高考生物专题课件34：克隆技术（共47张PPT）

第34讲 克隆技术
高考生物专题课件
一、细胞工程
1.应用的原理和方法:细胞生物学和分子生物学的原理和方法。
2.操作水平:①????细胞????水平或细胞器水平。
3.目的:按照②????人的意愿????来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。
4.分类:根据操作对象的不同,分为③????植物细胞工程????和动物细胞工程。
必备知识
二、植物细胞工程
1.原理:细胞的④????全能性????。
(1)原因:生物的任何一个细胞都包含本物种的⑤????全部遗传信息????。
(2)全能性表达的条件:处于⑥????离体????状态,提供一定的营养、⑦????激
素????和其他适宜的外界条件。
2.植物组织培养技术
离体的植物器官、组织或细胞?⑨????愈伤组织?????
根、芽?植物体
3.植物体细胞杂交技术
?
(1)去壁:酶解法,所用酶为?????纤维素酶和果胶酶????。
(2)诱导原生质体融合:物理法——离心、振动、电激等;化学法——常
用?????聚乙二醇????(PEG)做诱导剂。
(3)植物体细胞杂交成功的标志:杂种细胞再生出细胞壁。
(4)优点:克服?????远缘杂交不亲和的障碍????。
(5)变异类型:染色体变异。
4.植物细胞工程的实际应用
(1)植物繁
殖新途径
(2)作物新品种的培育:单倍体育种、突变体的利用。
(3)细胞产物的工厂化生产:利用?????植物组织培养????技术生产蛋白
质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等物质。
三、动物细胞工程
1.动物细胞培养
(1)过程
?
(2)条件
a.无菌、无毒的环境——无菌处理、加抗生素杀菌、定期更换培养液。
b.营养——糖、氨基酸、促生长因子、无机盐和微量元素+?????血清
或血浆????等天然成分。
c.适宜的温度(36.5±0.5 ℃)和pH(7.2~7.4)。
d.气体环境——95%空气+5%CO2(维持培养液的pH)。
(3)应用:生产细胞产品,如干扰素、疫苗、单克隆抗体;检测并判断某物
质毒性的大小;临床医学研究。
3.动物细胞融合与单克隆抗体制备
(1)诱导动物细胞融合的方法:物理法——离心、振动、电激等;化学法
——聚乙二醇;生物法——?????灭活的病毒????。
2.动物体细胞核移植
(1)原理:?????动物细胞核具有全能性????。
(2)过程
?
(2)单克隆抗体制备过程
(3)单克隆抗体的优点:?????特异性强????、灵敏度高、可大量制备。
(4)单克隆抗体的应用:作为诊断试剂;用于治疗疾病和运载药物。
?
1.棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。?( √ )
2.愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。? ( ? )
3.利用物理法或化学法,可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。
( ? )
4.在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细胞。?( ? )
5.再生出细胞壁是原生质融合成功的标志。?( √ )
6.用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子。?( ? )
7.未经克隆化培养的细胞系细胞具有相同的性状。?( ? )
8.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。
( ? )
9.肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼
吸。? ( ? )
10.培养哺乳动物胚胎的培养液,其成分较简单,一般只需一些无机盐和有机盐类即可。?( ? )
11.由动物组织细胞培养到连续细胞系的过程,得到的细胞大多具有二倍体核型。?( ? )
12.与“多利”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植。?( √ )
13.我国禁止生殖性克隆和治疗性克隆。?( ? )
14.试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题,而设计试管婴儿主要用于白血病、贫血病的治疗。?( √ )
突破1　植物细胞工程
深化突破
1.细胞全能性
(1)原理:细胞含有本物种全部的遗传信息。
(2)体内细胞全能性不表达的原因:基因在特定的时间和空间条件下选择性表达。
(3)细胞全能性表达的条件:具完整细胞核;离体;无菌;一定的营养、激素
和适宜的外界条件。
(4)一般地,细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。
(5)全能性大小:
植物细胞:受精卵>生殖细胞>体细胞。
动物细胞:受精卵>生殖细胞>体细胞核。
(动物细胞全能性受限制,但细胞核具有全能性)
名称
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理
细胞的全能性
细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性
过程
离体的植物器官、组织或细胞
　　 ?
　　　愈伤组织
　　　　?????
　　根、芽或胚状体
　　　　?????
　　　　植物体
植物细胞A
　?????
原生质体A
原生质体B? 融合的原生
质体AB
　?????　　　　　　?????
植物细胞B　　　　 　杂种细胞AB
　　　　　　　　　　　?????
　　　杂种植株 ?愈伤 组织
注意
事项
(1)取材:选取有形成层的部位最容易诱导形成愈伤组织
(2)光照:在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养,有利于细胞脱分化,产生愈伤组织。当愈伤组织分化出芽和叶时,一定要有光照,有利于叶片内叶绿素的合成
(1)去壁方法:酶解法,所用的酶是纤维素酶和果胶酶
(2)人工诱导融合的方法:
物理法:离心、振动、电激
化学法:聚乙二醇
2.植物组织培养与体细胞杂交
?知能拓展????影响植物组织培养的几种主要因素
(1)植物激素:影响脱分化、再分化的重要因素为植物激素。当细胞分
裂素与生长素共同使用时,能强烈地促进愈伤组织的形成,两者不同浓
度的配比在再分化过程中,分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细
胞分裂素与生长素的浓度比高时,有利于芽的产生;浓度比低时,有利于
根的产生。
(2)光照:对于植物组织培养,光照条件非常重要,包括光照强度、时间和
波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养,而在愈伤组织分化出芽
和叶的过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞
的脱分化产生愈伤组织,如果在光照条件下则容易分化产生维管等组织,不利于产生大量的愈伤组织。
(3)无菌:培养基上的细菌等微生物比植物细胞具有更强的新陈代谢能力,比植物细胞生长繁殖得更快,而且它们往往会产生毒素,使培养基上的植物细胞死亡。因此,在培养过程中要求一系列的消毒、灭菌处理,并且要求无菌操作。
3.单倍体育种和突变体利用的比较
项目
原理
优点
成果
单倍体
育种
染色体变异
明显缩短育种年限
单育1号烟草品种,中花8号、11号水稻和京花1号小麦品种等
突变体
利用
基因突变
产生新基因,大幅度改良某些性状
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等
考向1　以基础判断或实例分析的形式,考查植物的组织培养
1.(2018北京西城期末)通过植物组织培养可获得完整幼苗。下列对此
过程的叙述,正确的是?(　 B )
A.花粉不含完整的基因组,不能培养成单倍体植株
B.选择植物幼嫩的部分作外植体,更易诱导脱分化
C.植物组织培养过程中可发生基因突变和基因重组
D.植物组织培养过程不需添加有机碳源但需要光照
解析????花粉含有该植物的全套遗传信息,可以经花药离体培养而培养成单倍体植株,A错误;幼嫩部位的新陈代谢旺盛,分化程度低,更易诱导脱分化过程发生,B正确;植物组织培养是无性生殖过程,不产生配子,故在有丝分裂间期可发生基因突变,但无法发生基因重组,C错误;植物组织培养过程中需要有机碳源,脱分化过程要严格避光,D错误。
2.(2018江苏单科)花药离体培养是重要的育种手段。下图是某二倍体
植物花药育种过程的示意图,下列叙述正确的是?????(　C )
?
A.为了防止微生物污染,过程①所用的花药需在70%乙醇中浸泡30 min
B.过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化
C.过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体
D.过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上
解析????本题主要考查花药离体培养的相关知识。为了防止微生物污染,过程①所用的花蕾需在70%乙醇中浸泡30 s,A错误;过程②的培养基中,当生长素与细胞分裂素的比值适中,且生长素含量高于细胞分裂素时,有利于根的分化,B错误;进行过程③的愈伤组织经过了秋水仙素的处理,故其分化后的植株中可筛选获得纯合的二倍体,C正确;经炼苗后的幼苗是能进行光合作用且能独立进行代谢的植株,故幼苗的生长基质中不用添加蔗糖和多种植物激素,D错误。
考向2　以实例分析的形式,考查植物体细胞杂交
3.“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种,它具有
生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。如图是“白菜—甘蓝”的杂
交过程示意图。以下说法正确的是?(　 )
?
A.除去细胞壁形成原生质体,可运用的酶是纤维素酶、淀粉酶和果胶酶
B.通常可诱导上述原生质体相互融合的方法是PEG和灭活的病毒诱导
C.杂种细胞形成的标志是产生了新的细胞壁
D.愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体必须经过脱分化和再分化两个过程
答案C
解析???用于除去植物细胞壁的酶有纤维素酶和果胶酶;植物体细胞杂交过程中诱导原生质体融合不能用灭活的病毒;杂种细胞形成的标志是产生了新的细胞壁;愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体属于再分化过程。
4.下面为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图,请据图回答下列问题:
?
(1)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到可育的杂种
植株?为什么?　　　　　　　　　　????。
(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中,运用的技术手段是　　????
　　????,依据的原理是　　　　　　　????,其中过程②称为　　　　????
技术,与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为　　 　??? ?,
过程④相当于　　????,过程⑤涉及的细胞分裂方式为　　　? ???。
(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,则“番茄—马铃薯”属
于　　　????倍体植株。
(4)柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物,可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术,将柴油树细胞培养进行到???? 　　? ?? ?
(填字母编号)阶段即可。
答案　(1)不能。不同种的植物存在生殖隔离
(2)植物组织培养　植物细胞的全能性　原生质体融合　高尔基体　脱
分化　有丝分裂
(3)六
(4)e
解析　(1)番茄和马铃薯属于两种植物,存在生殖隔离,不能通过有性杂交产生后代。(2)过程②是把a、b两个原生质体融合在一起,所以称为原生质体
融合。过程③是在融合的原生质体外再生一层细胞壁,而植物细胞壁的形成与高尔基体有关。过程④的结果是形成了愈伤组织,所以④为脱分化。
(3)“番茄—马铃薯”属于异源多倍体中的异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物,要实现其工业化生产需将柴油树细胞培养到愈伤组织阶段,然后进行提取。
?
突破2　动物细胞工程
1.动物细胞培养与动物体细胞核移植

动物细胞培养
动物体细胞核移植
原理
细胞增殖
动物细胞核的全能性
过程
动物组织块　　????
?
细胞悬液　　　????
?
原代培养(细胞贴壁生长)
?
胰蛋白酶处理,分瓶继续培养
?
传代培养　　????
?
少数细胞获得不死性(癌细胞)
?
结果
获得细胞群
获得克隆动物
应用
①生产生物制品
②用于基因工程
③检测有毒物质
①加速家畜遗传改良进程,促进良种繁育
②保护濒危物种
③生产医用蛋白
④提供克隆器官、组织等
2.细胞融合的过程分析
?
细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合,其中细胞膜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。
3.单克隆抗体的制备
(1)血清抗体与单克隆抗体
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
(2)制备单克隆抗体过程中的两次筛选
　　
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选
原因
诱导融合后得到多种杂交细胞,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:未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡,只有融合的杂交瘤细胞才能生长
用多孔培养皿培养,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
(3)获取单克隆抗体的场所
①若在培养基中进行杂交瘤细胞培养,则从培养液中提取。
②若在小鼠或其他动物腹腔中培养,则从腹水中提取。
考向1　以基础判断或实例分析的形式,考查动物细胞培养的特点及应用
1.下列关于动物细胞培养、植物组织培养和微生物培养的叙述,正确的
是?(　 D )
A.培养基都需要加入琼脂
B.所用的培养温度都相同
C.都要经历脱分化和再分化过程
D.都需要无菌培养条件
解析????动物细胞培养所用培养基为液体培养基,不用添加琼脂,A错误;动物细胞培养、植物组织培养和微生物培养所需培养温度不一定相同,B错误;只有植物组织培养才要经历脱分化和再分化过程,C错误;动物细胞培养、植物组织培养和微生物培养都需要无菌培养条件,D正确。
2.(2018课标全国Ⅲ)2018年《细胞》期刊报道,中国科学家率先成功地
应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”
和“华华”。回答下列问题:
(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指　　　????
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　????。通过核
移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目?? ??
　　????(填“减半”“加倍”或“不变”)。
(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎
细胞核移植获得克隆动物的难度　　　????(填“大于”或“小于”)体
细胞核移植,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　????
　　　　????。
(3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细
胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目????
　　????(填“相同”或“不同”),性染色体组合　　　????(填“相同”或
“不同”)。
答案　(1)将动物的一个细胞核,移入一个已去掉细胞核的卵母细胞????
不变
(2)小于　胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对容易
(3)相同　不同
解析　(1)核移植是指将动物的一个细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中,使其重组并发育成一个新的胚胎,并最终发育为动物个体。克隆猴体细胞的染色体数等于重组细胞中的染色体数,等于供核细胞中的染色体数。(2)哺乳动物胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对容易,而哺乳动物
体细胞分化程度高,恢复全能性十分困难,因此,动物体细胞核移植获得克隆猴的难度也就明显高于胚胎细胞核移植。(3)哺乳动物雌性个体和雄性个体的体细胞中常染色体数目相同,雌性性染色体组合为XX,雄性性染色体组合为XY,因此题中所得的两个克隆动物体细胞常染色体数目相同,性染色体组合不同。
考向2　以实例分析的形式,考查动物细胞融合与单克隆抗体的制备
3.(2018江苏单科)如图为细胞融合的示意图,下列叙述正确的是(多选)
?(　BC　)
?
A.若a细胞和b细胞是植物细胞,需先去分化再诱导融合
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
解析????植物细胞壁会阻碍细胞融合,故植物细胞融合前需先用酶解法除去细胞壁,A错误;细胞间的融合需在相应的诱导处理下才能完成(如离心、聚乙二醇等,动物细胞还可用灭活病毒诱导融合),B正确;细胞融合过程出现了膜的变形,故细胞融合过程与细胞膜流动性有关,C正确;c细胞中具有a、b细胞的全部基因,但这些基因不一定能全部表达,D错误。
4.(2018北京海淀期中)人肌红蛋白(Myo)是早期诊断急性心肌梗死的生化标志物之一。为制备抗Myo的单克隆抗体,科研人员进行研究。
(1)科研人员以Myo作为抗原免疫小鼠,取小鼠的脾脏细胞与　　　????细胞诱导融合。用　　　????培养基筛选融合细胞,得到杂交瘤细胞。
(2)将得到的杂交瘤细胞接种到多孔培养板上,进行抗体阳性检测,之后稀
释、培养、再进行抗体阳性检测并多次重复上述操作,多次重复该过程的目的是筛选获得抗Myo抗体　　　　　　　　　????的杂交瘤细胞。
(3)双抗体夹心法是医学上常用的定量检测抗原的方法,具体原理如下
图:
?
固相抗体和酶标抗体均能与抗原结合,这是由于不同抗体与同一抗原表
面的　　　????结合。该检测方法中,酶标抗体的作用是　　　　　　????
　　　　　　????。
(4)研究人员获得三种抗Myo单克隆抗体,分别记为A、B、C。为检测
它们之中哪两种适合用于双抗体夹心法,科研人员需要进行　　　????组
实验,检测并比较各组实验的　　　????。
答案　(1)骨髓瘤　选择
(2)产量大、纯度高
(3)不同部位(表位)　与待测抗原结合;酶催化检测底物反应,可通过测
定酶反应产物量来判断待测抗原量
(4)6　产物量
解析　(1)利用效应B细胞可以分泌抗体、骨髓瘤细胞可以无限增殖的特
性,诱导融合经筛选得到既能分泌抗体,又能无限增殖的杂交瘤细胞。(2)多次重复该过程的目的是筛选获得抗Myo抗体产量大、纯度高的杂交瘤细胞。(3)固相抗体和酶标抗体均能与抗原结合,这是同一抗原侵染机体后,机体可以产生多种抗体,不同抗体可以与该抗原表面的不同部位(表位)特异性结合。(4)A、B、C三种抗体进行排列组合,共有六种组合方式。