课件44张PPT。专题2 细胞工程
2.1 植物细胞工程
2.1.1 植物细胞工程的基本技术一、细胞工程的含义细胞分子细胞细胞器遗传物质细胞产品植物动物二、植物细胞的全能性
1.含义:具有某种生物_____________的任何一个细胞,都具有
发育成___________的潜能。
2.表达过程:
(1)脱分化:让已分化的细胞经过诱导后,失去其特有的_______
_____而转变成未分化细胞的过程。
(2)再分化:脱分化产生的_________在一定的培养条件下,再分
化出_________,进而形成完整的小植株。全部遗传信息完整生物体结构和功能愈伤组织幼根和芽三、植物组织培养技术
1.理论基础(原理):_________________。
2.过程:植物细胞的全能性器官、组织或细胞愈伤组织再分化四、植物体细胞杂交技术
1.概念:将不同种的植物_______,在一定条件下融合成_____
_____,并把杂种细胞培育成___________的技术。 体细胞杂种细胞新的植物体2.过程:细胞壁原生质体融合细胞壁脱分化愈伤组织再分化体细胞融合组织培养3.融合成功的标志:杂种原生质体再生出_______。
4.意义:克服不同种生物_________的不亲和性。细胞壁远缘杂交1.判断正误
(1)植物的种子能发育成完整的植株,体现了细胞的全能性。
( )
【分析】因为种子中的胚已完成了早期发育,所以体现了新植
物体的幼体发育成完整植株的过程,相当于植物的长大。×(2)离体的植物组织在一定的培养条件下分化出根和芽的过程
属于脱分化。( )
【分析】离体的植物组织在一定的培养条件下,先脱分化形成
愈伤组织,然后再分化生出根和芽;而分化出根和芽的过程属于
再分化。
(3)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。( )
(4)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性。( )
【分析】植物原生质体融合的原理是细胞膜的流动性。×√×2.问题思考
(1)若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位,愈伤组织中是否会含有叶绿体?
提示:培养物经过诱导后,失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞,愈伤组织中不含有叶绿体。
(2)去除植物细胞壁为什么要用纤维素酶和果胶酶?
提示:因为植物细胞壁的化学成分是纤维素和果胶;酶具有专一性,纤维素酶和果胶酶能够催化分解细胞壁,而对细胞膜没有破坏作用。 一、植物细胞的全能性和脱分化、再分化过程
1.细胞的全能性:
(1)具有全能性的原因:一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质,都有发育成为完整个体所必需的全部基因。(2)表达全能性的能力大小(通常情况下):
①受精卵>配子>体细胞。
②植物细胞>动物细胞。
③具有持续分裂能力的细胞>不分裂的细胞。
④分化程度低的细胞>分化程度高的细胞。2.植物细胞全能性表达所需条件:
(1)体细胞未表现全能性的原因:基因的选择性表达。
(2)体现细胞全能性的条件:3.脱分化和再分化的比较【易错提醒】正确理解细胞的全能性
①全能性表达的标志:已分化的细胞能形成完整的个体。若只是形成某种组织或器官则不能体现全能性。
②全能性的原理:细胞具有发育成完整个体所必需的“全套”基因而不是“全部”基因,配子中有全套基因,因此同样具有全能性。【典例训练1】下列围绕有关细胞全能性的叙述,正确的是
( )
A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因
B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所含基因不同
D.紫色糯性玉米种子培育成植株,这反映植物种子具有全能性【解题关键】解答本题的关键:(1)全能性与全能性表达是两个不同的概念;(2)种子发育成个体,是正常生命历程,不属于细胞全能性的范畴。【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因,而配子也具有这样的全套基因,同样具有全能性,A项错误;植物体内细胞没有表现出全能性,这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果,C项错误;种子发育成植株,是正常生命历程,未反映全能性,D项错误。细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官,B项正确。【变式训练】植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是( )
①体细胞的全能性 ②离体的植物器官、组织或细胞
③丛芽 ④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙烯
⑥愈伤组织 ⑦再分化 ⑧脱分化 ⑨植物体
A.①、②⑧⑥⑦③⑨、④ B.①、②⑦⑥⑧③⑨、⑤
C.①、⑥③⑨⑧③⑦、⑤ D.①、②⑨⑧⑥⑦③、④【解析】选A。植物组织培养的原理是细胞的全能性;培养过程的顺序是离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织,愈伤组织再分化得到丛芽,最终形成植物体;所用激素是生长素和细胞分裂素。二、植物组织培养
1.概念分析:
(1)培养条件:①无菌和人工培养;②离体。
(2)过程:①脱分化;②再分化。
(3)目的:①获得细胞产品;②形成完整的植株。
2.原理:
植物细胞具有全能性(具有某种植物全套遗传信息的任何一个细胞,都具有发育成完整植株的潜能)。3.过程:
(1)外植体:用于植物组织培养的离体的器官、组织或细胞。
(2)脱分化:已经分化了的细胞,经过诱导,失去其特有的结构和
功能而转变成未分化细胞的过程。
(3)愈伤组织:细胞排列疏松而无规则,高度液泡化的呈无定形
状态的薄壁细胞团。
(4)再分化:脱分化产生的愈伤组织继续进行培养,又可以重新
分化成根或芽等器官的过程。(5)进行植物组织培养时应注意的五个问题:
①无菌:植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染,所有实验用具要严格灭菌,接种过程进行严格的无菌操作。
②取材:外植体的遗传特征、取材位置都会影响愈伤组织的再分化能力。
③营养比:培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质,其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。
④光照时期:愈伤组织培养最初避光培养,后期见光培养。
⑤培养顺序:试管苗培养,要先进行生芽培养,再进行生根培养,试管苗培养要在光照条件下进行。4.植物激素在植物组织培养中的作用:【易错提醒】植物组织培养并不是全程都需要光照
(1)光照条件包括光照强度、时间和波长等,对于植物组织培养来说非常重要。
(2)在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养(有利于细胞的脱分化产生愈伤组织,如果是在光照条件下,容易分化产生维管等组织,不利于产生大量的愈伤组织),而在再分化的过程中一定要有光照。【典例训练2】下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作,接入试管后,在一定条件下,形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题:(1)要促进细胞分裂生长,培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括 和小分子有机物,激素包括细胞分裂素和 两类植物激素。
(2)此过程依据的原理是 。A和B阶段主要进行的分裂方式是 ,B阶段除了细胞分裂外,还进行细胞 等。(3)此过程要无菌操作,主要是指对 进行灭菌消毒。B阶段需要光照,原因是 。
(4)试管苗的根细胞没有叶绿素,而叶的叶肉细胞具有叶绿素,这是 的结果。
(5)A、B两过程能否在同一培养基上进行? 。【解题关键】解答本题需具备以下知识:
(1)组织培养时培养基中的成分;
(2)组织培养的过程;
(3)组织培养时的注意事项。 【解析】植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中,培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物,还有供调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗,脱分化阶段细胞进行有丝分裂;再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗,此阶段需要光照,原因是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。由于细胞分裂素和生长素对脱分化、再分化的作用不同,因此需配制不同浓度比值的生长素、细胞分裂素培养基,通过转接以便顺利完成脱分化和再分化。答案:(1)无机物 生长素
(2)细胞的全能性 有丝分裂 分化
(3)培养基 芽发育成叶,叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件
(4)基因选择性表达 (5)不能三、植物体细胞杂交
1.植物体细胞杂交的障碍:
(1)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。
(2)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)。
2.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;染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数目之和,形成异源多倍体。3.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。
4.该技术的目的和优点:
(1)植物体细胞杂交的终点:是培育成杂种植株,而不是形成杂种细胞就结束。
(2)在育种上应用时最大的优点:克服远缘杂交不亲和的障碍。 【易错提醒】植物细胞融合的三点提醒
(1)依据:植物细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性。
(2)融合成功的标志:杂种细胞再生出细胞壁。
(3)融合细胞类型:体细胞融合成功后,将得到AB型、AA型和BB型三种细胞,但只有AB型是杂种细胞,因此,在细胞融合后还应有一个筛选杂种细胞的过程。【典例训练3】以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析回答:(1)①过程发生的化学变化是 。
(2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养,再经过②和③,c的细胞类型有 (不考虑三个或三个以上的细胞融合)。
(3)在采用化学法进行过程②时,一般是用 作为诱导剂。
(4)植物体细胞杂交与自然状况下的生殖细胞杂交相比,前者的主要意义是 。【解题关键】解答本题应注意以下几点:
(1)明确植物体细胞杂交的基本过程;
(2)明确获得的杂种植株中染色体组成情况;
(3)理解植物体细胞杂交的意义。 【解析】(1)体细胞杂交亦称为原生质体融合,是以植物体细胞为材料,经特殊的酶处理后,用去掉了细胞壁的裸细胞——原生质体为亲本,进行融合的一种新型的生物技术。
(2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养,经过细胞融合,c的细胞类型包括没有融合的细胞、相同细胞的融合和不同细胞的融合,即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。
(3)在采用化学法进行过程②时,一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。
(4)植物体细胞杂交的主要意义是克服了不同生物间远缘杂交不亲和的障碍。 答案:(1)纤维素和果胶发生水解(或者纤维素分解为葡萄糖,果胶分解为半乳糖醛酸)
(2)AA、BB、AAAA、BBBB、AABB
(3)聚乙二醇(PEG)
(4)克服了不同生物间远缘杂交不亲和的障碍【互动探究】
植物体细胞杂交获得的杂种植株一定能获得两个亲本的优良性状吗?为什么?
提示:不一定。两种植物细胞的基因集中到一个细胞中,基因间的表达可能相互影响:影响基因表达的因素发生了变化,基因表达的环境也发生了变化,导致一些基因不能表达,因此有的性状不能体现。【规律方法】区分植物组织培养与植物体细胞杂交的两种方法
(1)看后代:
①植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞,经培养使之增殖、分化成为一个完整植株,为无性生殖过程,因此其后代一般均能保持该亲本的遗传特性。
②植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体,在人为条件下进行诱导融合。由于植物细胞具有全能性,融合之后的杂种细胞可以再生出具有双亲性状的杂种植株。
(2)看关系:杂种细胞需经植物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种植株,否则将无任何意义,因此,植物组织培养是植物体细胞杂交的基础。 课件39张PPT。2.1.2 植物细胞工程的实际应用一、植物繁殖的新途径遗传特性高效快速产量和品质马铃薯性状分离气候地域二、作物新品种的培育
1.单倍体育种:
(1)方法:_____________。
(2)过程:
(3)优点:
①后代是纯合子,能_________。
②明显_____了育种年限。 花药离体培养单倍体纯合子稳定遗传缩短2.突变体的产生和利用:
(1)产生:在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不
断的_____状态而易受培养条件和外界压力(如射线、化学物质
等)的影响而产生_____。
(2)利用:筛选出对人们_____________,进而培育成新品种。
(3)实例:抗_________的甘蔗,抗_____的野生烟草、抗_______
的白三叶草等。分生突变有用的突变体花叶病毒盐碱除草剂三、细胞产物的工厂化生产
1.细胞产物的种类:_______、脂肪、糖类、_____、香料、
_______等。
2.生产的技术手段:_______________。
3.实例:人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现工厂化
生产。 蛋白质药物生物碱植物的组织培养1.判断正误
(1)脱毒苗就是抗毒苗。( )
【分析】脱毒苗是选择植物的茎尖(刚形成,不含有病毒)进行
组织培养而获得的,属于细胞工程的范畴。抗毒苗是把某抗病
基因导入到受体细胞中,并通过一定的方法培养形成的,属于
基因工程的范畴。×(2)单倍体育种的目的是获得单倍体本身。( )
【分析】单倍体育种的目的不是获得单倍体本身,因为单倍体
是高度不育的,在生产上没有实际价值,需诱导单倍体(种子阶
段或幼苗阶段)的染色体加倍。
(3)突变体育种的原理是基因突变。( )
【分析】植物组织培养过程中,培养细胞产生基因突变。突变
体育种就是筛选出对人们有用的突变体,培育成新品种。×√2.问题思考
(1)通过“人工种子”繁殖后代属于什么生殖方式?
提示:无性繁殖。
(2)在植物组织培养过程中,为什么培养细胞容易在培养条件和外界压力改变的条件下产生突变?
提示:因为培养细胞一直处于不断的分生状态。
(3)细胞产物的生产是将植物细胞培养到什么环节?
提示:愈伤组织。一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖:
(1)本质:微型繁殖只运用了植物组织培养技术,该过程只涉及有丝分裂,没有减数分裂,因而属于无性繁殖。
(2)优点:使用材料少,培养周期短,繁殖率高,便于自动化管理,有利于进行工厂化培养。2.作物脱毒:
(1)病毒的特点:病毒是寄生性生物,在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中,种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代,使其繁殖的子代感染病毒。
(2)材料的选取:据检测,植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的。如果未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗,用于生产,可以避免病毒对作物的影响,大大提高作物的产量。3.人工种子:
(1)组成:由胚状体、人工种皮两部分组成(有的资料上把人工种皮再细分为人工种皮和人工胚乳两部分)。如下图:(2)人工种皮的要求:
①能保持胚状体的活力,即要能透气、透水,含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等;
②有利于贮藏、运输和萌发,选取的材料要有韧性,耐压,对胚状体无毒害;
③还应含有农药和杀菌剂,以防播种后害虫及微生物的侵害;
④还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。
(3)制作人工种皮的材料:海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等。(4)胚状体的要求:
①播种后能快速出苗;
②根和芽同步生长,活力强;
③形成的幼苗的形态与生长要正常。(5)制备流程:
诱导植物愈伤组织的形成
↓
体细胞胚的诱导
↓
体细胞胚的成熟
↓
机械化包装
↓
储藏或种植(6)优点:
①解决了天然种子在遗传上由于减数分裂引起的重组现象造成的某些遗传性状的改变或繁殖能力差、结子困难等问题。
②实现种子的工厂化生产,克服天然种子在生产上受季节限制的问题,提高农业的自动化程度。
③试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服了这些缺点,人工种子外层是起保护作用的薄膜,类似天然种子的种皮,因此,可以很方便地贮藏和运输。
④用人工种子播种可以大大节约粮食。 【思维拓展】获取人工种子胚状体的三种途径
(1)由已脱分化的外植体直接产生。
(2)由愈伤组织产生。
(3)由悬浮细胞培养产生。【典例训练1】人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得到,也可以通过试管培养的花粉或胚囊获得,由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。请据此判断下列说法中不正确的是( )
A.人工种子的胚状体已经分化出胚芽、胚轴和胚根
B.培育胚状体利用了植物组织培养技术
C.同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为1∶1
D.该项技术的成功应用反映了细胞的全能性【解题关键】解答本题需注意以下两点:
(1)人工种子培育的原理和技术手段。
(2)体细胞与生殖细胞中染色体组数目的区别。【解析】选C。人工种子的培育利用了植物组织培养技术,获得具有胚芽、胚根、胚轴等结构的胚状体,在胚状体、不定芽等外部包上人工种皮得到,其原理是细胞的全能性。C项“体细胞胚”是由植物的体细胞经过脱分化和再分化形成的,“花粉胚”是由花粉经过脱分化和再分化形成的,因此同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为2∶1,所以C项是错误的。二、作物新品种的培育
1.单倍体育种:
(1)过程:花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→获得性状稳定遗传的植株。
(2)原理:植物细胞的全能性。
(3)方法:植物的组织培养技术及染色体变异。(4)优点:
①单倍体经过染色体加倍,获得的后代为纯合子,可明显缩短育种年限(一般为2年)。
②用单倍体作为转基因的受体,获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯合,避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。
(5)缺点:技术相当复杂,需要与杂交育种结合,其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持,多限于植物。2.体细胞诱变育种:
(1)过程:(2)原理:基因突变和植物细胞的全能性。
(3)优点:提高愈伤组织的突变率,可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种,加快了育种进程。
(4)缺点:
①突变不定向,需要处理大量突变材料。
②突变少利多害,符合人们需要、有利的品种比较少。 3.突变体的利用:
植物组织培养过程中,培养细胞一直处于不断的分生状态,容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。4.单倍体育种、基因工程育种和植物细胞工程育种的比较:【思维拓展】单倍体育种与多倍体育种的异同
(1)相同点:单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。
(2)不同点:单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗,但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。 【典例训练2】下图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图,请据图回答:(1)图中单倍体植株通常的获取方式是 。若图中单倍体细胞含2个染色体组,A有4个染色体组,则③过程所用化学试剂的作用是 。
(2)图中B和C过程的不同点是 ,这种不同主要的决定因素是 。
(3)若想在C过程中获得突变体,进而培育成新品种植株,应用物理诱变或化学诱变的方法处理 。(4)若要获得水稻的“人工种子”,则应选用图中的________
结构,该结构与正常受精卵形成的 有类似的结构和发育过程。
(5)若D为胡萝卜—羊角芹,②过程常用的物理方法有 等;经融合处理后,已经融合的细胞类型有 种(若融合的细胞只考虑两两融合)。【解题关键】解答本题应注意以下两点:
(1)明确植物组织培养的过程;
(2)明确愈伤组织和胚状体的重要应用。【解析】本题主要考查植物细胞工程的原理和应用。
(1)图中A过程表示单倍体育种,获取单倍体时常用花药离体培养的方法。若要使单倍体的染色体加倍,变成A植株,则需要在③过程中用秋水仙素处理幼苗,以抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成过程。
(2)图中B和C过程都是体细胞的组织培养,其不同点是B过程中形成的是胚状体,而C过程形成的是丛芽,这种不同主要的决定因素是细胞分裂素与生长素的比值。
(3)在组织培养过程中获得突变体,一般用物理诱变或化学诱变的方法处理愈伤组织,再由愈伤组织经再分化形成突变植株。(4)若要获得水稻的“人工种子”,则应选用图中的胚状体结构,该结构与正常受精卵形成的胚有类似的结构和发育过程。
(5)D为植物体细胞杂交的过程,②过程常用的物理方法有离心、振动、电激等;经融合处理后,已经融合的细胞类型有3种(只考虑两两融合):胡萝卜—胡萝卜融合细胞、羊角芹—羊角芹融合细胞和胡萝卜—羊角芹融合细胞。答案:(1)花药离体培养 抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成
(2)B过程中形成的是胚状体,而C过程形成的是丛芽 细胞分裂素与生长素的比值
(3)愈伤组织 (4)胚状体 胚
(5)离心、振动、电激 3【变式训练】在下列选项中,不需要采用植物组织培养技术的是( )
A.利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,获得多倍体植株
B.利用花药离体培养得到单倍体植株
C.利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株
D.利用细胞工程脱毒马铃薯
【解析】选A。A项中的植株是由有性生殖形成的种子发育而成的,只是利用秋水仙素诱导染色体数目加倍而形成多倍体。课件49张PPT。2.2 动物细胞工程
2.2.1 动物细胞培养和核移植技术一、动物细胞工程
1.常用技术手段:_____________、_______________、动物细
胞融合、生产单克隆抗体等。
2.技术基础:_________________。动物细胞培养动物细胞核移植动物细胞培养技术二、动物细胞培养
1.概念:从动物机体中取出相关的组织,将它分散成_________,
然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞___________。
2.培养过程:单个细胞生长和增殖胰蛋白酶细胞悬液原代培养3.相关概念:
(1)细胞贴壁:细胞悬液中分散的细胞___________上。
(2)细胞的接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到_____________时,
细胞_____________的现象。
(3)原代培养:指动物组织消化后的_________。
(4)传代培养:贴满瓶壁的细胞,出现_________后,需要重新用
_________等处理,然后分瓶继续培养,让细胞_________的培养
过程。贴附在瓶壁表面相互接触停止分裂增殖初次培养接触抑制胰蛋白酶继续增殖4.培养条件:
(1)无菌、无毒的环境:对_______和所有_________进行无菌处
理。
(2)营养培养液培养用具无机物：无机盐、_________等
有机物：糖、_______、___________、天然成分
血清、血浆等微量元素氨基酸促生长因子(3)温度和pH
(4)气体环境温度：_____________
pH：_________36.5±0.5 ℃7.2～7.4O2：是_________所必需的
CO2：维持___________细胞代谢培养液的pH5.应用:
连线表示动物细胞培养的应用及实例三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.动物核移植概念:
(1)供体:_____________________。
(2)受体:_____________________。
(3)结果:形成重组胚胎,发育成_________。
2.两种类型胚胎细胞核移植
_____________动物一个细胞的细胞核去掉细胞核的卵母细胞动物个体体细胞核移植3.体细胞核移植的过程:MⅡ期去核细胞融合胚胎移植基本相同4.体细胞核移植的应用前景:
(1)畜牧生产方面:加速家畜_________进程,促进_________
_____。
(2)保护濒危物种方面:增加动物的_________。
(3)医药卫生领域:转基因动物作为___________,生产医用蛋白。
(4)治疗人类疾病:转基因克隆动物细胞、组织和器官作为
_________的供体等。 遗传改良优良畜群繁育存活数量生物反应器异种移植5.体细胞核移植技术存在的问题:
(1)成功率_______。
(2)绝大多数克隆动物存在_________。
(3)对克隆动物食品的_______问题存有争议。非常低健康问题安全性1.判断正误
(1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性。( )
【分析】动物细胞培养只能获得大量细胞,不能得到生物个体,
不能体现动物细胞的全能性。
(2)动物细胞在培养的过程中一些细胞会发生遗传物质的变化。
( )×√(3)在动物细胞的培养过程中,培养液中可以不加入血清和血浆
等物质。( )
【分析】由于人们对动物细胞所需营养物质还没有完全搞清楚,
一般在培养液中还要加入血清、血浆等物质。×2.问题思考
(1)动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境?
提示:细菌、真菌和病毒等均可造成细胞培养环境的污染,而离体培养的细胞已失去了对微生物和有毒物质的防御能力,一旦受到污染或自身代谢物质积累等,培养的细胞就会死亡。
(2)在进行核移植时,为什么一般不选用生殖细胞作为供核细胞?
提示:因为生殖细胞的遗传物质相比正常体细胞的遗传物质减半。一、动物细胞培养
1.过程解读:(1)原理:细胞增殖。
(2)选材:一般取自幼龄动物的器官或组织,因为这些组织或器官的生命力旺盛,分裂能力强。
(3)将动物细胞分散成单个细胞培养的原因:
①保证细胞所需要的营养供应。
②保证细胞内有害代谢产物的及时排出。2.原代培养和传代培养辨析:
(1)含义不同:
①组织消化后的初次培养称为原代培养。
②细胞生长到贴满瓶壁时用胰蛋白酶处理,继续培养的过程称为传代培养。(2)细胞增殖特点不同:
①原代培养:细胞分裂旺盛,一般表现为细胞贴壁生长和接触抑制。
②传代培养:传至10代～50代左右时,细胞增殖缓慢,甚至完全停止,此时细胞普遍表现为衰老和凋亡特征,但也有少部分细胞会发生突变,会朝着等同于癌细胞的方向发展。
3.结果:动物细胞培养只能获得大量细胞,不能得到生物个体。【易错提醒】(1)培养动物细胞时没有脱分化的过程,因高度分化的动物细胞发育潜能变窄,失去了发育成完整个体的能力。
(2)癌细胞增殖时不存在接触性抑制,所以在培养瓶中可以形成多层细胞。 【典例训练1】(2013·南京高二检测)某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性,准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列有关说法正确的是
( )
A.在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时,可用胃蛋白酶处理
B.细胞培养应在CO2培养箱中进行,CO2的作用是作为细胞代谢原料
C.取甲细胞进行培养,传至10代～50代就会完全停止
D.乙细胞在原代培养过程中,最终会出现停止增殖的现象【解题关键】解答本题的关键有两点:
(1)正常细胞和癌变细胞增殖特点不同,前者会出现接触抑制现象,后者无限增殖。
(2)动物细胞培养条件中各种物质的作用不同,要注意区分,如CO2和O2作用不同。【解析】选D。A错,胃蛋白酶的最适pH大约为2,这一环境下细胞往往会受到破坏,不利于培养,所以一般用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶处理细胞;B错,培养液中CO2的作用是调节培养液的pH;C错,肝肿瘤细胞可以无限增殖;D对,正常肝细胞在原代培养过程中会出现接触抑制现象,停止增殖。【变式训练】一般来说,动物细胞体外培养需要满足的以下条件是( )
①无毒的环境 ②无菌的环境
③合成培养基需加动物血清 ④温度与动物体温相近
⑤需要O2,不需要CO2 ⑥CO2能调节培养液pH
A.①②③④⑤⑥ B.①②③④
C.①③④⑤⑥ D.①②③④⑥【解析】选D。动物细胞培养条件中是需要CO2的,它能调节培养液的pH。因此⑤是错误的,其余几项是正确的,即培养条件:(1)要保证无毒、无菌的环境;(2)配制成的合成培养基中要加动物血清,因为血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素及一些未知的营养物质;(3)要维持一定的气体环境(需要O2和CO2)和一定的温度、pH等。二、植物组织培养与动物细胞培养的异同【易错提醒】(1)植物组织培养可获得新个体,体现了细胞的全能性,而动物细胞培养只能得到细胞,没有体现细胞的全能性。
(2)植物组织培养中需要加入植物激素等促生长因子,而动物细胞培养基中需要加入血清、血浆。【典例训练2】某研究性学习小组同学在研究细胞工程时,列表比较了植物细胞工程和动物细胞培养的有关内容,其中错误的是( )【解题关键】解答本题时注意以下两点:
(1)植物细胞工程与动物细胞培养在培养基的性质和成分、培养的过程、培养的结果上是有区别的。
(2)植物细胞工程培养的结果是形成新的植株或组织,而动物细胞培养的结果是没有获得完整的新个体。【解析】选B。本题考查了植物细胞工程和动物细胞培养有关方面的比较。A项,去除细胞壁时用的是纤维素酶和果胶酶,而在动物细胞培养中采用胰蛋白酶处理组织分散成单个细胞。B项,植物细胞工程的原理是植物细胞的全能性和细胞增殖,动物细胞培养的原理是细胞增殖,没有体现出全能性,所以B项错误。C项,植物细胞工程可以高效快速地实现种苗的大量繁殖,利用动物细胞培养可以大规模生产病毒疫苗、干扰素等。D项,两者的培养基性质和成分是不同的。【误区警示】植物细胞工程实现的理论基础不只是细胞的全能性,还有细胞的增殖。获得植株的过程是通过有丝分裂实现的,最终体现了植物细胞的全能性。 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.过程分析:(1)原理:动物细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。因动物体细胞的全能性受到限制,不能经培养直接发育成完整个体。所以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。(2)供体和受体的选择:
①供体: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。②受体:去核的减Ⅱ中期的卵母细胞。
a.选取减Ⅱ中期的卵母细胞的原因:一方面细胞大,易于操作;卵黄多,营养丰富,为发育提供充足的营养。另一方面此时具备受精能力,细胞质中含有能刺激融合后重组细胞进行分裂分化并形成重组胚胎的物质。
b.去核的原因:保证克隆动物的遗传物质最大程度地来自有重要利用价值的动物。 2.克隆动物:
(1)性状与供体并不完全相同的原因:
①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质。
②生物的性状不仅与遗传物质有关,还受环境的影响。
(2)基因型与供体相同:核移植过程中细胞核只来自供体,因此核遗传物质是对供体核遗传物质的100%复制,其基因型与供体相同。
(3)克隆是一种无性繁殖方式。用核移植的方法获得的动物为克隆动物。 【思维拓展】克隆动物的遗传物质的两个来源
(1)核遗传物质来源于供核细胞。
(2)细胞质遗传物质来源于提供细胞质的细胞。 【典例训练3】科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛,如果要加速转基因奶牛的繁殖速度,可以对此转基因奶牛进行克隆(如下图所示)。(1)在进行细胞培养之前,要对取自转基因奶牛的组织进行分离,形成单个细胞,这一过程中需要利用 酶处理,不能用纤维素酶与果胶酶的原因是 。
(2)转基因奶牛的克隆成功,说明动物细胞的 具有全能性。
(3)将进行细胞培养的供体细胞核注入去核的卵母细胞中,去掉卵母细胞核的目的是__________________________________
___________________________________________________。(4)重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛体内会生出与供体奶牛遗传性状相同的犊牛,但也有可能出现性状上的某些差异,原因可能是? 。
(5)体细胞核移植技术得到的克隆牛从生殖方式上看属于
(选填“有性生殖”或“无性生殖”)。 【解题关键】解答本题需理解以下两点:
(1)明确图示体现的过程是动物细胞核移植,其理论基础是细胞核的全能性。
(2)克隆技术属于无性生殖,明确子代的性状表现除受遗传物质控制以外,还与外界环境有关。【解析】(1)对动物组织进行分离,用胰蛋白酶处理,才能形成单个细胞。因为酶具有专一性,所以不能用纤维素酶和果胶酶将动物细胞分散开。
(2)克隆动物的成功证明了动物细胞的细胞核具有全能性。
(3)去掉卵母细胞核后,重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核,其性状主要由供体细胞核决定。(4)重组细胞发育而来的犊牛与供体奶牛不完全相同,因为重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核,少量来自卵母细胞的细胞质,性状还受环境的影响。
(5)体细胞核移植没有经过两性生殖细胞的结合,所以从生殖方式上看属于无性生殖。答案:(1)胰蛋白 酶具有专一性
(2)细胞核
(3)使犊牛的性状主要由供体细胞核决定
(4)①生物的性状受细胞核和细胞质共同控制;②生物的性状还受环境因素的影响
(5)无性生殖【互动探究】
(1)图中人生长激素基因通常应该采取什么方法转入动物细胞?
提示:显微注射法。
(2)上题(4)中重组细胞在培养液中培养成重组胚胎的过程中遗传物质是否发生改变?为什么?
提示:遗传物质没有改变,因为这个过程中进行的是有丝分裂。 【规律方法】判断有性生殖与无性生殖的方法
(1)从概念上判断:有性生殖是经两性生殖细胞结合而成的合子发育成个体的生殖方式。无性生殖是指不经过两性生殖细胞的结合由亲本直接产生子代的生殖方式。
(2)从培养细胞的种类上判断:组织培养中培养的是生殖细胞时,属于有性生殖;组织培养中培养的是体细胞、组织或器官时,属于无性生殖。植物体细胞杂交和动物细胞核移植都属于无性生殖。 课件45张PPT。2.2.2 动物细胞融合与单克隆抗体一、动物细胞融合两个或多个动物细胞细胞杂交细胞膜的流动性杂交聚乙二醇(PEG)灭活的病毒细胞遗传细胞免疫新品种培育单克隆抗体远缘杂交二、单克隆抗体
1.传统抗体的获得:
(1)方法:
①向动物体内反复注射某种_____,使动物产生抗体;
②从动物血清中分离所需_____。
(2)缺陷:_______、纯度低、_________。 抗原抗体产量低特异性差2.单克隆抗体的制备:
(1)过程:骨髓瘤B淋巴细胞相互融合杂交瘤单克隆抗体(2)杂交瘤细胞的特点:
既能迅速_________,又能产生_________。 大量繁殖专一抗体3.单克隆抗体优点
4.应用:
(1)作为_________,具有准确、高效、简易、快速的优点。
(2)用于_________和_________。 ①_________
②_________
③产量大特异性强灵敏度高诊断试剂治疗疾病运载药物1.判断正误
(1)细胞融合技术与传统的有性杂交相比,其优越性在于能定
向地改造生物的性状。( )
【分析】基因工程能定向地改造生物的性状。细胞融合技术
与传统的有性杂交相比,其优越性在于克服远缘杂交不亲和的
障碍。
(2)制备单克隆抗体时,要选用已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细
胞融合形成杂交瘤细胞。( )×√(3)动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体能体现细胞的全能性。
( )
【分析】判断是否体现全能性的标志是看其是否能发育成完整
个体;杂交瘤细胞培养产生单克隆抗体是细胞水平上的克隆,不
能体现全能性。×2.问题思考
(1)诱导动物细胞融合与植物细胞杂交融合有什么不同?
提示:动物细胞融合能用灭活的病毒进行诱导。
(2)若不采用动物细胞融合的方法,能否生产出单克隆抗体?试简要说明。
提示:能。可从经免疫的B淋巴细胞中获取决定所需抗体的基因(目的基因),导入骨髓瘤细胞,然后培养骨髓瘤细胞并从培养液中提取分泌物,便可得到单克隆抗体。一、动物细胞融合
1.原理:细胞膜的流动性。2.操作步骤:3.过程:4.重组细胞的特点:
融合形成的杂种细胞具有两种细胞的遗传信息,通过动物细胞的培养,杂种细胞表现出两个亲本细胞的特点。5.植物体细胞杂交和动物细胞融合的区别:【思维拓展】病毒的应用
(1)病毒在免疫调节中属于抗原。
(2)在基因工程中可作为载体。
(3)在细胞工程中可作为诱导剂。灭活的病毒是动物细胞融合的诱导剂,一般不用于植物体细胞的融合过程。【典例训练1】(2013·温州高二检测)如图所示为细胞融合技术的一些过程:(1)从A细胞和B细胞到C细胞的过程中,采用的方法中与诱导植物原生质体融合不同的是 处理。
(2)若A、B细胞为单倍体烟草植物的体细胞,那么这样的细胞已经用酶降解脱掉了 。这种酶可能是 、 ,
由此生成的细胞经培养形成的细胞团称为 。
(3)若将基因型为AaBB的番茄细胞与基因型为AAbb的番茄细胞融合,由融合细胞培养成的愈伤组织细胞的基因型是 。
(4)若将染色体组成为2A+XX的人细胞与染色体组成为2B+XX的鼠细胞融合,培育成的人-鼠细胞的染色体组成是 。【解题关键】解答本题要注意以下两点:
(1)理解植物细胞融合和动物细胞融合过程的异同点。
(2)杂种植物中染色体来自两个融合的亲本细胞。【解析】(1)动物细胞融合特有的方法是用灭活的病毒诱导融合。
(2)植物细胞有细胞壁,若A、B细胞为单倍体烟草植物的体细胞,那么这样的细胞已经用纤维素酶和果胶酶脱掉了细胞壁;植物体细胞杂交获得的杂种细胞,经脱分化形成愈伤组织。
(3)(4)细胞融合后的染色体或基因分别是两种细胞的染色体或基因累加。答案:(1)灭活的病毒
(2)细胞壁 纤维素酶 果胶酶 愈伤组织
(3)AAAaBBbb
(4)2A+2B+2X+2X【规律方法】生物工程技术产生后代个体的遗传物质或基因来源
(1)转基因生物:目的基因来自外源生物,绝大多数基因来自两个亲本。
(2)杂种植株:遗传物质来自融合的两个亲本细胞。
(3)经细胞培养获得的动物细胞:遗传物质只来自一个亲本。
(4)动物细胞融合形成的杂交细胞:遗传物质来自融合的两个亲本细胞。
(5)克隆动物:细胞核中的遗传物质来自供体动物,细胞质中的遗传物质来自提供卵母细胞的动物个体。二、单克隆抗体
1.技术手段:动物细胞培养、动物细胞融合。
2.制备过程:3.比较制备单克隆抗体中的几种细胞:4.制备单克隆抗体的两次筛选:
第一次筛选:由于细胞融合是随机的,因此细胞混合物中融合细胞将以多种形式出现,因此必须从中筛选出既能分泌抗体同时又能大量增殖的杂交瘤细胞。
第二次筛选:从杂交瘤细胞群中选出能产生专一抗体的特异性杂交瘤细胞。 【易错提醒】诱导融合的B淋巴细胞是经免疫产生的B淋巴细胞,未经免疫的B淋巴细胞不能产生抗体。【典例训练2】如图是制备分泌抗X(H1N1流感病毒)抗体的过程,根据图解回答问题:(1)给小鼠注射抗原的目的是 。
(2)在单克隆抗体制备过程中之所以选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞,是因为它们融合后的杂交瘤细胞具有 的特性。
(3)由图中可看出,单克隆抗体制备过程运用了____________
和 的动物细胞工程技术手段。
(4)在动物细胞融合过程中,需要将所选取的组织细胞离散开,以利于细胞融合,可用 处理离体组织细胞使之分散。【解题关键】解答本题的关键点有:(1)注意单克隆抗体制备中所用的B淋巴细胞是经过免疫的B淋巴细胞;(2)细胞融合之后要经过两次筛选,才能获得产生单克隆抗体的杂交瘤细胞。【解析】(1)根据抗原抗体特异性结合的原理,为获得特定抗体,用特定抗原刺激,小鼠体内便可产生能产生特定抗体的B淋巴细胞。
(2)杂交瘤细胞具有两种细胞的遗传物质,既能产生特定抗体,又能无限增殖。
(3)从图中看出,单克隆抗体技术实际是应用了动物细胞融合和动物细胞培养技术。
(4)细胞融合时是单个细胞和单个细胞的融合,为将细胞从动物组织中离散,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。答案:(1)获得能产生相应抗体的B淋巴细胞
(2)既能产生特定抗体,又能无限增殖
(3)动物细胞融合 动物细胞培养
(4)胰蛋白酶或胶原蛋白酶【互动探究】
(1)本题筛选过程中对细胞克隆培养时,在特定培养基上使每孔一个细胞的目的是什么?
提示:使每个孔内不多于一个细胞,达到单克隆培养的目的(或单一细胞培养以保证抗体的纯度)。
(2)如需要大量产生这种抗X的抗体,对已获取能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞如何培养?
提示:可进行体外培养,需要配制相应的培养液、控制好pH和温度等。三、植物体细胞杂交和单克隆抗体的制备的比较【易错提醒】植物体细胞杂交的结果
(1)植物体细胞杂交的终点不是杂种细胞,而是杂种植株。
(2)杂交后形成的杂种细胞包含两个亲本的遗传物质,其染色体数、基因组成情况、染色体组都是两个细胞之和,表现出两个亲本的遗传性状。【典例训练3】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,你认为有几处不正确( )A.0 B.1 C.2 D.3【解题关键】解答本题应注意以下两点:
(1)植物细胞工程和动物细胞工程的主要技术手段;
(2)植物细胞工程和动物细胞工程在细胞融合、细胞培养的方法和过程中的异同。【解析】选D。受培养基pH影响,动物的组织块剪碎后只能用胰蛋白酶处理使细胞分散开,而不能用胃蛋白酶处理;植物细胞原生质体的促融方法可用物理法或化学法,而不用生物法;植物组织培养的培养基中的糖用的是蔗糖,而不是葡萄糖。【变式训练】关于单克隆抗体制备与植物体细胞杂交的说法中正确的是( )
A.单克隆抗体制备与植物体细胞杂交的基本原理相同
B.单克隆抗体制备与植物体细胞杂交诱导细胞融合的方法相同
C.单克隆抗体制备与植物体细胞杂交在细胞融合前处理过程相同
D.单克隆抗体制备与植物体细胞杂交都需要筛选且筛选目的相同【解析】选D。A项是不正确的,单克隆抗体的制备是利用杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生特定抗体的原理进行的,而植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性;B项不正确,单克隆抗体诱导融合可用灭活的病毒,而植物体细胞杂交不能用;C项单克隆抗体制备在细胞融合前的处理是注射特定抗原,免疫处理正常小鼠;而植物体细胞杂交融合前的处理是酶解法去除细胞壁,获得原生质体。D项正确,两者都要进行筛选,且筛选的目的都是获取杂交细胞。
