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2014届高三生物一轮复习专题课件:选修三 专题二 细胞工程及克隆技术引起的伦理问题


第四部分 选修3 现代生物科技专题

专题二

细胞工程及克隆技术引起的伦理问题

教材基础回扣

核心考点整合

命题视角研析

课后限时练

教材基础回扣

教 材 梳 理
一、植物细胞工程 1.细胞工

程的操作水平和目的

1 (1)操作水平: □细胞水平或细胞器水平
(2)目的:按照人的意愿来改变细胞内的



2 □遗传物质 或

3 获得 □细胞产品



2.植物组织培养技术的原理、条件及过程

4 (1)原理: □植物细胞全能性 6 □离体
条件。



□ (2)全能性表达条件:具有 5 完整的细胞结构 ,处于
7 状态,提供一定的□营养、激素 和其他适宜外界

(3)过程:

3.植物体细胞杂交的程序 植物细胞A、B
11 ↓ □纤维素酶和果胶酶 处理去掉细胞壁 12 □原生质体 A、B 13 ↓ □聚乙二醇 处理(离心、振动、电激) 14 □融合的原生质体 15 ↓再生出 □细胞壁 (融合完成的标志)

脱分化 再分化 16 杂种细胞 ――→ 愈伤组织 ――→ □杂种植株

4.植物细胞工程的应用

17 (1)植物繁殖新途径: □微型繁殖、作物脱毒、人工种子等。 18 (2)培养作物新品种: □单倍体育种
用。

19 和□突变体

的利

20 (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。

二、动物细胞工程 1.动物细胞工程常用的技术手段

22 21 常用手段: □动物细胞培养、 □动物细胞核移植、动 24 23 物细胞融合、生产□单克隆抗体 等,其中□动物细胞培养
技术是其他动物细胞工程技术的基础。

2.动物细胞培养的过程

3.动物体细胞的克隆

28 29 (1)过程:动物体细胞克隆包括□胚胎移植 和 □动物 细胞核移植
两个过程。 。
30 (2)核移植的原理是 □动物细胞核具有全能性

31 32 (3)核移植分类:□胚胎细胞核移植和 □体细胞核 移
植。

(4)核移植过程:

36 (5)选用去核卵(母)细胞的原因: □卵(母)细胞比较大, 容易操作,卵(母)细胞细胞质多,营养丰富,含有促进核全 能性表达的物质


(6)体细胞核移植技术存在的问题是什么? 37 □克隆动物存在着健康问题,表现出遗传和生理缺陷等

4.动物细胞融合及单克隆抗体制备

□ (1)原理:38 细胞膜的流动性 。
(2)方法:物理法(离心、振动、电激)、化学法和

39 □生物法(灭活病毒)



(3)应用:单克隆抗体,过程如下 :

43 (4)单克隆抗体的特点: □特异性强、灵敏度高并可 大量制备


核心考点整合

考点一

植物细胞工程

1.植物细胞工程的基本技术 (1)植物组织培养技术: ①原理:植物细胞的全能性,即具有某种生物全部遗传信 息的任何一个细胞,都具有发育成完整个体的潜能。 ②过程: 脱分化 再分化 高度分化的组织 ――→ 形成愈伤组织 ――→ 幼根和芽 分裂和分化 ――→ 完整植株。

(2)植物体细胞杂交技术: ①概念:将不同植物的体细胞,在一定条件下融合成杂 种细胞,培育成新的植物体的技术。

②过程如图所示。

③人工诱导的方法: a.物理法:离心、振动、电刺激等。 b.化学法:一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂诱导原 生质体融合。 c.融合成功的标志:杂种细胞再生出细胞壁。 ④意义:克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍。

2.植物细胞工程的应用 (1)植物繁殖的新途径: ①微型繁殖: a.概念:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养法。
?保持优良品种的遗传特性 ? b.特点? ?高效快速地实现种苗的大量繁殖 ?

②作物脱毒:选择作物无毒组织(如茎尖)进行组织培 养,获得脱毒苗。 ③人工种子:以植物组织培养得到的胚状体等为材料, 经过人工薄膜包装得到的种子。

(2)培育作物新品种:用植物的花药进行离体培养形成单 倍体,再经人工诱导染色体加倍后筛选出需要的新品种;利 用组织培养过程中出现的突变体,培育新的品种。 (3)细胞产物的工厂化生产:用人工培养的愈伤组织提取 细胞中的某种成分。

特别提醒 使用顺序 先生长素, 后细胞分裂素

细胞分裂素与生长素对细胞分化的影响 结果 有利于分裂 但不分化 细胞既分裂 也分化 生长素/细胞 分裂素比值 比值高 结果 促根分化, 抑芽形成 促芽分化, 抑根形成

先细胞分裂素, 后生长素

比值低

使用顺序

结果 分化频率提 高

生长素/细胞 分裂素比值 比值适中

结果 促进愈伤组 织生长

同时使用

[应用训练1]

(2012· 安徽师大附中)下图是“白菜—甘

蓝”(均为二倍体)杂种植株培育过程,及杂种植株在密闭玻 璃温室中一昼夜CO2浓度变化曲线。请据图回答有关问题:

(1)②过程常用的试剂是________,与其相比,动物细胞 融合过程中特有的方法是用________________来处理。 (2)同白菜和甘蓝的有性杂交后代相比,上述方法得到的 新植株________(是否)可育,这是因为__________________ ____________________________________________________ _________________________________________________。

(3)据曲线分析,该植株开始积累有机物的时间在____, 积累有机物最多的时间在________,该植株经过一昼夜后, ________(能否)积累有机物。 (4)与曲线中CO2浓度变化有关的细胞器是_________, 请写出其增加膜面积的结构名称:____________。

[解析] (1)②过程为原生质体融合,常用的促融剂为聚 乙二醇。(2)白菜和甘蓝体细胞杂交产生的是异源四倍体,其 杂种细胞中有同源染色体存在,故可育。(3)b点CO2浓度开 始下降,表明植物开始从外界吸收CO2进行光合作用故开始 积累有机物。c点是曲线最低点,从c点以后开始有机物的消 耗,经过一天的积累,到18时,有机物积累量最多。由于吸 收量与释放量一致,可见一昼夜后净产量为零,故一昼夜后 不能积累有机物。

[答案] (2)是 (3)6时

(1)聚乙二醇

灭活的病毒

杂种细胞中有同源染色体,能产生正常的配子 18时 否 基粒(或类囊体)和嵴

(4)叶绿体和线粒体

考点二

动物细胞培养

1.概念:从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个 细胞,然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖。

2.操作流程

3.过程解读 (1)培养条件 ①无菌、无毒的环境——无菌处理、加抗生素杀菌、定 期更换培养液。 ②营养——葡萄糖、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。 ③温度和pH——(36.5± 0.5) ℃和7.2~7.4。 ④气体环境——95%空气+5% CO2。

特别提醒

①CO2作用——调节培养基pH;

②空气中O2作用——细胞有氧呼吸; ③所用装置——CO2培养箱。

(2)原理:细胞增殖。 (3)动物细胞培养时,一般选取幼龄动物的组织、器官, 其细胞的分化程度较低,增殖能力强,有丝分裂旺盛,容易 培养。 (4)在动物细胞培养过程中,一般情况下10代以前的细胞 核型不变,10代以后有些细胞核型发生改变,50代以后的细 胞可能发生癌变。

(5)胰蛋白酶在动物细胞培养过程中的作用包括将组织分 散成单个细胞,以及将贴壁细胞从瓶壁上分离下来,这样做 的目的是避免动物细胞的接触抑制现象。

4.应用 (1)生产细胞产品:干扰素、疫苗、单克隆抗体。 (2)检测并判断某毒性物质毒性的大小。 (3)临床医学研究。

特别提醒 比较项目 培养基的物 理性质 培养基的成 分

植物组织培养与动物细胞培养的比较 植物组织培养 固体 动物细胞培养 液体(合成培养基)

水、矿质元素、 葡萄糖、氨基酸、无 维生素、蔗糖、 机盐、维生素、动物 氨基酸、琼脂等 血清等

比较项目 结果

植物组织培养 新的植株或组织 ①植株快速繁殖 ②脱毒植株的培育

动物细胞培养 新的细胞系或细胞株 ①蛋白质的生物制品的 生产 ②皮肤移植材料的培育 ③检测有毒物质 ④生理、病理、药理学 研究

目的

③人工种子 ④生产药物、杀虫剂等 ⑤转基因植物的培育

比较项目 取材

植物组织培养

动物细胞培养

植物细嫩的部位或花 动物胚胎或出生不久的 药等 幼龄动物的器官或组织

其他条件

均为无菌操作,需要适宜的温度、pH、O2等 条件

[应用训练2] 述,正确的是(

(2011· 浙江)下列关于动物细胞培养的叙 )

A.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层 细胞 B.克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改 变 C.二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的 D.恶性细胞系的细胞可进行传代培养

[解析] 本题考查动物细胞培养和克隆的相关知识,意 在考查考生对动物细胞培养的理解。由于接触抑制,培养的 动物细胞在培养壁上只能形成单层细胞,故A项错误;克隆 形成的细胞群,由于来源于一个共同的细胞,故基因型相 同,故B项错误;二倍体细胞通常为有限细胞系,传代培养 次数通常是有限的,故C项错误;恶性细胞系属于连续细胞 系,可进行传代培养,故D项正确。

[答案]

D

考点三

动物细胞融合与单抗的制备

1.动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较 比较项目 原理 植物体细胞杂交 动物细胞融合

细胞膜的流动性、 细胞膜的流动 细胞的全能性 性、细胞的增值

比较项目 融合方法

植物体细胞杂交 去除细胞壁后诱导原 生质体融合 纤维素酶和果胶酶

动物细胞融合 使细胞分散后诱 导细胞融合 胰蛋白酶或胶原 蛋白酶

使用的酶

比较项目

植物体细胞杂交 物理法:离心、电刺

动物细胞融合 除物理法和化学 法外,也可用灭 活的病毒诱导 杂交细胞

诱导手段

激、振动化学法:聚 乙二醇等试剂诱导

结果

杂种植株

2.单克隆抗体的制备

特别提醒

制备单克隆抗体过程中的两次筛选

第一次筛选是将未融合的B淋巴细胞、骨髓瘤细胞以及 BB融合、瘤瘤融合的细胞通过选择培养基淘汰,筛选出B瘤 融合的细胞。 第二次筛选是将产生特定抗体的B瘤细胞通过细胞培养 用相应抗原检测的办法筛选出来。因为从体内取免疫过的B 淋巴细胞时取出很多种,形成的杂交瘤细胞有很多种,所以 需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞。

[应用训练3] (2012· 西城质检)1975年科学家首次利用B 淋巴细胞杂交瘤技术制备出单克隆抗体。请根据图回答问 题:

(1)病原体注入小鼠体内后,要经过________细胞处理后 形成抗原—MHC复合体,才能被免疫细胞识别。 (2)制备单克隆抗体所用的B淋巴细胞一般从脾中采集, 然后以________________________作诱导剂,使B淋巴细胞 和骨髓瘤细胞融合。通过筛选和克隆培养,获得的杂交瘤细 胞具有________________________的特点。

(3)单克隆抗体的特点是__________________________。 根据上图写出应用杂交瘤技术获得单克隆抗体的两种主 要方法________________________。

[解析]

灭活的仙台病毒和聚乙二醇均可诱导动物细胞

融合。杂交瘤细胞同时具有两个亲代细胞的遗传特性。可以 在体外也可以在体内培养杂交瘤细胞获得单克隆抗体。

[答案]

(1)吞噬 既能产生特异性抗体,

(2)灭活的仙台病毒或聚乙二醇 又能无限增殖

(3)特异性强,纯度高(或:专一性强、灵敏度高) 培养法和动物体内培养法

体外

考点四

动物体细胞核移植与克隆动物

1.原理 动物细胞核的全能性。动物细胞核移植是将动物的一个细 胞的细胞核,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,这个新的胚胎最终发育为动物个 体。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。

2.供核细胞 一般选优良动物的传代培养10代以内的细胞。 3.受体细胞 去核的MⅡ期卵母细胞。

4.过程

5.分类 项目 类型 区 别 目的 水平 联系 治疗性克隆 生殖性克隆 用于生育,产 生新个体 个体水平

治疗人类疾病 细胞水平

都属无性繁殖;产生新个体、新 组织,遗传信息相同

6.设计试管婴儿引发的伦理问题 观点 理由 ①把试管婴儿当做人体零配件生产工厂,是 不符合 对生命的不尊重;②早期的生命也有活下去 伦理道 的权利,抛弃或杀死多余的胚胎,无异于 德 “谋杀”;③有人会滥用设计试管婴儿技 术,如设计婴儿的性别

观点

理由 ①设计试管婴儿是为了救人,是救治患者的

符合伦 最好、最快捷的办法之一;②提供骨髓中造 理道德 血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤;③脐 带血乃试管婴儿的“身外之物” 中国政 使用体外受精—胚胎移植及其衍生技术必须 府观点 获得卫生部的批准证书

特别提醒

(1)试管婴儿与设计试管婴儿都是体外受精,

体外早期胚胎发育,再进行胚胎移植,从生殖方式上应为有 性生殖。 (2)引发伦理问题的生物技术包括克隆人、设计试管婴 儿、基因身份证,即涉及人自身的社会地位、家庭观念、两 性关系等伦理方面,但不包括转基因生物、试管婴儿等。

[应用训练4]

日本研究人员依靠体细胞克隆技术进行反

复“拷贝”,成功培育出第四代克隆猪。这个研究小组培育 的第一代克隆猪于2004年4月诞生,此后,他们又从长大的 克隆猪唾液腺中提取细胞,将细胞核植入未受精的卵子中, 依次培育出第二代和第三代克隆猪。研究人员发现,猪与人 类身体构造相似,克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物。 根据材料回答下列问题。

(1)第四代克隆猪利用了动物细胞核的________性。 (2)在细胞核植入受体卵母细胞之前,要用显微针去除卵 母细胞的________,再将唾液腺细胞核注入。获得的重组胚 胎需要体外培养,培养时不仅要有无机盐类和有机盐类,而 且还要有________________等营养成分及________等物质。 当发育到囊胚期时,将其移植到受体雌性动物体内。

(3)研究显示,利用克隆技术根本无法培育出完全相同的 个体,究其原因,除了发育过程中的环境因素的影响外,还 可能有_____________________________________等原因。 (4)如果希望克隆猪都能生产人体胰岛素,那么需要利用 ________技术,把________拼接到猪的核基因中。转基因是 否成功可以用________检测。

[解析] 体细胞核移植技术利用了动物细胞核的全能 性;在供体细胞的细胞核移入受体细胞之前,必须将受体细 胞的遗传物质去掉或将其破坏。哺乳动物胚胎的培养液成分 一般都比较复杂,除一些无机盐类外,还需添加维生素、激 素、氨基酸、核苷酸等营养成分以及血清等物质。克隆技术 根本无法培育出完全相同的个体,原因可能是在细胞分裂过 程中发生基因突变或个体发育中受细胞质基因及环境的影

响。基因探针技术的原理是DNA分子杂交,可用于疾病诊 断、生物检测等。

[答案]

(1)全能 维生素、激素、氨基酸、核苷酸 动物血清

(2)细胞核

(3)细胞分裂过程中可能发生基因突变或卵母细胞的细胞 质内也有遗传物质DNA,也控制后代的性状表达 (4)基因工程 人的胰岛素基因 基因探针

命题视角研析

视角一

植物组织培养及其应用

植物组织培养与植物体细胞杂交在农业生产中的应用广 泛,在高考试题中的比重有所增加,在高考试题中,多是综合 性考查,如植物组织培养与动物细胞培养的区别与联系是命题 的很好结合点。

【导例1】

(2011· 天津)絮凝性细菌分泌的具有絮凝活

性的高分子化合物,能与石油污水中的悬浮颗粒和有机物等 形成絮状沉淀,起到净化污水的作用。为进一步提高对石油 污水的净化效果,将絮凝性细菌和石油降解菌融合,构建目 的菌株。其流程图如下:

据图回答: (1)溶菌酶的作用是________。 (2)PEG的作用是________________________。 (3)经处理后,在再生培养基上,未融合的A、B难以生 长。图中AB融合菌能生长和繁殖的原因是____________。

(4)目的菌株的筛选:筛选既能分泌具有絮凝活性的化合 物,又能在含有________的培养基上生长的AB融合菌,选 择效果最好的作为目的菌株。

(5)为探究目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果,将 目的菌株进行发酵培养,定时取发酵液,加入石油污水中; 同时设置______________为对照组。经搅拌、静置各3 min

后,分别测定上层水样的石油浓度和COD值(COD值越高表 示有机物污染程度越高),计算石油去除率和COD去除率, 结果如图。

(6)目的菌的种群增长曲线呈________型,在40h~44 h,发酵液对石油污水的净化效果最好,其原因是________ ______________________。

[解析]

(1)细菌有细胞壁,这将妨碍细菌的融合,所以

用溶菌酶将其细胞壁进行分解,以实现两者的融合。 (2)PEG是促进细胞融合的促融剂,作用是促进细胞融 合。 (3)由图示显示A菌细胞质失去活性,B菌DNA失去活 性,所以融合后,在选择培养基上单纯的A、B菌都不能存 活,而融合的AB菌能进行生长并繁殖。

(4)目的菌的选择是要选择能分泌具有絮凝活性的活性高 分子化合物,又具有降解石油的能力的融合菌。 (5)为探究目的菌株在不同时间的絮凝效果,设置的对照 组实验应是不加发酵液(没有目的菌株)的石油污水。 (6)图示结果显示:目的菌的种群生长曲线呈现S型。在 40 h~44 h,发酵液中目的菌数量达到最大,产生的有活性 的高分子化合物的含量较高,所以净化污水的效果最好。

[答案]

(1)分解细胞壁

(2)诱导原生质体融合 (3)两亲本失活部位不同,融合后活性部位互补 (4)石油 (5)不加发酵液的石油污水 (6)S 此期间,目的菌及其产生的絮凝活性高分子化合

物的含量高

视角二

动物细胞工程

动物细胞培养的过程及影响因素一直是高考命题的热点。 动物细胞培养是动物细胞工程的基础,结合细胞融合、单克隆 抗体制备考查动物细胞培养仍将是高考命题的重点。

【导例2】

(2012· 福建高三联考)甲流(H1N1)在世界各

地大面积蔓延,有些国家还出现了死亡病例。科学家已分离 出H1N1病毒(一种RNA病毒)。某制药厂根据下面流程图生 产预防和治疗甲流的抗体,请据图回答有关问题:

(1)若A细胞是小鼠骨髓瘤细胞,则B细胞是取自感染病 毒的人体内的________细胞,促进d过程的常用诱导剂是 ________________。 (2)假设仅考虑某两个细胞的融合,则可形成________种 类型的C细胞,因此需用培养基筛选出________(填特点)的D 细胞用于培养。D细胞的名称是________。

(3)理论上,注射了该抗体的人群不能长期对甲流免疫, 试分析原因:_____________________________________。 (4)不同种动物的体细胞融合,相比诱变育种和杂交育种 方法,具有________________等突出的优点。 (5)请说明单克隆抗体的主要作用:_________________ _________________________________________________。

[解析]

(1)由于本题的目的是制备用于预防和治疗甲流

的单克隆抗体,所以B细胞只能是取自感染H1N1病毒的动物 或人体内的B淋巴细胞,经诱导剂聚乙二醇或灭活的病毒等 诱导融合,得到的杂交瘤细胞才能用于生产预防和治疗甲流 的单克隆抗体。(2)仅考虑两个细胞的融合,则可形成A细胞 -A细胞、B细胞-B细胞、A细胞-B细胞3种类型的C细 胞,为了从中筛选出A细胞-B细胞,必须用特定的选择培

养基进行筛选,筛选出的D细胞(杂交瘤细胞)既能无限增殖 又能产生特异性抗体。(3)因为单链RNA容易发生变异,一 旦变异后体内的记忆细胞和抗体就不能对其发挥作用。(4)单 克隆抗体具有特异性强、灵敏度高、产量大等优点。(5)单克 隆抗体可用于诊断疾病、药物导向治疗等方面。

[答案] 毒) (2)3

(1)B淋巴(浆细胞) 聚乙二醇(PEG)(灭活的病

既能无限增殖又能产生特异性抗体

杂交瘤细胞

(杂交细胞) (3)引起甲流的病毒不断发生变异(意思相同即可) (4)目的性强;克服远缘杂交不亲和性(能有效地打破物 种的生殖隔离界限,意思相同即可)(任写一点) (5)作为诊断试剂;用于治疗疾病和运载药物(意思相同 即可)

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