(共36张PPT)
一 动物细胞培养
学习目标
1.简述动物细胞培养的过程、条件,并构建动物细胞培养的流程图。
2.举例说明动物细胞培养的应用。
3.简述干细胞的种类及其应用价值。
一、动物细胞培养的条件
1.动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
2.动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后在适宜的培养条件下,让这些细胞生长和增殖的技术。
3.动物细胞培养的条件
(1)营养
合成培养基:将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基。
①成分:在合成培养基中通常需要加入血清等一些天然成分。
②状态:液体培养基,也称为培养液。
(2)无菌、无毒的环境
①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。
②定期更换培养液,以便清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。
(3)温度、pH和渗透压
①温度:多以36.5±0.5
℃为宜。
②pH:7.2~7.4。
③渗透压:适宜。
(4)气体环境
①O2是细胞代谢必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。
②在进行细胞培养时,通常采用培养皿或松盖培养瓶,并将它们置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。
二、动物细胞培养的过程
1.过程
取动物组织
↓
分散组织细胞:用机械的方法,或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法,将组织分散成单个细胞
↓
制成细胞悬液
↓
转入培养液中进行原代培养
↓
传代培养
2.体外培养的动物细胞类型及影响因素
类 型
影响因素
能够悬浮在培养液中生长增殖的细胞
细胞密度、有害代谢物、培养液中营养物质含量
需贴附于某些基质表面才能生长增殖的细胞
除上述因素外,还有接触抑制
3.相关概念
(1)细胞贴壁:细胞悬液中分散的细胞贴附在培养瓶的瓶壁上的现象。
(2)接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞停止分裂增殖的现象。
(3)原代培养:分瓶之前的细胞培养,即动物组织经处理后的初次培养。
(4)传代培养:分瓶之后的细胞培养。在进行传代培养时,悬浮培养的细胞直接用离心法收集;贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,使之分散成单个细胞,然后再用离心法收集。之后,将收集的细胞制成细胞悬液,分瓶培养。
预习反馈
1.判断正误。
(1)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织,再用胃蛋白酶处理。(
×
)
(2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(
×
)
(3)动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。(
×
)
2.下列关于动物细胞培养的叙述,不正确的是( )
A.传代培养时需要用胰蛋白酶等处理贴壁生长的细胞
B.大多数细胞能够悬浮在培养液中生长增殖
C.癌细胞在培养瓶中不会出现接触抑制现象
D.动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱
答案B
解析由原代培养换瓶进行传代培养时,需要用胰蛋白酶等处理贴壁生长的细胞,A项正确;动物细胞培养过程中,大多数细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖,B项错误;癌细胞由于膜上糖蛋白减少,细胞黏着性降低,因而失去了接触抑制,容易分散和转移,C项正确;动物细胞培养的场所是CO2培养箱,培养箱内含有95%的空气和5%的CO2的混合气体,为动物细胞提供适宜的环境,D项正确。
三、干细胞培养及其应用
1.原理及分布:在一定条件下,干细胞可以分化成其他类型的细胞。干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。
2.分类及功能
预习反馈
1.判断正误。
(1)胚胎干细胞可以来源于早期胚胎,也可以来源于成熟个体。(
×
)
(2)成体干细胞没有组织特异性,可以分化成特定的细胞或组织,不具有发育成完整个体的能力。(
×
)
(3)由iPS细胞产生的特定细胞,可以在新药的测试中发挥重要作用。(
√
)
2.现在有一个婴儿在出生后医院为他保留了脐带血,在他以后生长发育过程中如果出现了某种难治疗的疾病,就可以通过血液中的干细胞来为他治病,关于这个实例说法正确的是( )
A.用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病,需要激发细胞的所有全能性
B.用脐带血中的干细胞能够治疗这个孩子所有的疾病
C.如果要移植用他的干细胞培育出的器官,需要用到细胞培养技术
D.如果要移植用他的干细胞培育出的器官,应该长期给他使用免疫抑制药物
答案C
解析用干细胞培育出人体需要的组织、器官用来移植治疗,只需诱导干细胞分化成该组织、器官即可,不需激发其所有全能性;脐带血中含有大量造血干细胞,将正常的造血干细胞移植到病人体内,对白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病的治疗具有疗效;移植用他脐带血中的干细胞培育出的器官属自体移植,基本不会发生免疫排斥反应,不需长期给他使用免疫抑制药物。
探究点一
探究点二
动物细胞培养的条件和过程
情境导引
动物细胞培养遵循的原理是什么?如何操作?
依据下面动物细胞培养过程探究以下问题。
探究点一
探究点二
探究点一
探究点二
1.以上过程依据的原理为 。?
答案细胞增殖
2.培养材料:一般取自 ,因为这些组织或器官的生命力旺盛,分裂能力强。?
答案幼龄动物的器官或组织
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 供应。?
(2)保证细胞内有害 的及时排出。?
答案(1)营养 (2)代谢物
探究点一
探究点二
4.动物细胞培养时,用胰蛋白酶把细胞分散成单个细胞,用胃蛋白酶行吗?胰蛋白酶对细胞有伤害吗?怎么解决这个问题??? 。?
答案不行,因为动物细胞培养适宜的pH为7.2~7.4,胃蛋白酶在此环境中没有活性。用胰蛋白酶处理细胞作用时间长了会损伤细胞膜蛋白。要控制好胰蛋白酶的作用时间
探究点一
探究点二
归纳提升
1.动物细胞培养过程分析
(1)培养流程
探究点一
探究点二
(2)酶处理
①用酶“两次”处理的目的:第一次使用的目的是使组织细胞分散开;第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来,分散后继续培养。
②使细胞分散开的原因:一是能保证细胞所需要的营养供应;二是能保证细胞内有害代谢物的及时排出。
③不能用胃蛋白酶处理:由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右,因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。
探究点一
探究点二
(3)原代培养和传代培养:区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象
①第一次:用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理,使其分散成单个细胞后进行培养,为原代培养。
②第二次:细胞培养过程中出现接触抑制,用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来,然后,将其分散到多个培养瓶中继续培养,为传代培养。
探究点一
探究点二
2.动物细胞培养与植物组织培养的比较
比较项目
动物细胞培养
植物组织培养
生物学原理
细胞增殖
细胞全能性
培养基性质
液体
固体
培养结果
子代细胞
新的植株
应用
人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产等
(1)快速繁殖
(2)作物脱毒
(3)培育作物新品种
(4)细胞产物的工厂化生产
培养条件
无菌、适宜的温度和pH等
取材
新鲜的组织
植物器官、组织或细胞
探究点一
探究点二
比较项目
动物细胞培养
植物组织培养
培养对象
分散的单个细胞
离体的植物器官、组织或细胞
过程
原代培养、传代培养
脱分化、再分化
细胞分裂、生
长、分化特点
(1)贴壁生长
(2)接触抑制
(1)脱分化:形成愈伤组织
(2)再分化:形成根、芽等
探究点一
探究点二
3.培养条件的分析
(1)添加血清的作用:血清中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质,如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。细胞培养时,一般需添加10%~20%的血清。
(2)气体环境:CO2维持培养液的pH,O2维持细胞有氧呼吸。
特别提醒
(1)培养动物细胞时没有脱分化的过程,因为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)不是所有的细胞增殖过程中都存在接触抑制。例如,癌细胞增殖时不存在接触抑制,所以在培养瓶中可以形成多层细胞。
探究点一
探究点二
典例剖析
(多选)实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.甲过程需要在无菌条件下进行,需要对小鼠进行消毒
B.乙过程可用胰蛋白酶等处理皮肤组织,使组织细胞分散开
C.丙过程表示原代培养,该过程会出现接触抑制现象
D.丁过程表示传代培养,该过程需要用酶处理
探究点一
探究点二
答案ABCD
解析离体动物细胞培养需要无菌、无毒的环境,需要对实验小鼠进行消毒处理,A项正确;乙过程可用胰蛋白酶等处理皮肤组织,使组织细胞分散开,B项正确;丙过程表示原代培养,该过程会出现接触抑制现象,C项正确;丁表示传代培养过程,该过程需要使用胰蛋白酶使贴壁细胞从瓶壁上脱离下来,使之分散成单个细胞,便于后续培养,D项正确。
探究点一
探究点二
活学活练
下列关于动物细胞培养的叙述,错误的是( )
A.体外培养癌细胞不会出现接触抑制现象
B.原代培养可形成单层细胞
C.动物细胞培养技术的原理是细胞增殖
D.培养皿需置于95%O2和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养
探究点一
探究点二
答案D
解析癌细胞具有无限增殖的特点,由于其细胞膜上糖蛋白减少,细胞之间的黏着性降低,故体外培养癌细胞不会出现接触抑制现象,A项正确;大多数动物细胞培养过程中细胞会贴壁生长,并伴随接触抑制现象,故原代培养可形成单层细胞,B项正确;动物细胞培养技术的原理是细胞增殖,即有丝分裂,C项正确;培养皿需置于含95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养,D项错误。
探究点一
探究点二
干细胞培养及其应用
情境导引
下图为iPS细胞的培养和利用过程示意图,请据图回答下列问题。
探究点一
探究点二
1.由iPS细胞分化为各种组织细胞过程的实质是什么?
提示基因的选择性表达。
2.从病人体内提取成纤维细胞,将其转化成iPS细胞,经诱导后产生所需细胞,将所需细胞植入病人体内,这种技术的优点有哪些?
提示iPS细胞诱导过程无须破坏胚胎,不会产生伦理问题,且因iPS细胞来自病人自身,将诱导产生的所需细胞移植回病人体内后,理论上可以避免免疫排斥反应。
3.iPS细胞是多能干细胞还是专能干细胞?在分裂过程中会发生哪些变异?
提示多能干细胞。由于细胞增殖方式为有丝分裂,故能发生基因突变、染色体变异。
探究点一
探究点二
归纳提升
1.三种干细胞的比较
比较项目
胚胎干细胞
成体干细胞
诱导多能干细胞
来源
早期胚胎
成体组织或器官中
诱导高度分化的组织细胞形成
特点
具有分化成为成年动物体内的任何一种类型的细胞
,并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能
具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织
,不具有发育成完整个体的能力
诱导过程无须破坏胚胎,不涉及伦理问题,且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞,将它移植回病人体内后,理论上可以避免免疫排斥反应
探究点一
探究点二
2.干细胞的应用
有着自我更新能力及分化潜能的干细胞,与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关,因而在医学上有着广泛的应用。例如,将正常的造血干细胞移植到病人体内,
恢复病人的造血和免疫功能,已成为治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病的一种重要手段;神经干细胞在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)方面有重要的应用价值。
探究点一
探究点二
典例剖析
美国和日本的两个研究小组分别宣布,其研究人员成功地将人体皮肤细胞改造成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的多功能干细胞——“iPS细胞”,人类“iPS细胞”可以形成神经元等人体多种组织细胞。以下有关“iPS细胞”的说法正确的是( )
A.“iPS细胞”分化为人体多种组织细胞的过程体现了细胞的全能性
B.“iPS细胞”既可分化形成神经元,也可用于制造心肌细胞,说明“iPS细胞”在分裂时很容易发生突变
C.“iPS细胞”有细胞周期,它分化形成的神经细胞没有细胞周期
D.“iPS细胞”只能分化成人体多种组织细胞,是因为它具有人体部分细胞的遗传物质
探究点一
探究点二
答案C
解析细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后,仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能,因此,“iPS细胞”分化为人体多种组织细胞的过程并未体现细胞的全能性,A项错误;“iPS细胞”分化为多种细胞是基因的选择性表达的结果,B项错误;“iPS细胞”具有连续分裂能力,有细胞周期,而其分化形成的神经细胞无增殖能力,故没有细胞周期,C项正确;“iPS细胞”与人体内其他细胞的遗传物质相同,其只能分化成人体多种组织细胞是因为其分化能力有限,D项错误。
探究点一
探究点二
活学活练
下列有关干细胞的叙述,错误的是( )
A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应
B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化
C.组织的细胞更新包括细胞凋亡和细胞增殖、分化等过程
D.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力,可用于治疗白血病
探究点一
探究点二
答案B
解析自体干细胞移植过程中,干细胞来自患者本身,干细胞表面的组织相容性抗原与患者自身的组织相容性抗原完全相同,所以通常不会发生免疫排斥反应,A项正确;若给予适宜的外界环境条件,胚胎干细胞在体外也能被诱导分化,B项错误;组织细胞更新过程包括细胞分裂增加细胞数量和细胞分化增加细胞种类两个主要方面,同时也有基因控制的细胞自动结束生命的过程,即细胞凋亡,C项正确;造血干细胞属于专能干细胞,能分化成各种血细胞,通过移植造血干细胞,可治疗白血病,D项正确。(共48张PPT)
一 植物细胞工程的基本技术
学习目标
1.说出细胞的全能性和植物组织培养的概念。
2.探究植物组织培养的过程。
3.说出植物体细胞杂交技术的过程,认同此技术的优点。
一、植物组织培养技术
1.细胞工程:应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
2.细胞的全能性:细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能,即细胞具有全能性。在生物的生长发育过程中,并不是所有的细胞都表现出全能性,这是因为在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会选择性地表达。
3.植物组织培养:将离体的植物器官、组织或细胞等,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体。
4.植物组织培养的流程:接种外植体,诱导愈伤组织,诱导生芽,诱导生根,移植成活五个过程。
5.菊花的组织培养
(1)实验原理
①植物细胞一般具有全能性。在一定的激素和营养等条件的诱导下,已经分化的细胞可以经过脱分化,即失去其特有的结构和功能,转变成未分化的细胞,进而形成不定形的薄壁组织团块,这称为
愈伤组织。愈伤组织能重新分化成芽、根等器官,该过程称为再分化。
②植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上,就可以诱导其再分化成胚状体,长出芽和根,进而发育成完整的植株。
(2)实验步骤
①用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体(幼嫩的茎段)用酒精消毒30
s,然后立即用无菌水清洗2~3次;再用次氯酸钠溶液处理30
min后,立即用无菌水清洗2~3次。
②将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中,用无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植体切成0.5~1
cm长的小段。
③在酒精灯火焰旁,将外植体的1/3~1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口,并在培养瓶上做好标记。
④将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18~22
℃的培养箱中培养。在培养过程中,定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
⑤培养15~20
d后,将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后,再将其转接到诱导生根的培养基上,进一步诱导形成试管苗。
⑥移栽前先打开封口膜或瓶盖,让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后,将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中,待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况,适时浇水、施肥,直至开花。
预习反馈
1.判断正误。
(1)细胞工程可以通过在分子水平上的操作,获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品。(
×
)
(2)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出全能性。(
×
)
(3)在植物组织培养过程中,细胞的遗传物质一般都发生改变。(
×
)
(4)诱导愈伤组织期间需要给予光照。(
×
)
2.下图为植物组织培养过程,有关说法正确的是( )
A.②试管中的愈伤组织细胞全能性最高
B.④试管中培育出的个体都是纯合子
C.①→②的过程需要光照
D.①→④过程培养基保持不变
答案A
解析①试管中的组织块经脱分化形成②试管中的愈伤组织,愈伤组织是未分化的细胞,在本实验中全能性最高;植物组织培养属于无性生殖,不改变基因型,所以产生的个体基因型与母本是相同的,可能是纯合子也可能是杂合子;脱分化形成愈伤组织的过程中一般不需要光照;植物组织培养的不同阶段需要的条件不同,培养基中所含有的物质比例也不同,如生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。
二、植物体细胞杂交技术
1.概念
将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
2.过程
(1)去壁:用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁,获得原生质体。
(2)诱导原生质体融合的方法
①物理法:包括电融合法、离心法等。
②化学法:包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。
3.意义
在打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
预习反馈
1.判断正误。
(1)
植物体细胞杂交过程中,要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。(
√
)
(2)植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种细胞。(
×
)
(3)植物体细胞杂交过程中,细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁。(
√
)
(4)植物体细胞杂交过程中,原生质体融合的结构基础是细胞膜的流动性。(
√
)
(5)植物体细胞杂交只能在同种植物间操作。(
×
)
2.如图所示是利用植物体细胞杂交技术培育新植株的过程,植物细胞A和B分别来源于二倍体植物甲和乙。下列有关分析正确的是( )
A.过程①需要将植物细胞A和B置于含纤维素酶和果胶酶的低渗溶液中
B.过程②用聚乙二醇等诱导原生质体a、b融合,主要依据的原理是细胞膜具有选择透过性
C.将杂种细胞c培育成新植物体过程中需要根据生长发育进程更换培养基
D.最终得到的植株相对于甲、乙而言发生了染色体数目变异,不可育
答案C
解析过程①为去除细胞壁,若将植物细胞A和B置于含有纤维素酶和果胶酶的低渗溶液中,去除细胞壁后得到的原生质体易吸水涨破,A项错误;过程②用聚乙二醇等诱导原生质体a、b融合,依据的原理是细胞膜的流动性,B项错误;将杂种细胞c培育成新植物体过程中,不同的发育阶段需要用不同的培养基,C项正确;最终得到的植株相对于甲、乙来说,染色体数目有差异,但由于甲、乙都是二倍体植物,所以理论上得到的杂种植株是可育的,D项错误。
探究点一
探究点二
探究点三
细胞的全能性
情境导引
细胞表现出全能性的条件有哪些?标志是什么?
资料
美国科学家斯图尔德曾经应用植物组织培养技术,将二倍体胡萝卜韧皮部的一些细胞进行离体培养,最终发育成完整的新植株(如图)。
探究点一
探究点二
探究点三
1.这一科学实验证明了植物细胞具有 。?
答案全能性
2.上述胡萝卜的部分韧皮部细胞能发育成完整新植株的原因是?
。?
答案细胞中具有本物种全套的遗传信息
探究点一
探究点二
探究点三
3.完成下表。
植物细胞表现全能性的条件
材 料
?
培养基
种类齐全、比例适当的 及一定比例的 ?
外界条件
a. ;b.光照的控制;c.酸碱度等?
答案离体的植物细胞、组织、器官 营养物质 植物激素 无菌操作
4.利用胡萝卜的花药能培养成完整的植株吗?
。?
答案能
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
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信息。
(2)现实体现:在生物的生长发育过程中,生物体内的细胞并不会表现出全能性,而是分化成各种组织和器官。这是因为在特定的时间和空间条件下,细胞内的基因会选择性地表达。
探究点一
探究点二
探究点三
(3)不同细胞全能性的大小
①体细胞全能性:分化程度低的>分化程度高的,细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的。
②不同细胞的全能性:受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞>体细胞。
③不同生物的细胞全能性:植物细胞>动物细胞。
(4)全能性与细胞分化的关系:随着细胞分化程度的不断提高,细胞的全能性逐渐降低。
探究点一
探究点二
探究点三
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
材料
离体的细胞、组织或器官
培养基
种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素
外界
条件
①无菌操作
②光照:愈伤组织培养最初避光培养,后期见光培养
探究点一
探究点二
探究点三
特别提醒
(1)细胞表达全能性的标志是发育成完整个体或分化成其他各种细胞。
(2)细胞具有全能性是因为细胞中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,因此仍然具有全能性。
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
(多选)以下可以说明细胞具有全能性的实验是( )
A.玉米花粉粒培育出植株
B.转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育出植株
C.烧伤病人的健康细胞培养出皮肤
D.胡萝卜的形成层组织培育成胡萝卜幼苗
答案ABD
解析细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。玉米花粉粒培育出植株、向日葵细胞培育出植株、胡萝卜的形成层组织培育成胡萝卜幼苗都是细胞全能性的体现,只有C项不能体现细胞的全能性。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
下列有关细胞全能性的叙述,不正确的是( )
A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体,因此全能性最高
B.生物体内的体细胞由于细胞分化,全能性不能表达
C.卵细胞与受精卵一样,细胞未分化,全能性最高
D.植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性
答案C
解析受精卵是个体发育的起点,在自然条件下,通过细胞的分裂、分化形成完整的个体,所以受精卵的全能性最高;生物体内的体细胞由于细胞分化,细胞中的基因选择性地表达,因此全能性不能表达;卵细胞属于已分化的细胞,与受精卵相比,全能性较低;分化的植物细胞尽管具有全能性,但如果要表现出全能性,植物细胞必须在一定条件下进行离体培养。
探究点一
探究点二
探究点三
植物组织培养技术
情境导引
将离体的植物细胞培养成幼苗的关键步骤是什么?
下图为植物组织培养过程,请据图回答问题。
探究点一
探究点二
探究点三
1.①→②过程为 ,对光的要求是 ;②→③过程为 ,对光的要求是 。?
答案脱分化 避光 再分化 需光
2.①→②与②→③的培养基不同,最大差异是 和 的比值不同。?
答案生长素 细胞分裂素
3.①→④过程在生殖方式上属于 生殖。?
答案无性
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
1.植物组织培养相关概念辨析
(1)外植体:离体培养的植物器官、组织或细胞。
(2)胚状体:植物细胞离体培养,经过脱分化和再分化,发育成胚状体。胚状体经过生长发育成完整植株。
(3)愈伤组织:一团没有特定结构和功能,排列疏松而无规则,高度液泡化的呈无定形状态的薄壁组织团块。
探究点一
探究点二
探究点三
(4)脱分化和再分化的比较
比较内容
脱分化
再分化
过程
外植体→愈伤组织
愈伤组织→幼苗
需要条件
①离体
②适宜的营养
③生长素与细胞分裂素的比例适中
④不需光
①离体
②适宜的营养
③生长素与细胞分裂素的比例高(低)诱导生根(生芽)
④需光照
探究点一
探究点二
探究点三
2.植物组织培养的条件
(1)离体、无菌。
(2)环境条件适宜:如营养物质(水、无机盐、蔗糖、维生素等)、激素(生长素和细胞分裂素)、适宜的温度和光照。
3.植物组织培养的过程
探究点一
探究点二
探究点三
4.菊花组织培养实验的注意事项
(1)条件控制:植物组织培养过程中光照条件的控制非常重要,包括光照强度、光照时间和波长等。在形成愈伤组织的脱分化阶段往往需要暗培养,而在再分化的过程中一定要有光照。脱分化阶段的暗培养有利于细胞的脱分化,产生愈伤组织,因为在光照条件下细胞容易分化产生维管组织,不利于产生大量的愈伤组织。再分化阶段要有光照,这样有利于诱导形成叶绿素。
(2)取材:含形成层(分生组织)的部位易于诱导形成愈伤组织。尽管植物体其他已分化的部位也可以用于组织培养,但诱导愈伤组织的形成比较困难。
探究点一
探究点二
探究点三
(3)消毒和灭菌:培养基中含有丰富的营养物质,不仅有利于培养物的生长,也有利于各种杂菌的生长。一旦污染,迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养,而且会产生大量对培养物有害的物质,导致培养物死亡。
(4)植物激素的作用
生长素与细胞分裂素的比值
作用效果
高
有利于根的分化,抑制芽的形成
低
有利于芽的分化,抑制根的形成
适中
促进愈伤组织形成
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
如图为将胡萝卜的离体组织在一定条件下培育形成试管苗的过程示意图。下列有关叙述正确的是( )
A.利用此过程获得的试管苗可能为杂合子
B.①②过程中都会发生细胞的增殖和分化
C.多倍体植株的培育必须经过如图所示过程
D.此过程依据的生物学原理是细胞膜具有流动性
探究点一
探究点二
探究点三
答案A
解析题图为植物组织培养过程,利用此过程获得的试管苗的基因型与离体组织所属个体的基因型相同,可能为杂合子,也可能为纯合子,A项正确;①是脱分化过程,没有发生细胞分化,B项错误;多倍体植株的培育一般不需要采用植物组织培养技术,而是采用秋水仙素或低温诱导来处理萌发的种子或幼苗,C项错误;此过程依据的原理是植物细胞的全能性,D项错误。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
植物组织培养过程中的脱分化是指( )
A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程
B.未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程
C.植物的器官、组织或细胞,通过离体培养产生愈伤组织的过程
D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
答案C
解析植物组织培养中的脱分化是指离体的植物器官、组织、细胞培养产生愈伤组织的过程。
探究点一
探究点二
探究点三
植物体细胞杂交技术
情境导引
植物体细胞杂交技术的操作流程是怎样的?与植物组织培养有什么关系?
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。请据图分析回答问题。
探究点一
探究点二
探究点三
1.①过程的目的是 ,所用的酶为 。?
答案去除细胞壁 纤维素酶和果胶酶
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,用染色体组成表示)。?
答案AA、BB、AAAA、BBBB、AABB
3.在采用化学法进行②过程时,一般是用 作为诱导剂。?
答案聚乙二醇(PEG)
4.植物体细胞杂交与自然状况下的杂交相比,前者的重要意义是 。?
答案克服了远缘杂交不亲和的障碍
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
1.植物体细胞杂交的过程
步 骤
图 解
方 法
原生质体的获得
?
酶解法(纤维素酶和果胶酶)去除细胞壁,得到原生质体
杂种细胞的形成
通过一定的技术手段(电激、聚乙二醇诱导等)进行人工诱导,实现原生质体的融合
杂种植株的产生
对杂种细胞,用植物组织培养的方法进行培育
探究点一
探究点二
探究点三
2.植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
项目
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理
植物细胞的全能性
细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性
过程
?
?
探究点一
探究点二
探究点三
项目
植物组织培养
植物体细胞杂交
选材
根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化
不同来源的植物体细胞
技术
操作
脱分化、再分化等
除脱分化、再分化外,还要用酶解法去除细胞壁,用一定的方法诱导细胞融合
关系
植物组织培养是植物体细胞杂交的基础,植物体细胞杂交所用的技术更复杂
探究点一
探究点二
探究点三
3.植物体细胞杂交过程中的注意事项
(1)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于植物细胞质浓度,不仅为原生质体提供营养,而且还能维持一定的渗透压,使原生质体保持正常的形态。
(2)体细胞融合后培养基中主要有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB),其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB),而真正符合要求的是AB,因此要对融合细胞进行筛选。
(3)体细胞杂交过程中涉及的遗传知识
①从生殖类型上看,植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合,属于无性生殖,变异类型是染色体数目的变异,形成的是异源多倍体,由于含有两个亲本的遗传物质,因此理论上应具有两个亲本的遗传性状。
探究点一
探究点二
探究点三
②体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞,不管染色体、基因组还是染色体组都是两亲本之和。若一植物细胞含有2x条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,另一植物细胞含有2y条染色体,2个染色体组,基因型为ccDd,则新植株应为异源四倍体,其体细胞中染色体为(2x+2y)条,4个染色体组,基因型为AabbccDd。
③体细胞杂交培育新品种的过程中,遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律,只有在有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传定律,而体细胞杂交没有此过程。
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
下面是“白菜—甘蓝”杂种植株培育过程示意图。下列叙述中正确的是( )
探究点一
探究点二
探究点三
A.如将纯种的白菜和甘蓝的卵细胞分别制成原生质体,按相同的方法操作也可得到与图示基因型相同的杂种植株
B.可以通过在0.3
g/mL蔗糖溶液中是否发生质壁分离来判断白菜原生质体的死活
C.该培养过程中可能发生细胞分化、染色体变异或基因突变,一般不会发生基因重组
D.植物组织培养时利用的培养基和无土栽培时利用的营养液成分完全相同
探究点一
探究点二
探究点三
答案C
解析卵细胞是经减数分裂形成的,遗传物质减半,用卵细胞杂交得到的植株的细胞的遗传物质是体细胞杂交的一半,A项错误;原生质体没有细胞壁,不会发生质壁分离,B项错误;植物组织培养过程中细胞进行有丝分裂,只能发生细胞分化、染色体变异或基因突变,不会发生基因重组,C项正确;植物组织培养时细胞要离体,最初一段时间不能进行光合作用,因此植物组织培养利用的培养基中需要添加有机物,还需要添加琼脂作为凝固剂,D项错误。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
下列关于植物体细胞杂交的说法,正确的是( )
A.植物体细胞杂交需用纤维素酶和果胶酶去细胞壁,然后放在无菌的蒸馏水中,用聚乙二醇促其融合
B.植物体细胞杂交的最终目的是要形成愈伤组织,证明杂种细胞具有全能性
C.二倍体的白菜和甘蓝,经体细胞杂交后,产生的新个体一定是不育的
D.植物体细胞杂交的实质是原生质体融合,最终目的是要产生杂种植株,其重大突破表现在克服远源杂交不亲和的障碍
探究点一
探究点二
探究点三
答案D
解析植物体细胞杂交需用纤维素酶和果胶酶去细胞壁,然后放在无菌的等渗溶液中,用聚乙二醇促其融合,A项错误;植物体细胞杂交的最终目的是要形成杂种植株,B项错误;二倍体的白菜和甘蓝,经体细胞杂交后,产生的新个体理论上是可育的,C项错误;植物体细胞杂交的实质是原生质体融合,最终目的是要产生杂种植株,其重大突破表现在克服远源杂交不亲和的障碍,D项正确。(共21张PPT)
三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
学习目标
1.说出动物细胞核移植技术的概念及分类。
2.简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。
3.简述体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题。
一、动物细胞核移植技术
1.概念
(1)供体:动物的一个细胞:其作用是提供细胞核。
(2)受体:去掉细胞核的卵母细胞。
(3)结果:形成重组细胞,最终发育成动物个体。
2.分类
哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。
3.非人灵长类动物的体细胞核移植困难的原因
(1)供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态。
(2)对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。
二、体细胞核移植的过程
预习反馈
1.判断正误。
(1)经动物细胞核移植技术培育出的新个体只有一个亲本的遗传性状。(
×
)
(2)动物细胞核移植技术的原理是动物细胞的全能性。(
×
)
(3)选择卵母细胞作为核移植的受体细胞的主要原因是该细胞大,显微操作方便。(
×
)
2.从母羊甲的体细胞中取出细胞核,移植入母羊乙的去核卵母细胞中,融合后的细胞经卵裂形成早期胚胎,再植入另一只母羊丙的子宫内。下列有关说法正确的是( )
A.生出小羊的性状与甲羊完全相同
B.一般来说生出小羊的核基因型与甲羊完全相同
C.生出小羊的遗传物质由甲、乙双亲共同决定,所以该过程为有性生殖
D.生出小羊的性状由甲、乙、丙3个亲本的基因型与环境共同决定
答案B
解析核移植获得克隆动物的生殖方式是无性生殖,其遗传物质中甲羊和乙羊的都有,因此认为生出的小羊性状与甲羊完全相同是不正确的,应是主要性状与甲羊相同,核基因型一般与甲羊完全相同,因此B项正确。
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
1.应用前景
(1)畜牧生产:加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。
(2)医药卫生:建立转基因体细胞系,利用转基因克隆动物作为
生物反应器,生产医用蛋白。
(3)治疗人类疾病:转基因克隆动物细胞、组织和器官作为
异种移植的供体等。
(4)使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程。
(5)保护濒危物种:增加濒危物种的存活数量。
2.存在问题
(1)成功率非常低。
(2)理论研究较为滞后。
(3)克隆动物存在健康问题,表现出遗传和生理缺陷。
预习反馈
1.下列有关体细胞核移植技术的说法不正确的是( )
A.体细胞核移植技术应用的成功率非常高
B.克隆技术的各个环节有待于进一步改进
C.大多数克隆动物还存在一些遗传和生理缺陷类的健康问题
D.克隆动物食品的安全性问题仍然存有争议
答案A
解析尽管通过体细胞核移植技术已经获得了多种克隆动物,但该技术的成功率仍然非常低,各个环节的技术也有待进一步改进。
2.下列不属于体细胞核移植技术的应用是( )
A.保护濒危物种
B.大量生产紫杉醇
C.获得组织器官异体移植的供体
D.加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育
答案B
解析在保护濒危物种方面,体细胞核移植技术有望增加濒危物种的存活数量,A项正确;大量生产紫杉醇利用的是植物组织培养技术,B项错误;在治疗人类疾病时,转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异体移植的供体,C项正确;利用体细胞核移植技术,可以加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育,D项正确。
探究点
动物体细胞核移植技术
情境导引
体细胞核移植的基本技术流程是什么?体细胞核移植过程中应注意的问题有哪些?
下图为体细胞核移植过程图,请据图思考并回答下列问题。
探究点
1.体细胞核移植技术为什么要选择MⅡ期的卵母细胞作为受体细胞?
提示因为MⅡ期的卵母细胞体积大,易操作,细胞质中含有促使细胞核全能性表达的物质和营养条件。
2.移植前,为什么要去除卵母细胞的细胞核?
提示为使核移植后的动物的遗传物质尽可能多地来自供体动物细胞提供的细胞核。
3.将供体细胞注入无核的卵母细胞后,要用物理或化学方法处理,其目的是什么?
提示核移植时,一般先通过电融合法使两细胞融合,再用物理或化学方法激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育进程。
探究点
4.克隆动物的性状与供核个体的性状完全相同吗?为什么?
提示克隆动物的性状与供核个体的性状基本相同,而不是完全相同。原因:(1)克隆动物的细胞质遗传物质主要来自受体卵母细胞;(2)生物的性状还受环境的影响;(3)可能发生变异。
5.体细胞核移植技术在畜牧生产上有什么样的应用前景?
提示体细胞核移植技术在畜牧生产方面可以加快家畜遗传改良进程、促进优良畜群的繁育。
探究点
归纳提升
动物体细胞核移植技术
探究点
(1)原理:动物细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。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,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: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。
(3)受体
①材料选择:选择处于减数分裂Ⅱ中期的次级卵母细胞作为受体细胞。其原因是:
a.卵母细胞细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质;
b.卵母细胞体积大,便于操作;
c.卵母细胞内卵黄多,营养物质丰富。
②去核的原因:保证克隆动物的核基因全部来自供体细胞。
探究点
易错提醒(1)为了确保核移植形成的克隆动物的核遗传物质全部来自具有优良性状的动物提供的细胞核,在供体细胞的细胞核移植到受体细胞内之前,必须将受体细胞的核遗传物质去掉。
(2)细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性,而克隆动物的形成则利用了动物细胞核的全能性。
(3)涉及的生物技术:动物细胞培养技术、核移植技术等。其中,核移植是核心技术。
(4)动物核移植技术可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,因为胚胎细胞的全能性比体细胞大,所以胚胎细胞核移植更容易实现。
(5)克隆属于无性生殖,产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。
探究点
典例剖析
1.(多选)2015年2月3日,英国议会院通过一项历史性法案,允许以医学手段培育“三亲婴儿”。“三亲婴儿”的培育过程可选用如下技术路线。据图分析,下列叙述错误的是( )
A.该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代
B.捐献者携带的红绿色盲基因会遗传给“三亲婴儿”
C.“三亲婴儿”的染色体全部来自母亲提供的细胞核
D.“三亲婴儿”的培育需要核移植技术、动物细胞培养等技术
探究点
答案BC
解析母亲提供细胞核,捐献者提供去核卵母细胞,这样就可避免母亲的线粒体遗传物质(线粒体中的致病基因)传递给子代,A项正确;红绿色盲属于核基因控制的遗传病,而由图示可知,捐献者提供的是去核的卵母细胞,因此不会把其携带的红绿色盲基因传递给“三亲婴儿”,B项错误;由图示可知,“三亲婴儿”的染色体来自母亲和父亲,C项错误;由图示可知“三亲婴儿”的获得运用了动物细胞培养、核移植技术等技术,D项正确。
探究点
2.治疗性克隆有望解决供体器官短缺和器官移植出现的排异反应,下图表示治疗性克隆的部分过程。据图判断,下列说法正确的是( )
A.过程①表示细胞核移植
B.细胞A常用受精卵
C.过程②表示脱分化过程
D.胚胎干细胞不再增殖
探究点
答案A
解析图中过程①表示细胞核移植,A项正确;图中治疗性克隆的过程利用了核移植技术,核移植过程中的受体细胞通常为去核的卵母细胞,B项错误;过程②表示胚胎干细胞的分裂和分化过程,C项错误;胚胎干细胞具有增殖和分化的能力,D项错误。
探究点
活学活练
1.下列关于体细胞克隆的叙述,错误的是( )
A.供体提供细胞核
B.受体为去核卵母细胞
C.细胞核移植是体细胞克隆的关键步骤
D.克隆出的后代与供体的遗传物质和表现型完全一致
答案D
解析供体提供细胞核,A项正确;受体是去掉细胞核的卵母细胞,B项正确;体细胞克隆的关键步骤是细胞核移植,C项正确;克隆出的后代与供体的遗传物质和表现型不完全一致,因为供体只提供了核基因,而细胞质基因来自受体,同时表现型除了受基因控制外,还受外界环境因素的影响,D项错误。
探究点
2.下列关于体细胞核移植技术应用的叙述,不正确的是( )
A.克隆动物组织、器官可作为异种移植的供体
B.研究克隆动物和动物细胞有利于了解胚胎发育过程
C.有望用体细胞核移植技术增加濒危物种的存活数量
D.用克隆动物做疾病模型可用于治疗人类的各种疾病
答案D
解析克隆动物组织、器官可作为异种移植的供体,解决人体器官移植供体来源短缺的问题,A项正确;研究克隆动物和动物细胞有利于了解胚胎发育过程,B项正确;
体细胞核移植技术有望增加濒危物种的存活数量,C项正确;用克隆动物做疾病模型能为研究的疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助,但不能用于治疗人类的各种疾病,D项错误。(共32张PPT)
二 动物细胞融合技术与单克隆抗体
学习目标
1.阐明动物细胞融合的含义。
2.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。
3.说出单克隆抗体的制备过程和应用。
一、动物细胞融合技术
1.概念:使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。
2.诱导动物细胞融合的常用方法
(1)物理法:电融合法等。
(2)化学法:PEG融合法等。
(3)生物法:灭活病毒诱导法等。
3.意义:利用动物细胞融合技术发展起来的杂交瘤技术,为
制造单克隆抗体开辟了新途径。
预习反馈
1.判断正误。
(1)动物细胞融合过程中既有细胞膜的融合也有细胞核的融合。(
√
)
(2)与植物原生质体融合相比,动物细胞融合特有的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒。(
×
)
(3)动物体细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。(
×
)
2.下列关于动物细胞融合技术与植物体细胞杂交技术的说法,正确的是(
)
A.基本原理相同
B.诱导细胞融合的方法相同
C.细胞融合前的处理过程相同
D.融合后都需要进行筛选
答案D
解析植物体细胞杂交技术的原理为细胞膜的流动性、植物细胞的全能性,而动物细胞融合技术利用的是细胞膜的流动性(和细胞增殖);动物细胞融合常用灭活的病毒诱导,该诱导方法不适用于植物体细胞杂交;植物体细胞杂交常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,而动物细胞融合不用;细胞经诱导融合后会形成多种融合细胞,还有未融合细胞,因此要进行筛选。
二、单克隆抗体及其应用
1.传统抗体的制备
(2)缺点:产量低、纯度低、特异性差。
2.单克隆抗体的制备
(1)
(2)解决思路:将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞。
(3)制备过程
(4)单克隆抗体的特点:能准确识别抗原的细微差异,与特异抗原发生特异性结合,并可大量制备。
(5)单克隆抗体的应用:被广泛用作诊断试剂,在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要作用。
预习反馈
1.判断正误。
(1)单克隆抗体的制备可从未经免疫的小鼠体内提取B淋巴细胞。(
×
)
(2)单克隆抗体制备过程中的两次筛选目的相同。(
×
)
2.下列关于单克隆抗体的制备和应用的叙述,正确的是( )
A.B淋巴细胞与骨髓瘤细胞的融合,一般需要灭活的病毒或聚乙二醇诱导
B.融合后形成的杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生单克隆抗体
C.体外培养时,一个B淋巴细胞可以产生抗体,也能无限增殖
D.单克隆抗体与常规抗体相比,特异性强,灵敏度高,利用分子克隆技术大量制备
答案A
解析动物细胞的融合需要物理、化学或生物的方法来诱导才能实现,其中生物方法是利用灭活的病毒来诱导,化学方法是利用聚乙二醇作诱导剂,A项正确;第一次筛选出的融合细胞——杂交瘤细胞不一定能产生针对特定抗原的单克隆抗体,需要进行第二次筛选才能达到目的,B项错误;在体外培养条件下,一个B淋巴细胞是不可能无限增殖的,C项错误;与一般的血清抗体相比,单克隆抗体最主要的优点在于其特异性强、灵敏度高,它可以利用杂交瘤细胞的克隆而实现大量制备,而非分子克隆,D项错误。
探究点一
探究点二
动物细胞融合
情境导引
动物细胞融合与植物体细胞杂交主要有哪些区别?
结合下面动物细胞融合的过程,探究下列问题。
探究点一
探究点二
探究点一
探究点二
1.从融合的过程看,首先是A、B细胞膜融合,接着是 融合,最后完成 融合。?
答案细胞质 细胞核
2.细胞膜融合的过程体现出细胞膜具有 。?
答案一定的流动性
3.融合后重组细胞的特点为融合形成的杂种细胞C具有两种细胞的 ,通过动物细胞培养,杂种细胞C表现出两个亲本细胞的特点。?
答案遗传信息
探究点一
探究点二
4.诱导动物细胞融合和诱导植物原生质体融合都可使用的方法有 。?
答案物理方法(电融合法等)和化学方法(PEG融合法等)
5.若A、B细胞为单倍体烟草植物的体细胞,在两细胞融合前需用酶解法去掉 ,所用酶是 、 ,杂交细胞C经培养形成的高度液泡化、无定形的薄壁细胞团称为 。?
答案细胞壁 纤维素酶 果胶酶 愈伤组织
探究点一
探究点二
归纳提升
1.对动物细胞融合过程的理解
(1)细胞融合的过程包括细胞膜的融合、细胞质融合和细胞核融合,其中细胞膜的融合是细胞融合的先导,在细胞膜融合中体现出细胞膜具有一定的流动性。
(2)动物细胞融合完成的标志:来自不同细胞的两个或多个细胞核融合成一个细胞核。
探究点一
探究点二
2.动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较
比较
项目
动物细胞融合
(单克隆抗体制备)
植物体细胞杂交
(番茄—马铃薯植株)
过程
正常小鼠的处理(注射特定的抗原)
原生质体的制备(酶解法)
动物细胞融合
原生质体的融合
杂交瘤细胞的筛选和培养
杂种细胞的筛选和培养
提纯单克隆抗体(特异性强、灵敏度高)
杂种植株鉴定
原理
细胞膜的流动性、细胞增殖
细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
探究点一
探究点二
比较
项目
动物细胞融合
(单克隆抗体制备)
植物体细胞杂交
(番茄—马铃薯植株)
融合前
处理
注射特定抗原,免疫处理正常小鼠
酶解法去除细胞壁:纤维素酶、果胶酶
诱导
方法
(1)物理法:电融合法等
(2)化学法:PEG融合法等
(3)生物法:灭活病毒诱导法等
(1)物理法:电融合法、离心法等
(2)化学法:聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等
意义和
用途
(1)制备单克隆抗体
(2)有助于疾病的诊断、治疗、预防
(1)克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍
(2)培育作物新品种
探究点一
探究点二
易错提醒病毒在生物技术中的应用
(1)灭活的病毒能作为诱导剂,不灭活的病毒不能作为诱导剂。
(2)病毒在不同过程或操作中的“身份不同”。在免疫调节中病毒属于抗原,在基因工程中可作为载体,在细胞工程中可作为诱导剂。
探究点一
探究点二
典例剖析
(多选)如图为细胞融合的示意图,下列叙述正确的是( )
A.若a细胞和b细胞是植物细胞,需先去壁再诱导融合
B.a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现
C.c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性都有关
D.c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因
答案ABC
探究点一
探究点二
解析若a细胞和b细胞是植物细胞,需先去细胞壁再诱导融合,A项正确;a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现,B项正确;c细胞的形成,依赖细胞膜的流动性,C项正确;因为c细胞中含有a、b两种细胞的遗传物质,因此,c细胞将选择性地表达a细胞和b细胞中的基因,D项错误。
探究点一
探究点二
活学活练
下列关于动物细胞融合的说法,不正确的是( )
A.动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
B.动物细胞融合后形成的具有原来两个或多个动物细胞遗传信息的单核细胞称为杂交细胞
C.细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能
D.常用的诱导动物细胞融合的因素有:聚乙二醇、灭活的病毒、电激、紫外线照射等
探究点一
探究点二
答案D
解析动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程,A项正确;动物细胞融合后形成的具有原来两个或多个动物细胞遗传信息的单核细胞称为杂交细胞,B项正确;细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能,C项正确;常用于诱导动物细胞融合手段有:化学法(聚乙二醇)、生物法(灭活的病毒)、物理法(电激),紫外线照射不是诱导动物细胞融合的手段,D项错误。
探究点一
探究点二
单克隆抗体及其应用
情境导引
如何进行单克隆抗体的制备?
下图是单克隆抗体制备过程的各阶段图解,请据图回答下列问题。
探究点一
探究点二
1.请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来。
答案
2.在单克隆抗体制备过程中,选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂交瘤细胞具有的特点是 。?
答案既能迅速大量增殖,又能产生抗体
3.由图中可以看出,在单克隆抗体制备过程中运用了 和 等动物细胞工程技术手段。?
答案动物细胞融合 动物细胞培养
4.请写出图中两次筛选的目的:?? 。?
答案第一次筛选出杂交瘤细胞,第二次筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞
探究点一
探究点二
归纳提升
1.单克隆抗体的制备流程
探究点一
探究点二
2.两种抗体的比较
名 称
产 生
特 点
血清抗体
由浆细胞分泌
一般从血清中分离,产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体
由杂交瘤细胞分泌
特异性强,灵敏度高,能大量制备
探究点一
探究点二
3.三种细胞的比较
细胞类型
来 源
特 点
浆细胞
由B淋巴细胞受抗原刺激后增殖分化而来
能产生单一抗体,但不能无限增殖
骨髓瘤细胞
从骨髓肿瘤中提取
能无限增殖,但不能产生抗体
杂交瘤细胞
浆细胞与骨髓瘤细胞融合而成
既能产生抗体,又能无限增殖
探究点一
探究点二
4.单克隆抗体制备过程中两次筛选的区别
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选
原因
诱导融合后会得到多种杂交细胞,另外还有未融合的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
筛选
方法
用特定的选择培养基筛选:在该培养基上,未融合的亲本细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“BB”细胞、“瘤瘤”细胞)都会死亡,只有融合的杂交瘤细胞(“B瘤”细胞)才能生长
用多孔板培养,在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测,经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
筛选
目的
得到杂交瘤细胞
得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
探究点一
探究点二
典例剖析
单克隆抗体制备过程中,骨髓瘤细胞和B淋巴细胞诱导融合后要用特定培养基筛选出杂交瘤细胞。在这种培养基上不能存活、增殖的细胞是( )
①B淋巴细胞 ②小鼠骨髓瘤细胞 ③B淋巴细胞自身融合细胞 ④小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞 ⑤杂交瘤细胞
A.①②③④
B.①③⑤
C.②④
D.①③
答案A
解析特定培养基培养细胞的目的是筛选出既能大量增殖,又能产生抗体的杂交瘤细胞,因此其他的细胞都不能在此培养基上生存。在这种培养基上不能存活和繁殖的细胞有①B淋巴细胞、②小鼠骨髓瘤细胞、③B淋巴细胞自身融合细胞、④小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞。
探究点一
探究点二
活学活练
下列有关单克隆抗体的制备的叙述,正确的是( )
A.小鼠骨髓瘤细胞染色体数为40,其B淋巴细胞的染色体数为40,融合后形成的杂交瘤细胞DNA分子数为80
B.在单克隆抗体的制备过程中,只有一次筛选
C.单克隆抗体的制备需要用到动物细胞培养、动物细胞融合和动物体细胞核移植等技术
D.B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种细胞类型(若仅考虑两两融合的情况)
探究点一
探究点二
答案D
解析小鼠骨髓瘤细胞染色体数为40,其B淋巴细胞的染色体数为40,融合后形成的杂交瘤细胞染色体数目为80,由于线粒体中也有DNA,所以DNA数目大于80,A项错误;在单克隆抗体的制备过程中,至少涉及两次筛选,B项错误;单克隆抗体的制备需要用到动物细胞培养、动物细胞融合等技术,C项错误;B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种两两融合的细胞类型,即杂交瘤细胞、B淋巴细胞—B淋巴细胞、骨髓瘤细胞—骨髓瘤细胞,D项正确。二 胚胎工程技术及其应用
课后篇巩固提升
基础巩固
1.下列关于试管牛和克隆牛的叙述,错误的是( )
A.均需卵细胞参与
B.均需胚胎移植技术
C.均需进行胚胎体外培养
D.均是无性生殖技术
答案D
解析试管牛体外受精需要卵细胞的参与,克隆牛核移植技术需要去核的卵细胞,A项正确;试管牛和克隆牛都需要胚胎移植,B项正确;试管牛和克隆牛均需进行胚胎体外培养,C项正确;试管牛是经过体外受精和胚胎移植产生的,属于有性生殖,克隆牛是经过核移植技术和胚胎移植产生的,属于无性生殖,D项错误。
2.进行胚胎移植时,常选用的胚胎时期是( )
A.受精卵
B.桑葚胚或囊胚
C.原肠胚
D.胎儿
答案B
解析进行胚胎移植时,应该选择桑葚胚或囊胚阶段的胚胎,故选B项。
3.以下是制定并研究设计的“试管牛”工厂化生产技术流程,其中正确的顺序应是( )
①卵母细胞的采集和培养 ②精子的采集和获能 ③受精 ④胚胎的早期培养和胚胎移植
A.①②③④
B.①②④③
C.①④②③
D.②①④③
答案A
解析“试管牛”培育的一般流程是①卵母细胞的采集和培养、②精子的采集和获能、③受精、④胚胎的早期培养和胚胎移植。
4.要加快优良种畜的大量快速繁殖,目前最好采用下列哪种方法?( )
A.动物细胞培养
B.动物细胞融合
C.胚胎移植
D.核移植
答案C
解析动物细胞培养是细胞的增殖,不能产生新个体,A项错误;动物细胞融合技术最重要的应用是制备单克隆抗体,且动物细胞融合不能形成新个体,B项错误;胚胎移植能加速育种工作和品种改良,可以加快优良种畜的繁殖速度,C项正确;核移植技术能加速家畜遗传改良进程,促进良畜群繁育,但该技术的成功率低,D项错误。
5.下图表示“试管牛”“克隆牛”和“转基因牛”的培育过程,有关说法合理的是( )
A.三种牛的培育过程都经过了受精
B.三种牛培育过程都体现了细胞核的全能性
C.三种牛培育过程都用到了胚胎移植技术
D.三种牛体细胞中的遗传信息完全相同
答案C
解析克隆牛的培育过程没有经过受精,A项错误;克隆牛的培育体现了细胞核的全能性,但试管牛和转基因牛的培育体现的是细胞(受精卵)的全能性,B项错误;三种牛培育过程都用到了胚胎移植技术,C项正确;三种牛体细胞中的遗传信息存在差异,D项错误。
6.在胚胎移植时,所取胚胎大多在囊胚期以前,其原因是
( )
A.这时胚胎细胞数目少,便于操作
B.这时细胞尚未出现分化
C.囊胚时营养物质最丰富
D.这时具有囊胚腔,成活率高
答案B
解析因为囊胚期的胚胎开始细胞分化,而囊胚期以前的细胞还没有进行细胞分化,细胞的分化能力强,因此在胚胎移植时,胚胎通常取自囊胚期以前。
7.下列关于胚胎移植的叙述,正确的是( )
A.经胚胎移植获得的动物体都与供体的性别保持一致
B.供、受体要进行同期发情处理
C.应选择遗传性能和生产性能都优秀的个体作为受体
D.移植前先要通过免疫排斥反应实验对胚胎进行检查
答案B
解析胚胎是由受精卵发育形成,所以性别由精子和卵细胞内的性染色体决定,不一定和供体一致,A项错误;供、受体要进行同期发情处理,为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境,B项正确;受体雌性只需要生产性能优秀,不需要遗传性能优秀,C项错误;受体对移入子宫的胚胎基本上不产生免疫排斥反应,这为胚胎在受体内的存活提供了可能,所以不需要进行免疫排斥反应实验,D项错误。
8.下图表示牛胚胎移植的流程,其中①~④表示相应的操作过程。下列相关叙述错误的是( )
A.过程①注射相关激素,使供、受体同期发情
B.过程②注射促性腺激素,达到超数排卵的目的
C.过程③的主要目的是选择适合移植的胚胎
D.④表示对受体进行妊娠检查
答案D
解析图中过程①表示供、受体同期发情处理,该过程需要注射激素,A项正确;过程②表示注射促性腺激素,达到超数排卵的目的,B项正确;过程③的主要目的是选择适合移植的胚胎,C项正确;④表示移植胚胎,D项错误。
9.下列关于胚胎分割和胚胎移植的叙述,正确的是
( )
A.胚胎分割时可以在显微镜下用分割针或分割刀进行分割
B.胚胎分割时分割的数量越多越好
C.胚胎移植前取内细胞团细胞进行性别鉴定
D.胚胎移植产下的个体的遗传物质来自受体母畜
答案A
解析胚胎分割时可以在显微镜下用分割针或分割刀进行分割,A项正确;胚胎分割时以二分胚胎为宜,分割的数量不是越多越好,B项错误;胚胎移植前取滋养层细胞进行性别鉴定,C项错误;胚胎移植产下的个体的遗传物质来自供体,与受体母畜无关,D项错误。
10.供、受体母牛选择好后,要用激素进行同期发情处理的原因是( )
A.防止受体牛不愿意接受胚胎
B.只有受体与供体的生理状态相同,被移植的胚胎才能继续正常发育
C.大量提高供、受体的排卵量
D.同期发情处理后,卵子和精子受精结合能力强
答案B
解析利用某些激素对供体和受体母牛进行同期发情处理,使其生理条件达到同步或一致,这样才能使供体的胚胎移入受体后,具有相同或相似的生存条件,并且继续完成正常的发育。
11.表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛。产生这一结果最可能的原因是( )
A.试管动物培养
B.胚胎移植
C.胚胎分割移植
D.受精卵移植
答案C
解析表现型不同的母牛,其基因型不同,生育出基因型完全相同的小牛的可能性非常小;根据题目给出的选项,很可能是胚胎分割移植,该技术可提高牛的产仔率,这种情况下得到的后代基因型一定相同。
12.下图为经过体外受精和胚胎分割移植培育优质奶牛的过程,请回答下列问题。
(1)A细胞是次级卵母细胞,在进行体外受精前要对精子进行 处理。?
(2)进行胚胎分割时,应选择发育到 时期的胚胎进行操作。?
(3)通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有相同遗传性状的根本原因是 。?
(4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,应注意要将内细胞团均等分割,以免 。?
(5)移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是
。?
答案(1)获能 (2)桑葚胚或囊胚 (3)具有相同的遗传物质 (4)影响胚胎的恢复和进一步发育 (5)受体子宫对外来胚胎不发生排斥反应
解析(1)A细胞是次级卵母细胞,在进行体外受精前要对精子进行获能处理,精子获能后才能完成受精。
(2)桑葚胚或囊胚时期的细胞具有发育的全能性,进行胚胎分割时,应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚时期的胚胎进行操作。
(3)同一受精卵经有丝分裂产生的胚胎细胞具有相同的遗传物质,所以通过胚胎分割产生的两个或多个个体具有相同遗传性状。
(4)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,为防止影响胚胎的恢复和进一步发育,应注意要将内细胞团均等分割。
(5)移植后的胚胎在同种生物的受体子宫中不会被免疫排斥,这是胚胎移植存活的生理基础。
能力提升
13.(多选)下列关于胚胎工程的叙述,正确的是( )
A.对桑葚胚或囊胚进行分割处理,可培育基因型相同的两个新个体
B.采用胚胎分割技术获得同卵双胎或多胎,可以看作动物的无性繁殖
C.胚胎移植时,供体和受体母畜都必须具备优秀的遗传性能
D.试管动物技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术
答案ABD
解析由于来自同一个胚胎的后代具有相同的遗传物质,因此对桑葚胚或囊胚进行分割处理,可培育基因型相同的两个新个体,A项正确;采用胚胎分割技术获得同卵双胎或多胎,可以看作动物的无性繁殖,B项正确;胚胎移植时,供体母畜必须具备优秀的遗传性能,受体母畜不需要具备优秀的遗传性能,C项错误;试管动物技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术等,D项正确。
14.下图为人类对克隆羊技术的拓展和应用,请据图回答问题。
(1)图中所涉及的动物细胞工程常用的技术手段有 (答两种)。?
(2)图中克隆动物的成功说明 具有全能性,但在实际生产中,人们常常选取胚胎细胞核进行移植的原因是 ? 。?
(3)胚胎干细胞的形态特点是 (答两点)。?
(4)胚胎干细胞在饲养层细胞上或在添加 的培养液中,能够维持不分化的状态。?
答案(1)动物细胞培养技术、动物体细胞核移植技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术 (2)动物体细胞核
动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易 (3)细胞体积小、细胞核大、核仁明显 (4)抑制因子
解析(1)利用核移植技术制备重组细胞,培养重组细胞得到早期胚胎,将胚胎移植到母体子宫内,培育克隆羊的过程利用的主要是动物细胞培养技术、动物体细胞核移植技术、早期胚胎培养技术、胚胎移植技术。
(2)图中两个胚胎均能正常发育成个体,说明动物体细胞核具有全能性。动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易。因此在实际生产中,人们常常选取胚胎细胞核进行移植。
(3)胚胎干细胞的形态特点是细胞体积小、细胞核大、核仁明显。
(4)胚胎干细胞在饲养层细胞上或在添加抑制因子的培养液中,能够维持不分化的状态。
15.良种牛繁育的产业化技术部分过程如图,请回答下列问题。
(1)胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等,胚胎工程通过任何一项技术获得的胚胎,都必须通过 给受体才能获得后代。?
(2)若要充分发挥优良母畜的繁殖潜能,可给供体注射 ,使其排出更多的卵子。卵子需要发育到 期,才具备受精能力。?
(3)体外受精前,需对精子进行 处理。?
(4)若想提高胚胎的利用率,进行胚胎分割时,应选择发育良好、形态正常的 。?
(5)通过过程①和过程②③获得后代的生殖方式分别为 、 。(选填“无性生殖”或“有性生殖”)?
答案(1)胚胎移植 (2)促性腺激素 MⅡ (3)获能
(4)桑葚胚或囊胚 (5)有性生殖 无性生殖
解析(1)胚胎工程通过任何一项技术获得的胚胎,都必须通过胚胎移植给受体才能获得后代。
(2)给优良母畜注射促性腺激素,以促使其超数排卵;卵子需要发育到MⅡ期,才具备受精能力。
(3)体外受精前,需对精子进行获能处理。
(4)进行胚胎分割时,应选择发育良好、形态正常的囊胚或桑葚胚进行操作。
(5)通过分析可知,通过过程①获得后代的生殖方式为有性生殖,通过过程②③获得后代的生殖方式为无性生殖。
16.胚胎工程技术包含的内容很丰富。下图是胚胎工程技术研究及应用的相关情况,其中供体1是良种荷斯坦高产奶牛,供体2是本地黄牛。请据图回答下列问题。
(1)应用1与应用2的培育过程相比较,在应用1过程中特有的技术手段是 ,应用2的繁殖方式是 。若要获得大量的试管牛,可于早期胚胎的 时期进行分割后移植。?
(2)细胞B主要提供重组细胞的 部分,该部分在胚胎发育中的作用是 。?
(3)供体1经过 激素处理,可以排出更多的卵细胞;优良公牛提供的精子在体外需要进行 处理。?
(4)细胞D的名称是 。?
(5)将各种方式产生的胚胎移植到受体的小牛中,充分体现出这种操作技术的优势在于 。?
答案(1)核移植技术 有性生殖 桑葚胚或囊胚 (2)细胞质 诱导细胞核基因的表达 (3)促性腺激素
获能 (4)生殖腺细胞 内细胞团细胞 (5)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
解析(1)应用1采用了核移植技术,形成克隆动物,属于无性生殖;应用2采用体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术,形成的是试管动物,属于有性生殖。胚胎分割时,应该选择形态正常、发育良好的桑葚胚或囊胚。
(2)细胞B为卵母细胞,其主要提供重组细胞的细胞质部分,该部分在胚胎发育中的作用是诱导细胞核基因的表达。
(3)供体1经过促性腺激素处理,可促使其超数排卵,以便获得更多的卵细胞;优良公牛提供的精子在体外需要进行获能处理。
(4)胚胎干细胞来自早期胚胎,细胞D是内细胞团细胞。
(5)胚胎移植的优势在于大大缩短了供体本身的繁殖周期,充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(共23张PPT)
二 植物细胞工程的应用
学习目标
1.结合具体实例,说明植物细胞工程在快速繁殖、作物脱毒等方面的应用。
2.结合单倍体育种、突变体的利用等来理解植物组织培养在作物新品种培育方面的应用。
3.了解细胞产物的工厂化生产。
一、植物繁殖的新途径
1.快速繁殖
(1)概念:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,也叫作
微型繁殖技术。
(2)特点:①高效、快速地实现种苗的大量繁殖;②无性繁殖,保持优良品种的遗传特性。
2.作物脱毒
(1)选材部位:植物顶端分生区附近。
(2)选材原因:植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒。
(3)实例:目前采用茎尖组织培养技术来脱去病毒,已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
预习反馈
1.判断正误。
(1)脱毒苗培育所选用的组织培养材料可以来自植株的任何部位。(
×
)
(2)植物组织培养技术不仅可以快速、高效地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传性状。(
√
)
(3)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是植物体细胞杂交。(
×
)
(4)作物脱毒时选材部位应为植物木质部附近的部位,因为此处细胞内病毒极少。(
×
)
2.科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响,结果如图。下列相关叙述错误的是( )
A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性
B.培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段
C.实验结果表明茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低
D.根据本实验,培育脱毒苗时茎尖外植体的适宜大小为0.27
mm
答案A
解析马铃薯茎尖的病毒极少,甚至无病毒,因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养获得脱毒苗,培育脱毒苗所依据的原理是植物细胞的全能性,A项错误;培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段,B项正确;由题图可知,茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低,C项正确;在茎尖外植体大小为0.27
mm时,幼苗的脱毒率和成苗率均较高,因此本实验中,马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27
mm,D项正确。
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
(2)优点
①后代是纯合子,能稳定遗传。
②明显缩短了育种的年限。
③进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
2.突变体的利用
(1)产生原因:在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增殖的状态,因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。
(2)利用:从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。
预习反馈
1.判断正误。
(1)在植物组织培养过程中,容易获得突变体的主要原因是培养的细胞一直处于不断增殖的状态。(
√
)
(2)由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体,染色体加倍后得到的植株的显性性状容易显现,因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。(
×
)
2.下列育种措施中,可以增加植物突变率的是( )
A.采用嫁接方法培育苹果新品种
B.将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草受精卵中,培育抗冻烟草
C.用紫外线对组织培养中的愈伤组织进行照射
D.采用杂交培育高产水稻
答案C
解析利用物理因素(如紫外线、X射线等)或化学因素(如亚硝酸盐等)处理生物,使生物发生基因突变,可以提高突变率。
三、细胞产物的工厂化生产
1.概念:由于植物细胞的次生代谢物含量很低,从植物组织提取会大量破坏植物资源,有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到,因此人们期望利用植物细胞培养来获得目标产物,这个过程就是细胞产物的工厂化生产。植物细胞培养是指在离体条件下对
单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。
2.次生代谢物:植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物,是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等),在植物抗病、抗虫等方面发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
3.优点:不占用耕地,几乎不受季节、天气等的限制,因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
4.实例:紫草宁
、紫杉醇、人参皂苷的生产。
预习反馈
1.判断正误。
(1)工厂化生产的细胞产物,其化学成分都是蛋白质。(
×
)
(2)细胞产物的工厂化生产提高了获取植物某些成分的效率。(
√
)
(3)次生代谢物是植物生命活动所必需的。(
×
)
2.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述,错误的是( )
A.细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要应用之一
B.培养过程中植物细胞需要先脱分化形成愈伤组织,然后悬浮培养愈伤组织细胞
C.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分
D.培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物
答案D
解析培养的愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物,D项错误。
探究点一
探究点二
植物繁殖的新途径
情境导引
草莓传统的繁殖方式易将其所感染的病毒传给后代,导致产量降低、品质变差。运用作物脱毒技术可以培育岀脱毒植株。请回答下列有关植物繁殖新途径的问题。
1.作物培养过程中为什么要进行作物脱毒,如何进行作物脱毒?
提示对于无性繁殖的作物,病毒在作物体内逐年积累,就会导致作物产量降低、品质变差。而植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,因此切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植物就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。
2.从所需条件上来看,快速繁殖与传统育种方法相比的优点有哪些?
提示快速繁殖是在具有一定人工设施的室内生产,
可以不受季节、气候等自然条件的限制。
探究点一
探究点二
归纳提升
植物繁殖新途径的优点
繁殖新途径
优 点
微型繁殖
(1)能保持亲本的优良性状
(2)繁殖速度快
(3)不受季节、气候、地域的限制
作物脱毒
获得高产、优质的无病毒植株
探究点一
探究点二
典例剖析
马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖,种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产,为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是( )
A.选择优良品种进行杂交
B.进行远缘植物体细胞杂交
C.利用芽尖进行组织培养
D.人工诱导基因突变
答案C
解析芽尖分生能力旺盛,几乎不含病毒,可以通过芽尖组织培养获得脱毒苗。
探究点一
探究点二
活学活练
(多选)下列不属于植物的快速繁殖技术的是( )
A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗
B.水稻种子萌发并生长新个体
C.扦插的葡萄枝条长成新个体
D.柳树芽发育成枝条
答案BCD
解析快速繁殖技术是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,也叫作微型繁殖技术。水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育;扦插的葡萄枝条长成新个体属于无性繁殖中的营养繁殖。
探究点一
探究点二
作物新品种的培育
情境导引
下图为植物细胞工程中突变体的利用过程,请据图分析回答。
1.为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理?
提示愈伤组织细胞分裂旺盛,不断进行DNA分子的复制,此时易发生基因突变。
探究点一
探究点二
2.诱导分化得到的突变体都可以利用吗?为什么?
提示不是。因为基因突变具有随机性和不定向性,所以并不是诱导分化得到的突变体都可以利用,还需进一步筛选出所需要的突变体。
3.突变体育种所依据的原理是什么?
提示基因突变和植物细胞的全能性。
探究点一
探究点二
归纳提升
单倍体育种和突变体育种的比较
项目
原理
优 点
缺 点
实 例
单倍体育种
染色体变异
明显缩短育种年限
技术含量高
单育1号烟草、中花8号、11号水稻和京花1号小麦等
突变体育种
基因突变
产生新基因,大幅度改良某些性状
可用突变体少,需处理大量材料
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等
探究点一
探究点二
典例剖析
如图为利用突变体育种技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述不正确的是( )
探究点一
探究点二
A.该育种过程依据的原理有基因突变和植物细胞具有全能性
B.过程①②培养基中,不同植物生长调节剂的浓度比例不同
C.白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA和RNA种类相同
D.过程④通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒除草剂
答案C
解析白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA种类相同,但因为基因的选择性表达,RNA和蛋白质的种类是有差异的。
探究点一
探究点二
活学活练
下列有关植物细胞工程应用的叙述,不正确的是( )
A.利用组织培养技术培育脱毒苗,获得抗病毒的新品种
B.利用组织培养技术进行植物的快速繁殖,能保持亲本的优良性状
C.利用细胞培养技术获得紫草素,实现了细胞产物的工厂化生产
D.利用植物体细胞杂交技术获得“萝卜—甘蓝”,克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍
答案A
解析利用植物组织培养技术可以得到脱毒苗,但脱毒苗不一定具有抗病毒的能力;利用植物组织培养技术进行快速繁殖,该技术为无性繁殖,可保留母本的优良性状;在植物组织培养的愈伤组织阶段可得到大量的细胞,细胞代谢可以产生大量的细胞产物。(共42张PPT)
二 胚胎工程技术及其应用
学习目标
1.概括体外受精的过程及应用。
2.简述胚胎移植的基本过程及优点。
3.举例说出胚胎分割的过程及应用。
一、体外受精
1.试管动物:通过人工操作使卵子在体外受精,经培养发育为
早期胚胎后,再经移植产生的个体。
2.试管动物首先要做的是体外受精。
3.体外受精技术步骤:主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和
受精等。
4.采集到的卵母细胞和精子,要分别在体外进行成熟培养(卵子培养至MⅡ期)和获能处理,然后才能用于体外受精。
5.一般情况下,可以将获能的精子和培养成熟的卵子置于适当的
培养液中共同培养一段时间,来促使它们完成受精。
6.体外受精技术是提高动物繁殖能力的有效措施,还可以为
胚胎移植提供可用的胚胎。
预习反馈
1.判断正误。
(1)体外受精时,采集到的精子不需要做获能处理。(
×
)
(2)体外受精时,采集到的卵母细胞需要在体外培养到MⅡ期。(
√
)
(3)试管羊、克隆羊都属于无性生殖。(
×
)
2.下列不属于体外受精主要步骤的是( )
A.卵母细胞的采集
B.卵细胞的采集
C.精子的获能
D.受精
答案B
解析体外受精的技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。具有受精能力的是MⅡ期的卵母细胞,不是成熟的卵细胞。
二、胚胎移植
1.概念
(1)对象:通过体外受精及其他方式得到的胚胎。
(2)移植条件:同种的、生理状态相同的雌性动物体内。
(3)供体:在胚胎移植中提供胚胎的个体。
(4)受体:在胚胎移植中接受胚胎的个体。
(5)地位:通过任何一项技术(如转基因、核移植和体外受精等)获得的胚胎,都必须移植给受体才能获得后代。
2.过程
3.意义
(1)充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
(2)大大缩短了供体本身的繁殖周期。
(3)对供体施行超数排卵处理,可增加后代数量。
预习反馈
1.判断正误。
(1)移植的胚胎只能来自体内受精或者体外受精直接产生的胚胎。(
×
)
(2)胚胎移植时,供体母畜需要具备优良的遗传性能。(
√
)
(3)胚胎移植后不需再对受体进行检查。(
×
)
2.下列有关胚胎移植技术的说法,不正确的是( )
A.移植前要对受体母牛进行同期发情处理
B.受体对移入子宫的胚胎基本上不产生免疫排斥反应
C.胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”
D.胚胎移植能充分发挥雄性优良个体的繁殖潜力
答案D
解析胚胎移植前要对受体母牛进行同期发情处理,以实现早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移,A项正确;受体对移入子宫的胚胎基本上不产生免疫排斥反应,B项正确;胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”,C项正确;胚胎移植能充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,D项错误。
三、胚胎分割
1.概念
对象
早期胚胎
方法
机械方法
目的
获得同卵双胎或多胎
特点
来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质
实质
胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一
2.操作程序
(1)选择胚胎:选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚,将其移入盛有操作液的培养皿中。
(2)分割胚胎:在显微镜下用分割针或分割刀将胚胎切开。
(3)分割后的胚胎可以直接移植给受体,或经体外培养后,再移植给受体。
3.囊胚分割要求
注意将内细胞团均等分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
4.意义
(1)促进优良动物品种的繁殖,产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。
(2)在胚胎移植前,进行性别鉴定、遗传病筛查等,对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。
预习反馈
1.判断正误。
(1)胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。(
×
)
(2)利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。(
√
)
(3)胚胎分割可看作是有性生殖。(
×
)
2.下列关于胚胎分割技术的叙述,错误的是( )
A.胚胎分割技术可以获得同卵双胎或三胎
B.胚胎分割技术用机械方法切割早期胚胎
C.胚胎分割技术属于无性生殖方式,因此属于克隆的方法
D.胚胎分割技术应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚
答案A
解析胚胎分割技术可以将早期胚胎平均分割成2等份、4等份或8等份等,获得同卵双胎或多胎,A项错误;胚胎分割技术用机械方法即分割针或分割刀对早期胚胎进行平均分割,B项正确;胚胎分割技术属于无性生殖方式,因此属于克隆的方法,C项正确;胚胎分割技术应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚,D项正确。
探究点一
探究点二
探究点三
体外受精
情境导引
下图是哺乳动物体外受精过程示意图,请据图思考回答下列问题。
探究点一
探究点二
探究点三
1.受精时精子需要进行获能处理,对卵子的要求是什么?
提示需要在体外培养成熟至MⅡ期。
2.受精过程体现了细胞膜的哪种功能,体现了细胞膜的哪一特性?
提示体现了细胞膜的信息传递功能。体现了细胞膜具有一定的流动性的特性。
3.试管动物在体外就能获取,对吗?
提示不对。试管动物是将获取的精子、卵母细胞处理后在体外受精,培养到一定阶段后,仍需要将胚胎移植至雌性动物(受体)体内,经妊娠后产出。
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
1.试管动物并非自始至终都在试管中发育,而是胚胎发育的早期在培养皿和试管中,胚胎发育的绝大部分时间在母体内。
2.体外受精
探究点一
探究点二
探究点三
(1)原理:人工模拟体内环境(包括营养、温度、pH等),使卵母细胞成熟、精子获能,最终完成受精。
(2)主要步骤:卵母细胞的采集、精子的获取和受精等。
(3)过程:精子进行获能处理,卵子进行成熟培养(发育到MⅡ期),再进行体外受精。
特别提醒
体外受精形成的胚胎进行胚胎移植属于有性生殖,核移植形成的胚胎进行胚胎移植属于无性生殖,即判断胚胎移植为何种生殖方式,关键要看胚胎是通过何种方式发育而来的。
探究点一
探究点二
探究点三
(4)比较自然受精、人工授精和体外受精
项 目
自然受精
人工授精
体外受精
不
同
点
过程
不同
雌雄动物交配完成
用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内,完成受精
人工获取精子、卵母细胞,在体外分别经处理后完成受精过程
场所
不同
雌性动物输卵管中
雌性动物输卵管中
体外培养液中
相同点
①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程;②都是有性生殖
探究点一
探究点二
探究点三
3.克隆动物、试管动物的比较
项目
克隆动物
试管动物
生
产
流
程
?
?
探究点一
探究点二
探究点三
易错提醒试管动物和克隆动物的不同
(1)生殖方式不同:试管动物属于有性生殖;克隆动物属于无性生殖。
(2)培育的技术手段不同:试管动物需采用体外受精、胚胎移植等技术;克隆动物需采用核移植、胚胎移植等技术。
(3)是否遵循遗传定律:试管动物遵循遗传定律;克隆动物不遵循遗传定律。
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
(多选)下图所示是利用哺乳动物的生殖细胞进行的体外受精培育试管动物的大致流程。下列说法中正确的是( )
A.哺乳动物的体外受精包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤
B.获取的精子经过离心处理后,就具备了与卵母细胞受精的能力
C.卵母细胞需要在体外成熟培养至MⅡ期
D.胚胎早期发育的过程是受精卵→囊胚→桑葚胚→原肠胚
探究点一
探究点二
探究点三
答案AC
解析哺乳动物的体外受精包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等几个主要步骤,A项正确;精子经离心处理后,需要获能后才能进行受精,B项错误;卵母细胞需要在体外成熟培养至MⅡ期才能进行受精,C项正确;胚胎早期发育的过程是受精卵→桑葚胚→囊胚→原肠胚,D项错误。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
下列有关人工授精、体外受精和自然受精的叙述,错误的是( )
A.人工授精能更有效地发挥公畜的优良特性
B.体外受精能更有效地发挥母畜的繁殖潜能
C.人工授精、体外受精的本质与自然受精不同
D.人工授精过程中的精、卵结合在母畜体内,而体外受精中这一过程发生在体外培养液中
探究点一
探究点二
探究点三
答案C
解析在人工授精时,一般选择优良品种公畜的精液进行受精作用,因此人工授精能更有效地发挥公畜的优良特性,A项正确;体外受精能更有效地发挥母畜的繁殖潜能,B项正确;人工授精、体外受精的本质与自然受精相同,都是两性生殖细胞的结合,C项错误;人工授精过程中的精、卵结合发生在母畜体内,而体外受精中这一过程在体外培养液中进行,D项正确。
探究点一
探究点二
探究点三
胚胎移植
情境导引
胚胎移植的基本程序是什么?
下图为牛胚胎移植及早期胚胎发育过程示意图,请据图回答问题。
探究点一
探究点二
探究点三
1.牛胚胎移植过程中,通常是利用激素对供体母牛和受体母牛进行同期发情处理(①),然后用 激素使供体母牛超数排卵(②)。?
答案促性腺
2.对胚胎进行质量检查(③)时,胚胎应发育到 或 阶段。?
答案桑葚胚 囊胚
3.⑤过程产生的犊牛的遗传物质与⑥的遗传物质是否相同? 。为什么??
提示不相同 因为犊牛的遗传物质来源于供体母牛和供体公牛,且通常情况下,供体胚胎的遗传物质在孕育过程中不受受体影响。
探究点一
探究点二
探究点三
4.胚胎移植的意义是 。?
答案可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能
5.受体是否会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应? 。?
答案不会
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
1.胚胎移植中胚胎来源归纳
探究点一
探究点二
探究点三
2.胚胎移植的流程
↓
配种或人工授精
↓
↓
胚胎移植
↓
胚胎移植后的检查检查受体是否妊娠
↓
分娩
探究点一
探究点二
探究点三
特别提醒
(1)作为胚胎受体的条件:①与供体是同一物种;②与供体处于相同的生理状态;③雌性动物。
(2)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
(3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,这为胚胎在受体内的存活提供了可能。
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
下列有关胚胎移植的叙述,错误的是( )
A.用激素处理胚胎移植的供体使其超数排卵
B.用激素处理胚胎移植的受体使其同期发情
C.对胚胎移植的供体和受体进行免疫检查,以防发生免疫排斥
D.克隆动物的培育和转基因动物的培育都需借助胚胎移植技术
答案C
解析用激素处理胚胎移植的供体使其超数排卵,A项正确;胚胎移植前要对供体和受体使用激素进行同期发情处理,以保证胚胎移植入相同的生理环境,B项正确;不需要对胚胎移植的供体和受体进行免疫检查,因为受体子宫对移入的胚胎基本上不发生免疫排斥反应,C项错误;胚胎移植是克隆动物的培育和转基因动物培育的最后环节,D项正确。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
胚胎移植技术已在畜牧业生产中得到广泛的应用。下列说法错误的是( )
A.胚胎移植可充分发挥优良母牛的繁殖潜力,一年内可得到几头甚至几十头良种牛犊
B.应用胚胎移植可使母牛提高生产能力
C.应用胚胎移植可以代替种畜的引进,丰富品种资源
D.胚胎移植可在畜牧业生产中产生新的品种,改良品种资源
答案D
解析胚胎移植可充分发挥优良母牛的繁殖潜力,一年内可得到几头甚至几十头良种牛犊,A项正确;应用胚胎移植可使母牛提高生产能力,B项正确;应用胚胎移植可以代替种畜的引进,丰富品种资源,C项正确;胚胎移植在畜牧业生产中,不能产生新的品种,D项错误。
探究点一
探究点二
探究点三
胚胎分割
情境导引
进行胚胎分割操作时应注意什么?用于胚胎分割的胚胎有什么要求?
下图为哺乳动物胚胎性别鉴定和分割示意图。请据图回答下列问题。
探究点一
探究点二
探究点三
1.胚胎分割时,一般选择发育良好、形态正常的 。对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要特别注意将 均等分割,否则会影响分割后的胚胎恢复和进一步发育。来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质,因此,胚胎分割可以看作动物 的方法之一。?
答案桑葚胚或囊胚 内细胞团 无性生殖(或克隆)
2.胚胎分割过程中分割出的少量胚胎细胞可用来做 。?
答案性别鉴定
3.胚胎分割是否能无限分割?
提示不能。因为分割次数越多,越难以做到均等分割,并且分割后胚胎恢复和发育的难度越大。
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
1.胚胎分割的基础
(1)理论基础:细胞的全能性。
(2)物质基础:每个细胞核内具有相同的遗传物质。
2.胚胎均分数目
用分割针或分割刀将胚胎切成2、4、8等份数,而不是2、3、4、5、6等份数,这与细胞有丝分裂产生的子细胞数目,以及操作难易程度有关。
探究点一
探究点二
探究点三
3.胚胎分割的过程
选发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚
↓
移入盛有操作液的培养皿中
↓
用分割针或分割刀将胚胎切开
↓
吸出其中半个胚胎,注入空透明带中,或将裸半胚移植入受体
↓
着床发育产仔
探究点一
探究点二
探究点三
4.胚胎分割的意义:加快繁殖速度,提高了胚胎的利用率。
5.有关胚胎分割的三点提醒
(1)分割要均等。分割囊胚的内细胞团时,一定要均等,若分割不均,会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强,少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育。
(2)分割份数不能过多。分割的份数越多,每一份的细胞数会越少,不但难以做到均等分割,而且作为囊胚期的内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此,分割的份数越多,技术难度会越大,移植后的恢复和发育的难度越大,移植成功率降低。
(3)同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质,该过程中没有减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合,属于无性繁殖或克隆。
探究点一
探究点二
探究点三
6.胚胎分割动物与克隆动物的比较
项目
胚胎分割动物
克隆动物
胚胎
来源
雌性动物体内受精或体外受精形成的早期胚胎、其他方式得到的胚胎
经体细胞核移植得到的胚胎
生殖方式
无性生殖
无性生殖
后代遗
传特点
相同
相同
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
下图是利用胚胎工程技术培育优质奶牛的主要步骤。下列叙述正确的是( )
A.甲所表示的细胞不一定是受精卵
B.图中a过程包括卵裂、囊胚和原肠胚等阶段
C.应把③移植到处于发情状态的母牛的输卵管中
D.图示过程使用了细胞培养、胚胎分割、核移植等生物技术
探究点一
探究点二
探究点三
答案A
解析甲所表示的可能是桑葚胚或受精卵,A项正确;图中胚胎分割的对象为囊胚,所以a过程没有原肠胚阶段,B项错误;应把③移植到处于发情状态的母牛的子宫中,C项错误;图示过程使用了动物细胞培养、胚胎分割、胚胎移植等生物技术,D项错误。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
下列有关胚胎分割的叙述,错误的是( )
A.选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚进行分割
B.对囊胚进行胚胎分割时要保证将内细胞团均等分割
C.胚胎分割产生的后代个体表现型一定完全相同
D.胚胎分割可以看成是动物的无性繁殖或克隆
答案C
解析选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚进行分割,A项正确;对囊胚阶段的胚胎分割时,要将内细胞团均等分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育,B项正确;表现型由基因型和环境共同决定,胚胎分割产生的后代个体基因型相同,表现型不一定完全相同,C项错误;胚胎分割可以看成是动物无性生殖或克隆的方法之一,D项正确。三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
课后篇巩固提升
基础巩固
1.据报道,英国科学家从人皮肤细胞中提取出细胞核,植入剔除了细胞核的牛卵母细胞中,从而培育出人兽混合胚胎。从遗传学角度来看,这种混合胚胎中有99.9%的遗传物质来自人,只有0.1%来自牛。你认为这0.1%的遗传物质最可能存在于牛卵母细胞的( )
A.细胞核
B.核糖体
C.线粒体
D.叶绿体
答案C
解析0.1%的遗传物质来自牛卵母细胞中的线粒体,C项正确。
2.下列关于动物体细胞核移植技术和克隆动物的叙述,正确的是( )
A.细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是刺激细胞呼吸
B.用于核移植的供体细胞一般都选用传代50代以内的细胞
C.体细胞的细胞核移植到受体细胞之前,要先去掉受体细胞的核
D.用体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞核供体动物进行100%的复制
答案C
解析细胞培养应在含95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行,CO2的主要作用是维持培养液的pH,A项错误;为了保证供体细胞正常的遗传基础,用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞,培养的动物细胞一般传代至10~50代左右时,部分细胞核型可能会发生变化,其细胞遗传物质可能会发生突变,而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型,B项错误;为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞,在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前,必须将受体细胞的细胞核去掉或将其破坏,C项正确;克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核,但其核外还有少量的DNA,即线粒体中的DNA是来自受体卵母细胞,用体细胞核移植方法生产的克隆动物,不是对体细胞核供体动物进行100%的复制,D项错误。
3.下列关于高产奶牛克隆过程的叙述,错误的是( )
A.供体牛体细胞在进行体外培养时,会发生细胞贴壁和接触抑制的现象
B.培养至MⅡ期的卵母细胞的细胞质中含有能促进细胞核全能性表达的物质
C.通过电融合法促进供体与去核受体细胞两两融合,供体核进入卵母细胞
D.胚胎移植时,重构胚可以直接移入代孕母牛的子宫
答案D
解析供体牛体细胞在进行体外培养时,会发生细胞贴壁和接触抑制的现象,A项正确;核移植用MⅡ期的卵母细胞做受体细胞的主要原因是其细胞质中含有能促使细胞核表达全能性的物质,B项正确;通过电融合法使去核的卵母细胞与供体细胞两两融合,供体核进入受体卵母细胞,形成重构胚,C项正确;胚胎移植前,应用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚,再移入代孕母牛的子宫,D项错误。
4.治疗性克隆有望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排斥反应。下图表示治疗性克隆的过程,下列有关叙述错误的是( )
A.上述过程利用了动物细胞核移植、动物细胞培养等技术
B.上述过程充分说明动物细胞具有全能性
C.由图可以看出胚胎干细胞可诱导成多种体细胞
D.①②过程都发生DNA复制、转录和翻译
答案B
解析图中治疗性克隆的过程利用了动物细胞核移植、动物细胞培养等技术,A项正确;治疗性克隆过程说明动物细胞核具有全能性,B项错误;由图可以看出胚胎干细胞可诱导成多种体细胞,C项正确;①②过程都有细胞有丝分裂过程,都会进行DNA的复制和蛋白质的合成,因此都会发生DNA的复制、转录和翻译,D项正确。
5.在克隆羊培育过程中,将雄羊的体细胞核移入雌羊的卵母细胞中。产生该克隆羊的方式及该克隆羊发育成熟后所分泌的性激素依次是
( )
A.无性生殖、雄性激素
B.无性生殖、雌性激素
C.有性生殖、雄性激素
D.有性生殖、雌性激素
答案A
解析克隆羊是采用了动物细胞核移植技术产生的,属于无性生殖;克隆羊的细胞核基因均来自雄羊的体细胞,所以克隆羊的性别为雄性,则该克隆羊发育成熟后所分泌的性激素为雄性激素。
6.为研究治疗性克隆技术能否用于帕金森病的治疗,科研人员利用人帕金森病模型鼠进行如图实验,相关叙述错误的是( )
A.过程①中选择MⅠ期的卵母细胞有利于细胞核全能性恢复
B.过程②的关键是利用特定条件诱导胚胎干细胞相关基因表达
C.过程③对受体小鼠无需注射免疫抑制剂以抑制其细胞免疫功能
D.克隆特定疾病模型的动物,可以为该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助
答案A
解析MⅡ期卵母细胞细胞质中含激发细胞核全能性的物质,核移植过程中选择MⅡ期的卵母细胞有利于细胞核全能性恢复,A项错误;过程②是诱导分化过程,其关键是利用特定条件诱导胚胎干细胞相关基因表达,B项正确;过程③移植的神经元细胞是由该小鼠自身细胞诱导分化而来,不会发生免疫排斥反应,无需注射免疫抑制剂,C项正确;克隆特定疾病模型的动物,可以为该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助,D项正确。
7.如图为某哺乳动物的生殖过程图,下列叙述正确的是
( )
A.动物个体2为克隆动物,c为高度分化的体细胞
B.动物个体2的遗传性状与提供b细胞的母羊完全不同
C.产生动物个体2的生殖方式为有性生殖
D.e细胞为已完成减数分裂的卵细胞
答案A
解析动物个体2为通过体细胞核移植技术得到的克隆动物,c为高度分化的体细胞,A项正确;动物个体2的细胞质遗传物质来自b,受细胞质基因控制的性状,动物个体2和提供b的母羊基本相同,B项错误;动物个体2是通过体细胞核移植形成的,属于无性生殖,C项错误;e细胞为处于MⅡ期的卵母细胞,D项错误。
8.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育,可以对此转基因奶牛进行克隆(如下图所示),请结合图示回答下列问题。
(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)形成重组细胞时应选用 期的卵母细胞,去掉其细胞核的原因是 ? 。?
(3)如果重组细胞为贴附性细胞,则在进行原代培养时,会表现出 和 等特点。?
(4)重组细胞在培养液中培养成的重构胚移入受体母牛体内,会生出与供体奶牛遗传性状大致相同的犊牛,但某些性状上也会有差异,原因是 ; 。?
(5)上图中所示的生物技术整体被称为 。转基因奶牛的克隆成功,说明了动物 具有全能性。?
答案(1)胰蛋白(或胶原蛋白) 酶具有专一性 (2)MⅡ 使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞 (3)细胞贴壁 接触抑制 (4)生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制 生物的性状受环境因素的影响 (5)动物细胞核移植技术(或体细胞核移植) 体细胞的细胞核
解析(1)动物细胞培养时,常用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理动物组织,以分散成单个细胞。不能用纤维素酶与果胶酶的原因是酶具有专一性。
(2)形成重组细胞时应选用MⅡ期的卵母细胞,去掉其细胞核的原因是使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞。
(3)贴附性细胞在进行原代培养时,会表现出细胞贴壁和接触抑制等特点。
(4)图中犊牛并非是对体细胞核供体母牛100%的复制,其主要原因是犊牛的细胞质来自受体卵母细胞,生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制,其次是生物的性状还受环境因素的影响。
(5)图中所示的生物技术整体被称为动物细胞核移植技术(或体细胞核移植)。转基因奶牛的克隆成功,说明了动物体细胞的细胞核具有全能性。
能力提升
9.2010年6月,内蒙古白绒山羊种羊场诞生了目前国际上规模最大的一批转基因克隆绒山羊,关于克隆,除个体水平的外,还有分子、细胞、器官等水平的克隆,下列不属于克隆技术的是( )
A.从出生不久的小鼠心脏取下细胞在体外离体培养成细胞系
B.使某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达
C.农业生产上利用马铃薯的芽繁殖马铃薯
D.将单个B淋巴细胞进行无性繁殖
答案B
解析幼龄动物的细胞在体外离体培养成细胞系为动物细胞培养,属于细胞克隆,A项不符合题意;使某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达属于基因水平的操作,不属于克隆,B项符合题意;农业生产上利用马铃薯的芽繁殖马铃薯属于营养繁殖,是无性繁殖,属于个体的克隆,C项不符合题意;将单个B淋巴细胞进行无性繁殖属于细胞克隆,D项不符合题意。
10.(多选)通过体细胞核移植技术培育克隆牛的过程中,涉及的操作是( )
A.用显微操作技术处理次级卵母细胞,去除细胞核
B.将精子放入适宜的培养液中培养,使其获能
C.用物理或化学方法激活重构胚,使其完成发育进程
D.选择合适时期的胚胎进行移植,使其发育成完整个体
答案ACD
解析对于受体卵母细胞需要培养到MⅡ期,然后利用显微操作技术去除其细胞核,A项正确;该技术需要的是供体细胞核和受体卵母细胞,不需要精子的参与,B项错误;需要用物理或化学方法激活核移植产生的重构胚,使其完成发育进程,C项正确;选择合适时期的胚胎进行移植,使其发育成完整个体,D项正确。
11.现有A和B两个肉牛品种,A品种牛的细胞组成可表示为A细胞核、A细胞质,B品种牛的细胞组成则为B细胞核、B细胞质。
(1)如果要获得一头克隆牛,使其细胞由A细胞核和B细胞质组成,基本步骤是:从A品种牛体内取出体细胞,进行体外培养,然后再从培养细胞中取出 注入B品种牛的 卵母细胞中,经过某种刺激和培养后,可形成胚胎,该胚胎被称为 ,将该胚胎移入代孕母牛的 中,通过培育可达到目的。?
(2)克隆牛的产生说明 具有全能性。克隆牛的性状主要表现 品种牛的特征。由A、B两品种杂交得到的牛与克隆牛相比,杂交牛细胞核的遗传物质来自 个亲本,细胞质主要来自 (填“公”或“母”)牛,克隆牛和杂交牛的遗传物质组成 (填“相同”或“不同”)。?
答案(1)(A)细胞核 去核 重构胚 子宫
(2)动物体细胞的细胞核 A 两 母 不同
解析(1)动物细胞核具有全能性,将A细胞核注入B品种牛处于MⅡ期的去核卵母细胞中,形成的胚胎称为重构胚,将该胚胎移入代孕母牛的子宫中,可发育成克隆动物。
(2)克隆动物利用的是动物体细胞细胞核的全能性,得到的新个体的性状主要由细胞核决定,与供核牛的性状基本一致。杂交牛是由精子和卵细胞融合得到的受精卵发育而来,细胞核中的遗传物质来自两个亲本,但细胞质主要来自卵细胞,所以杂交牛和克隆牛的遗传物质不同。
12.下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题。
(1)图中A表示正常细胞核,染色体数为2n,则其性染色体的组成可为 。过程①表示去除细胞核,该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行,去核时常采用 的方法。?
(2)经过多次传代后,供体细胞中 的稳定性会降低,因此,选材时必须关注传代次数。?
(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同,从遗传物质的角度分析其原因是 。?
(4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了 。?
答案(1)XX或XY 显微操作 (2)遗传物质 (3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响 (4)动物体细胞的细胞核具有全能性
解析(1)提供体细胞的供体可能为雌性,也可能为雄性,因此图中A(正常细胞核)的性染色体组成为XX或XY。常采用显微操作的方法来去除卵母细胞的细胞核。
(2)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。超过10代继续培养,则其遗传物质(或核型)的稳定性会降低。
(3)克隆动物的细胞核基因来自供体,因此大部分性状与供体相同,但细胞质基因来源于受体(或提供卵母细胞的个体),即卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响,这就决定了克隆动物的性状与供体不完全相同。
(4)克隆动物的培育采用的是核移植技术,核移植技术的原理是已经分化的动物体细胞核具有全能性。
13.下图所示为人类“治疗性克隆”的大概过程,回答下列问题。
(1)在培养体细胞时需要创造无菌、无毒的环境,进行??等操作,可创造无菌、无毒的环境。
(2)植物组织培养有一项应用是培育“脱毒苗”,脱毒苗中的“毒”是指 ,此过程常常选取茎尖作为外植体,其依据是 。?
(3)目前核移植技术中常用的去核方法为 ,同一胚胎干细胞可分化为多种细胞是 的结果。?
(4)若将上述结果用于白血病病人的骨髓移植,如果图中患者是A型血,提供卵细胞的女性是AB型血,则骨髓移植成功后患者的血型是 型。按上述方法克隆的器官在移植方面的主要优点是 。?
答案(1)对培养液和所有培养用具灭菌、在无菌环境下操作、定期更换培养液 (2)病毒 茎尖的病毒极少,甚至无病毒 (3)显微操作法 基因的选择性表达
(4)A 不会产生免疫排斥反应
解析(1)对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作;定期更换培养液,可以清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害,进而创造无菌、无毒的环境。
(2)脱毒苗中的“毒”是指病毒,由于茎尖的病毒极少,甚至无病毒,故此过程常常选取茎尖作为外植体。
(3)目前核移植技术中常用显微操作进行去核处理。由于基因的选择性表达,同一胚胎干细胞可分化为多种细胞。
(4)若将上述结果用于白血病病人的骨髓移植,如果图中患者是A型血,提供卵细胞的女性是AB型血,由于细胞核中的遗传物质仍来自患者,故骨髓移植成功后患者的血型仍为A型。按上述方法克隆的器官不会产生免疫排斥反应,利于移植器官的存活。第3节 胚胎工程
一 胚胎工程的理论基础
课后篇巩固提升
基础巩固
1.正常情况下,人的受精过程和胚胎发育的场所分别是
( )
A.卵巢和输卵管
B.子宫和输卵管
C.输卵管和子宫
D.卵巢和子宫
答案C
2.下列有关哺乳动物受精的叙述,正确的是( )
A.卵细胞膜反应是防止多精入卵的第一道屏障
B.产生卵细胞的最终场所是输卵管
C.在自然条件下,受精在子宫中完成
D.受精卵中含有一个染色体组
答案B
解析透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障,A项错误;卵原细胞进行减数分裂形成卵细胞的过程是不连续的,其中MⅠ期在卵巢进行,MⅡ期在输卵管中进行,因此,产生卵细胞的最终场所是输卵管,B项正确;在自然条件下,哺乳动物的受精在输卵管内完成,C项错误;受精卵中含有两个染色体组,D项错误。
3.下列关于哺乳动物受精和胚胎早期发育的叙述,正确的是( )
A.雌性动物排卵后遇精子即完成受精
B.胚胎发育至囊胚时即已开始了细胞分化,这是由于基因开始进行选择性表达
C.受精卵早期分裂时,胚胎中每个细胞的体积都增加
D.哺乳动物的胚胎早期发育过程是:受精卵→卵裂→囊胚→桑葚胚→原肠胚
答案B
解析雌性动物排出的卵母细胞要发育至MⅡ期时,才能与获能后的精子完成受精,A项错误;胚胎发育至囊胚时即已开始了细胞分化,细胞分化是基因选择性表达的结果,B项正确;受精卵早期分裂时,胚胎中细胞的数目不断增加,但胚胎的总体积并不增加,胚胎中单个细胞的体积是减小的,C项错误;哺乳动物胚胎早期发育经历的时期是:受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚,D项错误。
4.下图表示某种哺乳动物受精及早期胚胎发育的部分过程。下列有关叙述正确的是( )
A.图1中各细胞内的DNA分子数目不同
B.图2和图3中的极体都将继续分裂
C.桑葚胚孵化后,将发育形成图4结构
D.图1到图4的过程发生在输卵管和子宫中
答案D
解析图1中精子和卵细胞内的DNA分子数目相同,比体细胞少一半,A项错误;图2和图3中的第一极体一般不分裂,第二极体不能再分裂,B项错误;图4结构表示原肠胚,囊胚孵化后,将发育成原肠胚,C项错误;图1到图3的过程发生在输卵管中,图4的形成发生在子宫中,D项正确。
5.下列关于受精过程的叙述,错误的是( )
A.获能后的精子与卵子相遇后,释放的酶可以溶解卵细胞膜外的一些结构
B.透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障
C.精子入卵后,不需脱尾即可形成雄原核
D.雄原核形成的同时,卵子完成减数分裂Ⅱ
答案C
解析获能后的精子与卵子相遇后,释放的酶可以溶解卵细胞膜外的一些结构,A项正确;透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障,卵细胞膜反应是防止多精入卵的第二道屏障,B项正确;精子入卵后,尾部脱离,形成雄原核,C项错误;雄原核形成的同时,卵子完成减数分裂Ⅱ并释放第二极体,形成雌原核,D项正确。
6.下列关于哺乳动物受精的叙述,错误的是( )
A.受精是精子与卵子结合形成合子的过程
B.动物排出的卵子成熟程度相同
C.在体内,精子必须在雌性生殖道中发生相应的变化才可获得受精能力
D.透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的屏障
答案B
解析受精是精子与卵子结合形成合子的过程,A项正确;动物排出的卵子成熟程度不同,有的可能是初级卵母细胞,有的可能是次级卵母细胞,B项错误;在体内,精子必须在雌性生殖道中发生相应的变化即“精子获能”,才可获得受精能力,C项正确;透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障,D项正确。
7.下列关于哺乳动物受精与胚胎早期发育的叙述,正确的是( )
A.绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性
B.卵裂期细胞的体积随分裂次数增加而不断增大
C.囊胚的滋养层细胞将来发育成胎儿的各种组织
D.细胞开始发生分化的胚胎时期是原肠胚阶段
答案A
解析细胞膜表面均有糖蛋白,糖蛋白具有细胞识别功能,精子、卵细胞的相互识别保证了同物种精卵结合,A项正确;受精卵在卵裂过程中,细胞数量不断增加,但胚胎的总体积并不增加,单个细胞的体积是不断减小的,B项错误;囊胚的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,C项错误;细胞开始发生分化的胚胎时期是囊胚阶段,D项错误。
8.如图表示哺乳动物胚胎早期发育过程的几个阶段,下列叙述正确的是( )
A.发育的先后顺序为a→c→b
B.c时期开始出现细胞分化
C.2是滋养层,1是内细胞团
D.a表示桑葚胚
答案D
解析发育的先后顺序是a(桑葚胚)→b(囊胚)→c(原肠胚),A项错误;b时期(囊胚期)开始出现细胞分化,B项错误;图中1是滋养层,2是内细胞团,C项错误;a表示桑葚胚,D项正确。
9.如图为哺乳动物受精卵发育过程中某一时期的示意图,下列叙述正确的是( )
A.此图中细胞还没有分化
B.此图表示桑葚胚,可作为胚胎移植的材料
C.图中①②③依次为透明带、内细胞团、滋养层
D.胚胎从①中伸展出来的过程叫作孵化
答案D
解析囊胚阶段的细胞已经出现分化,A项错误;此图表示囊胚,B项错误;图中①②③依次为透明带、内细胞团、滋养层,C项错误;胚胎从①中伸展出来的过程叫作孵化,D项正确。
10.胚胎发育早期,有一段时间是在透明带中进行的,这一时期称为卵裂期。其特点是( )
A.细胞进行有丝分裂
B.每个细胞体积有所减小,胚胎的总体积增加
C.胚胎有机物总量增加,细胞DNA总量不断减少
D.所有细胞的相对表面积减小,核物质(质量)与质物质比值增大
答案A
解析卵裂期细胞进行有丝分裂,A项正确;每个细胞体积减小,胚胎的总体积不增加,B项错误;胚胎有机物因为消耗总量减少,细胞DNA总量因为复制而增加,C项错误;细胞体积减小,细胞的相对表面积增大,D项错误。
11.如图是某种哺乳动物生殖和发育的过程图解,请据图回答下列问题。
(1)写出A、B所示生理过程的名称:A. ;B. 。?
(2)从受精卵开始的胚胎早期发育过程进行的场所是 。?
(3)在C过程中,细胞分裂的方式是 分裂,在发育过程的 时期,胚胎从透明带中伸展出来。?
答案(1)减数分裂 受精 (2)输卵管和子宫 (3)有丝 囊胚
解析(1)A过程表示雌雄个体通过减数分裂产生卵子和精子的过程;B过程表示精卵结合形成受精卵的过程,即受精。
(2)胚胎早期发育的场所包括输卵管和子宫。
(3)胚胎发育时期的细胞分裂方式是有丝分裂;而当早期胚胎发育到囊胚时期,胚胎从透明带中伸展出来。
12.请回答下列有关胚胎工程方面的问题。
(1)受精卵在透明带内进行有丝分裂的时期,称 ,当子细胞排列形成致密的细胞团时叫作 。该实心胚进入子宫腔后,细胞间出现裂隙、胚胎内初次出现空腔,细胞开始分化,此时胚胎称为 。?
(2)早期胚胎中初次发生分化的细胞一部分形成内细胞团,将来发育成 ;而沿透明带内壁扩展和排列的细胞,称 ,将来发育成 。此时,胚胎中央的腔称为 。?
(3)胚胎从透明带中伸展出来的过程叫作 。?
答案(1)卵裂期 桑葚胚 囊胚 (2)胎儿的各种组织 滋养层细胞 胎盘和胎膜 囊胚腔 (3)孵化
解析(1)受精卵在透明带内进行有丝分裂的时期,称卵裂期;当胚胎形成致密的细胞团,形似桑葚,叫作桑葚胚;该实心胚进入子宫腔后,细胞间出现裂隙、胚胎内初次出现空腔,细胞开始分化,此时胚胎称为囊胚。
(2)内细胞团将发育为胎儿的各个组织,而沿透明带内壁扩展和排列的细胞,称为滋养层细胞;滋养层细胞将发育成胎膜和胎盘。此时,胚胎中央的腔称为囊胚腔。
(3)在囊胚发育过程中胚胎会从透明带中伸展出来的过程叫作孵化。
能力提升
13.(多选)下列关于哺乳动物胚胎早期发育的说法,正确的是( )
A.卵裂期细胞进行了细胞分裂和分化
B.卵裂期胚胎总体积随分裂次数增加而不断增大
C.囊胚中沿透明带内壁扩展和排列的细胞为滋养层细胞
D.桑葚胚先于囊胚出现
答案CD
解析卵裂期细胞进行了细胞分裂,但是还没有发生细胞分化,A项错误;卵裂期胚胎总体积并不增加,B项错误;囊胚中沿透明带内壁扩展和排列的细胞,称为滋养层细胞,它们将来发育成胎膜和胎盘,C项正确;胚胎早期发育的过程为受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原肠胚,所以桑葚胚先于囊胚出现,D项正确。
14.(多选)如图为哺乳动物受精及胚胎发育示意图,a、b代表两个发育时期,下列叙述正确的是( )
A.①过程发生同源染色体分离
B.②过程通过有丝分裂增殖
C.a时期可分离得到胚胎干细胞
D.②→④细胞分化程度逐渐增大
答案BCD
解析①过程表示受精,而同源染色体的分离发生在减数分裂过程中,A项错误;受精卵通过有丝分裂进行卵裂(②过程),B项正确;a时期为囊胚期,可分离得到胚胎干细胞,C项正确;②→④细胞分化程度逐渐增大,D项正确。
15.美国新希望生殖医学中心张进团队于2016年10月19日在美国生殖医学学会会议上正式宣布,世界首个细胞核移植“三父母”男婴已于2016年4月诞生。下图是该男婴的培育过程示意图,请据图回答问题。
(1)上述“三亲婴儿”的核DNA由母亲甲和父亲丙提供,细胞质DNA由捐赠者乙提供。由此可见,“三亲婴儿”的意义在于可以避免子代 中基因控制的遗传病的发生。?
(2)过程③在体外进行时需要对精子进行 处理,卵母细胞应处于 期。?
(3)过程④是早期胚胎培养,需将受精卵移入 中继续培养。?
答案(1)细胞质DNA (2)获能 MⅡ (3)(发育)培养液
解析(1)由图可知,“三亲婴儿”的核DNA由母亲甲和父亲丙提供,细胞质DNA由捐献者乙提供。由此可见,“三亲婴儿”的意义在于可以避免子代患母亲甲细胞质DNA中基因控制的遗传病。
(2)过程③在体外进行时需要对精子进行获能处理,卵母细胞应培养到MⅡ期时,才具有与精子受精的能力。
(3)过程④是早期胚胎培养,受精后形成的受精卵要移入发育培养液中继续培养一段时间再移植到母体内。
16.下图1为某高等动物生活史示意图,图2为图1中某阶段部分过程,请据图回答下列问题。
图1
图2
(1)图1中A过程表示 过程,若A过程能使生物产生正常变异,则原因之一是该过程的四分体时期同源染色体中非姐妹染色单体发生了 ,出现基因重组。?
(2)图2是图1中 (填字母)阶段部分过程,该过程表示 。?
(3)在图2中,F表示 ,数字①部位是 ,其将来发育成 。②部位是 。?
答案(1)减数分裂 交叉互换 (2)C 胚胎早期发育 (3)囊胚 内细胞团 胎儿的各种组织 滋养层
解析(1)图1中A过程表示减数分裂产生生殖细胞的过程。A过程中发生基因重组能使生物产生正常变异,原因之一是该过程的四分体时期同源染色体中非姐妹染色单体发生了交叉互换。
(2)图2是胚胎早期发育过程,发生在图1中C阶段。
(3)在图2中,F表示囊胚,数字①部位是内细胞团,该部位细胞将来发育成胎儿的各种组织。②部位是滋养层。
17.下图表示哺乳动物精子和卵子相遇以及动物胚胎早期发育过程的几个阶段,请据图回答问题。
(1)精细胞变形为精子的过程中,细胞中的很多结构会消失,而细胞核和线粒体都保留下来,为什么???? 。?
(2)精子与卵子相遇, 内的某些酶类释放出来,可溶解 外的一些结构。 标志着受精的完成。?
(3)A表示 ,B时期开始出现 ,B时期的[1]将来发育成 ,[2]将来发育成 。?
答案(1)细胞核是精子遗传物质储存的场所;而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解有机物产生能量的场所
(2)精子 卵细胞膜 雌、雄原核融合 (3)桑葚胚
细胞分化 胎膜和胎盘 胎儿的各种组织
解析(1)精细胞变形后只保留细胞核、线粒体,是因为细胞核是精子遗传物质储存的场所;而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解有机物产生能量的场所。
(2)受精过程中,精子与卵子相遇,首先精子会释放出多种酶,溶解卵细胞膜外的一些结构。雌、雄原核充分发育后,相向移动,彼此靠近,核膜消失,形成一个含有两个染色体组的合子,即受精卵,受精过程至此结束。
(3)A表示桑葚胚,B囊胚细胞开始出现细胞分化。B囊胚的[1]滋养层会发育成胎膜和胎盘,[2]内细胞团会发育成胎儿的各种组织。(共2张PPT)
本章整合
植物组织培养离体的植物器官、组织或细胞晚分化
愈伤组织母分根、朝植物
植物细胞工程
植物细胞A
植物体细胞杂交
纤维素酶和果胶酶原生质体A、)促杂种细胞组织
植物细胞B
增培植物体
动物细胞培养动物组织蛋白酶、胶原蛋白酶
单个细胞原代培养传代培养
动物细胞融合
动物细胞A上促醐杂交细有丝分裂
细胞培养
细胞工程
动物细胞B
动物细胞工程
单克隆抗体的制备
免疫小夙免B淋巴细胞促融
融合筛选杂交瘤细胞培养提取单克
骨髓瘤细胞
隆抗体
体细胞的细胞核
体细胞核移植
重构胚胚胎移植克隆动物
去核的卵母细胞
受精
胚胎工程的理论基础
胚胎早期发育
胚胎工程
体外受精:属于有性生殖
胚胎工程技术及其应用胚胎移植:可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
胚胎分割:无性生殖,分割囊胚阶段的胚胎时,注意需将内细胞团均等分割二 动物细胞融合技术与单克隆抗体
课后篇巩固提升
基础巩固
1.动物细胞融合中常用到灭活的病毒,如灭活的仙台病毒,病毒被灭活后它的抗原性和感染力是( )
A.失去抗原性,具有感染力
B.失去抗原性,失去感染力
C.具有抗原性,失去感染力
D.具有抗原性,具有感染力
答案C
解析灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力,但不破坏它们的抗原结构,因此灭活的病毒具有抗原性,失去感染能力。
2.下列关于动物细胞融合的说法,错误的是( )
A.动物细胞融合是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
B.动物细胞融合需要用纤维素酶处理
C.动物细胞融合时需要人工诱导
D.常用的诱导动物细胞融合的因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电激等
答案B
解析动物细胞融合是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程,A项正确;动物细胞无细胞壁,所以诱导融合前不需要用纤维素酶处理,B项错误;动物细胞融合需要人工诱导融合,常用的诱导因素包括聚乙二醇、灭活的病毒、电激等,C、D两项正确。
3.在飞船上,科学家进行了无人搭载的空间动物细胞融合实验。该实验所依据的原理和促进细胞融合的常用方法分别是( )
A.细胞的全能性、灭活病毒诱导融合
B.细胞的全能性、电刺激融合
C.生物膜的流动性、灭活病毒诱导融合
D.生物膜的流动性、自然融合
答案C
解析动物细胞融合技术依据的原理是生物膜的流动性,常用的促进细胞融合的方法有PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等。
4.下列关于动物细胞融合的说法,错误的是( )
A.动物细胞融合后形成的具有原来两个或多个动物细胞遗传信息的多核细胞称为杂交细胞
B.动物细胞融合已经成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育的重要手段
C.常用于诱导动物细胞融合的方法有PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等
D.细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能
答案A
解析动物细胞融合后形成的具有原来两个或多个动物细胞遗传信息的单核细胞称为杂交细胞,A项错误;动物细胞融合已经成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育的重要手段,B项正确;常用于诱导动物细胞融合的方法有PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等,C项正确;细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能,D项正确。
5.下列有关动物细胞融合的叙述,正确的是( )
A.动物细胞融合的结果是获得新个体
B.只有两个动物细胞结合成一个细胞的过程才叫动物细胞融合
C.灭活的病毒是动物细胞融合和植物体细胞杂交常用的促融剂
D.细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能
答案D
解析动物细胞融合是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程,一般多数为两个细胞的融合,A、B两项错误;灭活的病毒只能用于诱导动物细胞融合,不能用于植物体细胞杂交,C项错误;细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能,D项正确。
6.如图是单克隆抗体制备过程示意图,其中1过程注射的物质和A细胞的名称分别是( )
A.抗体、T淋巴细胞
B.抗原、T淋巴细胞
C.抗体、B淋巴细胞
D.抗原、浆细胞
答案D
解析图中1过程注射的物质是特定的抗原,2过程是从小鼠的脾中分离出经免疫的B淋巴细胞,即浆细胞,故图中的A细胞为浆细胞。
7.下图表示高等动、植物细胞融合的部分过程,请据图回答下列问题。
(1)若上图表示植物细胞融合的过程,欲将丁细胞培育成植株,可选用 技术,这一培养过程主要经过 和 两个阶段。?
(2)若上图表示动物细胞融合的过程,过程①区别于植物细胞常用的诱导剂是 ,丁细胞称为 。此过程中对动物细胞进行培养时,培养基中除必要的营养外通常需要加入 等一些天然成分。?
(3)若上图表示制备单克隆抗体的部分过程,甲细胞为小鼠的骨髓瘤细胞,则乙细胞为 。在分离乙细胞之前,应对小鼠进行的处理是 。只考虑两个细胞融合,获得的丙细胞有 种。?
(4)若上图表示制备单克隆抗体的部分过程,过程②筛选得到的丁细胞的特点是 。上述制备过程涉及的生物技术有 。获得丁细胞后进行体内培养或体外培养,可提取到单克隆抗体。单克隆抗体的优点是 。?
答案(1)植物组织培养 脱分化 再分化 (2)灭活的病毒 杂交细胞 血清 (3)(相应的、经过免疫的)B淋巴细胞(或浆细胞) 将抗原注射入小鼠体内 3 (4)既能迅速大量增殖,又能产生抗体 动物细胞培养技术和动物细胞融合技术 特异性强、灵敏度高、可大量制备
解析(1)要将杂种细胞培育成杂种植株,需采用植物组织培养技术,该技术包括脱分化和再分化两个关键步骤。
(2)动物细胞融合区别于植物的常用诱导剂是灭活的病毒,丁细胞称为杂交细胞。对动物细胞进行培养时,培养基中除必要的营养外通常需要加入血清等一些天然成分,以补充特殊营养物质。
(3)若题图表示制备单克隆抗体的部分过程,甲细胞为小鼠的骨髓瘤细胞,则乙细胞为(相应的、经过免疫的)B淋巴细胞(或浆细胞)。在分离B淋巴细胞之前,需将抗原注射入小鼠体内。只考虑两个细胞融合,获得的丙细胞有3种:B细胞—B细胞、瘤细胞—瘤细胞和杂交瘤细胞。
(4)若题图表示制备单克隆抗体的部分过程,过程②筛选得到的丁细胞为杂交瘤细胞,其特点是既能迅速大量增殖,又能产生抗体。单克隆抗体的制备涉及的生物技术有:动物细胞培养技术和动物细胞融合技术。单克隆抗体的优点是特异性强、灵敏度高、可大量制备。
8.单克隆抗体的制备过程如下图所示。
(1)植物体细胞杂交和单克隆抗体制备,都应用了细胞融合技术,电激和聚乙二醇都可以诱导相应的细胞融合,在诱导动物细胞融合时,还可以用 。细胞融合的原理是 。?
(2)融合后的细胞,仅仅由2个细胞互相融合的类型有 种,其中符合要求的细胞是 ,其特点为 。?
(3)向动物体内反复注射某种抗原,并从动物血清中分离出抗体,这种抗体与单克隆抗体相比,存在的缺点是 (至少答2个)。由单克隆抗体技术研制成的“生物导弹”由两部分构成,其中一部分被称为“瞄准装置”,它作用的原理是 ,其特点为 。?
答案(1)灭活的病毒 细胞膜的流动性
(2)3 杂交瘤细胞 既能迅速大量增殖,又能产生抗体
(3)产量低、纯度低、特异性差 抗原与抗体杂交 特异性强
解析(1)在诱导动物细胞融合时,可用灭活的病毒诱导融合。细胞融合的原理是细胞膜的流动性。
(2)融合后的细胞,仅仅由2个细胞互相融合的类型有3种:B淋巴细胞与B淋巴细胞融合的细胞、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的杂交瘤细胞,其中符合要求的细胞是杂交瘤细胞。杂交瘤细胞的特点是既能迅速大量增殖,又能产生抗体。
(3)与单克隆抗体相比,用传统方法生产的血清抗体存在的缺点是产量低、纯度低、特异性差。生物导弹是将单克隆抗体与放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合,注入体内,借助单克隆抗体的导向作用,将药物定向带到癌细胞所在位置,在原位杀死癌细胞,其“瞄准装罝”为单克隆抗体,它作用的原理是抗原与抗体杂交,特点是特异性强。
能力提升
9.(多选)人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白,制备抗
HCG
单克隆抗体可用于早孕的诊断。如图是抗HCG单克隆抗体制备流程示意图,有关说法正确的是( )
A.①过程可产生多种杂交瘤细胞
B.②过程筛选出的杂交瘤细胞都能产生抗
HCG
抗体
C.③过程以抗
HCG
单克隆抗体为抗原进行检测
D.④过程可在体内进行,也可在体外进行
答案AD
解析①过程是动物细胞融合,可产生多种杂交瘤细胞,A项正确;②过程筛选出的杂交瘤细胞不一定全部产生抗HCG抗体,还需要进行专一抗体检测,B项错误;③过程以HCG为抗原,利用抗原—抗体杂交的原理进行检测,C项错误;④过程可在体内进行,也可在体外进行,D项正确。
10.(多选)如图,核苷酸合成有两个途径,物质A可以阻断其中的全合成途径。正常细胞内含有补救合成途径所必需的转化酶和激酶。制备单克隆抗体时选用的骨髓瘤细胞缺乏转化酶。现用加入H、A、T三种物质的“HAT培养基”来筛选特定的杂交瘤细胞。下列关于筛选原理的叙述,错误的是( )
A.免疫的B淋巴细胞及其相互融合细胞因全合成途径被A阻断,在HAT培养基上不能增殖
B.骨髓瘤细胞及其相互融合细胞因无法进行上述两个途径,而在HAT培养基上不能增殖
C.杂交瘤细胞因为可进行上述两个途径,能在HAT培养基上大量增殖
D.HAT培养基上筛选出的所有杂交瘤细胞,既能大量增殖又能产生较高纯度的目标抗体
答案ACD
解析免疫的B淋巴细胞及其互相融合细胞是有补救合成途径的,但是因为这两种细胞本身不增殖,所以在HAT培养基上不会有这两种细胞的增殖,A项错误;骨髓瘤细胞及其互相融合细胞因无法进行上述两个途径而在HAT培养基上不能增殖,B项正确;杂交瘤细胞因为可以进行补救合成途径,所以能在HAT培养基上大量增殖,C项错误;HAT培养基上筛选出的杂交瘤细胞,并不都能产生高纯度的目标抗体,D项错误。
11.动物细胞融合是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。利用细胞融合技术而发展起来的杂交瘤技术,为制造单克隆抗体开辟了新途径。回答下列问题。
(1)细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使 杂交成为可能。诱导动物细胞融合时,常用的诱导因素有 (答出2点)和灭活的病毒等。?
(2)灭活的病毒诱导细胞融合的原理是:病毒表面含有的 能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用,使细胞相互凝聚,细胞膜上的 重新排布,细胞膜打开,细胞发生融合。?
(3)把从免疫小鼠的脾脏中提取的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞混合,体外诱导细胞融合,第一次筛选时,未融合的亲本细胞和 都会死亡,而保留的细胞是 ,这种细胞的特点是 ?
。?
答案(1)远缘 聚乙二醇、电激 (2)糖蛋白和一些酶
蛋白质分子和脂质分子 (3)融合的具有同种细胞核的细胞 杂交瘤细胞 既能迅速大量繁殖,也能产生抗体
解析(1)细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。诱导动物细胞融合时,常用的诱导因素有聚乙二醇(PEG)、电激和灭活的病毒等。
(2)灭活病毒诱导细胞融合的原理是病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用,使细胞相互凝聚,细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布,细胞膜打开,细胞发生融合。
(3)进行细胞融合时,会得到融合的具有相同细胞核的细胞,融合的具有不同细胞核的细胞和未融合的亲本细胞。融合的具有不同细胞核的细胞也就是杂交瘤细胞。“既能迅速大量繁殖,也能产生抗体”是杂交瘤细胞的特点。
12.“生物导弹”是免疫导向药物的形象称呼,由单克隆抗体与药物配合而成。单克隆抗体能自动导向,在生物体内与特定细胞或组织结合,并由其携带的药物产生治疗作用。单克隆抗体的制备过程如图所示,分析回答下列问题。
(1)图中A过程是从小鼠的 中取得B淋巴细胞,提取该细胞之前,给小鼠注射特定的抗原,B过程与植物原生质体融合方法很相似,但其特有的诱导因素是 ,B过程最终得到的杂交瘤细胞的特点是 。?
(2)从培养基的成分来看,动物细胞培养的培养基中除了添加必要的营养物质外还需要加入一些天然成分,如 。培养过程中,为了清除代谢物,防止其积累对细胞造成危害,应定期 。?
(3)特异性抗体也可以通过常规方法来制备:向动物体内反复注射某种抗原,使动物产生抗体,然后从动物的血清中分离所需抗体。与这种常规方法相比,单克隆抗体具有 等优点。?
答案(1)脾脏 灭活的病毒 既能迅速大量繁殖,又能产生抗体 (2)血清 更换培养液 (3)特异性强、灵敏度高、能大量制备
解析(1)图中A过程是从小鼠的脾脏中取得B淋巴细胞,提取该细胞之前,需给小鼠注射特定抗原。动物细胞融合特有的诱导因素是用灭活的病毒诱导。杂交瘤细胞既能迅速大量繁殖,又能产生抗体。
(2)从培养基的成分来看,动物细胞培养的培养基中除了添加必要的营养物质外还需要加入含天然成分的血清。为了清除代谢物,防止其积累对细胞造成危害,应定期更换培养液。
(3)单克隆抗体的优点有特异性强、灵敏度高、能大量制备。
13.阅读抗A、抗B血型定型试剂(单克隆抗体)说明书的部分内容,请据此回答下列问题。
抗A、抗B血型定型试剂(单克隆抗体)说明书
【组成与性状】本品系用产生抗A、抗B抗体的杂交瘤细胞培育的上清液配制而成,专供鉴定人血型用。
【使用方法】将本品与受检红细胞盐水混合,按照有无凝集判定。抗A试剂能和A型血、AB型血凝集,抗B试剂能和B型血、AB型血凝集。
【注意事项】略
【保存及年限】有效期一年,保存于2~8
℃。
(1)该定型试剂(单克隆抗体)是通过 技术制备的。制备过程中,首先要利用A型血的红细胞或者B型血的红细胞作为 反复注射给实验动物,一段时间后从实验动物体内提取出 细胞,并诱导其与骨髓瘤细胞融合,通常采用的生物诱导剂是 。之后还需要通过多次 、 和培养,才能获得能生产单克隆抗体的杂交瘤细胞。?
(2)传统工艺中抗A血型定型试剂是从B型血的血清中提取的,与传统工艺生产的抗A血型定型试剂相比,本试剂的突出优点是 、 、 。
?
(3)该试剂的保存温度条件苛刻,主要是避免 。
?
答案(1)动物细胞融合 抗原 能产生抗A或抗B抗体的B淋巴 灭活的病毒 筛选 抗体检测
(2)特异性强 灵敏度高 能大量制备
(3)因温度过高导致蛋白质分子变性失活
解析(1)抗A和抗B血型定型试剂是单克隆抗体,制备单克隆抗体是动物细胞融合技术的应用之一。在制备过程中需要将抗原(A型血的红细胞或者B型血的红细胞
)首先注入实验动物体内,使其产生具有相应免疫能力的B淋巴细胞(能产生抗A或抗B抗体的B淋巴细胞),再用灭活的病毒诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合,并通过多次筛选和抗体检测得到能大量增殖和产生特异性抗体的杂交瘤细胞,最后经过体外或体内培养,获取单克隆抗体。(2)单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高,并能大量制备的优点。(3)抗体的化学本质是蛋白质,高温会破坏蛋白质的空间结构,从而使该试剂失去药效,因此保存温度条件苛刻。第2节 动物细胞工程
一 动物细胞培养
课后篇巩固提升
基础巩固
1.下列有关细胞工程的叙述,正确的是( )
A.动物细胞培养时,与幼龄动物的细胞相比,老龄动物的细胞更容易培养
B.由于植物细胞具有全能性,所以分化程度不同的细胞全能性相同
C.动物细胞培养前需要将组织、器官分散成单个细胞
D.对原生质体的活力进行检测,可以采用质壁分离的方法
答案C
解析动物细胞培养时,幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞相比,更易于培养,A项错误;分化程度不同的细胞全能性不同,分化程度越高,其全能性越低,B项错误;动物细胞培养前需要将组织、器官分散成单个细胞,C项正确;原生质体没有细胞壁结构,D项错误。
2.如图表示动物细胞培养过程中,动物细胞增殖情况的变化曲线(图中B、D两点表示经筛选后继续培养),下列相关叙述错误的是( )
A.OA段的培养称为原代培养
B.AB段可能发生了接触抑制
C.BD段的培养需用胰蛋白酶处理和更换培养液
D.动物细胞培养过程中,细胞可通过有丝分裂和减数分裂实现细胞增殖
答案D
解析OA段的培养称为原代培养,为动物组织经处理后的初次培养,A项正确;AB段细胞几乎不再增殖,可能发生了接触抑制,需要用胰蛋白酶等处理,使组织细胞分散开来,形成单个细胞才能继续培养,B项正确;BD段的培养过程需用胰蛋白酶处理和更换培养液,C项正确;减数分裂是有性生殖生物形成配子的方式,而动物细胞培养是通过有丝分裂实现细胞增殖的,D项错误。
3.下列关于动物细胞培养的有关叙述,正确的是( )
A.细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过渡过程中
B.动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、生长素和动物血清等
C.动物细胞培养前和培养过程中都要用胰蛋白酶处理
D.动物细胞培养的目的是获得大量的细胞分泌蛋白
答案C
解析细胞的癌变发生于传代培养过程中,A项错误;动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、动物血清等,不需要生长素,B项错误;动物细胞培养前和培养过程中都要用胰蛋白酶处理,使细胞分散,C项正确;动物细胞培养的目的是获得细胞产物或细胞群,D项错误。
4.下列关于动物细胞培养技术和说法,不正确的是( )
A.动物细胞培养技术是动物细胞工程的基础
B.定期更换培养液能够保证充足的营养物质供应
C.在培养液中添加抗生素的目的是防止杂菌污染
D.只要条件适宜细胞就能一直分裂
答案D
解析动物细胞培养是动物细胞工程的技术基础,A项正确;定期更换培养液以清除细胞代谢物,保证充足的营养物质供应,另外可使细胞分开,防止发生接触抑制,B项正确;在动物细胞培养液中添加一定量的抗生素起到杀菌作用以防止杂菌污染,C项正确;即使培养条件适宜,正常细胞也不会在体外无限繁殖,只有癌细胞能无限增殖,D项错误。
5.下列与动物细胞培养有关的表述,不正确的是( )
A.动物细胞培养需要无菌、营养、激素、适宜的温度和pH等条件
B.用胰蛋白酶作用于离体的动物组织,使其分散成单个细胞
C.放入CO2培养箱中培养动物细胞主要目的是满足细胞对CO2的需求
D.原代培养是指动物组织经处理后的初次培养
答案C
解析对动物细胞进行培养时,需要营养和无菌、无毒的环境,及适宜的温度、pH和气体环境等条件,A项正确;动物组织细胞培养前需用胰蛋白酶分散成单个细胞,B项正确;放入CO2培养箱中培养动物细胞主要目的是维持培养液的pH,C项错误;原代培养是指动物组织经处理后的初次培养,D项正确。
6.如图是探究生物制剂W对动物不同细胞的分裂的影响作用的实验曲线:A组培养液中加入正常体细胞;B组培养液中加入正常体细胞,加入W;C组培养液中加入癌细胞;D组培养液中加入癌细胞,加入W。假定提供的细胞均具有分裂能力,只进行原代培养且培养条件适宜。下列叙述错误的是( )
A.每组需设置若干个重复样品
B.各组样品在培养箱中培养一段合适的时间后,计数前要加入胰蛋白酶并摇匀
C.统计相同时间内各组培养液中细胞数目变化,求平均值,绘制坐标图
D.实验说明,生物制剂W只对癌细胞具有促进分裂的作用
答案D
解析为增加实验结果的准确性,减少实验误差,每组需设置若干个重复样品,A项正确;各组样品在培养箱中培养一段时间后,计数前需加入胰蛋白酶,使细胞分散成单个,利于计数,B项正确;根据题中的坐标图可知,在进行统计时,应统计相同时间内各组培养液中的细胞数目变化,求平均值,绘制坐标图,C项正确;分别分析比较A组与B组、C组与D组的实验结果可知,生物制剂W对正常体细胞和癌细胞都具有促进分裂的作用,D项错误。
7.通过特定方法,科学家将小鼠和人已分化的体细胞成功地转变成了类胚胎干细胞。有关分化的体细胞和类胚胎干细胞的描述,正确的是( )
A.类胚胎干细胞能够分化成多种细胞
B.分化的体细胞丢失了某些基因
C.二者功能有差异,但形态没有差异
D.二者基因组相同,且表达的基因相同
答案A
解析类胚胎干细胞能够分化成多种细胞,A项正确;细胞分化的过程中遗传物质不变,B项错误;已分化的体细胞和未分化的干细胞二者功能有差异,形态也会有差异,C项错误;由于细胞分化过程中基因的表达具有选择性,所以表达的基因不相同,D项错误。
8.下图为动物细胞培养的基本过程示意图。请回答下列问题。
(1)容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织,原因是其细胞 ,易于培养。培养时先要剪碎,然后用 分散细胞,制成B瓶中的细胞悬液。将细胞悬液转入C瓶中进行的初次培养称为 。?
(2)细胞正常培养了一段时间后,发现细胞绝大部分死亡,只有极少数细胞存活,这是因为存活的细胞发生了 ,可无限增殖。?
(3)动物细胞培养过程中还需要提供O2和CO2等气体环境,CO2的作用主要是 。?
(4)动物细胞体外培养时,通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。下图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。
据图可知,培养 细胞一定需要添加血清。?
答案(1)分裂能力强 胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) 原代培养 (2)突变 (3)维持培养液的pH (4)正常
解析(1)容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织,原因是其细胞分裂能力强,易于培养。培养时先要剪碎,然后用胰蛋白酶或胶原蛋白酶分散细胞,制成B瓶中的细胞悬液。将细胞悬液转入C
瓶中进行的初次培养称为原代培养。
(2)细胞正常培养了一段时间后,发现细胞绝大部分死亡,只有极少数细胞存活,这是因为存活的细胞发生了突变,可无限增殖。
(3)动物细胞培养过程中还需要提供O2和CO2
等气体环境,CO2的作用主要是维持培养液的pH。
(4)分析曲线图:是否添加血清对于癌细胞的增殖影响不大,而对于正常细胞增殖影响很大,故培养正常细胞一定需要添加血清。
能力提升
9.(多选)有一种“生物活性绷带”,其原理是先采集一些细胞标本,再让其在特殊膜上增殖,5~7
d后,将膜片敷到患者伤口上,膜片会将细胞逐渐释放到伤口处,并促进新生皮肤层生长,达到愈合伤口的目的。下列有关叙述正确的是( )
A.这种“生物活性绷带”的生产应用了动物细胞培养技术
B.种植在膜片上的细胞样本最好选择患者本人的干细胞
C.膜片“释放”的细胞能与患者自身皮肤愈合,与两者细胞膜的信息交流有关
D.若采用异体皮肤移植会导致排异反应,主要是因为抗体对移植的皮肤细胞有杀伤作用
答案ABC
解析“生物活性绷带”的生产是先采集一些细胞标本,再让其在特殊膜上增殖,应用了动物细胞培养技术,A项正确;种植在膜片上的细胞最好选本人的干细胞,因为干细胞分化程度很低,可以分化成其他类型的组织,且本人的干细胞不会产生免疫排斥反应,B项正确;膜片“释放”的细胞能与患者自身皮肤愈合,这与细胞膜表面的糖蛋白的识别作用有关,与细胞膜的信息交流有关,C项正确;排斥反应主要是发生细胞免疫,发挥作用的细胞是效应T细胞,D项错误。
10.(多选)下图是胚胎干细胞潜能示意图,相关叙述正确的是( )
A.由细胞形态判断,4
种细胞中细胞②最可能连续分裂
B.胚胎干细胞能分化为各种细胞的实质是基因的选择性表达
C.分化得到的各种细胞,功能不同的主要差异是特定蛋白不同
D.定向诱导胚胎干细胞分化形成的组织或器官,进行自体移植可避免免疫排斥反应
答案ABCD
解析由细胞形态判断,①为精细胞,③为肌肉细胞,④为神经细胞,这3种细胞都是高度分化的细胞,所以推测图示4种细胞中细胞②分化程度最低,最可能连续分裂,A项正确;胚胎干细胞分化为各种细胞的实质是基因的选择性表达,B项正确;分化得到的各种细胞,功能不同的主要差异是特定蛋白不同,C项正确;定向诱导胚胎干细胞分化形成的组织或器官,进行自体移植可避免免疫排斥反应,D项正确。
11.2019年11月18日上午,中国诞生了第一块“人造肉”,即“细胞培养肉”。下图是“细胞培养肉”生物制造流程图,请结合所学知识回答下列问题。
(1)生物制造“细胞培养肉”的第一步,就是要获取肌肉干细胞,所谓的“干细胞”,是指动物和人体内仍保留着少数具有 能力的细胞。?
(2)“细胞培养肉”生物制造的关键技术是动物细胞培养技术。
①进行动物细胞培养时,需要用 酶将从动物体内取出的组织块分散成单个细胞。在适宜环境中培养,细胞悬液中的细胞很快贴附在瓶壁上,称为 。?
②在适宜条件下,培养瓶中的细胞进行有丝分裂,数量不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的 。?
(3)一般的动物细胞培养需要向培养基中添加一定量的血清,以保证 ;还需要添加一定量的抗生素,以防止 。但从食品安全的角度考虑,在生物制造“细胞培养肉”时,这两种成分均不能添加。?
(4)“细胞培养肉”生物制造过程中,肌肉细胞培养需要利用合适的支架体系,请推测其原因: 。?
答案(1)分裂和分化 (2)①胰蛋白(或胶原蛋白)
细胞贴壁 ②接触抑制 (3)细胞顺利地生长增殖 培养过程中的污染 (4)模拟体内肌肉生长环境,辅助形成细胞组织的三维结构
解析(1)动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞,这些细胞叫作干细胞。
(2)①进行动物细胞培养时,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等将从动物体内取出的组织块分散成单个细胞。在适宜环境中培养,细胞悬液中的细胞很快贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。
②当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。
(3)一般的动物细胞培养需要向培养基中添加一定量的血清,以保证细胞顺利地生长增殖;还需要添加一定量的抗生素,以防止培养过程中的污染;但从食品安全的角度考虑,在生物制造“细胞培养肉”时,这两种成分均不能添加。
(4)“细胞培养肉”最终目标是要得到类似于从动物组织中取得的“肌肉”,这就要求细胞生长的环境也跟体内肌肉生长环境类似。所以采用支架体系主要就是模拟体内肌肉生长环境,辅助形成细胞组织的三维结构。
12.美国科学家已经在实验室中成功培育出膀胱,并顺利移植到7名患者体内。这种技术为那些急需器官移植的患者带来了福音。回答下列问题。
(1)科学家从患者的膀胱上取下一小块活细胞样本,将其中的肌肉细胞和膀胱上皮细胞分别置于不同的培养皿中培养。在培养之前,需用 处理以分散细胞,细胞在培养皿中的培养过程属于 代培养。与植物组织培养相比,动物细胞培养的培养基的主要不同点是含有 。?
(2)约1周后将培养皿中培养的细胞放在由胶原质制成的支架上继续培养,再过7周左右,原先的数万个细胞已经繁殖到15亿个左右,布满支架,膀胱上皮在内,肌肉在外,形成新膀胱。细胞数目大量增加,其增殖方式是 ,这些细胞形成肌肉和膀胱上皮的过程中要经过 。?
(3)医生将新膀胱移植到患者膀胱的上面,这样新器官会继续生长并与老器官重组取代老器官中丧失功能的部分。新器官与老器官的重组 (填“是”或“不是”)基因重组;新膀胱移植后, (填“会”或“不会”)引起免疫排斥反应。?
答案(1)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶) 原 血清 (2)有丝分裂 细胞分化 (3)不是 不会
解析(1)动物细胞培养之前要用胰蛋白酶处理以分散细胞。动物细胞培养的培养基与植物组织培养的培养基含有的营养成分的主要不同点是前者含有血清。
(2)动物细胞培养涉及的是细胞的有丝分裂。这些细胞形成肌肉和膀胱上皮的过程中要经过细胞分化。
(3)新器官与老器官的重组不属于基因重组。新老器官具有相同的遗传物质,因此新膀胱移植后,不会成为抗原。
13.下图为胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答下列问题。
(1)胚胎干细胞存在于 中。?
(2)图中分化程度最低的干细胞是 。细胞在体外培养条件下,培养液中通常需要加入 等一些天然成分。?
(3)在机体内,皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因 的结果。?
(4)若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制,使用该药物可使肝肿瘤细胞停留于细胞周期的 期。?
答案(1)早期胚胎 (2)胚胎干细胞 血清 (3)选择性表达 (4)分裂间
解析(1)胚胎干细胞存在于早期胚胎中。
(2)图中分化程度最低的干细胞是胚胎干细胞。细胞在体外培养条件下,培养液中通常需要加入血清等一些天然成分。
(3)细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。
(4)DNA的复制发生在分裂间期,若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制,使用该药物可使肝肿瘤细胞停留在细胞周期的分裂间期。(共26张PPT)
一 胚胎工程的理论基础
学习目标
1.理解胚胎工程的概念。
2.简述哺乳动物的受精过程,并画出受精过程示意图。
3.简述哺乳动物胚胎早期发育的过程及各时期的特点。
一、受精
1.胚胎工程
(1)操作对象:生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。
(2)过程及目标:进行多种显微操作和处理,将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代,以满足人类的各种需求。
(3)技术种类:体外受精、胚胎移植、胚胎分割等。
(4)实质:是在体外条件下,对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
2.受精
(1)概念:精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
(2)场所:在自然条件下,哺乳动物的受精场所是输卵管。
3.受精的过程
(1)受精前的准备阶段
①准备阶段1——精子获能
场所:雌性动物的生殖道。
②准备阶段2——卵子的准备
动物排出的卵子成熟程度不同,有的可能是初级卵母细胞,有的可能是次级卵母细胞,都要在输卵管内发育到MⅡ期,才能受精。
(2)受精阶段
精子穿越卵细胞膜外的结构(如透明带等)-透明带反应:防止多精入卵。
↓
精子入卵-卵细胞膜反应:防止多精入卵。
↓
原核形成和融合-精子入卵后,形成雄原核;卵子完成减数分裂Ⅱ,形成雌原核;雌雄原核融合形成受精卵。
预习反馈
1.判断正误。
(1)卵子在排出后可以立即被精子穿入。(
×
)
(2)精子获能是指精子获得能量后,才能与卵子融合完成受精。(
×
)
(3)受精是指精子与卵子结合形成合子的过程。(
√
)
2.下列有关哺乳动物精子和卵细胞的发生以及受精的叙述,正确的是( )
A.刚排出的精子和卵子相遇即可受精
B.排卵就是排出成熟卵细胞的过程
C.卵细胞形成时的分裂过程均在卵巢内完成
D.卵子受精的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核
答案D
解析刚排出的精子不能立刻与卵子受精,必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才能获得受精能力,A项错误;动物排卵时排出的卵子成熟程度不同,有的可能是初级卵母细胞,有的可能是次级卵母细胞,并非成熟卵细胞,B项错误;卵子形成时,其减数分裂Ⅱ是在输卵管中进行的,并非卵巢,C项错误;在实际胚胎工程操作中,常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志,D项正确。
二、胚胎早期发育
1.卵裂期特点
(1)细胞分裂方式为有丝分裂。
(2)细胞的数量不断增加。
(3)胚胎的总体积并不增加。
2.早期胚胎发育的几个阶段及特点
(1)桑葚胚:卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团,形似桑葚。
(2)囊胚:细胞开始出现分化。内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。出现囊胚腔。囊胚进一步扩大,透明带破裂,胚胎从其中伸展出来,这一过程称为孵化。
预习反馈
1.判断正误。
(1)卵裂期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂。(
×
)
(2)卵裂期细胞的数量不断增加,胚胎总体积增大。(
×
)
(3)囊胚阶段滋养层细胞将来发育成胎儿的各种组织。(
×
)
2.下列关于哺乳动物胚胎早期发育顺序的排列,正确的是( )
A.卵裂→囊胚→桑葚胚→原肠胚
B.受精卵→卵裂→囊胚→桑葚胚→原肠胚
C.卵裂→受精卵→囊胚→桑葚胚→原肠胚
D.受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚
答案D
解析动物胚胎早期发育的基本过程:(1)受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂,开始发育。(2)卵裂:细胞有丝分裂,细胞数量不断增加,但胚胎的总体积并不增加。(3)桑葚胚:卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团,形似桑葚。(4)囊胚:细胞开始出现分化,内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。随着进一步发育,胚胎内部出现囊胚腔。(5)原肠胚:有了三胚层的分化。故动物胚胎早期发育的顺序为:受精卵→卵裂→桑葚胚→囊胚→原肠胚。
探究点一
探究点二
哺乳动物受精过程
情境导引
哺乳动物的受精过程有哪些阶段?
防止多精入卵受精的屏障有哪些?
下图表示精卵相遇的示意图,据图
回答下面的问题。
1.写出各部分名称:① ;⑤ 。?
答案透明带 卵细胞膜
探究点一
探究点二
2.获能后的精子与卵子相遇时,首先它释放出多种 ,以溶解 的一些结构,形成精子穿越放射冠的通路。在精子触及卵细胞膜的瞬间,会产生阻止后来的精子进入透明带的生理反应,这个反应称作 。?
答案酶 卵细胞膜外 透明带反应
3.精子入卵后,形成一个新的核,即 。同时,被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ,排出第二极体后,形成 。?
答案雄原核 雌原核
4.当 后,受精过程结束。?
答案雌、雄原核充分发育,彼此融合,一个含有两个染色体组的合子形成
探究点一
探究点二
归纳提升
1.受精前的两个准备阶段
(1)精子获能:精子必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才获得受精能力的生理现象。
(2)卵子的准备:动物排出的卵子成熟程度不同,但都必须在输卵管中发育到MⅡ期时,才具有与精子受精的能力。
探究点一
探究点二
2.受精阶段
哺乳动物的受精过程主要包括:精子穿越卵细胞膜外的结构(如放射冠和透明带),进入卵细胞膜,雌、雄原核形成和融合。
探究点一
探究点二
过程
主要变化
精子穿越卵细胞膜外结构
在精子触及卵细胞膜的瞬间,卵细胞膜外的透明带发生透明带反应,为防止多精入卵的第一道屏障
精子
入卵
卵细胞膜会立即发生一种生理反应,拒绝其他精子再进入卵内,这种生理反应称为卵细胞膜反应。这是防止多精入卵的第二道屏障
形成
原核
精子入卵后,尾部脱离,原有的核膜破裂,随后形成新的核膜,最后形成雄原核;精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ,排出第二极体后,形成雌原核
融合
雄、雌原核充分发育后,相向移动,彼此靠近,核膜消失,两组核染色体合为一组,形成一个含有两个染色体组的合子(受精卵)
探究点一
探究点二
3.受精的意义:维持每种生物前后代体细胞染色体数目的恒定,对于生物的遗传和变异十分重要。
误区警示(1)成熟的精子并不代表具有受精能力,必须获能后才具备受精能力。
(2)精子获能是指精子获得受精“能力”,而不是获得能量。
(3)雌、雄原核不能理解成卵子、精子原来的核,它们是在原来细胞核的基础上形成的新核,原核膜已破裂。
探究点一
探究点二
典例剖析
在受精阶段,下列哪项不是精子穿越的屏障?( )
A.雌原核
B.放射冠
C.透明带
D.卵细胞膜
答案A
解析获能后的精子与卵子相遇时,首先释放出多种酶,然后精子穿入放射冠和透明带,接触卵细胞膜,引起卵细胞膜封闭作用,符合题意的为A项。
探究点一
探究点二
活学活练
当卵细胞达到 时期时,才具备与精子受精的能力( )?
A.减数第二次分裂中期
B.减数第一次分裂末期
C.减数第二次分裂后期
D.减数第二次分裂结束成熟
答案A
解析当卵细胞达到减数第二次分裂中期时,才具备与精子受精的能力,A项正确,B、C、D三项均错误。
探究点一
探究点二
胚胎早期发育
情境导引
胚胎的早期发育有哪些阶段?各有什么特点?
下图表示哺乳动物胚胎早期发育过程的几个阶段,请据图回答问题。
探究点一
探究点二
1.写出各个阶段的名称:A. ;B. ;C.原肠胚。?
答案桑葚胚 囊胚
2.写出图中各标号的名称:[①] ;[②] ;[③] ;[④] 。?
答案滋养层 内细胞团 透明带 囊胚腔
3.A阶段的细胞具有发育上的全能性,B阶段的细胞开始出现 ,C阶段开始出现 。?
答案细胞分化 胚层分化
4.[②]将来发育成 。?
答案胎儿的各种组织
探究点一
探究点二
归纳提升
1.胚胎早期发育的场所:输卵管、子宫
2.胚胎早期发育过程
发育过程
特 点
受精卵
受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂,开始发育
卵裂期
细胞在透明带中进行有丝分裂,细胞数量不断增加,胚胎的总体积不增加
桑葚胚
子细胞形成致密细胞团,形似桑葚
囊胚
(1)细胞开始出现分化(内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,滋养层将来发育为胎膜和胎盘)
(2)出现囊胚腔
(3)透明带破裂,胚胎从中伸展出来(即孵化)
原肠胚
分化为内胚层、中胚层和外胚层三个胚层
探究点一
探究点二
发育过程
特 点
发育过
程图示
?
探究点一
探究点二
特别提醒
(1)早期胚胎发育时各阶段的特点
桑葚胚之前的胚胎细胞只进行细胞分裂,不需要从外界获取营养物质;囊胚细胞开始出现分化,透明带破裂,开始从外界吸收营养物质,并且中间出现囊胚腔;原肠胚时期出现胚层分化,并且出现原肠腔。
(2)受精卵是新生命的第一个细胞,其全能性最高。一般来说,细胞的全能性随发育的深化而降低。
探究点一
探究点二
项 目
变 化
细胞数目
增多
每个细胞体积
减小
DNA总量
增多
每个细胞内的DNA总量
不变
有机物总量
减小
物质种类
增多
所含能量
减小
(3)早期胚胎发育过程中细胞或物质的变化规律
探究点一
探究点二
典例剖析
(多选)下图为受精及早期胚胎发育示意图,下列叙述正确的是( )
A.①过程需要依赖细胞表面糖蛋白识别
B.②过程通过有丝分裂方式增殖
C.③过程细胞的“核/质”比逐渐变大
D.④过程细胞的基因表达发生了差异
答案ABCD
解析①为受精过程,该过程需要依赖细胞表面糖蛋白识别,A项正确;②为卵裂过程,该过程通过有丝分裂方式增殖,B项正确;细胞卵裂过程中,单个细胞体积减小,因此“核/质”比增大,C项正确;④过程中发生细胞分化,而细胞分化的实质是基因的选择性表达,D项正确。
探究点一
探究点二
活学活练
哺乳动物受精卵在卵裂期发生的变化是( )
A.细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大
B.细胞的数目增多,有机物含量大增
C.每个细胞的DNA含量不断增加,全能性增高
D.逐渐出现了原肠腔,并有了胚层的分化
答案A
解析细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大,A项正确;细胞的数目增多,有机物含量由于消耗而减少,B项错误;每个细胞的DNA含量不变,C项错误;原肠胚阶段出现了原肠腔,并有了胚层的分化,D项错误。二 植物细胞工程的应用
课后篇巩固提升
基础巩固
1.下列有关植物组织培养的应用的说法,错误的是
( )
A.快速繁殖能保持亲本的优良性状
B.作物脱毒时应选择植物的分生区细胞进行组织培养
C.欲获得大量的细胞产物,可大规模培养愈伤组织细胞
D.突变体育种时,产生的突变体都可以利用
答案D
解析快速繁殖技术运用了植物组织培养技术,属于无性繁殖,可以保持亲本的优良性状,A项正确;利用植物分生组织(刚刚产生,病毒很少,甚至无毒)进行培养可以使新长成的植株不含病毒,B项正确;愈伤组织具有旺盛的分裂能力和代谢能力,因此欲获得大量的细胞产物,可大规模培养愈伤组织细胞,C项正确;突变体育种需要从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种,D项错误。
2.如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径,下列叙述不正确的是( )
A.该途径依据的原理是植物细胞具有全能性
B.需在无菌和人工控制的条件下进行
C.经过程①细胞的形态和结构发生了变化
D.外植体是离体的器官、组织或细胞
答案A
解析图中过程的终点不是个体,也未经分化形成其他各种组织细胞,故未体现细胞的全能性,A项错误;该过程需要在无菌和人工控制的条件下进行,B项正确;过程①表示已分化的细胞经过脱分化形成愈伤组织,失去其特有的结构和功能转化成未分化的细胞,C项正确;外植体是离体的器官、组织或细胞,D项正确。
3.红豆杉是世界上公认濒临灭绝的天然珍稀抗癌植物,它的细胞提取物紫杉醇是重要的抗癌药物之一。红豆杉可通过播种的方法进行繁殖,但其生长速度缓慢,再生能力差,而植物组织培养技术是实现其大规模培养的途径之一。下列有关叙述正确的是( )
A.培养红豆杉的愈伤组织可用于紫杉醇的工业化生产
B.红豆杉不同部位的细胞经植物组织培养获得的愈伤组织基因型相同
C.培养基需要用高压蒸汽灭菌,外植体需要用体积分数为50%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠消毒处理
D.将花粉培育获得单倍体,经加倍处理后可得到杂合子
答案A
解析培养红豆杉的愈伤组织,可以从中提取紫杉醇,用于紫杉醇的工业化生产,A项正确;红豆杉体细胞和花粉经植物组织培养获得的愈伤组织基因型不相同,B项错误;外植体需要用体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠消毒处理,C项错误;将花粉培育获得单倍体,经加倍处理后可获得纯合子,D项错误。
4.下列有关植物细胞工程应用的叙述,错误的是( )
A.用快速繁殖技术可获得新品种
B.利用植物细胞培养可实现紫草的细胞产物工厂化生产
C.对愈伤组织进行诱变处理,从分化的植株中可筛选出新品种
D.利用植物组织培养技术可以获得脱毒苗
答案A
解析快速繁殖技术属于无性繁殖,亲、子代细胞内的遗传物质相同,A项错误;利用植物细胞培养可实现紫草的细胞产物工厂化生产,B项正确;在植物组织培养过程中,可以对培养细胞进行化学或物理的诱变处理,促使其发生突变,再通过诱导分化形成植株,从这些植株中筛选出高抗、高产、优质的突变体,从而培育成新品种,C项正确;利用植物组织培养技术可以获得脱毒苗,培育时,一般选取植物顶端分生区作材料,其依据是分生区不含病毒(或含病毒极少),D项正确。
5.科学家以PLRV(马铃薯卷叶病毒)感染的马铃薯试管苗为实验材料,对不同大小的茎尖超低温处理后,用植物组织培养技术进行再生培养。选取培养18周的20棵植株进行检测并获得病毒保存率,实验结果如下表所示。下列叙述正确的是( )
病毒感染类型
茎尖大小/mm
病毒保存率/%
PLRV
0.5
0(0/20)
1.5
35(7/20)
注
括号内数字表示检测阳性样本量/检测总样本量
A.超低温处理后进行再生培养时培养基中应加入有机碳源和激素等
B.茎尖大小与病毒保存率无关
C.该技术能克服不同生物远缘杂交不亲和障碍从而培育出新品种
D.1.5
mm的茎尖超低温脱毒效果优于0.5
mm的茎尖超低温脱毒效果
答案A
解析超低温处理后进行再生培养所用的技术手段是植物组织培养,其培养基中需要加入有机碳源和植物激素等,A项正确;根据图表数据可知,茎尖大小与病毒保存率有关,B项错误;该技术是植物组织培养,能保持亲本的优良性状,不能克服远缘杂交不亲和的障碍,C项错误;根据图表数据可知,0.5
mm的茎尖超低温脱毒效果优于1.5
mm的茎尖,D项错误。
6.下图表示植物组织培养的大致过程,据此判断不正确的是( )
A.若①是花粉,则④是单倍体植株,经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种
B.若①是不同种植物体细胞融合的杂种细胞,则④可能出现双亲的遗传特性
C.若①是具有杂种优势的农作物细胞,则用③进行繁育必会发生性状分离
D.若①是人参细胞,对②进行扩大化培养可以提高细胞产物人参皂苷的产量
答案C
解析若①是花粉,则④是花药离体培养形成的单倍体植株,其高度不育,但经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种,A项正确;若①是来自不同种植物体细胞融合的杂种细胞,则④含有两个亲本的遗传物质,可能出现双亲的遗传特性,B项正确;若用③进行无性繁殖,则不会发生性状分离,C项错误;若①是人参细胞,则将其脱分化形成的②愈伤组织进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量,D项正确。
7.水稻(基因型为AaBb)的花药通过无菌操作,接入试管,经过一系列实验操作形成试管苗,则以下说法中不正确的是( )
A.愈伤组织的产生是通过有丝分裂
B.试管苗的基因型是AABB或aabb或AAbb或aaBB
C.培养基中要添加有机物
D.用花药离体培养获得的胚状体细胞含1个染色体组
答案B
解析愈伤组织的产生是通过有丝分裂,A项正确;试管苗是由花粉经植物组织培养形成的,所以其基因型是AB或ab或Ab或aB,B项错误;幼苗在叶绿素形成前没有进行光合作用的能力,所以培养基中要添加有机物,C项正确;用花药离体培养获得的胚状体细胞含1个染色体组,D项正确。
8.科研人员用甲基磺酸乙酯处理野生烟草的愈伤组织后,培育出了抗盐碱的烟草。甲基磺酸乙酯的作用是
( )
A.诱发愈伤组织细胞发生突变
B.诱导愈伤组织细胞中染色体数目加倍
C.对愈伤组织进行消毒
D.诱导愈伤组织再分化出芽和根
答案A
解析根据题意可推知,甲基磺酸乙酯能有效诱发愈伤组织细胞发生突变,从而形成符合生产要求的突变新品种,A项正确。
9.红薯在我国已有400
多年的栽培历史,它的产量高、用途广、适应性强,是我国重要的粮食和经济作物。但是,红薯在种植过程中若被病毒感染,会导致产量降低,品种退化。利用种苗脱毒技术是解决这个问题的有效途径。请回答下列问题。
(1)种苗脱毒过程常选取植物的 作为外植体,在一定的 和 等条件下培养,最终获得不含病毒的幼苗。该技术的原理是 。?
(2)接种后一段时间,若发现外植体边缘局部污染,原因可能是 。?
(3)植物组织培养技术还可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是 (用流程图表示)。?
答案(1)茎尖 营养 激素 植物细胞具有全能性
(2)外植体消毒不彻底 (3)含目的基因的细胞愈伤组织根、芽植株
解析(1)利用植物组织培养技术,给离体的植物组织提供一定的营养和激素等条件,可发育成完整的植株。该技术利用了植物细胞具有全能性的原理。由于植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,所以选取植物的茎尖作为外植体培养可获得脱毒苗。
(2)在培养过程中,若发现外植体边缘局部污染,可能是外植体接种前消毒不彻底导致的。
(3)转基因植物是利用基因工程和植物组织培养技术获得的。植物组织培养技术包括脱分化和再分化两个重要阶段,过程为:含目的基因的细胞愈伤组织根、芽植株。
能力提升
10.(多选)花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。下面是培育四季柑橘(2N=18)花粉植株的过程示意图,有关叙述正确的是( )
取花蕾
并消毒取花粉粒,接
种到培养基A愈伤组织转接到
培养基B丛芽转接到
培养基C转接到培
养基D花粉
植株
A.花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养
B.过程③是细胞再分化,其根本原因是基因选择性表达
C.四种培养基均属于固体培养基,其中所含植物激素的种类和比例有差异
D.观察处于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖细胞,可观察到9条染色体
答案ABCD
解析花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养,A项正确;由愈伤组织到丛芽的过程是再分化,其根本原因是基因选择性表达,B项正确;图中四种培养基的差异主要表现在植物激素的种类和含量,C项正确;观察处于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖细胞,其染色体数为9条,D项正确。
11.(多选)人工种子是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽为材料,经过人工薄膜包装得到的种子,人工种子在适宜条件下同样能够萌发长成幼苗。如图是以二倍体兰花体细胞为外植体,培养获得兰花植株的过程示意图,下列叙述正确的是( )
A.①②③④过程均发生了基因的选择性表达
B.②过程需在培养基中添加一定的植物激素以利于脱分化
C.经④过程培养形成的植株是纯合的二倍体
D.欲制造出兰花的人工种子,只需培养到愈伤组织阶段经人工薄膜包装即可
答案AB
解析图中①②③④过程均发生了基因的选择性表达,活细胞中均有基因的选择性表达,A项正确;②过程需在培养基中添加一定的植物激素以利于脱分化,B项正确;经④过程培养形成的植株是否为纯合的二倍体,需看原外植体提供者是否为纯合二倍体,C项错误;欲制造出兰花的人工种子,需培养到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等阶段经人工薄膜包装得到,D项错误。
12.水竹是单子叶禾本科植物,易管理和培植,干净而雅致。水竹配上假山奇石,制作成小盆景,极具自然之美感。下图为通过植物组织培养大量获得水竹幼苗的过程。回答下列问题。
水竹
外植体愈伤
组织幼苗移栽
(1)通过植物组织培养获得水竹幼苗的原理是 ;尽量选择分裂旺盛、带有分生区的部位作为外植体,原因是 。?
(2)过程①为脱分化,脱分化是指 。过程②的实质是 。?
(3)水竹的种子一般在9~10月成熟,但其收获易受气候的影响,其优良杂种的后代也会因发生 而丧失其优良特性,利用植物组织培养技术可克服这些缺陷。?
(4)在水竹植物组织培养过程中,经过筛选还可能获得大量有用的突变体,突变体产生的原因是在培养过程中,培养细胞 。?
答案(1)植物细胞的全能性 这样的外植体容易诱导形成愈伤组织 (2)已经分化的细胞经过诱导后,失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程 基因的选择性表达 (3)性状分离 (4)一直处于不断增殖的状态,容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变
解析(1)植物组织培养的原理是植物细胞的全能性;在外植体的选择上,一般选择分裂旺盛、带有分生区部位,原因是这样的外植体分化程度较低,容易诱导形成愈伤组织。
(2)脱分化是指已经分化的细胞经过诱导后,失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。过程②为再分化,其实质是基因的选择性表达。
(3)杂种后代自交易发生性状分离,而丧失其优良特性,而利用植物组织培养技术可克服这些缺陷。
(4)植物组织培养过程中,可能获得大量的突变体,突变体产生的原因是在培养过程中,培养细胞一直处于不断增殖的状态,容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。
13.1971年,美国化学家从红豆杉树皮中分离出高抗癌活性的紫杉醇,从此,国家重点保护珍稀植物——红豆杉遭受了掠夺式的砍伐。为拯救红豆杉,同时获得紫杉醇,科研小组设计了如下图所示的实验流程。请回答下列问题。
(1)选用茎尖分生组织进行组织培养可以获得脱毒苗,原因是茎尖分生组织细胞 ;诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫作 。?
(2)茎尖分生组织细胞具有全能性的原因是 。?
(3)紫杉醇作为常见的细胞产物,抗癌效果显著,通常取自愈伤组织的 (细胞器)。?
(4)现有植物甲中提取的物质X,能提高紫杉醇的抗癌效果。科研小组欲获得既能产生紫杉醇又能产生物质X的植株,可利用 技术获得杂种植株。该方法首先要利用 (物质)除去细胞壁获得具有活力的原生质体,再经 (试剂)诱导融合形成杂种细胞。该技术的优点是 。?
答案(1)病毒极少,甚至无病毒 脱分化 (2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息 (3)液泡
(4)植物体细胞杂交 纤维素酶和果胶酶 聚乙二醇
克服了远缘杂交不亲和的障碍
解析(1)茎尖分生组织细胞病毒极少,甚至无病毒,因此选用茎尖分生组织进行组织培养可以获得脱毒苗。诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫作脱分化。
(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息,因此具有全能性。
(3)紫杉醇是从红豆杉树皮中分离出来的高抗癌活性的物质,作为常见的细胞产物,通常取自愈伤组织的液泡。
(4)植物甲可以产生物质X,红豆杉可以产生紫杉醇,利用植物体细胞杂交技术将两种植物的体细胞融合获得杂种细胞,再将获得的杂种细胞培养成杂种植株,则该杂种植株的细胞既能产生紫杉醇又能产生物质X。在植物体细胞杂交过程中,首先要利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得具有活力的原生质体,再经聚乙二醇诱导融合形成杂种细胞。植物体细胞杂交技术的优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍。第2章细胞工程
第1节 植物细胞工程
一 植物细胞工程的基本技术
课后篇巩固提升
基础巩固
1.某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植,可应用多种技术获得大量优质苗,下列技术中不能选用的是( )
A.利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗
B.采用花粉粒组织培养获得单倍体苗
C.采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上
D.采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养
答案B
解析花粉粒组织培养得到的是单倍体苗,与原植株相比,该单倍体遗传物质发生变化,性状也可能改变,可能会影响观赏品质。
2.某兴趣小组研究了培养基中生长素与细胞分裂素含量的比值对烟草愈伤组织分化的影响,得到如下表所示结果。
组别
分化状况
甲
2
0.02
分化形成根
乙
2
0.2
不分化
丙
2
0.5
分化形成芽
下列叙述不正确的是( )
A.愈伤组织在生长过程中细胞的核膜、核仁会出现周期性变化
B.培养在乙组培养基中的烟草愈伤组织细胞丧失了细胞全能性
C.两种激素含量比值的变化会导致愈伤组织细胞出现稳定性差异
D.生长素与细胞分裂素含量的比值高时有利于愈伤组织分化形成根
答案B
解析愈伤组织是植物细胞脱分化后形成的,能够继续进行有丝分裂,所以愈伤组织在生长过程中细胞的核膜、核仁会出现周期性变化,A项正确;培养在乙组培养基中的烟草愈伤组织虽然不分化,但没有丧失细胞全能性,条件适合的情况下仍然可以发育为一个完整的新个体,B项错误;据表分析,两种激素含量比值的变化会导致愈伤组织出现不同的分化方向,即细胞出现稳定性差异,C项正确;从题表数据可知,生长素与细胞分裂素含量的比值高时有利于愈伤组织分化形成根,D项正确。
3.1958
年,美国科学家斯图尔德应用植物组织培养技术,将二倍体胡萝卜韧皮部的一些细胞进行离体培养,最终发育成完整的新植株(如图)。关于这一科学事实,下列叙述中错误的是( )
①实验需要无菌和人工控制的条件 ②培养基中需添加植物激素、无机盐、糖类等物质 ③取胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)不能培养成小植株 ④韧皮部细胞通过有丝分裂增加数目 ⑤图中培养瓶
1
和试管
2
中的成分相同 ⑥该实验证明了植物细胞具有全能性
A.①②④⑥
B.③⑤
C.②③⑤
D.④⑥
答案B
解析植物组织培养需要在无菌的条件下进行,在人工配制的培养基上培养,给予适宜的培养条件,①正确;培养基中需添加植物激素调节生命活动,添加无机盐、糖类等营养物质满足植物代谢的需求,②正确;植物组织培养利用植物细胞的全能性的原理,胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)细胞也具有全能性,因此能培养成小植株,③错误;植物组织培养过程中细胞只能进行有丝分裂,④正确;图中培养瓶1中进行的是脱分化过程,而试管
2
中试管苗进一步进行细胞分裂和分化,且试管苗可以进行光合作用,因此二者的培养基成分不完全相同,⑤错误;植物组织培养证明了植物细胞具有全能性,⑥正确。综上所述,B项符合题意。
4.将菊花外植体接种到培养基中,可以培育出菊花试管苗。下列叙述正确的是( )
A.将菊花茎段插入时应注意方向,不应倒插,是为了防止杂菌污染
B.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养,同时调节渗透压
C.培养基中生长素与细胞分裂素的比值低时,有利于根的形成
D.长出丛芽和生根的过程中菊花组织细胞的遗传物质要发生改变
答案B
解析将菊花茎段插入时应注意方向,不应倒插,是为了生长素的极性运输,保证成活率,A项错误;植物组织培养时在培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压,B项正确;生长素与细胞分裂素的用量比值高时,有利于根的形成,C项错误;长出丛芽和生根的过程是细胞分化的结果,菊花组织细胞的遗传物质没有发生改变,D项错误。
5.为了培育菊花新品种,科学家利用二倍体野生夏菊和六倍体栽培秋菊进行杂交,培育过程如下图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.野生夏菊和栽培秋菊通过植物体细胞杂交得到四倍体植株
B.d植株含有夏菊和秋菊的遗传物质,形成d植株的过程中,遗传物质的传递遵循孟德尔的遗传规律
C.①过程常选择酶解法去除细胞壁,一般在等渗溶液中进行
D.②过程有关的细胞器只有高尔基体比较活跃
答案C
解析野生夏菊是二倍体,栽培秋菊是六倍体,两者通过植物体细胞杂交得到的是八倍体植株,A项错误;d植株含有夏菊和秋菊的遗传物质,形成d植株的过程中,遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传规律,B项错误;①过程表示通过酶解法去壁,为了防止原生质体变形,该过程需要在等渗溶液中进行,C项正确;②过程表示融合后的原生质体再生出细胞壁形成杂种细胞c,该过程中较活跃的细胞器有高尔基体、线粒体等,D项错误。
6.如图表示菊花的嫩枝的离体培养过程,请回答下列问题。
(1)对菊花来说,要选取生长旺盛的嫩枝来进行组织培养,其原因是 。?
(2)培养基中要加入一定的植物激素,在培养过程中,使用激素的顺序和比例都影响细胞的发育,细胞分裂素与生长素的比值 (填“高”“低”或“相当”)有利于根的分化。?
(3)接种前为确定培养基是否灭菌彻底,检测的方法是?? 。?
植物组织培养无菌操作应注意 (回答两点即可)。?
(4)图中的B过程需要 ,因为愈伤组织形成幼小植物后,植物需要叶绿素进行光合作用。?
答案(1)生长旺盛的嫩枝生理状况好,容易诱导脱分化和再分化 (2)低 (3)将未接种的培养基放在适宜温度下培养一段时间后观察是否有菌落出现 外植体消毒、在酒精灯旁进行操作、操作者双手消毒 (4)光照
解析(1)生长旺盛的嫩枝生理状况好,容易诱导脱分化和再分化,所以对菊花来说,要选取生长旺盛的嫩枝来进行组织培养。
(2)培养基中要加入一定的植物激素,在培养过程中,使用激素的顺序和比例都影响细胞的发育,细胞分裂素与生长素的比值低时,有利于根的分化,比值高时,有利于芽的分化。
(3)接种前为确定培养基是否灭菌彻底,检测的方法是将未接种的培养基放在适宜温度下培养一段时间后观察是否有菌落出现,植物组织培养无菌操作应注意外植体消毒、在酒精灯旁进行操作、操作者双手消毒等。
(4)图中的B过程需要光照,因为叶绿素的合成需要光,而且叶绿体利用光进行光合作用合成有机物。
能力提升
7.(多选)20世纪70年代,以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生。随后,植物花药培养、原生质体培养以及植物体细胞杂交技术得以确立和发展,标志着植物细胞工程技术进入了高速发展的阶段。下列有关说法正确的是( )
A.在胡萝卜组织培养过程中,愈伤组织的培养过程只需要灭菌和适温恒温的条件
B.试管苗可以直接移栽入土
C.在进行植物体细胞杂交之前,必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,获得原生质体
D.进行原生质体融合化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca+—高pH融合法等
答案CD
解析在胡萝卜组织培养过程中,愈伤组织的培养过程,除了需要无菌和一定的温度条件,还需要激素等条件,A项错误;移栽前先打开封口膜或瓶盖,让试管苗在培养箱内生长几日,用流水洗掉根部的培养基后,将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中,待其长壮后再移栽入土,B项错误;在进行植物体细胞杂交之前,必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,获得原生质体,C项正确;诱导原生质体融合的化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca+—高pH融合法等,D项正确。
8.(多选)实验人员利用矮牵牛(二倍体,2n=14)的红色花瓣细胞(液泡呈红色)与枸杞(四倍体,4n=48)的叶肉细胞,制备了相应的原生质体,并诱导其融合,经筛选、培养获得杂种植株。下列有关叙述正确的是( )
A.获得该杂种植株克服了远缘杂交不亲和的障碍
B.可利用电融合法、离心法等方法诱导原生质体融合
C.可利用光学显微镜观察,筛选出杂种原生质体
D.若原生质体均为两两融合,则融合后的细胞中染色体数目均为62条
答案ABC
解析获得该杂种植株的方法是植物体细胞杂交技术,其最大的优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍,A项正确;诱导植物原生质体融合时,可以采用物理方法(电融合法、离心法等)和化学方法〔聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等〕,B项正确;杂种原生质体的染色体数目是两种细胞染色体数目之和,通过显微镜可观察到染色体数目的变化,所以可利用显微镜筛选出杂种原生质体,C项正确;若原生质体均为两两融合,则会形成3种细胞,即矮牵牛细胞自身融合的细胞、枸杞细胞自身融合的细胞、杂种细胞,所以融合后的细胞中染色体数目为28条或96条或62条,D项错误。
9.通过细胞工程技术,利用甲、乙两种植物的各自优势(甲耐盐、乙高产),培育高产耐盐的杂种植株。请完善下列实验流程并回答问题。
(1)A是 酶,B是 。?
(2)由C形成植株的过程利用了 技术,形成愈伤组织需要经过 过程,愈伤组织再分化形成幼苗,整个培养过程要在 的条件下进行。?
(3)植物体细胞融合成功的标志是 。这项新技术在克服 障碍等方面取得重大突破。?
(4)已知甲、乙植物分别为四倍体、二倍体,则“甲—乙植株”属于 倍体植株。?
答案(1)纤维素酶和果胶 融合的原生质体 (2)植物组织培养 脱分化 无菌 (3)再生出新的细胞壁 远缘杂交不亲和 (4)六
解析(1)A是纤维素酶和果胶酶,B是融合的原生质体。
(2)由C杂种细胞形成植株的过程利用了植物组织培养技术,形成愈伤组织需要经过脱分化过程,愈伤组织再分化形成幼苗,整个培养过程要在无菌条件下进行。
(3)植物体细胞融合成功的标志是杂种细胞再生出新的细胞壁。植物体细胞融合技术在克服远缘杂交不亲和障碍等方面取得重大突破。
(4)已知甲、乙植物分别为四倍体、二倍体,体细胞融合后形成的杂种细胞包含两种植物的所有遗传物质,则“甲—乙植株”属于六倍体植株。
10.利用相关工程技术可以获得抗黑腐病杂种黑芥—花椰菜植株,已知野生黑芥具有黑腐病的抗性基因,而花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病,技术人员用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力,再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,流程如下图。据图回答下列问题。
(1)过程①常用到的工具酶是 。?
(2)过程②PEG的作用是 ,经过②操作后,需筛选出融合的杂种细胞,显微镜下观察融合的活细胞中有供体的 存在可作为初步筛选杂种细胞的标志。?
(3)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和双亲植株的根尖,制成装片,然后在显微镜下观察比较染色体的 ;将杂种植株栽培在含有 的环境中,可筛选出具有高抗性的杂种植株。?
答案(1)纤维素酶和果胶酶 (2)诱导原生质体融合
叶绿体 (3)形态和数目 黑腐病菌
解析(1)过程①是去除植物细胞壁,获得原生质体的过程,常用到的工具酶是纤维素酶和果胶酶。
(2)过程②PEG的作用是诱导原生质体融合,经过②操作后,需筛选出融合的杂种细胞,显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体存在,可以作为显微镜下初步筛选杂种细胞的标志。
(3)若分析再生植株的染色体变异类型,应剪取再生植株和双亲植株的根尖,制成装片,再在显微镜下观察比较染色体的形态和数目;若要筛选出具有高抗黑腐病的杂种植株,应将杂种植株栽培在含有黑腐病菌的环境中。
11.紫罗兰(2n=14)花色丰富、抗虫性强、种子油富含X-3-亚麻酸。为了让油菜(2n=38)具有紫罗兰的诸多优良性状,科研工作者进行了如图
1
所示实验,请分析回答下列问题。
图1
(1)为了培养紫罗兰—油菜,科研工作者选取二者的下胚轴细胞,并用 酶和 酶处理去除细胞壁,从而获得原生质体。再用
PEG
诱导二者融合,所依据的生物学原理是细胞膜的 。?
(2)科研工作者分别用
4
种浓度的
PEG
对两种原生质体进行了融合实验,结果如图2所示。
图2
注
a.由两个原生质体进行的融合称为二源融合,多于两个原生质体进行的融合称为多源融合;b.紫罗兰—油菜是由一个紫罗兰原生质体和一个油菜原生质体融合后培养产生的。
①该实验的自变量是 ,根据实验结果,为提高紫罗兰—油菜的成功率,应选用的最佳
PEG
浓度为 %。?
②图中二源融合原生质体最多为 种,想确定二源融合原生质体是否为紫罗兰和油菜融合而成,需要借助 观察染色体的形态和数目。?
(3)筛选出所需的杂种细胞后,还要采用 技术才能获得杂种植物,该过程需要在培养基中加入一定浓度的 (填写相关植物激素的名称),使其脱分化形成愈伤组织,继而再分化,并生长发育成完整植株。?
答案(1)纤维素 果胶 流动性 (2)①PEG浓度 30 ②3 显微镜 (3)植物组织培养 生长素和细胞分裂素
解析(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此要去除植物细胞壁应该采用纤维素酶和果胶酶。细胞融合原理是细胞膜具有一定的流动性。
(2)①根据柱形图中的横坐标可知,该实验的自变量是PEG浓度。根据实验结果可知,PEG浓度为30%时,二源融合率高,且多源融合率低,因此为提高紫罗兰—油菜的成功率,应选用的最佳PEG浓度为30%。
②图中二源融合原生质体最多为3种(紫罗兰原生质体自身融合、油菜原生质体自身融合、紫罗兰原生质体和油菜原生质体融合)。观察染色体的形态和数目需要借助显微镜。
(3)将杂种细胞培育成杂种植株需要采用植物组织培养技术,该过程需要在培养基中加入一定浓度的生长素和细胞分裂素,使其脱分化形成愈伤组织,继而再分化,并生长发育成完整植株。
