǎng)最后如何才能提取到單克隆抗體？ ___________________________,提示：1.保持了其抗原性，但毒性消失。 2．①兩個B淋巴細胞的融合細胞。 ②兩個骨髓瘤細胞的融合細胞。 ③雜交瘤細胞。 ④B淋巴細胞。 ⑤骨髓瘤細胞。,3．(1)第一次篩選是將未融合的B淋巴細胞、骨髓瘤細胞以及BB融合、瘤瘤融合的細胞通過選擇培養(yǎng)基淘汰，篩選出B瘤融合的細胞。 (2)第二次篩選是將產(chǎn)生特定抗體的B瘤細胞通過細胞培養(yǎng)用相應(yīng)抗原檢測的辦法篩選出來。因為從體內(nèi)取免疫過的B淋巴細胞時取出很多種，形成的雜交瘤細胞有很多種，所以需篩選出產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細胞。 4．體外培養(yǎng)時從細胞培養(yǎng)液中提取，體內(nèi)培養(yǎng)則從小鼠腹水中提取。,3．H7N9型禽流感是全球首次發(fā)現(xiàn)的新亞型流感病毒，尚未納入我國法定報告?zhèn)魅静”O(jiān)測報告系統(tǒng)，H7N9型禽流感在世界各地大面積蔓延，有些國家還出現(xiàn)了死亡病例?？蒲泄ぷ髡哳A(yù)根據(jù)下面流程圖生產(chǎn)預(yù)防和治療H7N9流感的抗體，請據(jù)圖回答有關(guān)問題：,(1)給小鼠注射的抗原是______________________________________________， 將過程①獲得的B淋巴細胞直接和骨髓瘤細胞融合，將獲 得________(填“多種”或“一種”)雜交細胞，這些細胞 需在具有________作用的特定培養(yǎng)基上培養(yǎng)。促進融合過程的常用誘導(dǎo)劑是____________________________________。 (2)過程③代表經(jīng)選擇性培養(yǎng)的雜交瘤細胞，在進行________________和____________________后，獲得足夠數(shù)量的能夠產(chǎn)生所需抗體的細胞。,減毒或滅活的H7N9病毒,多種,篩選,滅活的病毒[或聚乙二醇(PEG)],克隆化培養(yǎng),專一抗體檢測陽性,(3)過程④將雜交瘤細胞在________________下大規(guī)模培養(yǎng)，提取大量的單克隆抗體，單克隆抗體最主要的優(yōu)點是__________________________________________________。 (4)單克隆抗體的主要作用是___________________________________________________ __________________________________________________。,體外條件,特異性強，靈敏度高，并可大量制備,作為診斷試劑；用于治療疾病和運載藥物(意思相同即可),解析：制備用于預(yù)防和治療H7N9禽流感的單克隆抗體，需用減毒或滅活的H7N9病毒作抗原，由于從脾中獲取的B淋 巴細胞不止一種，經(jīng)誘導(dǎo)劑聚乙二醇或滅活的病毒等誘 導(dǎo)融合，得到的是多種雜交瘤細胞，這些細胞需在特定的 選擇培養(yǎng)基中進行篩選，才能獲得能產(chǎn)生所需抗體的雜交 瘤細胞；經(jīng)選擇性培養(yǎng)的雜交瘤細胞，還需進行克隆化培養(yǎng) 和專一抗體檢測陽性，才能夠獲得足夠數(shù)量的產(chǎn)生所需抗 體的細胞；單克隆抗體具有特異性強、靈敏度高、可大量制 備等優(yōu)點；單克隆抗體可用于診斷疾病、藥物導(dǎo)向治療等方面。,易錯點 細胞工程中易出現(xiàn)的錯誤 [點撥] (1)表示植物細胞融合完成的標志是新的細胞壁的生成。 (2)植物體細胞雜交的終點是培育成雜種植株，而不是形成雜種細胞就結(jié)束。雜種植株的特征：具備兩種植物的遺傳特性，原因是雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質(zhì)。,(3)體細胞雜交即兩個細胞融合成一個細胞，不管染色體、基因組還是染色體組都采用直接相加的方 法。若一植物細胞含有2N條染色體，2個染色體組，基因型為 Aabb，另一植物細胞含有2M條染色體，2個染色體組，其基因型為 ccDd，則新植株應(yīng)為四倍體，其體細胞中染色體為2N＋2M，基 因型為AabbccDd。 (4)用體細胞雜交培育新品種的過程中，遺傳物質(zhì)的傳遞不遵循孟德爾的遺傳定律。只有有性生殖進行減數(shù)分裂 過程中才符合遺傳定律，而體細胞雜交沒有此過程。,(5)核移植技術(shù)獲得的動物與供核動物性狀不完全相同：①克隆動物絕大部分DNA來自于供體細胞核，但其核外線粒體中的DNA是來自于受體卵細胞。②性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果。供核動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)境不會 完全相同，其性狀也不可能和供核動物完全相同。③在個體 發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變，產(chǎn)生供核動物沒有的性 狀。 (6)制備單克隆抗體時選用一種抗原處理的B淋巴細胞與骨髓 瘤細胞進行細胞融合，產(chǎn)生雜交瘤細胞，它兼有兩個親本細 胞的特性——在體外培養(yǎng)條件下能不斷增殖，同時能產(chǎn)生出 某種特異性的抗體。,1．(2015·北京西城區(qū)期末T24A)棉花根尖細胞經(jīng)誘導(dǎo)形成幼 苗能體現(xiàn)細胞全能性。( ) 2．(2013·四川卷T1A)在誘導(dǎo)離體菊花莖段形成幼苗的過程 中，不會同時發(fā)生細胞的增殖和分化。( ) 3．愈傷組織是外植體通過脫分化和再分化后形成的。( ) 4．用纖維素酶和果膠酶水解法獲得的植物原生質(zhì)體失去了 全能性。( ) 5．再生出細胞壁是原生質(zhì)體融合成功的標志。( ) 6．在植物組織培養(yǎng)過程中，可以提取愈傷組織，經(jīng)過人工 薄膜包裝得到人工種子。( ),√,×,×,√,×,×,7．制備肝細胞懸液時先用剪刀剪碎肝組織，再用胃蛋白酶處 理。( ) 8．肝細胞培養(yǎng)過程中通常在培養(yǎng)液中通入5% 的CO2刺 激細 胞呼吸。( ) 9．小鼠骨髓瘤細胞染色體數(shù)為40，B淋巴細胞的染色體 數(shù)為 46，融合后形成的雜交瘤細胞DNA分子數(shù)為86。( ) 10．與“多利”羊等克隆哺乳動物相關(guān)的技術(shù)有 胚胎移植、細胞培養(yǎng)和核移植。( ) 11．植物原生質(zhì)體融合和動物細胞融合原理是相同的。( ) 12．(2011·江蘇卷T14B)體細胞雜交技術(shù)可用于克隆動物和制備單克隆抗體。( ),×,×,×,√,√,×,