2017_2018学年高中生物 细胞工程第6课时细胞工程概述学案苏教版.docx

第6课时 细胞工程概述学习目标1.了解细胞工程的发展历程。2.简述细胞工程的基本技术。3.了解细胞融合的方法。4.举例说出细胞工程在遗传育种、生产药品、食品方面的应用。一、细胞工程的发展下列4幅图是细胞工程发展中的典型事件。阅读教材，结合材料思考细胞工程的发展历程。二、细胞工程的基本技术1阅读教材，分析细胞工程的概念并填表原理和方法细胞生物学和分子生物学操作水平细胞水平或细胞器水平目的按照人的意愿去改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品分类按操作对象分为：植物细胞工程和动物细胞工程按所使用技术的不同分为：植物组织培养技术、细胞融合技术、细胞核移植技术等2.植物组织培养技术(1)什么是细胞的全能性？一粒玉米种子长成植株能称为全能性吗？答案细胞的全能性是指含有本物种全套遗传物质的细胞，都具有发育成为一个新的生物个体的潜能。不能。(2)比较下列细胞的全能性高低顺序：受精卵、体细胞、生殖细胞。答案受精卵生殖细胞体细胞。(3)在正常植物体上，为什么体细胞未表现全能性，而是分化为不同的组织、器官？答案体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。(4)分析胡萝卜根组织培养的主要过程，回答相关问题：植物组织培养中常用哪些材料作为外植体？答案离体的植物器官、组织、细胞或原生质体等称为外植体，植物组织培养中常用茎尖、根尖、幼嫩的叶片、花药(花粉)等作为外植体。植物组织培养的培养基一般需要什么样的条件？答案植物组织培养中应用的培养基一般含有五类成分：水分、无机盐、碳源、氮源、维生素等。什么是愈伤组织？答案是一团没有特定的形态、结构和功能，并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞。培养基中激素的种类、含量不同，对植物组织有何影响？答案培养基中生长素的含量高于细胞分裂素时，主要诱导根原基的形成，而当细胞分裂素的含量高于生长素时，主要诱导芽原基的形成。(5)结合以上分析，总结植物组织培养的概念。答案依据细胞全能性原理，在无菌条件下，分离植物的器官、组织、细胞或原生质体，并在培养基上培养，在适宜的条件下使其发育成部分或完整植株的技术。3细胞融合技术如图为细胞融合技术，结合课本内容，填写下表：原理细胞膜的流动性对象两个或多个不同细胞方法生物法：如病毒诱导融合法化学法：如聚乙二醇诱导融合法物理法：如电场诱导融合法结果形成杂种细胞意义突破有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能4.如图为细胞核移植技术，结合课本内容，回答相关问题：(1)在核移植过程中，体细胞提供细胞核，卵母细胞提供细胞质，所使用的操作仪器是显微操作仪。(2)什么是动物细胞核移植技术？答案把一个动物细胞的细胞核移入一个已经去除细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育为一个新的胚胎，最终发育为一个动物个体的技术。5应用细胞工程有何意义？答案在细胞工程应用中，有的改变了传统的育种方式、生产方式，有的为人类提供了更加丰富的产品。它不仅在农业、林业生产中被广泛应用，还在医疗领域得到广泛应用，丰富了人类战胜各种疾病的手段。一、植物组织培养技术如图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题：(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括_和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和_两类植物激素。(2)此过程依据的原理是_。A和B阶段主要进行的分裂方式是_，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞_等。(3)此过程要无菌操作，主要是指对_进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是_。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因_的结果。答案(1)无机物生长素(2)细胞的全能性有丝分裂分化(3)培养基芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达解析植物组织培养是将离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基上，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和细胞分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶中叶绿素的合成需要光照条件。二、植物体细胞杂交技术“白菜甘蓝”是科学家用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短、耐热性强和易于贮藏等优点。如图是“白菜甘蓝”培育过程示意图，请据图完成下列问题：(1)在上述过程中，获取A和B过程常用的物质为_。(2)在a过程中诱导原生质体融合最常用的诱导剂是_，融合依据的原理是_。(3)若用于杂交的白菜和甘蓝的基因型分别为AaBB、ccDd，经a过程可获得哪几种类型的融合细胞？_(只考虑两个细胞融合，写出基因型)。(4)过程b是细胞壁的再生过程，与此过程密切相关的单层具膜细胞器是_。(5)在d过程培养中，培养基的成分通常包括水、_、有机营养和_等，同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，另一个成功的关键是操作过程中必须保证_。(6)由杂种细胞D培育成“白菜甘蓝”植株，采用的技术手段是_。该过程说明植物细胞具有_。(7)通常情况下，白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的，原因是_。(8)已知白菜体细胞中含2M条染色体，甘蓝体细胞中含2N条染色体，则杂种植株体细胞染色体数为_。若对白菜和甘蓝采用杂交育种方法能成功的话，得到的后代应含_条染色体。(9)植物体细胞杂交方法的优点是_。答案(1)纤维素酶和果胶酶(2)聚乙二醇细胞膜的流动性(3)AAaaBBBB、ccccDDdd、AaBBccDd(4)高尔基体(5)无机营养植物激素无菌(6)植物组织培养全能性(7) 存在生殖隔离(8) 2M2NMN(9)克服远缘杂交不亲和的障碍1下列技术中，一般不属于细胞工程的是()A1907年哈里森进行的蛙胚神经组织培养B1972年卡尔逊获得了体细胞杂交植株C1982年帕米特采用显微注射法获得了巨型小鼠D1996年韦尔穆特利用核移植技术克隆出绵羊“多莉”答案C解析帕米特采用显微注射法将经过重组的带有大鼠生长激素基因的质粒转入小鼠受精卵内，并将早期胚胎植入小鼠体内妊娠，分娩出了带有大鼠生长激素基因的巨型小鼠，这一实验被认为是基因工程发展史上的一个里程碑。2植物组织培养中的“脱分化”过程是指()A已休眠的种子经过处理使种子尽快萌发的过程B植物根尖、茎尖等处分生组织细胞经有丝分裂产生新细胞后分化为各种组织的过程C愈伤组织细胞分化为根与茎的过程D离体的植物组织、细胞培养产生愈伤组织的过程答案D解析脱分化指让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。A、B、C都是细胞分裂、分化的过程。3植物体细胞杂交要先除去细胞壁的原因是()A植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁B细胞壁使原生质体失去活力C细胞壁阻碍了原生质体的融合D细胞壁阻碍了原生质体的发育答案C解析细胞壁的存在阻碍了原生质体的融合，所以植物体细胞杂交要先除去细胞壁。4下列关于细胞工程的叙述错误的是()A细胞工程仅仅在细胞整体水平上定向改变遗传物质B细胞工程需要严格的无菌条件C细胞工程的技术包括植物组织培养技术、细胞融合技术、细胞核移植技术等D细胞工程可以用于作物新品种的改良或繁育答案A解析细胞工程是以细胞为基本单位，在体外进行操作，改变细胞的遗传物质，这种对遗传物质的改变可以在细胞整体水平上进行，也可以在细胞器水平上进行，如染色体工程。5下列实例中能体现细胞全能性的是()用培养基培养的胡萝卜单个细胞发育成了可育的植株植物用种子进行繁殖烟草花药离体培养得到了单倍体植株ABCD答案B解析用培养基培养的胡萝卜单个细胞发育成了可育的植株及烟草花药离体培养得到了单倍体植株都采用植物组织培养技术，都体现了植物细胞的全能性。而种子是绿色开花植物的一种器官，是通过有性生殖形成的，因此，植物用种子进行繁殖没有体现植物细胞的全能性。基础再现1下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是()A受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B生物体内细胞由于分化，全能性不能表达C卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D植物细胞离体培养，在一定条件下能表现出全能性答案C解析生物体的所有细胞中，受精卵的全能性最高；卵细胞虽然分化程度很高，但仍具有较高的全能性；而体细胞的全能性比生殖细胞低得多。2要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，下列哪项是不需要的()A具有完整细胞核的细胞B离体状态C导入外源基因D一定的营养物质和激素答案C解析组织培养三个条件是：离体、营养物质和激素、无菌，且所用体细胞必须结构完整，无需导入外源基因。3在以下4种利用细胞工程技术培育出的新个体中，遗传物质完全来自一个亲本的是()A细胞核移植B细胞融合C染色体工程D细胞组织培养答案D解析细胞核移植是将一个细胞的细胞核转移到另一个去除细胞核的细胞中，但去核细胞的细胞质中有部分遗传物质，所以具有两个亲本的遗传性状；细胞融合可以实现两个同种或异种细胞之间的融合，具双亲遗传性状；染色体工程是人们按照一定的设计，有计划地消减、添加或替换同种或异种染色体，其遗传物质不一定来自于同一个亲本；细胞组织培养是利用体细胞进行无性繁殖的技术。4下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是()A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C离体器官或组织的细胞都必须经过脱分化才能形成愈伤组织D同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成相同答案D解析绿色开花植物的细胞有两种：体细胞和配子细胞，这两种细胞所含的核型(基因)是不同的，同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成可能不相同。5植物体细胞融合完成的标志是()A产生细胞壁B细胞质发生融合C细胞核发生融合D细胞膜发生融合答案A解析植物体细胞融合的过程既有细胞膜、细胞质的融合，又有细胞核的融合。一般来说，植物细胞最外层的细胞壁，融合前应去除掉，融合成功的标志是再生出新的细胞壁。能力提升6下列有关细胞全能性的含义的叙述，正确的是()A每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能B生物体内的任何一个细胞都可以完成该个体的全部功能C从理论上讲，生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能D生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程答案C解析细胞全能性是指细胞中含有本物种的整套遗传物质，具有发育成一个完整个体的潜能。7下图为植物组织培养过程，有关说法错误的是()Ab试管中细胞全能性最高Bd试管中培育出的个体都是纯合子Cab的过程需要激素的刺激Dad的细胞分裂都是有丝分裂答案B解析d试管中是否为纯合子取决于亲本；愈伤组织是由高度分化的植物器官、组织或细胞经脱分化产生的，容易经再分化形成完整的植物体，在图示四个试管的组织细胞中b的全能性最高；ac过程都需要激素刺激；ad过程都只发生有丝分裂，不发生减数分裂。8下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是()不同种植物叶肉细胞融合时，应先去掉细胞膜叶肉细胞脱分化后，可形成无特定形态的薄壁细胞叶肉细胞经过再分化过程，可形成愈伤组织叶肉细胞离体培养时，可以表现出细胞的全能性ABCD答案B解析不同种植物的叶肉细胞融合时，应先用酶解法去掉细胞壁；叶肉细胞经脱分化形成愈伤组织，即无特定形态的薄壁细胞，再分化形成胚状体或丛芽，进而发育成小植株。9用植物细胞工程技术将天竺葵与香茅草进行杂交可产生驱蚊香草，使有驱蚊作用的香茅醛随着天竺葵的蒸腾作用散发到空气中，达到驱蚊的效果。下面有关培养过程的叙述，不正确的是()A原生质体的融合常用聚乙二醇(PEG)作为促融合因子B形成的愈伤组织的代谢类型是自养需氧型C由杂种细胞杂种植株，要通过有丝分裂和细胞的分化D该项生物工程技术可克服远缘杂交不亲和的障碍答案B解析植物体细胞杂交过程中，诱导原生质体融合常用的促融合因子是PEG；由杂种细胞杂种植株，要通过有丝分裂、脱分化和再分化才能形成；植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍；杂种细胞经组织培养形成的愈伤组织，自身不含叶绿素，无法进行光合作用，其营养物质来自培养基，代谢类型是异养需氧型。10下图所示为植物体细胞杂交技术的过程，错误的是()AA细胞和B细胞诱导融合前要先去除细胞壁，可用纤维素酶和果胶酶处理B从A细胞和B细胞到C细胞的过程中，常用离心、振动、电激或聚乙二醇(PEG)诱导融合CA细胞和B细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁D植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞答案D解析植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此细胞融合前需先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；诱导植物细胞融合时常用物理法或化学法；融合完成的标志是再生出新的细胞壁；植物体细胞杂交的目的是获得杂种植株。11科学家用植物体细胞杂交的方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄马铃薯”杂种植株(如图)，其中表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。请据图回答下列问题：(1)实现过程的技术是_，在此之前使用_酶处理细胞以去除细胞壁。如果将已除去细胞壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞是何形状？_。过程如放在神舟七号飞船上更易进行，这是因为_。(2)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是_，其中过程相当于_过程，涉及的分裂方式为_。若利用此技术生产治疗癌症的抗癌药物紫杉醇，培养将进行到_(填字母编号)。(3)若番茄体细胞内含m条染色体，马铃薯体细胞内含n条染色体，则“番茄马铃薯”细胞内含_条染色体；若杂种细胞培育成的“番茄马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于几倍体植株？_。(4)如果形成c细胞的a、b细胞都是番茄细胞，那么更简单的得到番茄植株f的处理方法是_。答案(1)诱导原生质体融合纤维素酶和果胶球状失去重力作用的影响(2)植物细胞的全能性脱分化有丝分裂e(3)mn单倍体(4)用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的番茄种子或幼苗解析(1)由图示过程可知，过程是诱导原生质体融合，在此过程之前要用纤维素酶和果胶酶处理两植物细胞去除细胞壁，得到原生质体；若将原生质体放入等渗溶液中，细胞将呈球状；在宇宙飞船上进行过程更容易，因为失去了重力作用的影响。(2)利用杂种细胞培育成杂种植物的过程中，依据的是植物细胞的全能性原理，图中过程是脱分化，是再分化，此过程中细胞进行有丝分裂，若利用此技术生产紫杉醇只培养到图e即愈伤组织就可以。(3)植物体细胞杂交所得到的杂种细胞，其内的染色体数是两融合细胞中染色体数目之和；若培育成的杂种植株是四倍体，该植株的花粉经离体培养得到的植株是单倍体，因为由配子(如花粉)发育而来的个体都是单倍体。(4)利用同种植物的体细胞融合得到的植株是同源多倍体，更简单的方法可利用秋水仙素处理植物的萌发种子或幼苗。12某研究组对籼稻开展了组织培养及相关研究，请回答下列问题：(1)2,4D常用于籼稻愈伤组织的诱导，对形态的发生有一定的抑制作用。为促进愈伤组织再分化，在配制分化培养基时需_(填“升高”“保持”或“降低”)2,4D的浓度。(2)当籼稻愈伤组织在只含有细胞分裂素的培养基上培养时，出现具有分生能力的绿色芽点，但不能继续出芽，通常在培养基中添加_，以促进幼苗形成。(3)研究中用显微镜可以观察到的现象是_(填下列序号)。绿色芽点细胞排列松散刚融合的籼稻和稗草杂交细胞发生质壁分离胚状体细胞中有叶绿体分化的愈伤组织内各细胞的形态大小一致(4)经组织培养筛选获得的籼稻叶绿素突变体，其叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照，叶绿素总量不变。某同学用_(填序号：绿色；红色；蓝紫色；黄色)光照射突变体和对照叶片，检测到两者光合放氧速率差异不大。若取等量色素提取液进行层析，会发现突变体第_条色素带(自上而下)窄于对照组。(5)胚乳(3n)由一个精子与两个极核受精发育而成。若用籼稻种子的胚乳诱导愈伤组织培育三倍体，需适时剔除胚，以免胚的存在影响愈伤组织细胞的_，还可避免再生苗中混有_。答案(1)降低(2)适量的生长素(3)(4)4(5)增殖与分化二倍体幼苗解析(1)因为2,4D对形态的发生有一定的抑制作用，常用于诱导形成愈伤组织，故在愈伤组织的再分化培养基中要降低2,4D的浓度。(2)愈伤组织再分化产生幼苗时，需要细胞分裂素和生长素的共同作用。(3)愈伤组织的细胞排列松散，而绿色芽点的细胞是具有分生能力的细胞，排列紧密；刚融合的籼稻和稗草杂交细胞还未形成新的细胞壁和大的液泡，因此不会发生质壁分离；胚状体的细胞是已经分化的具有生根发芽能力的细胞，其中有的细胞含有叶绿体；分化后的细胞在形态、结构和生理功能上会发生稳定性的变化。(4)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，故在绿光和黄光的照射下，突变体和对照组的叶片光合作用无明显差异。突变体的叶绿素a与叶绿素b的比值大于对照组，而叶绿素的总量不变，则叶绿素a的含量增多、叶绿素b的含量减少，故色素分离的结果是滤纸条自上而下的第4条色素带窄