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第34講 克隆技術(shù),突破1 植物細(xì)胞工程,突破2 動物細(xì)胞工程,總綱目錄,一、細(xì)胞工程 1.應(yīng)用的原理和方法:細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法。,2.操作水平:① 細(xì)胞 水平或細(xì)胞器水平。,3.目的:按照② 人的意愿 來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。 4.分類:根據(jù)操作對象的不同,分為③ 植物細(xì)胞工程 和動物細(xì)胞工 程。,1.原理:細(xì)胞的④ 全能性 。 (1)原因:生物的任何一個細(xì)胞都包含本物種的⑤ 全部遺傳信息 。 (2)全能性表達(dá)的條件:處于⑥ 離體 狀態(tài),提供一定的營養(yǎng)、⑦ 激素 和其他適宜的外界條件。,二、植物細(xì)胞工程,2.植物組織培養(yǎng)技術(shù) 離體的植物器官、組織或細(xì)胞 ⑨ 愈傷組織 根、芽 植物體,3.植物體細(xì)胞雜交技術(shù) (1)去壁:酶解法,所用酶為 纖維素酶和果膠酶 。 (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 聚乙二醇 (PEG)做誘導(dǎo)劑。 (3)植物體細(xì)胞雜交成功的標(biāo)志:雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。 (4)優(yōu)點(diǎn):克服 遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 。 (5)變異類型:染色體變異。,4.植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用 (1)植物繁 殖新途徑 (2)作物新品種的培育:單倍體育種、突變體的利用。 (3)細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn):利用 植物組織培養(yǎng) 技術(shù)生產(chǎn)蛋白 質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料和生物堿等物質(zhì)。,1.動物細(xì)胞培養(yǎng) (1)過程 (2)條件 a.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。,三、動物細(xì)胞工程,b.營養(yǎng)——糖、氨基酸、促生長因子、無機(jī)鹽和微量元素+ 血清 或血漿 等天然成分。 c.適宜的溫度(36.5±0.5 ℃)和pH(7.2~7.4)。,d.氣體環(huán)境——95%空氣+5%CO2(維持培養(yǎng)液的pH)。 (3)應(yīng)用:生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)品,如干擾素、疫苗、單克隆抗體;檢測并判斷某物 質(zhì)毒性的大小;臨床醫(yī)學(xué)研究。,2.動物體細(xì)胞核移植 (1)原理: 動物細(xì)胞核具有全能性 。 (2)過程,3.動物細(xì)胞融合與單克隆抗體制備 (1)誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合的方法:物理法——離心、振動、電激等;化學(xué)法 ——聚乙二醇;生物法—— 滅活的病毒 。 (2)單克隆抗體制備過程,(3)單克隆抗體的優(yōu)點(diǎn): 特異性強(qiáng) 、靈敏度高、可大量制備。 (4)單克隆抗體的應(yīng)用:作為診斷試劑;用于治療疾病和運(yùn)載藥物。 四、生物技術(shù)中的倫理問題,1.克隆人 (1)分類 a.生殖性克隆是指以 繁殖個體 為目的的克隆,即用于產(chǎn)生人類個體。 b.治療性克隆是指利用 核移植 技術(shù)獲得克隆人胚胎,然后從胚胎 中提取 干細(xì)胞 進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究,是利用克隆技術(shù)產(chǎn)生特定細(xì)胞和 組織(皮膚、神經(jīng)或肌肉等)用于治療性移植的克隆。 (2)中國態(tài)度: 禁止生殖性克隆人,不反對治療性克隆 。,2.試管嬰兒與設(shè)計試管嬰兒 (1)試管嬰兒:運(yùn)用體外受精和胚胎移植技術(shù)繁殖個體,目的是解決 不孕夫婦的生育 問題。 (2)設(shè)計試管嬰兒:體外受精獲得的胚胎在移植前進(jìn)行 遺傳學(xué)診斷 , 以便篩選出符合特定要求的胚胎。,1.乳腺細(xì)胞比乳腺癌細(xì)胞更容易進(jìn)行離體培養(yǎng)。 ( ),2.在愈傷組織培養(yǎng)中加入細(xì)胞融合的誘導(dǎo)劑,可獲得染色體加倍的細(xì) 胞。 ( ),3.棉花根尖細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)形成幼苗能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。 ( ),4.二倍體植株的花粉經(jīng)脫分化與再分化后能得到穩(wěn)定遺傳的植株。 ( ),5.植物的每個細(xì)胞在植物體內(nèi)和體外都能表現(xiàn)出細(xì)胞的全能性。 ( ),6.用人工薄膜將胚狀體、愈傷組織等分別包裝可制成人工種子。( ),?,?,√,?,?,?,8.未經(jīng)克隆化培養(yǎng)的細(xì)胞系細(xì)胞具有相同的性狀。 ( ),7.由多個祖細(xì)胞培養(yǎng)形成的細(xì)胞群為一個克隆。 ( ),9.由動物組織細(xì)胞培養(yǎng)到連續(xù)細(xì)胞系的過程,得到的細(xì)胞大多具有二倍 體核型。 ( ),10.培養(yǎng)哺乳動物胚胎的培養(yǎng)液,其成分較簡單,一般只需一些無機(jī)鹽和 有機(jī)鹽類即可。 ( ),11.動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可用于轉(zhuǎn)基因動物的培育。 ( ),?,?,?,?,√,1.細(xì)胞全能性 (1)原理:細(xì)胞含有本物種全部的遺傳信息。 (2)體內(nèi)細(xì)胞全能性不表達(dá)的原因:基因在特定的時間和空間條件下選 擇性表達(dá)。 (3)細(xì)胞全能性表達(dá)的條件:具完整細(xì)胞核;離體;無菌;一定的營養(yǎng)、激素 和適宜的外界條件。,突破1 植物細(xì)胞工程,(4)一般地,細(xì)胞全能性大小與細(xì)胞分化程度成反比。 (5)全能性大小: 植物細(xì)胞:受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞。 動物細(xì)胞:受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞核。 (動物細(xì)胞全能性受限制,但細(xì)胞核具有全能性),2.植物組織培養(yǎng)與體細(xì)胞雜交,知能拓展 影響植物組織培養(yǎng)的幾種主要因素 (1)植物激素:影響脫分化、再分化的重要因素為植物激素。當(dāng)細(xì)胞分 裂素與生長素共同使用時,能強(qiáng)烈地促進(jìn)愈傷組織的形成,兩者不同濃 度的配比在再分化過程中,分別對誘導(dǎo)根或芽的產(chǎn)生起關(guān)鍵作用。當(dāng)細(xì) 胞分裂素與生長素的濃度比高時,有利于芽的產(chǎn)生;濃度比低時,有利于 根的產(chǎn)生。 (2)光照:對于植物組織培養(yǎng),光照條件非常重要,包括光照強(qiáng)度、時間和 波長。但在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往往要暗培養(yǎng),而在愈傷組織分化出芽 和葉的過程中一定要有光照。愈傷組織誘導(dǎo)階段的暗培養(yǎng)有利于細(xì)胞 的脫分化產(chǎn)生愈傷組織,如果在光照條件下則容易分化產(chǎn)生維管等組 織,不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。,(3)無菌:培養(yǎng)基上的細(xì)菌等微生物比植物細(xì)胞具有更強(qiáng)的新陳代謝能 力,比植物細(xì)胞生長繁殖得更快,而且它們往往會產(chǎn)生毒素,使培養(yǎng)基上 的植物細(xì)胞死亡。因此,在培養(yǎng)過程中要求一系列的消毒、滅菌處理, 并且要求無菌操作。,3.單倍體育種和突變體利用的比較,1.(2018北京西城期末)通過植物組織培養(yǎng)可獲得完整幼苗。下列對此 過程的敘述,正確的是 ( ) A.花粉不含完整的基因組,不能培養(yǎng)成單倍體植株 B.選擇植物幼嫩的部分作外植體,更易誘導(dǎo)脫分化 C.植物組織培養(yǎng)過程中可發(fā)生基因突變和基因重組 D.植物組織培養(yǎng)過程不需添加有機(jī)碳源但需要光照,考向1 以基礎(chǔ)判斷或?qū)嵗治龅男问?考查植物的組織培養(yǎng),B,答案 B 花粉含有該植物的全套遺傳信息,可以經(jīng)花藥離體培養(yǎng)而培 養(yǎng)成單倍體植株,A錯誤;幼嫩部位的新陳代謝旺盛,分化程度低,更易誘 導(dǎo)脫分化過程發(fā)生,B正確;植物組織培養(yǎng)是無性生殖過程,不產(chǎn)生配子, 故在有絲分裂間期可發(fā)生基因突變,但無法發(fā)生基因重組,C錯誤;植物 組織培養(yǎng)過程中需要有機(jī)碳源,脫分化過程要嚴(yán)格避光,D錯誤。,2.(2017北京師大附中期中)下列有關(guān)植物組織培養(yǎng)的敘述,正確的是 ( ) A.愈傷組織是一團(tuán)有特定結(jié)構(gòu)和功能的薄壁細(xì)胞 B.二倍體植株的花粉經(jīng)脫分化與再分化后得到穩(wěn)定遺傳的植株 C.用人工薄膜將胚狀體、愈傷組織等分別包裝可制成人工種子 D.植物耐鹽突變體可通過添加適量NaCl的培養(yǎng)基培養(yǎng)篩選而獲得,D,答案 D 愈傷組織是一團(tuán)排列疏松而無規(guī)則、高度液泡化的、呈無 定形狀態(tài)的、具有分生能力的薄壁細(xì)胞,不具有特定的結(jié)構(gòu)和功能,A錯 誤;二倍體植株的花粉中只含一個染色體組,培養(yǎng)得到的個體為單倍體, 高度不育,B錯誤;人工種子中包裹的是再分化形成的胚狀體或不定芽、 頂芽和腋芽等,但不能是愈傷組織,C錯誤;用特定的選擇培養(yǎng)基可篩選 出所需的突變體類型,如可利用加適量NaCl的培養(yǎng)基對植物耐鹽突變 體進(jìn)行篩選,D正確。,考向2 以實例分析的形式,考查植物體細(xì)胞雜交 3.“白菜—甘藍(lán)”是用細(xì)胞工程的方法培育出來的蔬菜新品種,它具有 生長期短、耐熱性強(qiáng)和易于儲藏等優(yōu)點(diǎn)。如圖是“白菜—甘藍(lán)”的雜 交過程示意圖。以下說法正確的是 ( ),A.除去細(xì)胞壁形成原生質(zhì)體,可運(yùn)用的酶是纖維素酶、淀粉酶和果膠酶 B.通?？烧T導(dǎo)上述原生質(zhì)體相互融合的方法是PEG和滅活的病毒誘導(dǎo) C.雜種細(xì)胞形成的標(biāo)志是產(chǎn)生了新的細(xì)胞壁 D.愈傷組織形成“白菜—甘藍(lán)”植物體必須經(jīng)過脫分化和再分化兩個 過程,答案 C 用于除去植物細(xì)胞壁的酶有纖維素酶和果膠酶;植物體細(xì)胞 雜交過程中誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合不能用滅活的病毒;雜種細(xì)胞形成的標(biāo)志 是產(chǎn)生了新的細(xì)胞壁;愈傷組織形成“白菜—甘藍(lán)”植物體屬于再分化 過程。,4.下面為“番茄—馬鈴薯”的培育過程示意圖,請據(jù)圖回答下列問題: (1)若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交(即用番茄、馬鈴薯雜交)能否得到可育的雜種 植株?為什么? 。,(2)在利用雜種細(xì)胞培育雜種植株的過程中,運(yùn)用的技術(shù)手段是 ,依據(jù)的原理是 ,其中過程②稱為 技術(shù),與過程③密切相關(guān)的具有單層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器為 ,過 程④相當(dāng)于 ,過程⑤涉及的細(xì)胞分裂方式為 。 (3)已知番茄、馬鈴薯分別為四倍體、二倍體,則“番茄—馬鈴薯”屬 于 倍體植株。 (4)柴油樹種子含有的柴油是植物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物,可用植物組織培養(yǎng) 來實現(xiàn)柴油的工業(yè)化生產(chǎn)。若利用此技術(shù),將柴油樹細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)行到 (填字母編號)階段即可。,答案 (1)不能。不同種的植物存在生殖隔離 (2)植物組織培養(yǎng) 植物細(xì)胞的全能性 原生質(zhì)體融合 高爾基體 脫 分化 有絲分裂 (3)六 (4)e 解析 (1)番茄和馬鈴薯屬于兩種植物,存在生殖隔離,不能通過有性雜 交產(chǎn)生后代。(2)過程②是把a(bǔ)、b兩個原生質(zhì)體融合在一起,所以稱為 原生質(zhì)體融合。過程③是在融合的原生質(zhì)體外再生一層細(xì)胞壁,而植物 細(xì)胞壁的形成與高爾基體有關(guān)。過程④的結(jié)果是形成了愈傷組織,所以 ④為脫分化。(3)“番茄—馬鈴薯”屬于異源多倍體中的異源六倍體。 (4)柴油是植物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物,要實現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)需將柴油樹細(xì)胞 培養(yǎng)到愈傷組織階段,然后進(jìn)行提取。,突破2 動物細(xì)胞工程,1.動物細(xì)胞培養(yǎng)與動物體細(xì)胞核移植,2.細(xì)胞融合的過程分析 細(xì)胞融合的過程包括細(xì)胞膜融合、細(xì)胞質(zhì)融合和細(xì)胞核融合,其中細(xì)胞 膜融合是細(xì)胞融合的先導(dǎo),在細(xì)胞膜融合中體現(xiàn)出細(xì)胞膜具有一定的流 動性。,3.單克隆抗體的制備 (1)血清抗體與單克隆抗體,(2)制備單克隆抗體過程中的兩次篩選,(3)獲取單克隆抗體的場所 ①若在培養(yǎng)基中進(jìn)行雜交瘤細(xì)胞培養(yǎng),則從培養(yǎng)液中提取。 ②若在小鼠或其他動物腹腔中培養(yǎng),則從腹水中提取。,1.下列關(guān)于動物細(xì)胞培養(yǎng)、植物組織培養(yǎng)和微生物培養(yǎng)的敘述,正確的 是 ( ) A.培養(yǎng)基都需要加入瓊脂 B.所用的培養(yǎng)溫度都相同 C.都要經(jīng)歷脫分化和再分化過程 D.都需要無菌培養(yǎng)條件,考向1 以基礎(chǔ)判斷或?qū)嵗治龅男问?考查動物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)及應(yīng)用,D,答案 D 動物細(xì)胞培養(yǎng)所用培養(yǎng)基為液體培養(yǎng)基,不用添加瓊脂,A錯 誤;動物細(xì)胞培養(yǎng)、植物組織培養(yǎng)和微生物培養(yǎng)所需培養(yǎng)溫度不一定相 同,B錯誤;只有植物組織培養(yǎng)才要經(jīng)歷脫分化和再分化過程,C錯誤;動 物細(xì)胞培養(yǎng)、植物組織培養(yǎng)和微生物培養(yǎng)都需要無菌培養(yǎng)條件,D正 確。,2.(2016課標(biāo)全國Ⅱ)下圖表示通過核移植等技術(shù)獲得某種克隆哺乳動 物(二倍體)的流程。 回答下列問題: (1)圖中A表示正常細(xì)胞核,染色體數(shù)為2n,則其性染色體的組成可為 。過程①表示去除細(xì)胞核,該過程一般要在卵母細(xì)胞培養(yǎng)至適當(dāng) 時期再進(jìn)行,去核時常采用 的方法。②代表的過程是 。,(2)經(jīng)過多次傳代后,供體細(xì)胞中 的穩(wěn)定性會降低。因此,選材 時必須關(guān)注傳代次數(shù)。 (3)若獲得的克隆動物與供體動物性狀不完全相同,從遺傳物質(zhì)的角度 分析其原因是 。 (4)與克隆羊“多莉(利)”培育成功一樣,其他克隆動物的成功獲得也證 明了 。,答案 (1)XX或XY 顯微操作 胚胎移植 (2)遺傳物質(zhì) (3)卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會對克隆動物的性狀產(chǎn)生影響 (4)動物已分化體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性 解析 (1)因供體的性別不確定,故其細(xì)胞核內(nèi)的性染色體組成為XX或 XY;一般將卵母細(xì)胞培養(yǎng)到MⅡ中期,用顯微操作法將其細(xì)胞核去除;② 代表的過程是胚胎移植。(2)傳代培養(yǎng)10代以內(nèi)的細(xì)胞可以保持正常的 二倍體核型,超過10代以后,供體細(xì)胞中遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性會降低。(3) 克隆動物細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)來自卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì),細(xì)胞質(zhì)中的遺傳 物質(zhì)對克隆動物的性狀會產(chǎn)生影響。(4)克隆動物的成功獲得可以證明 動物已分化的體細(xì)胞的細(xì)胞核具有全能性。,3.將特定藥物與單克隆抗體相結(jié)合制成的“生物導(dǎo)彈”,能夠用于殺死 人類某些癌細(xì)胞。其過程如圖所示。下列相關(guān)敘述不正確的是 ( ) 抗癌藥物,考向2 以實例分析的形式,考查動物細(xì)胞融合與單克隆抗體的制備,A.①過程的原理和植物原生質(zhì)體融合的原理基本相同 B.經(jīng)①形成的雜交瘤細(xì)胞能無限增殖并產(chǎn)生單一抗體 C.②過程需要篩選并克隆單個雜交瘤細(xì)胞 D.抗體的靶向作用使③過程具有高度特異性,答案 B 細(xì)胞融合后,需經(jīng)過篩選才能獲得既能無限增殖,又能產(chǎn)生單 一抗體的雜交瘤細(xì)胞。,4.(2018北京東城期末)中國倉鼠卵巢細(xì)胞(CHO細(xì)胞)能夠高效表達(dá)外源 基因。科學(xué)研究中常使用重組CHO細(xì)胞(導(dǎo)入了重組載體的CHO細(xì)胞) 大量生產(chǎn)外源蛋白,一般步驟為:Ⅰ.長期傳代培養(yǎng),獲得大量重組細(xì)胞; Ⅱ.批式培養(yǎng),獲得大量外源蛋白。 (1)體外培養(yǎng)動物細(xì)胞的基本培養(yǎng)液(BM)中除抗生素和一般營養(yǎng)物質(zhì) 外,還應(yīng)含有 。為了獲得能生產(chǎn)抗體A的重組CHO細(xì)胞,需 要將含有抗體A基因的重組載體通過 法導(dǎo)入CHO細(xì)胞,經(jīng) 篩選獲得重組CHO細(xì)胞。 (2)研究發(fā)現(xiàn),酵母抽提物(YE)在動物細(xì)胞培養(yǎng)和促進(jìn)蛋白質(zhì)表達(dá)中具 有重要作用。為確定YE在不同培養(yǎng)階段的使用策略,研究人員進(jìn)行了 下列實驗。,①圖1所示實驗探究了在長期傳代培養(yǎng)階段 對重組 CHO細(xì)胞增殖以及抗體A表達(dá)量的影響。通過細(xì)胞計數(shù)和計算得出實 驗結(jié)果如圖2所示,結(jié)果說明 。此處理對后續(xù)批式培養(yǎng)中的細(xì)胞增殖及單個細(xì)胞的抗體產(chǎn)量基 本無影響。,圖1,圖2 ②進(jìn)一步探究YE對批式培養(yǎng)階段的影響,應(yīng)在階段Ⅰ、Ⅱ分別使用 和 進(jìn)行培養(yǎng)。結(jié)果表明,抗體A的總產(chǎn) 量隨著YE濃度的提高而增加。 ③綜上所述,為提高抗體A的總產(chǎn)量,整個培養(yǎng)過程中對YE的使用策略 是 。,答案 (1)動物血清 顯微注射 (2)①不同濃度的YE 較低濃度YE促進(jìn)細(xì)胞增殖,較高濃度YE抑制細(xì) 胞增殖 ②BM 添加不同濃度YE的BM ③傳代培養(yǎng)過程中添加低濃度YE,批式培養(yǎng)過程中添加高濃度YE 解析 (1)體外培養(yǎng)動物細(xì)胞,培養(yǎng)基中除了添加抗生素和一般營養(yǎng)物 質(zhì)外,還應(yīng)含有動物血清。因為要將重組載體導(dǎo)入動物細(xì)胞(倉鼠卵巢 細(xì)胞),所以應(yīng)采用顯微注射法。(2)①圖1實驗中后四組分別加入了1、 2、5、10 g/L 的YE,因此是探究了長期傳代培養(yǎng)階段不同濃度YE對重 組CHO細(xì)胞增殖以及抗體A表達(dá)量的影響。從圖2中可看出YE濃度為0 g/L時細(xì)胞數(shù)相對值(對照組)接近0.8,而YE濃度為1 g/L時細(xì)胞數(shù)相對值,高于對照組,YE濃度為2、5、10 g/L時,細(xì)胞數(shù)相對值低于對照組,因此 可得出結(jié)論:較低濃度YE促進(jìn)細(xì)胞增殖,較高濃度YE抑制細(xì)胞增殖。② 為了研究YE對批式培養(yǎng)階段的影響,應(yīng)在階段Ⅰ加入BM,階段Ⅱ加入 含不同濃度YE的BM。③在整個培養(yǎng)過程中,長期傳代培養(yǎng)應(yīng)加入低濃 度的YE,而批式培養(yǎng)應(yīng)加入高濃度的YE,保證各時期均能產(chǎn)生較多抗 體。,