第十三單元現代生物科技專題 第2講細胞工程 1 細胞工程的概念 2 細胞的全能性 1 含義 具有某種生物 的任何一個細胞 都具有 的潛能 2 物質基礎 細胞內含有本物種全部的 3 植物細胞全能性表達的條件 具有完整的細胞結構 處于 狀態 提供一定的 和其他適宜外界條件 細胞 分子 細胞 細胞器 遺傳物質 細胞產品 全部遺傳信息 發育成完整生物體 遺傳信息 離體 營養 激素 3 植物組織培養技術 1 原理 植物細胞具有 2 過程 4 植物體細胞雜交技術 1 概念 將 的植物體細胞 在一定條件下融合成 并把這種細胞培育成 的技術 全能性 脫分化 再分化 人工種子 不同種 雜種細胞 新的植物體 2 操作流程 過程a為去除 獲得具有活力的原生質體 用到的酶是 過程b是原生質體的融合 其原理是 人工誘導的方法有物理法 包括 等 化學法一般用 作為誘導劑 過程c是原生質體融合后再生出 這是原生質體融合成功的標志 過程d是 技術 其原理是 3 意義 克服了 的障礙 細胞壁 纖維素酶和果膠酶 細胞膜具有一定的流動性 離心 振動 電激 聚乙二醇 peg 細胞壁 植物組織培養 細胞全能性 遠緣雜交不親和 5 植物細胞工程的應用 1 植物繁殖的新途徑 微型繁殖 優點是能夠 實現快速大量繁殖 作物脫毒 利用 等無病毒組織進行微型繁殖 獲得無病毒植株 培育 可以解決某些植物結實率低 繁殖困難的問題 2 作物新品種的培育 單倍體育種和 的利用 3 細胞產物的工廠化生產 即利用 技術生產蛋白質 脂肪 糖類 藥物 香料和生物堿等 教材深挖 1 植物體未離體的組織 細胞并未表現出全能性 可能的原因是什么 細胞在生物體中會受到基因的控制及內環境 激素等物質的影響 不會表現出全能性 2 植物體細胞雜交技術用于作物育種有何優點 可以克服遠緣雜交不親和的障礙 保持親本的優良性狀 莖尖 根尖 人工種子 突變體 植物組織培養 1 下列有關植物組織培養技術的敘述 不正確的是 a 利用植物的愈傷組織進行誘變處理可獲得有用的突變體b 經脫分化和再分化過程形成的幼芽細胞不具有細胞全能性c 利用莖尖 花粉進行組織培養可分別獲得脫毒苗和單倍體植株d 培養基中生長素和細胞分裂素的比例將影響愈傷組織分化的方向 解析 愈傷組織細胞處于不斷的分生狀態 容易受到培養條件和外界壓力的影響而產生突變 因此利用植物的愈傷組織進行誘變處理可獲得有用的突變體 a正確 經脫分化和再分化過程形成的幼芽細胞具有發育成完整個體所需的全套遺傳信息 具有細胞全能性 b錯誤 莖尖的病毒極少甚至無病毒 因此利用莖尖進行組織培養可獲得脫毒苗 利用花粉進行組織培養可獲得單倍體植株 c正確 培養基中生長素和細胞分裂素的比例較高 有利于根的分化 反之則有利于芽的分化 即培養基中生長素和細胞分裂素的比例將影響愈傷組織分化的方向 d正確 b 2 人工種子是人們模仿天然種子的結構制造出來的生命有機體 它能像種子一樣萌發生長 長成植物 人工種子的核心部件是一個被外層物包埋的具有類似于胚功能的胚狀體 將胚狀體包埋在一個能提供營養的膠質中 便成了所謂的 人工種子 1 人工種子依據的原理是 培育胚狀體利用了 技術 2 包埋胚狀體的膠質可看作自然種子的哪部分結構 3 如果外植體是植物的莖尖 通過 的處理可使細胞彼此分離 過程中可加入 a 蛋白酶b 淀粉酶c 果膠酶d 胰蛋白酶 4 過程表示脫分化過程 其實質是 表示再分化過程 其實質是 5 由人工種子萌發成的植株是否可育 不一定 植物細胞的全能性 植物組織培養 種皮及提供營養的胚乳或子葉 c 使細胞恢復分裂能力 基因的選擇性表達 3 下面為 番茄 馬鈴薯 的培育過程示意圖 請據圖回答下列問題 1 若運用傳統有性雜交 即用番茄 馬鈴薯雜交 能否得到可育的雜種植株 為什么 2 在利用雜種細胞培育雜種植株的過程中 運用的技術手段是 依據的原理是 其中過程 稱為 技術 與過程 密切相關的具有單層膜結構的細胞器為 過程 相當于 過程 涉及的細胞分裂方式為 3 已知番茄 馬鈴薯分別為四倍體 二倍體 則 番茄 馬鈴薯 屬于 倍體植株 4 柴油樹種子含有的柴油是植物細胞的代謝產物 可用植物組織培養來實現柴油的工業化生產 若利用此技術 將柴油樹細胞培養進行到 填字母編號 階段即可 不能 不同種的植物存在生殖隔離 植物組織培養 植物細胞的全能性 原生質體融合 高爾基體 脫分化 有絲分裂 六 e 4 白菜 甘藍 是用細胞工程的方法培育出來的蔬菜新品種 它具有生長期短 耐熱性強和易于儲藏等優點 如圖是 白菜 甘藍 的培育過程示意圖 以下說法正確的是 a 除去細胞壁形成原生質體 可運用的酶是纖維素酶 淀粉酶和果膠酶b 通常可誘導上述原生質體相互融合的方法是peg和滅活的病毒誘導c 雜種細胞形成的標志是誘導產生了新的細胞壁d 愈傷組織形成 白菜 甘藍 植物體必須經過脫分化和再分化兩個過程 解析 除去細胞壁的酶有纖維素酶和果膠酶 誘導植物原生質體融合不能用滅活的病毒 雜種細胞形成的標志是誘導產生了新的細胞壁 愈傷組織形成 白菜 甘藍 植物體屬于再分化過程 c 1 植物體細胞雜交過程中雜種細胞類型及檢測方法 1 誘導產物 假設用于雜交的兩種植物細胞分別為a b 未融合的細胞 a和b 兩兩融合的細胞 aa bb和ab 多細胞融合體 2 檢測方法 對誘導產物中的細胞進行植物組織培養 然后根據得到的植物性狀進行判斷 若只表現出一種植物的性狀 說明是未融合細胞 若得到的是具有兩種親本性狀的植物 說明是雜種植株 若得到的是兩種親本性狀的植物 且一種植物的性狀得到加強 則是多細胞融合體 若得到的是一種植物的性狀 但是效果得到加強 則是同種細胞融合的結果 2 植物體細胞雜交后的遺傳物質分析 1 遺傳特性 雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質 故雜種植株具備兩種植物的遺傳特性 2 染色體組 染色體組數 兩種植物體細胞內染色體組數之和 植物體細胞雜交形成的雜種植株 有幾個染色體組就稱為幾倍體 1 動物細胞培養 1 動物細胞培養的過程 細胞貼壁 懸液中分散的細胞很快就 在瓶壁上 接觸抑制 細胞數目不斷增多 當貼壁細胞分裂生長到 時 細胞就會 的現象 胰蛋白酶細胞懸液原代培養胰蛋白酶 貼附 表面相互接觸 停止分裂增殖 2 動物細胞培養條件 充足的營養供給 微量元素 無機鹽 糖 氨基酸 促生長因子 等 適宜的溫度 適宜的ph 無菌 無毒的環境 殺菌消毒 培養過程加一定量的 殺菌 定期更換培養液 清除代謝產物 抗生素 血清 血漿 36 5 0 5 7 2 7 4 95 5 培養液和培養用具 2 動物體細胞核移植技術和克隆動物 1 動物體細胞核移植技術的過程 2 原理 3 結果 4 應用 加速家畜 進程 促進優良畜群繁育 保護 生產醫用蛋白 作為異種移植的 用于組織器官的 細胞培養去核重組細胞供體 動物體細胞核具有全能性 產生新個體 遺傳改良 瀕危物種 供體 移植 教材深挖 1 動物細胞培養中兩次使用胰蛋白酶的作用有什么不同 第一次用胰蛋白酶處理剪碎的組織使之分散成單個細胞 第二次使貼壁細胞從瓶壁上脫落下來 2 通過動物體細胞核移植技術獲得的克隆動物 其遺傳物質是否和供核細胞的遺傳物質完全一樣 不完全一樣 細胞核遺傳物質一樣 但細胞質遺傳物質和提供去核卵母細胞的個體幾乎完全一樣 分析遺傳物質來源時 一定要注意細胞核遺傳物質和細胞質遺傳物質的區別 1 某研究小組進行藥物試驗時 以動物肝細胞為材枓 測定藥物對體外培養細胞的毒性 供培養的細胞有甲 乙兩種 甲細胞為肝腫瘤細胞 乙細胞為正常肝細胞 請回答下列有關動物細胞培養的問題 1 在動物細胞培養時 通常在合成培養基中加入適量血清 其原因是 細胞培養應在含5 的co2的恒溫培養箱中進行 co2的作用是 2 在兩種細胞生長過程中 當乙細胞鋪滿瓶壁時 其生長 藥物試驗需要大量細胞 兩種細胞頻繁傳代 甲細胞比乙細胞可以傳代的次數更多 若用動物的肝臟組織塊制備肝細胞懸液 需用 消化處理 3 為了防止細胞培養過程中細菌的污染 可向培養液中加入適量的 4 已知癌細胞x基因過量表達與肝腫瘤的發生密切相關 要試驗一種抗腫瘤藥物y對甲細胞生長的影響 可將甲細胞分為a b兩組 a組細胞培養液中加入y b組細胞培養液中加入無菌生理鹽水 經培養后 從a b兩組收集等量細胞 通過分別檢測x基因在a b兩組細胞中的 或 合成水平的差異 確定y的藥效 血清可以提供動物細胞所需的一些未知的營養成分 維持培養液的ph 停止 胰蛋白酶 抗生素 mrna 蛋白質 解析 1 由于血清可以提供動物細胞所需的一些未知的營養成分 所以在動物細胞培養時 通常在合成培養基中加入適量血清 動物細胞培養時 co2的作用是維持培養液的ph 2 乙細胞 正常肝細胞 有接觸抑制的特性 所以當乙細胞鋪滿瓶壁時 其生長停止 用動物的肝臟組織制備肝細胞懸液時 需用胰蛋白酶消化處理 以使組織細胞分散成單個細胞 3 為了防止細胞培養過程中細菌的污染 可向培養液中加入適量的抗生素 4 該試驗的目的是試驗抗腫瘤藥物y對甲細胞生長的影響 已知基因x過量表達與肝腫瘤的發生密切相關 而基因x的表達包括轉錄和翻譯兩個步驟 抗癌藥物y的作用可能是抑制基因x的轉錄過程 也可能是抑制其翻譯過程 因此通過分別檢測基因x在a b兩組細胞中的mrna或相關蛋白質合成水平的差異 可以確定y的藥效 2 下圖表示利用細胞工程技術治療肝病患者的流程圖 下列有關敘述正確的是 a 因基因選擇性表達 干細胞的mrna與肝細胞的完全不同b 圖中分離可用胰蛋白酶 膠原蛋白酶或胃蛋白酶c 圖中的甲細胞最好取自患者的兄弟姐妹的正常體細胞d 該過程的生物工程技術基礎是動物細胞培養技術 解析 例如不同細胞有相同的蛋白質如呼吸酶 所以干細胞和肝細胞的mrna有部分相同 a錯誤 胃蛋白酶的最適ph是2左右 不能用胃蛋白酶 b錯誤 取自本人的細胞才不會發生免疫排斥現象 c錯誤 動物細胞培養是其他動物細胞工程技術的基礎 d正確 d 動物細胞培養與動物體細胞核移植的比較 1 動物細胞融合 1 概念 個或 個動物細胞結合形成 個細胞的過程 也稱細胞雜交 2 條件 需要用聚乙二醇 peg 或電激等誘導因素 3 原理 4 結果 形成具有原來兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞 稱為 5 意義 突破了 方法的局限 使 成為可能 成為研究細胞遺傳 細胞免疫 腫瘤和生物新品種培育等的重要手段 為制備 開辟了新途徑 兩 多 一 滅活的病毒 細胞膜的流動性 雜交細胞 有性雜交 遠緣雜交 單克隆抗體 2 單克隆抗體 1 制備原理 一種漿細胞產生 種抗體 漿細胞在體外 填 能 或 不能 無限增殖 骨髓瘤細胞能 漿細胞與骨髓瘤細胞融合得到 細胞 既能 又能 2 單克隆抗體制備過程 3 優點 特異性強 可大量制備 4 用途 作為 用于治療疾病和 一 不能 無限增殖 雜交瘤 無限增殖 產生特異性抗體 雜交瘤細胞 所需抗體 靈敏度高 診斷試劑 運載藥物 教材深挖 1 為什么選用小鼠骨髓瘤細胞與b細胞融合 這樣融合的雜交瘤細胞 繼承了雙親細胞的遺傳物質 不僅具有b細胞分泌抗體的能力 而且還有無限增殖的能力 因而可以獲得大量單克隆抗體 2 如何檢測雜交瘤細胞是否產生單克隆抗體 可利用抗體與抗原的特異性結合原理檢測 雜交瘤細胞產生的單克隆抗體是一種分泌蛋白 能夠和特定的抗原結合產生特定的反應 因此可用來檢測抗體的產生 1 下列關于動物細胞融合與單克隆抗體制備的敘述中 正確的是 a 動物細胞經peg誘導融合后再通過培養能得到優良動物個體b 單克隆抗體最廣泛的用途是體外診斷試劑c 雜交瘤細胞實質上就是癌變的漿細胞d 單克隆抗體和傳統方法生產的抗體化學本質不同 解析 動物細胞經peg誘導融合后再通過培養能得到雜交細胞 但不能得到優良動物個體 a錯誤 單克隆抗體最廣泛的用途是體外診斷試劑 b正確 雜交瘤細胞是利用骨髓瘤細胞和已免疫的b淋巴細胞誘導融合后形成的具有原來兩個細胞遺傳信息的單核細胞 c錯誤 單克隆抗體和傳統方法生產的抗體化學本質相同 都是蛋白質 d錯誤 b 2 單克隆抗體的制備過程如下圖所示 1 植物體細胞雜交和單克隆抗體制備 都應用了細胞融合技術 電激和聚乙二醇都可以誘導相應的細胞融合 在誘導動物細胞融合時 還可以用 細胞融合的原理是 2 融合后的細胞 僅僅由2個細胞互相融合的類型有 種 其中符合要求的細胞是 其特點為 3 向動物體內反復注射某種抗原 并從動物血清中分離出抗體 這種抗體與單克隆抗體相比 存在的缺點是 至少答2個 由單克隆抗體技術研制成的 生物導彈 由兩部分構成 其中一部分被稱為 瞄準裝置 它作用的原理是 其特點為 滅活的病毒誘導 細胞膜的流動性 3 雜交瘤細胞 既能無限增殖 又能產生特異性抗體 產量低 純度低 特異性差 抗原與抗體雜交 特異性強 解析 1 在誘導動物細胞融合時 還可用滅活的病毒誘導融合 細胞融合的原理是細胞膜的流動性 2 融合后的細胞 僅僅由2個細胞互相融合的類型有3中 b淋巴細胞與b淋巴細胞融合的同種核細胞 骨髓瘤細胞與骨髓瘤細胞融合的同種核細胞 b淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合的雜交瘤細胞 其中符合要求的細胞是雜交瘤細胞 雜交瘤細胞的特點是既能無限增殖 又能產生特異性抗體 3 與單克隆抗體相比 用傳統方法產生的血清抗體存在的缺點是 產量低 純度低 特異性差 生物導彈是將單克隆抗體與放射性同位素 化學藥物或細胞毒素相結合 注入體內 借助單克隆抗體的導向作用 將藥物定向帶到癌細胞所在位置 在原位殺死癌細胞 其 瞄準裝置 為單克隆抗體 它作用的原理是抗原與抗體雜交 特點是特異性強 單克隆抗體制備過程中的幾個需要注意的問題 1 對動物免疫的原因 b淋巴細胞要經過免疫過程 即接觸抗原 增殖分化為有特異性免疫功能的b淋巴細胞 才能產生相應的抗體 所以 與骨髓瘤細胞融合的b淋巴細胞實際上是漿細胞 2 在單克隆抗體制備過程中 一般認為有兩次篩選過程 第一次是篩選出雜交瘤細胞 用選擇培養基 第二次是進一步篩選出能產生人們所需抗體的雜交瘤細胞 用抗原 抗體結合法檢測 3 雜交瘤細胞具備雙親的遺傳物質 不僅具有漿細胞產生特異性抗體的能力 還具有骨髓瘤細胞在體外培養條件下大量增殖的能力 從而可以克服單純b淋巴細胞不能無限增殖的缺點 而大量生產單克隆抗體 4 獲取單克隆抗體的場所 若在培養基中進行雜交瘤細胞培養 則從培養液中提取 若在小鼠或其他動物腹腔中培養 則從腹水中提取 1 2016江蘇高考 9 下列有關細胞工程的敘述 正確的是 a peg是促細胞融合劑 可直接誘導植物細胞融合b 用原生質體制備人工種子 要防止細胞破裂c 骨髓瘤細胞經免疫處理 可直接獲得單克隆抗體d 核移植克隆的動物 其線粒體dna來自供卵母體 解析 peg是促細胞融合劑 但是不能直接誘導植物細胞融合 植物細胞需要先去除細胞壁形成原生質體才能融合 a錯誤 制備人工種子 需要用完整植物細胞 借助于植物組織培養技術來實現 不需用原生質體 b錯誤 能產生抗體的是漿細胞 骨髓瘤細胞不能產生抗體 c錯誤 核移植克隆的動物 需要供核一方和供質一方 一般用處于減數第二次分裂中期的卵細胞的細胞質 其線粒體dna來自供卵母體 d正確 d 2 2015天津高考 3 小鼠胚胎干細胞可誘導成能分泌胰島素的胰島樣細胞 將胰島樣細胞移植給患糖尿病小鼠 可使患病小鼠血糖恢復正常水平 下列敘述錯誤的是 a 小鼠胚胎干細胞可來自對囊胚內細胞團的分離培養b 移植前 患病小鼠體內靶細胞缺失胰島素受體c 移植后 小鼠體內靶細胞加強了對葡萄糖的攝取 利用和儲存d 小鼠體內血糖濃度對胰高血糖素的分泌存在反饋調節 解析 哺乳動物的胚胎干細胞來源于早期胚胎 如囊胚 或原始性腺 發育成小鼠的各種組織 a正確 移植的細胞是能分泌胰島素的胰島樣細胞 移植后 患病小鼠的血糖恢復正常水平 所以移植前的患病小鼠是缺乏胰島素 而不是靶細胞缺乏胰島素受體 b錯誤 移植后 小鼠體內胰島素增加 加速組織細胞對葡萄糖的攝取 利用和儲存 從而降低血糖 c正確 反饋調節是指在一個系統中 系統本身的作用效果反過來作用于系統本身 如當小鼠體內的血糖濃度降低時 會引起胰高血糖素分泌升高 從而導致血糖濃度升高 血糖濃度的升高引起胰高血糖素分泌降低 d正確 b 3 2015安徽高考 31 科研人員采用轉基因體細胞克隆技術獲得轉基因綿羊 以便通過乳腺生物反應器生產人凝血因子 醫用蛋白 其技術路線如圖 1 由過程 獲得的a為 2 在核移植之前 必須先去掉受體卵母細胞的核 目的是 受體應選用 期卵母細胞 3 進行胚胎移植時 代孕母羊對移入子宮的重組胚胎基本上不發生 這為重組胚胎在代孕母羊體內的存活提供了可能 4 采用胎兒成纖維細胞進行轉基因體細胞克隆 理論上可獲得無限個轉基因綿羊 這是因為 含目的基因的表達載體 保證核遺傳物質來自含目的基因的成纖維細胞 m 免疫排斥反應 整合有目的基因的成纖維細胞可進行傳代培養 解析 1 在基因工程中 構建基因表達載體后才能將目的基因導入受體細胞 2 核移植技術選用的成熟卵母細胞處于減數第二次分裂中期 m 中期 需去掉細胞核以保證得到的克隆動物的核遺傳物質來自于含目的基因的成纖維細胞 3 胚胎移植時受體動物對移入的胚胎基本不發生免疫排斥反應 這為胚胎的存活提供了可能 4 由于整合有目的基因的胎兒成纖維細胞具有增殖能力 可進行傳代培養 所以理論上可利用動物細胞培養技術和核移植技術 獲得無限個轉基因綿羊 4 2014新課標 40 某研究者用抗原 a 分別免疫3只同種小鼠 x y和z 每只小鼠免疫5次 每次免疫一周后測定各小鼠血清抗體的效價 能檢測出抗原抗體反應的血清最大稀釋倍數 結果如下圖所示 若要制備雜交瘤細胞 需取免疫后小鼠的免疫b淋巴細胞 染色體數目40條 并將該細胞與體外培養的小鼠骨髓瘤細胞 染色體數目60條 按一定比例加入試管中 再加入聚乙二醇誘導細胞融合 經篩選培養及抗體檢測 得到不斷分泌抗a抗體的雜交瘤細胞 回答下列問題 1 制備融合所需的b淋巴細胞時 所用免疫小鼠的血清抗體效價需達到16000以上 則小鼠最少需要經過 次免疫后才能有符合要求的 達到要求后的x y z這3只免疫小鼠中 最適合用于制備b淋巴細胞的是 小鼠 理由是 y小鼠的抗體效價最高 4 y 2 細胞融合實驗完成后 融合體系中除含有未融合的細胞和雜交瘤細胞外 可能還有 體系中出現多種類型細胞的原因是 3 雜交瘤細胞中有個細胞核 染色體數目最多是條 4 未融合的b淋巴細胞經多次傳代培養后都不能存活 原因是 解析 1 據圖分析 第4次免疫后y小鼠的血清抗體效價大于16000 所以最少要經過四次免疫 由圖可知 血清抗體效價均達到16000以上 小鼠y的b淋巴細胞產生的抗體的效價最高 最適用于制備單克隆抗體 2 融合體系中除了未融合的細胞和雜交瘤細胞之外 還有骨髓瘤細胞和b淋巴細胞的自身融合產物 由于細胞膜具有流動性 且誘導之后的細胞融合不具有特異性 故體系中會出現多種類型的細胞 3 雜交瘤細胞形成后 小鼠的b淋巴細胞核與其骨髓瘤細胞核會融合形成一個細胞核 小鼠的b淋巴細胞 染色體數目40條 和骨髓瘤細胞 染色體數目60條 融合后 若不發生染色體數目丟失 染色體數目為100條 在有絲分裂后期染色體數目最多為200條 4 未融合的b淋巴細胞經多次傳代培養后 仍然不是能惡性增殖的細胞 同時正常細胞的分裂次數是有限的 細胞融合是隨機的 且融合率達不到100 b淋巴細胞相互融合形成的細胞 骨髓瘤細胞相互融合形成的細胞 1 200 不能無限增殖 1 植物組織培養 1 條件 離體組織 器官或細胞 外植體 適宜的營養 植物激素 2 原理 細胞全能性 3 過程 脫分化 再分化 4 結果 得到個體或細胞產物 2 植物體細胞雜交 1 原理 細胞膜的流動性 細胞全能性 2 過程 去細胞壁 融合 植物組織培養 3 融合方法 物理法 離心 振動 電激等 化學法 聚乙二醇等 4 結果 雜種植株 5 意義 克服了遠緣雜交不親和的障礙 3 動物細胞培養過程 1 分散細胞的方法 組織塊剪碎 用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理 2 生長