浙江专版2019版高考生物一轮复习第十单元生物技术实践第34讲克隆技术教案2.pdf
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1、第 34 讲 克隆技术第 34 讲 克隆技术 考试标准加试考试标准加试 1.植物的克隆b2.动物的克隆a 考点一 植物的克隆考点一 植物的克隆 1植物细胞全能性 (1)全能性 : 植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性,因而都具有发育成完整植株的潜能。 (2)全能性表达的条件 离体:已经分化的植物体细胞,只有在离体条件下才能表现出全能性。 无菌:培养基一旦被污染,迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养,而且会产生大 量对培养物有害的物质。 一定的营养物质:如水、无机盐、蔗糖、维生素等。 植物生长调节剂:为促进脱分化和再分化,培养基中需要加入一定的植物生长调节剂,如 生长素、细胞分裂素等。
2、(3)全能性表达的难易程度 分化程度低的细胞分化程度高的细胞。 受精卵配子体细胞。 植物细胞动物细胞。 2植物组织培养程序 配制培养基:配制含有适当营养物质和植物生长调节剂的半固体培养基 切取消毒的组织块 获得愈伤组织:由相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的新生组织 诱导新植株Error! 3植物细胞培养和器官培养的措施 通过平衡的植物激素配比进行调控。 (1)适量的激动素和细胞分裂素配比,可诱导芽的分化。 (2)适量的吲哚乙酸及适当减除其他某些激素,可诱导生根。 4原生质体培养与植物细胞工程 (1)原生质体培养 植物细胞原生质体新植株。 纤维素酶、果胶酶 0.50.6mol/L的甘露醇 培养
3、(2)植物细胞工程的操作过程 5植物克隆技术的应用 (1)转基因植株培育。 (2)细胞次生代谢产物的生产。 (3)单倍体育种。 (4)诱发、筛选突变体。 思考讨论 1进行植物组织培养时,既用到消毒技术,也用到灭菌技术,它们分别针对哪些对象?为何 需进行“无菌操作” 。 提示 对培养材料及操作者衣着、手臂应进行消毒,对培养基应进行灭菌。由于杂菌不仅争 夺营养,还会产生毒素,故应进行无菌操作。 2若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位,愈伤组织中是否会含有叶绿体? 提示 培养物经过诱导后,失去其特有的结构和功能而转变成相对没有分化的细胞,因此, 愈伤组织中不含叶绿体。 3 将无根的非洲菊幼
4、苗转入无植物激素的培养基中, 在适宜的温度和光照等条件下培养一段 时间后,应出现的现象是下列中的哪一种? 提示 细胞分裂素促进细胞分裂,诱导芽的分化;生长素可以促进不定根、侧根的形成;此 题中虽然培养基中没有植物激素,但由于外植体为“菊幼苗”而非离体的组织或细胞,故仍 可自行产生激素,从而产生如图所示的生长现象。 4生长素和细胞分裂素在植物组织培养中的相互作用及其应用 (1)细胞分裂素与生长素比例合适愈伤组织会分化出根和芽。 (2)细胞分裂素多,生长素少只长茎叶不长根。 (3)生长素多,细胞分裂素少只长根,不长茎叶。 (4)生长素少,细胞分裂素也少愈伤组织继续生长,不发生分化。 题型一 植物细
5、胞的全能性和组织培养方法 1下图为玉米植物(2n20)组织培养的简略表示,下列有关说法不正确的是( ) 脱分化 再分化 A的培养基中需要加入一定配比的生长素和细胞分裂素,还要加入琼脂和蔗糖等 B的分化程度比低,全能性比高 C若是花药,则是单倍体植株,将的种子用一定浓度的秋水仙素处理可获得纯合子 D若将在摇床上进行液体悬浮培养可以获得细胞质丰富、液泡小而细胞核大的胚性细胞 答案 C 解析 玉米为二倍体,其单倍体植株高度不育,不能产生“种子” 。 2 青蒿素是从植物黄花蒿的叶片中所提取的一种代谢产物, 而茎及其他部位中的青蒿素含量 及其微小,下列关于利用植物组织培养生产青蒿素的叙述中,正确的是(
6、) A在黄花蒿组织培养过程中无需光照 B加入大量生长素可提高青蒿素的产量 C可通过大量培养愈伤组织以直接获得青蒿素 D可大规模栽培组织培养苗以获取药用成分 答案 D 解析 植物组织培养包括脱分化和再分化两个过程,其中脱分化过程不需要光照,而再分化 过程需要光照,A 项错误;生长素对脱分化和再分化过程具有调节作用,但不能直接提高青 蒿素的产量,B 项错误;青蒿素是从植物黄花蒿的叶片中所提取的一种代谢产物,而茎及其 他部位中的青蒿素含量及其微小, 因此通过大量培养愈伤组织不能直接获得青蒿素, C 项错误 ; 可大规模栽培组织培养苗以获取药用成分,D 项正确。 植物组织培养过程的两个易错点 (1)脱
7、分化形成愈伤组织的过程不需要光, 再分化过程需要光, 因为愈伤组织利用有机营养成 分,而试管苗需要进行光合作用以自养。 (2)种子是植物的幼体,包含胚根、胚轴和胚芽,而不是高度分化的体细胞,故由种子萌发形 成植株是植物的生长现象,并未体现植物细胞的全能性。 题型二 影响植物组织培养的因素 3植物激素中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性因素。按照不 同顺序使用这两类激素,会得到不同的实验结果。若先使用生长素,后使用细胞分裂素,实 验结果是( ) A有利于细胞分裂,但细胞不分化 B细胞既分裂也分化 C细胞分化频率提高 D有利于细胞分化,但细胞不分裂 答案 A 解析 植物组织培
8、养过程中,细胞分裂素和生长素的使用顺序不同,培养的结果不同。先使 用生长素,后使用细胞分裂素,有利于细胞分裂,但细胞不分化;先使用细胞分裂素,后使 用生长素,细胞既分裂也分化;两者同时使用,细胞分化频率提高。 4如图表示植物组织培养过程。据图分析下列叙述正确的是( ) A植株根尖细胞的全能性比植株根尖细胞的强 B试管的培养基中含有植物生长调节剂,不含有机物 C试管中的细胞具有细胞质丰富、细胞核和液泡都大的特性 D调节培养基中植物生长调节剂的比例可诱导产生不同的植物器官 答案 D 解析 由于是由上的组织经培养形成的个体,故二者的全能性应该相同,A 项错误 ; 由 到的过程中植物细胞不能进行光合作
9、用, 因而试管中含有有机物如蔗糖等, 故B项错误 ; 试管中细胞为愈伤组织细胞,液泡小,故 C 项错误。 题型三 植物细胞工程的应用 5(2017台州月考)某科研团队利用植物细胞工程技术,把基因序列已知的抗除草剂(Bar) 基因导入原生质体获得抗除草剂大豆。请回答下列相关问题: (1)对于已获得的 Bar 基因可以用_技术进行扩增。 图中的 a 过程通常使用相同的 _酶和 DNA 连接酶,使目的基因与载体连接形成重组 DNA 分子。 (2)在 b 过程中,获得原生质体除了需要纤维素酶和果胶酶,还需要用到的试剂是 _。 (3)成功导入重组 DNA 的原生质体经脱分化形成 I_,进而生长发育成植株
10、。 下列不属于 I 细胞应具有的特征是_。 A薄壁细胞B细胞质丰富 C液泡小D细胞核小 (4)若 要 判 断 转 基 因 抗 除 草 剂 大 豆 是 否 培 育 成 功 , 比 较 简 便 的 检 测 方 法 是 _。 答案 (1)PCR 限制性核酸内切 (2)(较高浓度的)甘露醇 (3)愈伤组织 D (4)用一定浓 度的除草剂喷洒,观察转基因大豆的生长情况 解析 (1)PCR 技术可在体外大量扩增目的基因;图中 a 为形成重组 DNA 分子的过程,该过程 首先需要用限制性核酸内切酶切割外源 DNA 和载体,其次需要用 DNA 连接酶将目的基因与载 体连接形成重组 DNA 分子。 (2)用酶混
11、合液处理植物细胞时, 酶混合液中含有适宜浓度的甘露 醇,其作用是调节细胞内外的渗透压,防止细胞吸水胀破。(3)成功导入重组 DNA 的原生质体 经脱分化形成 I 愈伤组织,进而生长发育成植株。愈伤组织细胞细胞质丰富、液泡小而细胞 核大。 (4)若要判断转基因抗除草剂大豆是否培育成功, 比较简便的检测方法是用一定浓度的 除草剂喷洒,观察转基因大豆的生长情况。 6某研究小组欲将已知抗盐基因导入原生质体培育抗盐菊科植物。请回答: (1)为获得大量抗盐基因, 可通过_技术进行扩增, 也可将其连接到_ 上,通过大肠杆菌培养扩增。 (2)制备叶片原生质体的酶混合液中, 一般含较高浓度的甘露醇, 其目的是避
12、免制备的原生质 体_。酶混合液需通过_灭菌,才能用于无菌原生 质体的制备,整个无菌操作过程需在_中进行。 (3)可通过_方法,直接将抗盐基因导入原生质体的细胞核。此外,还可用聚 乙二醇融合、电击等方法导入。导入后的原生质体需再生出_,经持续分裂获得 愈伤组织,进一步分化获得再生植株并扩大繁殖。 (4)利用带有标记的抗盐基因特殊片段与从转基因植株提取的 RNA 进行_, 验 证抗盐基因是否被整合到受体细胞中并转录。通过将扩大繁殖的再生植株转接到含有 _的培养基,根据生长状况初步筛选出抗盐植株。 (5)为了获得大量该转基因植株,可将带腋芽的茎段转入适宜培养基中,获得大量_, 然后转入生根培养基中诱
13、导生根,形成再生植株。再生植株需进行_(不定项选择:A. 无菌处理 B锻炼 C去除根部残留的培养基 D逐步提高湿度处理)后才能移种大田。 答案 (1)PCR 质粒 (2)吸水胀破 过滤(G6玻璃砂漏斗) 超净台 (3)显微注射 细胞壁 (4)分子杂交 较高浓度 NaCl(盐) (5)丛状苗 B、C 解析 (1)抗盐菊科植物的培育采用了基因工程技术和植物组织培养等技术。 在基因工程技术 中,抗盐基因为目的基因,可以采用聚合酶链式反应(PCR)扩增目的基因,也可以通过将连接 有目的基因的质粒导入大肠杆菌中使其扩增。 (2)原生质体的制备一定要放在高渗溶液中, 避 免植物细胞去壁后原生质体过度吸水而
14、胀破;酶在高温下易失活,所以酶混合液无法采用高 压蒸汽灭菌法灭菌,可用 G6 玻璃砂漏斗过滤除菌。(3)植物细胞去壁后可采用显微注射法导 入目的基因。 原生质体培养过程中必须首先再生出细胞壁, 然后再经过脱分化形成愈伤组织, 最后经过再分化形成植株。(4)若抗盐基因成功整合并转录出 RNA,则相应的 RNA 能够跟抗盐 基因的模板链互补配对,所以可用分子杂交的方法进行鉴定,而抗盐基因成功表达的抗盐植 株, 则应该通过种植利用其可以耐受高浓度食盐的特性进行筛选。 (5)在植物组织培养过程中, 应该将带芽茎段先放在生芽培养基中得到丛状苗,然后再转入生根培养基中得到再生植株幼 苗,幼苗要去除根部残留
15、的培养基,经过逐渐降低湿度的锻炼后才能在大田种植。 考点二 动物的克隆考点二 动物的克隆 1动物细胞、组织培养 (1)动物克隆的技术基础是动物的细胞和组织培养。 (2)动物细胞培养的过程 概述:动物细胞培养包括组织块的切取、组织细胞的分散及细胞培养三个阶段。分散组织 细胞常用的方法有机械消化法和胰酶消化法。 原理:细胞增殖。 条件:a.充足的营养供给微量元素、无机盐、糖类、氨基酸、促生长因子、血清等。 b适宜的温度:36.50.5;适宜的 pH:7.27.4 c气体环境Error! d无菌、无毒环境 流程 取材:从动物组织切片中切取小片样品 机械消化或胰酶消化 单个细胞悬浮液 转入培养液 原代
16、培养:从机体取出后立即进行的细胞、组织培养 分瓶 传代培养:将原代培养细胞分成若干份,接种到若干份 培养基中,使其继续生长、增殖 (3)动物成纤维细胞的培养过程:切取组织小片胰蛋白酶酶解原代培养传代培养。 2细胞系和细胞株 (1)细胞系的类型:连续细胞系(恶性细胞系:具有异体致瘤性;不死性细胞系:保留接触抑 制现象,不致癌)和有限细胞系。 (2)细胞株 : 通过一定的选择或纯化方法,从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质的细 胞。可分为连续细胞株和有限细胞株。 3克隆培养法 (1)概念:把一个单细胞从群体中分离出来单独培养,使之繁衍成一个新的细胞群体的技术。 (2)基本要求:必须肯定所建成的
17、克隆来源于单个细胞。 (3)提高细胞克隆形成率的措施有:选择适宜的培养基;添加血清;以滋养细胞支持生 长;激素(胰岛素等)刺激;使用 CO2培养箱;调节 pH 等。 4动物的细胞融合技术及其应用 (1)细胞融合 概念:是指在一定的条件下将两个或多个动物细胞融合成一个细胞的现象。 原理:细胞膜的流动性。 诱导融合的方法 a物理方法和化学方法:电激法、聚乙二醇等。 b生物方法:灭活的病毒(如仙台病毒)。 (2)细胞杂交 概念:基因型不同的细胞间的融合就是细胞杂交。 过程 应用:由于细胞杂交中染色体容易丢失,利用杂交细胞检测特定染色体丢失与特定基因产 物(蛋白质)减少的对应关系可以进行基因定位。 (
18、3)杂交瘤技术和单克隆抗体的制备过程 根据上图完善下面的过程 为什么选择 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合? 答案 a选择 B 淋巴细胞 : 若采取单个的 B 淋巴细胞进行无性繁殖形成细胞群,这样的细胞 群就能产生化学性质单一、特异性强的抗体。b.选择骨髓瘤细胞:在体外培养的条件下,肿 瘤细胞(如骨髓瘤细胞)具有无限增殖的特性。 5动物的克隆繁殖 (1)动物细胞全能性的表现程度 受精卵具有全能性。 多能细胞只具有分化出多种组织细胞的潜能。 单能细胞只能分化为一种细胞。 高度分化的细胞不再分化为其他细胞。 (2)动物难以克隆的根本原因 在动物的个体发育过程中,细胞分化使得细胞发生了基因的差异表达
19、,细胞基因组中基因的 活动很不完全。 (3)细胞核移植实验和动物的克隆繁殖 核移植:利用一个细胞的细胞核来取代另一个细胞中的细胞核,形成一个重建的“合子” 。 动物的克隆繁殖 提醒 动物难以克隆的根本原因:分化了的动物细胞的细胞质中的调节蛋白,关闭了细胞 核中与个体发育有关的基因。 重组卵发育成一个新个体,体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。 重建合子的细胞质必须来自卵细胞的原因:卵细胞的细胞质中没有与关闭个体发育有关基 因的调节蛋白。 动物克隆属于无性繁殖,产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。 思考讨论 1区分原代培养和传代培养 (1)原代培养 细胞悬浮液第一次在瓶中培养,没
20、有分瓶培养之前的细胞培养。 有时把最初的若干次传代归入原代培养范围。 (2)传代培养 细胞悬浮液培养一段时间后,分瓶再进行的细胞培养。 将细胞从一个培养瓶转移或移植到另一个培养瓶,就称为传代培养。 2比较细胞系和细胞株 种类来源特点 有限细 胞系 通常由二倍体细胞传代培养建 成 有接触抑制;不能连续培养 细 胞 系 连续细 胞系 由传代细胞连续培养建成 发生了转化,多数具有异倍体核 型;有些具有异体致瘤性;有些 具有不死性,但不致癌 有限细 胞株 传代次数 有限 细 胞 株 连续细 胞株 通过一定的选择或纯化方法, 从原代培养物或细胞系中获得 的具有特殊性质的细胞 可连续多 次传代 一般具有恒
21、定的染 色体组型、同功酶 类型、病毒敏感性 和生化特性等 3.动物细胞培养过程中,也需要将动物细胞分散开来,这与观察植物细胞的有丝分裂中的解 离作用类似。两种处理方法的结果最大的区别是什么? 提示 动物细胞培养过程中的处理,动物细胞还保持活性;但在植物细胞的解离过程中,细 胞被解离液杀死,已经失去活性。 4单克隆抗体的制备分析 (1)细胞融合完成的标志是什么? 提示 细胞核融合成一个核。 (2)杂交瘤细胞的特性是什么? 提示 既能无限增殖,又能产生大量特异抗体。 (3)获取单克隆抗体的两个场所在哪里? 提示 若在培养基中进行杂交瘤细胞培养,则从培养液中提取;若在小鼠或其他动物腹腔中 培养,则从
22、腹水中提取。 (4)在单克隆抗体制备过程中,一般认为有两次筛选过程,请说明。 提示 第一次是筛选出杂交瘤细胞(用选择培养基),第二次是进一步筛选出能产生人们所需 抗体的杂交瘤细胞。 (5)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(“BB”细胞、 “瘤瘤”细胞)都会死亡,只有融合的杂交瘤细胞(“B 瘤”细胞)才能生长。 (6)单克隆抗体有哪些优点? 提示 特异性强、灵敏度高,可大量制备。 5 通过动物体细胞核移植技术获得的克隆动物, 其遗传物质是否和供核细胞的遗传物质完全 一样? 提示 不完全一样。细胞核遗传物质一样,但细胞质遗传物质和提供去核卵细胞的个体几乎 完全一样(分
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