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第十一单元现代生物科技专题专题２６ 细胞工程与胚胎工程真题多维细目表真题涉分考点植物细胞工程动物细胞工程胚胎工程题型难度设题情境试题结构素养要素２０１５山东理综ꎬ３６(１)(２)(４)８动物细胞培养的条件ꎻ胚胎干细胞非选择中治疗性克隆流程图示分析问题并列归纳与概括２０１４课标全国Ⅰꎬ４０１５单克隆抗体的制备非选择中通过制备小鼠杂交瘤细胞获取抗体问题并列归纳与概括２０１３山东理综ꎬ３５８动物细胞培养ꎻ胚胎移植和胚胎干细胞非选择中利用干细胞培育克隆鼠流程分析问题并列归纳与概括２０１２山东理综ꎬ３５(２)(３)(４)６动物细胞培养ꎻ体外受精和胚胎分割非选择易培育转基因山羊流程分析问题并列归纳与概括总计卷均分９.３４题/１１卷３题/１１卷常见考法(根据课程标准分析)命题规律与趋势０１考查内容１.高考对本专题的考查涉及动植物细胞工程、胚胎工程等知识ꎮ２.对植物细胞工程的考查多集中于植物组织培养的应用ꎬ对动物细胞工程的考查多集中于克隆动物培育、单克隆抗体的制备等ꎮ０２题型难度１.考查题型大多为非选择题ꎮ２.纵观近几年高考试题ꎬ高考对本专题的考查难度适中且基本稳定ꎬ对基础知识掌握的要求提高ꎮ０３关联考点１.本专题试题通常融合细胞工程、胚胎工程进行综合考查ꎬ也以生物品种繁育、单克隆抗体制备为背景单独考查ꎮ２.试题多以优良植物品种培育、特殊蛋白质生物制品的生产为背景ꎬ考查植物组织培养、动物细胞培养过程及其所需条件ꎮ０４命题趋势１.结合高考对能力考查的要求ꎬ植物细胞工程可能是未来高考对本专题考查的重点ꎮ２.以动物体细胞核移植、单克隆抗体制备为背景的动物细胞培养也可能在未来高考中出现ꎮ０５核心素养通过对科学探究和科学思维素养的考查ꎬ使学生养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学态度ꎮ０６备考建议１.熟记动植物细胞工程、胚胎工程相关的基本知识ꎮ总结解题方法ꎬ并能归类、活用、延伸ꎮ２.通过必要的题型训练ꎬ巩固基础知识、掌握解答本专题试题的方法ꎮ专题２６ 细胞工程与胚胎工程１４５ 对应学生用书起始页码Ｐ２８２考点１植物细胞工程 一、细胞工程的概念与理论基础１.细胞工程(１)操作水平:细胞水平或细胞器水平ꎮ(２)目的:按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品ꎮ２.植物细胞的全能性(１)概念:具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞ꎬ都具有发育成完整生物体的潜能ꎮ(２)原理:细胞内含有本物种的全套遗传信息ꎮ(３)全能性表达条件:具有完整的细胞结构ꎬ处于离体状态ꎬ提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件ꎮ 二、植物组织培养１.理论基础:植物细胞的全能性ꎮ２.概念理解培养对象:离体的植物器官、组织、细胞培养条件:无菌、人工配制的培养基、相关激素等培养结果:产生愈伤组织、丛芽(或丛根或胚状体)ꎬ最终形成完整植株ìîíïïïïïï３.操作流程离体的器官、组织或细胞ａ→Ａｂ→Ｂ发育→完整植株(１)ａ过程为脱分化ꎬｂ过程为再分化ꎮ(２)Ａ表示愈伤组织ꎬＢ表示丛芽、丛根或胚状体ꎮ 三、植物体细胞杂交１.概念:将不同种的植物体细胞ꎬ在一定条件下融合成杂种细胞ꎬ并把杂种细胞培育成新的植物体的技术ꎮ２.原理:体细胞杂交利用了细胞膜的流动性ꎬ杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性ꎮ３.过程植物细胞Ａ、Ｂ 用纤维素酶和果胶酶处理去掉细胞壁↓原生质体Ａ、Ｂ 诱导融合物理法:离心、振动、电激化学法:ＰＥＧ作为诱导剂↓融合的原生质体 再生出细胞壁(融合完成的标志)↓杂种细胞脱分化→愈伤组织再分化→胚状体或丛芽发育→杂种植株４.意义:克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍ꎮ 四、植物细胞工程的实际应用１.植物繁殖的新途径(１)微型繁殖:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术ꎮ特点ａ.保持优良品种的遗传特性ｂ.高效快速地实现种苗的大量繁殖{(２)作物脱毒技术:是选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养ꎬ获得脱毒苗的技术ꎮ(３)人工种子:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料ꎬ经过人工薄膜包装得到的种子ꎮ２.作物新品种的培育(１)单倍体育种实质:花药离体培养过程实质是植物组织培养过程ꎮ流程:花药离体培养→单倍体幼苗秋水仙素诱导染色体数目加倍→纯合子(通常)ꎮ优点:明显缩短了育种年限ꎮ(２)突变体的利用:在植物组织培养过程中ꎬ由于培养细胞一直处于不断的分生状态ꎬ因此容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而发生突变ꎮ从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体ꎬ进而培育成新品种ꎮ３.细胞产物的工厂化生产细胞产物种类:蛋白质、药物、香料、生物碱等培养阶段:愈伤组织阶段技术基础:植物组织培养技术考点２动物细胞工程 一、动物细胞培养１.动物细胞工程常用的技术手段:动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等ꎮ其中动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础ꎮ２.动物细胞培养(１)过程动物组织块剪碎用胰蛋白酶处理→细胞悬液原代培养→细胞贴满瓶壁用胰蛋白酶处理分瓶传代培养→１０~５０代细胞核型(遗传物质)改变继续传代培养→少数细胞获得不死性(２)培养条件①无菌、无毒的环境:对培养液和所用培养用具进行无菌处理ꎮ通常还要在培养液中添加一定量的抗生素ꎬ以防培养过程中的污染ꎮ此外ꎬ定期更换培养液ꎬ以便清除代谢产物ꎬ防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害ꎮ②营养:除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外通常还需加入血清、血浆等一些天然成分ꎮ③温度和ｐＨ:培养哺乳动物细胞的适宜温度为３６.５±０.５℃ꎬ多数细胞生物的适宜ｐＨ为７.２~７.４ꎮ④气体环境:所需气体主要有ＣＯ２和Ｏ２ꎮＯ２是细胞代谢所必需的ꎬＣＯ２的主要作用是维持培养液的ｐＨꎮ３.动物体细胞克隆(１)原理:动物细胞核具有全能性ꎮ(２)核移植过程１４６ ５年高考３年模拟Ｂ版(教师用书)(３)结果:获得与供体遗传物质基本相同的个体ꎮ(４)受体细胞选用ＭⅡ中期卵母细胞的原因:ａ.细胞比较大ꎬ易于操作ꎻｂ.细胞质多ꎬ营养丰富ꎻｃ.ＭⅡ中期的卵母细胞含有促进细胞核全能性表达的物质ꎮ(５)体细胞核移植技术存在的问题:许多克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等ꎮ 二、动物细胞融合及单克隆抗体制备１.动物细胞融合(１)原理:细胞膜具有一定的流动性ꎮ(２)方法:物理法(离心、振动、电激)、化学法和生物法(灭活病毒处理)ꎮ(３)结果:形成杂交细胞ꎮ(４)意义:突破了远缘杂交不亲和的障碍ꎮ(５)应用:制备单克隆抗体等ꎮ２.单克隆抗体制备(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ꎬ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ꎬ灵敏度高ꎬ能大量制备 (２)过程给小鼠注射特定的抗原→从脾脏中分离Ｂ淋巴细胞(浆细胞)培养骨髓瘤细胞→骨髓瘤细胞}诱导融合→未融合细胞同种融合细胞杂交瘤细胞{}第一次筛选选择培养基→杂交瘤细胞 第二次筛选抗体检测↓ 单克隆抗体←体内培养体外培养{}产生特定抗体的杂交瘤细胞群 (３)单克隆抗体的应用①作为诊断试剂:能准确识别各种抗原物质的细微差异ꎬ并与一定抗原发生特异性结合ꎬ具有准确、高效、简易、快速的优点ꎮ②用于治疗疾病和运载药物:主要用于癌症治疗ꎬ可制成“生物导弹”ꎬ也有少量用于治疗其他疾病ꎮ考点３胚胎工程 一、体内受精和早期胚胎发育１.精子与卵子的发生项目精子的发生卵子的发生场所睾丸曲细精管卵巢时间从初情期开始从胚胎出现性别分化后变形需变形不需变形分裂均等分裂不均等分裂结果一个精原细胞形成４个精子一个卵原细胞形成１个卵子和３个极体 ２.受精(１)精子获能:刚排出的精子ꎬ不能立即与卵子受精ꎬ必须在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化后ꎬ才能获得受精能力ꎮ(２)卵子的准备:卵子要在输卵管内进一步成熟ꎬ到减数第二次分裂中期ꎬ才具备与精子受精的能力ꎮ(３)受精过程主要包括:精子穿过放射冠和透明带ꎬ进入卵细胞膜ꎬ原核形成和融合ꎮ３.早期胚胎发育过程受精卵:胚胎发育的起点 ↓卵裂期:在透明带内进行有丝分裂ꎬ细胞数量不断增加ꎬ ↓但胚胎总体积并不增加ꎬ或略有缩小桑椹胚:胚胎细胞数目达到３２个左右 ↓ 囊胚 ↓原肠胚:出现三个胚层和原肠腔 二、体外受精与早期胚胎培养１.体外受精２.早期胚胎培养(１)培养液成分:无机盐、有机盐(两盐)ꎻ维生素、激素(两素)ꎻ氨基酸、核苷酸(两酸)ꎬ另外还有水、血清等ꎮ(２)胚胎去向:向受体移植或冷冻保存ꎮ 三、胚胎移植、胚胎分割与胚胎干细胞培养１.胚胎移植(１)地位:胚胎工程其他技术的最后一道工序ꎮ(２)主要过程:对供、受体的选择和处理选择:遗传性能和生产性能优秀的供体、有健康的体质和正常繁殖能力的受体处理:同期发情处理和对供体母畜进行超数排卵处理ìîíïïïï配种或进行人工授精对胚胎的收集、检查、处理 ↓收集:冲卵检查:对胚胎进行质量检查ꎬ这时胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段处理:直接向受体移植或放入－１９６℃的液氮中保存ìîíïïïïïï胚胎移植—方法:手术法和非手术法 ↓胚胎移植后的检查—检查受体母牛是否妊娠↓↓(３)意义:充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能ꎮ２.胚胎分割(１)材料:发育良好ꎬ形态正常的桑椹胚或囊胚ꎮ(２)实质:胚胎分割可增加动物后代数目ꎬ其实质是动物的无性繁殖或克隆ꎮ(３)注意:对囊胚分割时ꎬ注意将内细胞团均等分割ꎬ否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育ꎮ专题２６ 细胞工程与胚胎工程１４７ ３.胚胎干细胞(１)来源:早期胚胎或原始性腺ꎮ(２)特点:形态上ꎬ体积小、核大、核仁明显ꎻ功能上ꎬ具有发育的全能性ꎻ体外培养条件下可以增殖而不分化ꎮ(３)培养过程受精卵早期胚胎→并转入培养皿中分离内细胞团→胚胎干细胞加饲养层 →分裂不加饲养层 →分化 (１)受精的标志和受精完成的标志一样吗?提示:受精的标志≠受精完成的标志ꎮ受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间可以观察到两个极体ꎻ而受精完成的标志是雌、雄原核的融合ꎮ(２)滋养层和饲养层相同吗?提示:滋养层≠饲养层ꎮ①滋养层:囊胚时期沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞ꎬ滋养层最终发育成胎膜和胎盘ꎮ②饲养层:饲养层细胞一般为输卵管上皮细胞ꎬ在干细胞培养时ꎬ可作为提供干细胞分裂、增殖的营养细胞ꎮ对应学生用书起始页码Ｐ２８５一 植物细胞工程流程图分析(科学思维)１.“表格法”比较植物组织培养与植物体细胞杂交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、组织或细胞脱分化↓ 愈伤组织 再分化↓根、芽或胚状体 发育↓ 植物体植物细胞Ａ 去壁↓原生质体Ａ原生质体Ｂ人工诱导→融合的原生质体ＡＢ 去壁↑ 再生壁↓植物细胞Ｂ 杂种细胞ＡＢ 脱分化↓ 杂种植株再分化←愈伤组织应用①繁殖微型繁殖作物脱毒制备人工种子{②培育新品种③生产细胞产品克服远缘杂交不亲和的障碍ꎬ培育作物新品种 ２.植物体细胞杂交后的遗传物质分析(１)遗传特性:杂种植株中含有两种植物的遗传物质ꎬ故杂种植株具备两种植物的遗传特性ꎮ(２)染色体组数①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和ꎮ②植物体细胞杂交形成的杂种植株ꎬ有几个染色体组就称为几倍体ꎮ③若一植物细胞含有２ｘ条染色体ꎬ２个染色体组ꎬ基因型为Ａａｂｂꎬ另一植物细胞含有２ｙ条染色体ꎬ２个染色体组ꎬ基因型为ｃｃＤｄꎬ则新植株应为异源四倍体ꎬ其体细胞中染色体为２ｘ＋２ｙ条ꎬ４个染色体组ꎬ基因型为ＡａｂｂｃｃＤｄꎮ(２０１９天津蓟州期末ꎬ３１)在矮牵牛的体内能