高考生物 专题二十六 细胞工程与胚胎工程

知识拓展 精细胞变形成为精子的过程:高尔基体发育成精子头部的顶体,中心
体演变成精子尾,细胞核变为精子头的主要部分,线粒体聚集在精子尾的 基部形成线粒体鞘,细胞内的其他物质浓缩为球状(原生质滴),原生质滴 随精子的成熟过程向后移动,直至脱落。
2.胚胎早期发育 1)受精卵:胚胎发育起点。 2)卵裂:细胞的数量不断增加,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,此时细胞 未分化。 4)囊胚:
考点训练(请判断下列说法是否正确)
1.培养基中生长素含量高于细胞分裂素时,有利于愈伤组织生根。 ( ) 2.利用茎尖分生组织培养脱毒苗,可以使植株具有抗病毒能力。 ( ) 3.植物细胞有细胞壁,一般可通过酶解法在清水中制备原生质体。 ( ) 4.植物组织培养技术可以实现人参皂苷、紫杉醇等细胞产物的工业化生 产。 ( )
3)受精主要过程:
易混易错 (1)常以观察到两个极体(多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ,不 会形成两个第二极体)或者雌、雄原核作为受精的标志,而受精完成的标 志是雌、雄原核融合。(2)在自然条件下,哺乳动物的受精在输卵管内完 成。(3)不同哺乳动物排出的卵子成熟程度不同,有的可能是初级卵母细 胞,如马、犬等;有的可能是次级卵母细胞,如猪、羊等。(4)排卵指卵子从 卵泡中排出。
2.培养过程
知识归纳 (1)实现无毒、无菌环境的途径:对培养液和培养用具进行灭菌处理;在无 菌环境下进行操作;定期更换培养液(清除代谢物,防止细胞代谢物积累对 细胞自身造成伤害)。(2)动物组织块需用机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白 酶等处理,将组织分散成单个细胞,用培养液将细胞制成细胞悬液。(3)原 代培养时,细胞分裂受阻的原因有细胞密度过大、有害代谢物积累和培 养液中营养物质缺乏等,此外,贴壁细胞在生长增殖时还会出现接触抑制 (当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞通常会停止分裂增殖)现 象,因此需要进行传代培养。
囊胚进一步扩大会导致透明带破裂,胚胎从其中伸展出来,这一过程叫作 孵化。 5)原肠胚:出现三个胚层和原肠腔。
二、胚胎工程技术及其应用 1.体外受精 1)步骤:主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等。 2)过程:
3)意义: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。
疑难突破 (1)去除细胞壁的原生质体失去了细胞壁的保护,裸露的原生质体容易吸 水涨破或失水皱缩,因此原生质体的融合应在等渗或略高渗溶液中进 行。(2)植物细胞融合过程中,杂种细胞形成的标志是再生出新的细胞 壁。(3)杂种植株的变异类型属于染色体数目变异,杂种植株的染色体数 通常是两亲本细胞染色体数目之和,杂种植株属于异源多倍体。
知识归纳 (1)杂交瘤细胞的特点:既能迅速大量繁殖,又能产生抗体。(2)两次筛选的 目的:第一次筛选(使用特定的选择培养基)的目的是获得杂交瘤细胞;第 二次筛选(采用抗原—抗体杂交技术)的目的是将能产生特定抗体的杂交 瘤细胞筛选出来。
三、核移植技术和克隆动物
1.原理: 动物细胞核 具有全能性。 2.分类:胚胎细胞核移植和体细胞核移植。 3.过程:
3.干细胞的类型及其应用 1)
2)应用: ①造血干细胞:用于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。 ②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)方面具有重要价值。 ③现在用iPS细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究取得了 新进展。
3.胚胎分割 1)材料:发育良好、形态正常的❹ 桑葚胚 或❺ 囊胚 。 2)实质:动物无性繁殖或克隆的方法之一。 3)操作要求:分割囊胚阶段的胚胎时,要注意将❻ 内细胞团 均等分 割。
考点训练(请判断下列说法是否正确)
1.胚胎移植前要对胚胎进行检查并在囊胚或原肠胚阶段移植。 ( ) 2.体外受精前,用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵细胞。 ( ) 3.卵裂期,随着卵裂的进行,胚胎的体积略有变小,但有机物的总量会增 加。 ( ) 4.采用胚胎分割技术产生的同卵多胎的数量是有限的。 ( ) 5.精子接触透明带时,卵细胞膜会发生反应阻止多精入卵。 ( )
答案 1.√ 2.✕ 脱毒苗自身无病毒,但是不具备抗病毒能力。 3.✕ 原生质体在清水中会吸水涨破,可在等渗或略高渗溶液中制备原生质 体。 4.√
考点二 动物细胞工程
一、动物细胞培养 1.培养条件 1)营养:合成培养基+❶ 血清 等天然成分。 知识拓展
血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖等多种营养物质;含有多种激 素及多种生长因子(如成纤维细胞生长因子);还含有多种未知的促细胞生 长因子、促贴附因子及其他活性物质,能促进细胞的生长、增殖和贴 附。
纯合二
倍体植株 优良品种。
③优点:极大地缩短了育种的年限;是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
在植物的组织培养过程中,培养细胞处于不断增殖的状态,易受培养条件 和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变,因此可从突变体中 筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。
二、植物体细胞杂交
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.原理:❺ 细胞膜的流动性 和植物❻ 细胞的全能性 。 3.操作流程
4.诱导原生质体融合的方法:物理法包括电融合法、❽ 离心法 等,化 学法包括❾ 聚乙二醇(PEG) 融合法、高Ca2+—高pH融合法等。 5.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。
3.过程

知识归纳 (1)愈伤组织:未分化的不定形薄壁组织团块。 (2)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。
生长素/细胞分裂素 比值高 比值低 比值适中
结果 利于根的分化 利于芽的分化 促进形成愈伤组织
4.实例:菊花的组织培养。
4)胚胎移植的生理学基础: ①胚胎移入:同种动物的供、受体排卵后生殖器官的生理变化是相同 的。 ②胚胎收集:早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上 的联系,而是处于游离状态。 ③胚胎存活:受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。 ④胚胎发育:供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但其遗 传特性不受影响。
2)❷ 无毒、无菌 的环境。 3)适宜的温度、pH和渗透压。 ①温度:哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5 ℃为宜。 ②pH:多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。 ③渗透压:可维持细胞的正常形态和功能,是细胞培养过程中的一个重要 环境参数。 4)气体环境:95%空气(其中O2是细胞代谢所必需的)、5%CO2(主要作用是 ❸ 维持培养液的pH )的混合气体。
答案 1.✕ 动物细胞培养箱的气体环境是95%的空气和5%的CO2。 2.✕ 骨髓瘤细胞在单独培养时不会出现接触抑制的现象。 3.√ 4.✕ 经诱导后融合的细胞中会存在部分同种细胞相互融合的非杂交瘤细 胞,需用特定的选择培养基筛选得到杂交瘤细胞。 5.✕ 灭活的病毒不能用于诱导植物原生质体的融合。 6.✕ 子代的遗传物质中细胞核的遗传物质来自核供体,细胞质中的遗传物 质可同时来自受体和核供体。
2.胚胎移植 1)基本步骤(以牛胚胎移植为例)
知识归纳 (1)两次使用激素:使用外源孕激素对供、受体进行同期发情处理;使用外 源促性腺激素对供体进行超数排卵处理。(2)两次检查:对收集的胚胎进 行检查;对受体是否妊娠进行检查。 2)优势:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。大大缩短了供体本身的繁 殖周期,增加了供体的后代数。 3)实质:早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。胚胎本身的 遗传物质并不发生改变,可保持供体的优良特性。
疑难突破 (1)供体细胞一般选优良动物的传代10代以内的细胞,因为传代10代以内 的细胞可保持细胞正常的二倍体核型。(2)选择去核的卵母细胞作为受 体细胞的原因:卵母细胞比较大,容易操作;卵母细胞细胞质多,营养物质 丰富,含有激发细胞核全能性表达的物质。(3)克隆动物的遗传物质并非 全部来自核供体动物:克隆动物绝大部分DNA来自核供体动物的细胞核, 但其细胞核外的DNA,即线粒体中的DNA可同时来自核供体细胞和受体 卵母细胞。
考点三 胚胎工程
一、胚胎工程的理论基础 1.受精 1)精子获能:在雌性动物的生殖道获得受精能力。 知识拓展
将精子培养在人工配制的获能液中也可使其获能。获能液的成分 因动物种类不同而有所差异,常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。 2)卵子的准备:在输卵管中进一步成熟,到❶ MⅡ期 时,才具备与精子 受精的能力。
三、植物细胞工程的应用 1.植物繁殖的新途径 1)快速繁殖:繁殖速度快,并可保持优良品种的遗传特性。 2)作物脱毒:利用茎尖等顶端分生区细胞进行组织培养获得脱毒苗,可提 高作物的产量和品质。
2.作物新品种的培育 1)单倍体育种 ①原理:细胞的全能性和染色体变异。
②方法:二倍体植株花药(或花粉)离体培养→单倍体植株
4.应用前景:畜牧业(加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育)、医药 卫生(如生产医用蛋白)以及其他领域。
考点训练(请判断下列说法是否正确) 1.动物细胞培养时,培养箱中要通入5%的O2和95%的CO2。 ( ) 2.B淋巴细胞和骨髓瘤细胞在单独培养时都会出现接触抑制的现象。 () 3.动物细胞培养是动物细胞工程的基础,进行培养时培养基中除了需加 入细胞所需的各种营养物质,还需要加入血清等天然成分。( ) 4.将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合,经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细 胞。 ( ) 5.灭活的病毒可诱导动物细胞或植物原生质体的融合。 ( ) 6.经动物细胞核移植技术获得的子代的遗传物质和核供体完全相同。 ()
疑难突破 (1)对外植体消毒的目的:避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养,同时防 止某些杂菌危害培养物的生长。 (2)一般选择植物幼嫩的组织(如茎尖、根尖、形成层细胞)作为植物组织 培养的材料的原因:幼嫩的组织容易诱导形成愈伤组织。 (3)植物组织培养过程中培养基中添加蔗糖的作用:提供碳源、提供能 量、调节渗透压。 (4)脱分化过程中要遮光,再分化过程中需要光照的原因:脱分化时光照,外 植体往往容易形成维管组织,而不易形成愈伤组织;再分化时给予适当光 照能诱导叶绿素的合成。
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专题二十六 细胞工程与胚胎工程
基础篇
考点一 植物细胞工程 一、植物组织培养 1.概念:指将离体的植物器官、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。
2.理论基础:植物细胞的全能性。 1)原理:植物细胞含有本物种的❶ 全套遗传信息 。 2)全能性表达的条件:离体、一定的激素和营养等。 3)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,原因是 在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会❷ 选择性表达 。 4)全能性大小的比较: ①受精卵>生殖细胞>体细胞。 ②分化程度低的细胞>分化程度高的细胞。
二、动物细胞融合技术与单克隆抗体 1.动物细胞融合技术 1)原理:❻ 细胞膜的流动性 。 2)常用方法:PEG融合法、电融合法和❼ 灭活病毒 诱导法等。 3)结果:形成杂交细胞。 4)意义:突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。 5)应用:制备单克隆抗体等。
2.单克隆抗体 1)制备流程:
2)优点:能准确识别抗原的细微差异,与特定抗原发生特异性结合,可以大 量制备。 3)应用:作为诊断试剂,用于多种疾病诊断和病原体鉴定;运载药物(如将细 胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合,选择性杀伤肿瘤细 胞);治疗疾病。
3.细胞产物的工厂化生产
1)一般途径:外植体
愈伤组织
细胞悬液
细胞
产物。
2)初生代谢产物:是生物生长和生存所必需的代谢产物,如糖类、脂质、
蛋白质、核酸等。
3)次生代谢产物:不是生物生长所必需的,一般是在特定组织或器官中,在
特定条件下产生的一类小分子有机化合物,如酚类、萜类和含氮化合物
等。
疑难突破 (1)植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,故可用茎尖等 分生区细胞培育脱毒苗。(2)获得突变体时,一般以愈伤组织作为诱变处 理的对象,这是因为愈伤组织细胞分裂旺盛,容易发生突变。