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[觀考情 考綱考頻] 1.植物的組織培養(yǎng)(Ⅱ)[3年4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3考],專題2 細胞工程(克隆技術),一、植物細胞工程 1．細胞工程的概述 (1)原理方法：細胞生物學和分子生物學的原理和方法。 (2)操作水平： 。 (3)目的：按照人的意愿來改變細胞內的 或獲得__________。,細胞水平或細胞器水平,遺傳物質,細胞產品,2．植物細胞的全能性 (1)概念：具有某種生物全部 的作何一個細胞，都具有發(fā)育成 的潛能。 (2)原理：細胞內含有本物種的 。 (3)全能性表達條件：具有完整的細胞結構，處于 狀態(tài)，需要一定的 和其他適宜外界條件。 3．植物組織培養(yǎng)技術 (1)原理：植物細胞具有 。 (2)過程：,遺傳信息,完整生物體,全部遺傳信息,離體,營養(yǎng)、激素,全能性,[解惑] 在愈傷組織的誘導階段要進行暗培養(yǎng)，有利于細胞的脫分化產生愈傷組織；當愈傷組織分化出芽和葉時，一定要有光照，有利于葉片內葉綠素的合成。,4．植物體細胞雜交 (1)概念：指將不同種的植物體細胞在一定條件下融合成_________，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。 (2)原理：細胞膜的 和植物細胞的 。 (3)過程,雜種細胞,流動性,全能性,(4)意義：克服 的障礙，培育作物新品種。,遠緣雜交不親和,5．植物細胞工程的應用 (1)植物繁殖的新途徑： 。 (2)作物新品種的培育：單倍體育種和 的利用。 (3)細胞產物的工廠化生產：利用 技術生產蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料和生物堿等。 二、動物細胞工程 1．動物細胞工程的技術手段：動物細胞培養(yǎng)、動物體細胞核移植、動物細胞融合、生產單克隆抗體等。 是動物細胞工程的基礎。,微型繁殖、作用脫毒和人工種子,突變體,植物組織培養(yǎng),動物細胞培養(yǎng),2．動物細胞培養(yǎng) (1)概念：指從某個動物體中取出相關組織，將它分散成_________，然后放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和增殖的技術手段。 (2)原理： 。 (3)過程,單個細胞,細胞增殖,(4)培養(yǎng)條件 ①無菌、無毒：通常在培養(yǎng)液中添加一定量的 ，以防培養(yǎng)過程中的污染。此外，定期 ，以便清除代謝產物，防止代謝產物積累對細胞自身造成危害。 ②營養(yǎng)：除糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素之外通常還需加入 等天然成分。 ③適宜溫度和pH：溫度為 ，pH為7.2～7.4。 ④氣體環(huán)境：CO2和O2。O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是 。,抗生素,更換培養(yǎng)液,血清、血漿,36.50.5 ℃,維持培養(yǎng)液的pH,3．動物體細胞克隆 (1)過程：動物體細胞克隆包括 和 兩個過程。 (2)原理是 。 (3)核移植分類： 移植和體細胞核移植。 (4)核移植過程(以高產奶?？寺槔?,動物細胞核移植,胚胎移植,動物細胞核具有全能性,胚胎細胞核,(5)選用去核卵母細胞的原因： ；卵母細胞細胞質多， ，含有 的物質。 (6)體細胞核移植技術存在的問題： 。 4．動物細胞融合及單克隆抗體制備 (1)動物細胞融合原理： 。 (2)動物細胞融合方法：物理法(離心、振動、電激)、化學法和_________________。 (3)意義 ①打破種間關系，克服遠緣雜交不親和的障礙。 ②是研究細胞遺傳、細胞免疫、腫瘤和生物新品種培育等的重要手段。 ③為雜交瘤細胞技術發(fā)展與單克隆抗體的制備開辟了新途徑。,卵母細胞比較大，易操作,營養(yǎng)豐富,促進核全能性表達,克隆動物存在著健康問題、,表現出遺傳和生理缺陷等,細胞膜具有流動性,滅活病毒(生物法),5．單克隆抗體 (1)基本原理 ①一種淋巴細胞只產生一種 。 ②細胞融合技術產生的雜交瘤細胞可以保持 的特性。 ③雜交瘤細胞的篩選、體外培養(yǎng)大量增殖，以獲得所需抗體。,特異性抗體,親代雙方,(2)動物細胞融合應用：制備單克隆抗體，過程如下：,(3)單克隆抗體的特點： ，并可大量制備。 (4)應用 ①在理論研究中具有重要意義。 ②用于疾病的診斷、治療、預防，如單抗診斷試劑盒，具有簡單、快速、準確的優(yōu)點；“生物導彈”定向消滅癌細胞，不損傷健康細胞。,特異性強，靈敏度高,1．判斷關于植物細胞工程說法的正誤。 (1)理論上，每個正常活細胞都具有全能性(√) (2)再生出細胞壁是原生質體融合成功的標志(√) (3)植物的每個細胞在植物體內和體外都能表現出細胞的全能性() (4)愈傷組織是外植體脫分化和再分化后形成的() (5)植物體細胞雜交獲得的雜種植株含有兩個親本的全部遺傳信息(√),2．判斷關于動物細胞工程說法的正誤。 (1)傳代培養(yǎng)的細胞失去接觸抑制現象() (2)原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)都需要用胰蛋白酶處理(√) (3)雜交瘤細胞既能無限增殖，又能產生專一性抗體(√) (4)培養(yǎng)保留接觸抑制的細胞在培養(yǎng)瓶壁上可形成多層細胞() (5)動物細胞培養(yǎng)技術可用于轉基因動物的培育(√) (6)哺乳動物細胞體外培養(yǎng)時乳腺癌細胞易于乳腺細胞；胚胎細胞易于脂肪細胞(√),1．細胞全能性 (1)原理：細胞內含有本物種全部的遺傳信息。 (2)體內細胞全能性不表達的原因：基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達。 (3)細胞全能性表達的條件：完整細胞核，離體，無菌，一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜的外界條件。 (4)全能性大小： 植物細胞：受精卵生殖細胞體細胞。 動物細胞：受精卵生殖細胞胚胎干細胞體細胞核(動物細胞全能性受限制，但細胞核具有全能性)。,植物細胞工程,2．植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交的比較,[易錯易混] (1)雜種細胞形成的標志：新的細胞壁的生成；植物體細胞雜交的終點是培育雜種植株，而不是形成雜種細胞就結束。 (2)雜種植株遺傳物質的變化：雜種植株的變異類型屬于染色體變異，雜種植株的染色體數通常是兩親本細胞染色體數目之和，雜種植株屬于異源多倍體。,(3)細胞產物的工廠化生產 可以利用植物組織培養(yǎng)技術大量生產某些細胞產物，如蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。,1．(2013年高考新課標全國卷Ⅱ)甲、乙是染色體數目相同的兩種二倍體藥用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小組擬培育同時含有A和B的新型藥用植物。 回答下列問題： (1)為了培育該新型藥用植物，可取甲和乙的葉片，先用________酶和________酶去除細胞壁，獲得具有活力的________，再用化學誘導劑誘導二者融合。形成的融合細胞進一步培養(yǎng)形成__________組織，然后經過________形成完整的雜種植株。這種培育技術稱為________。 (2)上述雜種植株屬于多倍體，多倍體是指________________。 假設甲與乙有性雜交的后代是不育的，而上述雜種植株是可育的，造成這種差異的原因是___________________________。,(3)這種雜種植株可通過制作人工種子的方法來大量繁殖。經植物組織培養(yǎng)得到的________等材料用人工薄膜包裝后可得到人工種子。,解析：本題主要考查植物細胞工程的相關知識。(1)植物體細胞雜交技術的流程是先用纖維素酶和果膠酶將植物細胞最外層的細胞壁去除，獲得具有活力的原生質體，然后將甲、乙植物的原生質體用化學誘導劑誘導融合，形成融合細胞，再將融合細胞誘導脫分化，進一步培養(yǎng)形成愈傷組織，最后經過再分化形成完整的雜種植株。(2)在植物體細胞雜交過程中，甲、乙兩種植物的體細胞融合為四倍體細胞，四倍體細胞經組織培養(yǎng)形成四倍體植株，此植物體細胞由于含有三個或三個以上的染色體組，因此屬于多倍體。此四倍體由于含有2個甲植物的染色體組和2個乙植物的染色體組，減數分裂時聯會正常，可育。而甲、乙有性雜交的后代細胞中含1個甲植物的染色體組和1個乙植物的染色體組，減數分裂時聯會紊亂，不可育。(3)可將經植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽等材料用人工薄膜包裝后制成人工種子，這種雜種植株可通過制作人工種子的方法來大量繁殖。,答案：(1)纖維素 果膠 原生質體 愈傷 再分化(或分化) 植物體細胞雜交技術 (2)體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體 在減數分裂過程中，前者染色體聯會異常，而后者染色體聯會正常 (3)胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽,1．動物細胞培養(yǎng)與動物體細胞核移植,動物細胞工程,[易錯易混] (1)細胞核移植技術形成重組細胞并發(fā)育成一個新個體，體現了細胞核的全能性而非動物細胞的全能性。 (2)克隆屬于無性繁殖，產生新個體的性別、絕大多數性狀與供核親本一致。 (3)核移植技術獲得的動物與供核動物性狀不完全相同的原因：①克隆動物絕大部分DNA來自于供體細胞核，但其線粒體中的DNA來自于去核卵細胞。②性狀受基因與環(huán)境共同影響。③在個體發(fā)育過程中有可能發(fā)生基因突變，產生供核動物沒有的性狀。,2．單克隆抗體的制備 (1)原理：一個(或一種)漿細胞(效應B細胞、B淋巴細胞)只產生一種抗體，小鼠骨髓瘤細胞能夠無限增殖。因此雜交瘤細胞就具備了既有 ，又能大量產生 的特征。 (2)血清抗體與單克隆抗體,無限增殖,單一抗體,(3)單克隆抗體的制備,,(4)制備單克隆抗體過程中的兩次篩選,(5)獲取單克隆抗體的場所 ①若在培養(yǎng)基中進行雜交瘤細胞培養(yǎng)，則從 中提取。 ②若在小鼠或其他動物腹腔中培養(yǎng)，則從 中提取。 3．單克隆抗體的應用 (1)作為診斷試劑：準確識別各種抗原物質的細微差異，并與一定抗原發(fā)生特異性結合，具有準確、高效、簡易、快速的優(yōu)點。 (2)用于治療疾病和運載藥物：主要用于癌癥治療，可制成“生物導彈”，也有少量用于治療其他疾病。,培養(yǎng)液,腹水,2．(2013年高考海南卷)單純皰疹病毒Ⅰ型(HSV-1)可引起水泡性口唇炎。利用雜交瘤技術制備出抗HSV-1的單克隆抗體可快速檢測HSV-1。 回答下列問題： (1)在制備抗HSV1的單克隆抗體的過程中，先給小鼠注射一種純化的HSV1蛋白，一段時間后，若小鼠血清中抗________的抗體檢測呈陽性，說明小鼠體內產生了__________反應，再從小鼠的________中獲取B淋巴細胞。將該B淋巴細胞與小鼠的________細胞融合，再經過篩選、檢測，最終可獲得所需的雜交瘤細胞，該細胞具有的特點是_________________________________。 (2)若要大量制備抗該蛋白的單克隆抗體，可將該雜交瘤細胞注射到小鼠的________中使其增殖，再從________中提取、純化獲得。 (3)通過上述方法得到的單克隆抗體可準確地識別這種HSV1蛋白，其原因是該抗體具有________和________等特性。,解析：(1)制備單克隆抗體時，需要先給小鼠注射特定抗原(HSV1蛋白)，當小鼠血清中抗HSV1蛋白的抗體檢測呈陽性時，就可從小鼠脾臟中獲取B淋巴細胞，將B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合，經過篩選和克隆化培養(yǎng)，最終獲得既能無限增殖又能產生專一抗體的雜交瘤細胞。(2)單克隆抗體的獲取有兩條途徑，一是從體外細胞培養(yǎng)液中提純獲得，二是將雜交瘤細胞注射到小鼠的腹腔中使其增殖，再從腹水中提取、純化獲得。(3)單克隆抗體具有特異性強、靈敏度高、純度高等特點。 答案：(1)HSV1蛋白 體液免疫 脾臟 骨髓瘤 無限增殖且產生專一抗體 (2)腹腔 腹水 (3)純度高 特異性強,1．動物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)的比較,動植物細胞工程的比較,2.植物體細胞雜交和動物細胞融合的比較,3．科學家用植物體細胞雜交方法，將番茄的原生質體和馬鈴薯的原生質體融合，成功地培育出了“番茄—馬鈴薯”雜種植株，如圖，其中①～⑤表示過程，英文字母表示細胞、組織或植株。據圖回答下列問題：,,(1)實現過程②的技術是________，在此之前使用__________酶處理細胞以除去細胞壁。如果將已除去細胞壁的植物細胞放入等滲溶液中，細胞是何形狀？__________。 過程②如放在神舟飛船上則更易進行，這是因為____________。,(2)若番茄細胞含m條染色體，馬鈴薯細胞含n條染色體，則“番茄—馬鈴薯”細胞內含________條染色體；若雜種細胞培育成為“番茄—馬鈴薯”植株為四倍體，則此雜種植株的花粉經離體培育得到的植株屬于________倍體植株。 (3)如果形成c細胞的a、b細胞都是番茄細胞，那么更簡單的得到番茄植株f的處理方法是__________________________________________。 (4)若a、b依次為小鼠骨髓瘤細胞和B淋巴細胞，那么該方案的目的是________________________。若將該方案用在SARS的研究和治療上，則從理論上講c細胞的制備可采用________細胞和________________________的融合。如果分析出了所產生抗體的氨基酸序列，則可采用________方法，以________________為原料合成出該SARS抗體的基因。,解析：(1)圖示②為原生質體融合，欲實現該融合過程應先用纖維素酶、果膠酶處理植物細胞，去除細胞壁；制備的原生質體在等滲溶液中應呈球形。 (2)細胞融合后，雜種細胞核內染色體數應為兩融合細胞染色體數之和。 (3)若a、b細胞為同種植物細胞，則可直接通過人工誘導多倍體方法處理a或b細胞的萌發(fā)種子或幼苗，即可獲得與融合細胞相同染色體組的多倍體。 (4)若a、b依次為小鼠骨髓瘤細胞和B淋巴細胞，則進行該融合過程的目的是制備單克隆抗體。 答案：(1)原生質體融合 纖維素酶和果膠 呈圓球形 太空中無重力干擾，更易進行細胞融合 (2)m＋n 單 (3)用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗 (4)制備單克隆抗體 小鼠的骨髓瘤 SARS患者或康復者的B淋巴細胞 化學合成 脫氧核苷酸,[例1] 下圖是細胞融合示意圖，請據圖回答： (1)過程①②應使用________處理細胞，以去除植物細胞壁。 (2)過程③叫做________，該過程常用的誘導方法是________。 (3)過程④是細胞壁的再生過程，與此過程密切相關的細胞器是________。,植物細胞工程,,(4)⑤過程中進行的細胞分裂方式是________，該過程先誘導細胞分裂形成________，再由它分化形成雜種植物幼苗。 (5)若番茄細胞內含A個染色體，馬鈴薯細胞內含B個染色體，則番茄－馬鈴薯細胞內含________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 ________________________________________________________________________。,[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是誘導去壁后得到的原生質體融合。(3)植物細胞壁的形成與高爾基體有關。(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—馬鈴薯細胞內含有的染色體數是兩種植物染色體數之和即A＋B；番茄和馬鈴薯有性雜交得到的后代的染色體數是A/2＋B/2，此后代不可育，必須用秋水仙素處理幼苗。 [答案] (1)纖維素酶和果膠酶 (2)原生質體融合 物理和化學法(電激/聚乙二醇誘導) (3)高爾基體 (4)有絲分裂 愈傷組織 (5)A＋B (A＋B)/2 秋水仙素 克服遠緣雜交不親和的障礙,[例2] 科學家通過轉基因技術獲得了含有人生長激素基因的奶牛，如果要加速轉基因奶牛的繁育，可以對此轉基因奶牛進行克隆(如圖所示)。請結合圖示回答下列問題：,動物細胞工程,,(1)在進行細胞培養(yǎng)時，要對取自轉基因奶牛的組織細胞進行分離，形成單個細胞，這個過程中需要利用________酶處理。 (2)用于核移植的供體細胞，一般都選用傳代10代以內的細胞，原因是______________________________________。 (3)在進行原代培養(yǎng)時，細胞增殖的方式是________，此外，細胞增殖還表現出________和接觸抑制等特點。 (4)將進行培養(yǎng)的供體細胞注入去核的卵細胞中，去除卵母細胞細胞核的目的是______________________________________________。 (5)將重組細胞在培養(yǎng)液中培養(yǎng)成的重組胚胎移入受體母牛后，該母牛就會生出與供體奶牛遺傳物質相同的牛犢，但也不是100%地復制，原因最可能是___________________________________。 (6)上述動物細胞工程中涉及的技術有_______________。轉基因奶牛的克隆成功，說明了動物________具有全能性。,[解析] (1)實踐中常用胰蛋白酶處理動物組織細胞使其分離開來。(2)傳代10代以內的細胞代謝旺盛、分裂能力強，遺傳物質沒有發(fā)生改變，適于作為核移植的供體細胞。(3)在進行原代培養(yǎng)時，細胞以有絲分裂的方式進行增殖，同時表現出貼壁生長和接觸抑制的現象。(4)去除卵母細胞細胞核的目的是使克隆出的動物個體的遺傳物質幾乎全部來自供體細胞。(5)生物的性狀是細胞核基因和細胞質基因共同作用的結果，同時，生物的性狀還受環(huán)境因素的影響，因此，克隆動物不可能是供體奶牛100%的復制品。(6)該克隆動物的培育過程涉及核移植、動物細胞培養(yǎng)和胚胎移植等技術，說明了高度分化的哺乳動物體細胞的細胞核仍具有全能性。,[答案] (1)胰蛋白 (2)該種細胞代謝旺盛、分裂能力強，且遺傳物質沒有發(fā)生改變 (3)有絲分裂 貼壁生長 (4)使克隆出的動物個體的遺傳物質幾乎全部來自供體細胞 (5)①生物的性狀受細胞核基因和細胞質基因共同控制；②生物的性狀還受環(huán)境因素的影響 (6)核移植、動物細胞培養(yǎng)、胚胎移植技術 體細胞的細胞核,