1、小專題三 細胞的分化衰老癌變與細胞工程考點整合一:細胞的分化衰老癌變和凋亡的理論與應用1.細胞的分化與細胞的全能性比較項目細胞的分化細胞的全能性原理細胞內基因的選擇性表達含有本物種的全套遺傳物質特點持久性:細胞的分化貫穿于生物體整個生命進程中,在胚胎期達到最大限度;穩(wěn)定性和不可逆性;普遍性:在生物界中普遍存在,是生物個體發(fā)育的基礎高度分化的植物體細胞具有全能性;動物已分化的體細胞全能性受限制,但細胞核仍具有全能性結果形成形態(tài)結構功能不同的細胞形成新的個體大小比較細胞的分化程度有高低之分:體細胞生殖細胞受精卵細胞的全能性有大小之分:受精卵生殖細胞體細胞關系兩者的遺傳物質都不發(fā)生改變;細胞的分化程

2、度越高,具有的全能性越小特別提示:細胞分化及細胞全能性的歸納(1)細胞分化:細胞分化離不開細胞分裂,細胞分化是機體功能協(xié)調的基礎,離體后的細胞可以發(fā)生逆轉,如部分植物生長點細胞(2)細胞全能性:細胞分化程度越高,細胞全能性越難表達,但有例外,如配子的分化程度雖然較高,但全能性卻較易表達2.細胞衰老的特征(1)細胞內水分減少,結果使細胞萎縮,體積變小,細胞新陳代謝的速率減慢(2)細胞內多種酶的活性降低(3)細胞內的色素(主要是脂褐素)逐漸積累,妨礙細胞內物質的交流和傳遞,影響細胞正常的生理功能(4)細胞呼吸速率減慢,細胞核體積增大,核膜內折,染色體收縮,染色加深(5)細胞膜通透性改變,使物質運輸

3、功能降低3.細胞的凋亡壞死和癌變的比較項目細胞凋亡細胞壞死細胞癌變與基因的關系是基因控制的不受基因控制受突變基因控制細胞膜的變化內陷破裂糖蛋白等減少,黏著性降低形態(tài)變化細胞變圓,與周圍細胞脫離細胞外形不規(guī)則呈球形影響因素由遺傳機制決定的程序性調控電熱冷機械等不利因素影響分為物理化學和病毒致癌因子對機體的影響有利有害有害【典例1】 (2009安徽理綜)細胞的分化衰老和凋亡是普遍存在的生命現(xiàn)象下列有關敘述正確的是( )A.人體各種組織細胞的衰老是同步進行的B.人的早期胚胎有尾,尾部細胞隨著發(fā)育逐漸凋亡C.細胞癌變是細胞高度分化的結果D.皮膚上的“老年斑”是細胞凋亡的產物答案 B解析 人體內各組織細

4、胞的壽命有長有短,每時每刻都有細胞的衰老,同時也有新細胞的產生,可見人體各種組織細胞的衰老并不是同步進行的;細胞癌變是原癌基因和抑癌基因在各種因素的影響下發(fā)生突變,導致細胞的分裂和分化失控,是細胞不正常分化的結果;皮膚上的“老年斑”是衰老細胞中色素積累形成的,不是細胞凋亡的產物知識總結 (1)細胞凋亡與細胞分裂細胞分化及衰老一樣,是細胞在成長過程中的正常活動,不能錯誤地理解為對機體不利;(2)在細胞的分化衰老凋亡及癌變過程中,只有細胞癌變時才發(fā)生遺傳物質的變化,其余過程均未發(fā)生遺傳物質的改變【互動探究1】 (2011南昌調研)下列有關細胞生理狀態(tài)的敘述,正確的是( )A.衰老的生物體中,所有的

5、細胞都處于衰老狀態(tài)B.癌變的細胞形態(tài)結構發(fā)生改變,細胞膜表面的糖蛋白增加C.細胞分化既能使細胞數(shù)量增加,也能使細胞種類增加D.細胞壞死后,代謝停止;細胞癌變,則其代謝增強答案 D解析 衰老的生物體內,也有細胞產生;癌變的細胞細胞膜表面的糖蛋白減少;細胞分化不能使細胞數(shù)量增加,但能增加細胞的種類;細胞壞死后,代謝停止,癌細胞有無限增殖的能力,即分裂旺盛,代謝增強考點整合二:植物細胞工程1.植物組織培養(yǎng) (1)原理:植物細胞的全能性 (2)過程 (3)應用:快速繁殖;培育無病毒植物;生產藥物食品添加劑香料色素和殺蟲劑等;制造人工種子;轉基因植物的培育等2.植物體細胞雜交(1)概念:用來自不同植物的

6、體細胞融合成一個雜種細胞,并且把雜種細胞培育成植物體的方法 (2)原理:膜的流動性和細胞的全能性 (3)植物體細胞雜交首先要去除細胞壁,原因是細胞壁阻礙了植物原生質體的融合;目前最常用的去除細胞壁的方法是酶解法,也就是在溫和的條件下用纖維素酶果膠酶等分解植物細胞的細胞壁(4)人工誘導原生質體融合的方法有物理法和化學法兩大類:物理法是利用離心振動電刺激等促使原生質體融合;化學法是用聚乙二醇等試劑作為誘導劑誘導融合 (5)過程:兩種不同品種的植物細胞AB進行細胞融合的過程如下:(6)意義:體細胞雜交克服了遠源雜交不親和的障礙,大大拓展了用于雜交親本組合的范圍,培育的新品種能表現(xiàn)兩個親本的優(yōu)良性狀可

7、以定向地改造生物的遺傳物質,使其表達雙親的性狀總結提升1.植物組織培養(yǎng)(1)植物組織培養(yǎng)技術培育出的新個體中,遺傳物質只來自一個親本(2)植物組織培養(yǎng)技術獲得新個體的生殖方式要視具體情況而定,如:花藥離體培養(yǎng)獲得的單倍體植株有性生殖胡蘿卜韌皮部細胞離體培養(yǎng)獲得的植株無性生殖 (3)植物激素能影響植物細胞的脫分化過程:當細胞分裂素與生長素共同使用時,能強烈地刺激愈傷組織的形成植物激素還會影響到再分化過程中芽和根的發(fā)生:當細胞分裂素與生長素的濃度比高時,有利于芽的發(fā)生;當細胞分裂素與生長素的濃度比低時,則有利于根的發(fā)生2.植物體細胞雜交(1)植物體細胞雜交培育出的新個體具有兩個親本的遺傳物質,但其

8、生殖方式屬于無性生殖植物體細胞雜交的過程實際上是不同植物體細胞的原生質體融合的過程(2)原生質體間的融合是隨機的,原生質體A和原生質體B融合時會形成3種融合細胞,即AB型AA型和BB型,其中AB型是植物體細胞雜交所需要的雜種細胞,其余兩種應在植物體細胞雜交過程中被篩選出去植物AB如果都是二倍體,則雜種細胞中含4個染色體組,稱為異源四倍體 (3)植物體細胞雜交的結果是產生雜種植株;尚未解決的問題是讓雜種植株按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀【典例2】 (2010全國新課標)請回答:(1)植物微型繁殖技術屬于植物組織培養(yǎng)的范疇該技術可以保持品種的_,繁殖種苗的速度_離體的葉肉細胞在適宜的條件下培養(yǎng)

9、,最終能夠形成完整的植株,說明該葉肉細胞具有該植物的全部_(2)把試管苗轉接到新的培養(yǎng)基上時,需要在超凈工作臺上進行,其原因是避免_的污染遺傳特性 快 遺傳信息 微生物 (3)微型繁殖過程中,適宜濃度的生長素單獨使用可誘導試管苗_,而與_配比適宜時可促進芽的增殖若要抑制試管苗的生長,促使愈傷組織產生和生長,需要使用的生長調節(jié)劑是_(脫落配2,4-D)生根 細胞分裂素 2,4-D (4)將某植物試管苗培養(yǎng)在含不同濃度蔗糖的培養(yǎng)基上一段時間后,單株鮮重和光合作用強度的變化如圖據(jù)圖分析,隨著培養(yǎng)基中蔗糖濃度的增加,光合作用強度的變化趨勢是_,單株鮮重的變化趨勢是_據(jù)圖判斷,培養(yǎng)基中不含蔗糖時,試管苗

10、光合作用產生的有機物的量_(能不能)滿足自身最佳生長的需要逐漸減小 先增加后下降 不能 (5)據(jù)圖推測,若要在誘導試管苗生根的過程中提高其光合作用能力,應_(降低,增加)培養(yǎng)基中蔗糖濃度,以便提高試管苗的自養(yǎng)能力降低 【互動探究2】 關于植物體細胞雜交技術,錯誤的說法是( )A.可以突破自然生殖隔離的限制而得到種間雜種植株B.使用聚乙二醇可以誘導兩種愈傷組織細胞直接融合C.此項技術往往需要使用纖維素酶和果膠酶處理待融合細胞D.植物組織培養(yǎng)是實現(xiàn)體細胞雜交的最基礎的技術手段解析 由于愈傷組織細胞的最外層是細胞壁,阻攔了細胞膜之間的融合,因此使用聚乙二醇是不能誘導兩種愈傷組織細胞直接融合的答案 B

11、考點整合三:動物細胞工程1.動物細胞工程常用的技術手段動物細胞工程常用的技術手段有動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合單克隆抗體胚胎移植和核移植等其中動物細胞培養(yǎng)技術是其他動物細胞工程技術的基礎2.動物細胞培養(yǎng)(1)動物細胞培養(yǎng)過程(2)應用:生產一些具有重要價值的生物制品,如病毒疫苗干擾素單克隆抗體等;用于檢測有毒物質;用于某些移植,如取燒傷病人的皮膚通過培養(yǎng)來進行皮膚移植(3)細胞株:原代培養(yǎng)的細胞一般傳至10代左右就不容易傳下去了,但有極少數(shù)細胞能夠度過“危機”而繼續(xù)傳下去,這些存活的細胞一般能夠傳到4050代,這種傳代細胞叫做細胞株其遺傳物質沒有發(fā)生改變 (4)細胞系:當細胞株傳到50代以后又會出

12、現(xiàn)“危機”不能再傳下去但是有部分細胞的遺傳物質發(fā)生了改變,并且?guī)в邪┳兊奶攸c,有可能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去,這種傳代細胞稱為細胞系3.動物細胞融合(1)原理:細胞膜的流動性(2)方法:與植物原生質體誘導融合的方法類似還常用滅活的病毒作誘導劑(3)過程:細胞準備細胞融合雜種細胞選擇雜種細胞克隆(4)最重要用途:制備單克隆抗體4.單克隆抗體(1)單克隆抗體的概念:用單個雜交瘤細胞增殖產生的化學性質單一特異性強的抗體(2)原理:利用癌細胞無限增殖的特性和一種B淋巴細胞只能產生一種抗體的特性(3)過程 解析 (1)植物組織培養(yǎng)屬于無性繁殖,后代能夠保持親本的遺傳特性植物微型繁殖技術能夠實現(xiàn)快速繁

13、殖植物組織培養(yǎng)的原理是植物細胞具有全能性,即已經分化的細胞,仍然具有發(fā)育成完整個體的潛能(2)植物組織培養(yǎng)接種和試管苗轉接過程中都需要無菌操作,以避免微生物(雜菌)污染(3)微型繁殖培養(yǎng)基中使用的生長素與細胞分裂素比例不同,可以分別誘導根芽的形成使用高濃度的植物生長素類似物(如2,4-D)可以抑制試管苗的生長(4)(5)分析圖中曲線可知:光合作用強度隨著培養(yǎng)基中蔗糖濃度的增大而下降,但單株鮮重的變化趨勢是先增加后下降培養(yǎng)基中不含蔗糖時,光合作用強度最大,但由于該時期光合作用產生的有機物積累量較少,不能滿足自身最佳生長的需要在蔗糖濃度為1%左右時,單株鮮重達到最大,此時有機物的量滿足自身最佳生長

14、需要總結提升1.植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)的比較比較項目植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)原理細胞的全能性細胞的增殖培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基,成分主要是礦質元素蔗糖維生素植物激素有機添加劑液體培養(yǎng)基,成分主要是葡萄糖氨基酸無機鹽維生素動物血清結果培育成植株培育成細胞株或細胞系應用快速繁殖培育無病毒植株生產藥物制造人工種子培育轉基因作物等獲得細胞或細胞產品2.植物體細胞雜交和動物細胞融合的比較比較項目植物體細胞雜交動物細胞融合原理細胞的全能性細胞膜的流動性細胞膜的流動性細胞增殖融合前處理酶解法去掉細胞壁獲得原生質體后誘導細胞融合用胰蛋白酶使細胞分散開再誘導融合促融方法物理:離心振動電刺激;化學:聚乙二醇(PEG)

15、誘導與植物體細胞雜交相同,還常用滅活的病毒誘導用途克服遠源雜交不親和的障礙,獲得雜種植株制備單克隆抗體等3.單克隆抗體的制備(1)在制備單克隆抗體時,需經過兩次篩選,但其目的不同第一次篩選是在B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合之后,因為有三種融合情況(只考慮兩個細胞融合):B淋巴細胞與B淋巴細胞融合骨髓瘤細胞與骨髓瘤細胞融合B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合,而只有B淋巴細胞與骨髓瘤細胞的融合細胞才是需要的雜種細胞第二次篩選是在雜交瘤細胞中篩選出能產生所需抗體的雜交瘤細胞兩次篩選都需要選擇性培養(yǎng)基 (2)單克隆抗體制備的三個環(huán)節(jié):一是抗原刺激,這是產生抗體的必要條件,受到刺激后的B淋巴細胞增殖分化成效應B細胞

16、二是細胞的融合,需要誘導劑和植物細胞的誘導方法大體相同,又增加了一種用滅活的病毒作為誘導劑的方法,即用滅活的仙臺病毒作為誘導劑三是對雜交瘤細胞的培養(yǎng),可以在小鼠的腹腔內進行體內培養(yǎng),也可以在培養(yǎng)液中進行體外培養(yǎng)【典例3】 (2010四川理綜)某實驗室做了下圖所示的實驗研究下列相關敘述,正確的是( )A.與纖維母細胞相比,過程形成的誘導干細胞的全能性較低B.過程是誘導干細胞的結構和遺傳物質發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程C.每個Y細胞只產生一種抗體,故過程不需用選擇性培養(yǎng)基進行篩選D.過程產生的單抗,不需細胞膜上載體蛋白的協(xié)助就能釋放到細胞外答案 D解析 過程產生的單抗是通過胞吐的方式釋放到細胞外,該過程依

17、賴膜的流動性;與纖維母細胞相比,過程形成的誘導干細胞分裂能力強,分化程度低,故其全能性較高;過程是細胞分化,其實質是基因的選擇性表達使細胞的結構和功能發(fā)生穩(wěn)定性差異;因從小鼠體內獲取的Y細胞(漿細胞)種類不單一,與X細胞融合形成的雜交瘤細胞種類也不單一,故過程需用選擇培養(yǎng)基篩選出產生抗H1N1病毒的抗體的雜交瘤細胞點撥 本題以流程圖的形式綜合考查細胞的分化,細胞的全能性及單抗的制備,試題難度適中,考查了學生綜合運用知識的能力,對Y細胞種類的正確分析是解答本題的關鍵【互動探究3】 下列關于動物細胞培養(yǎng)的敘述,正確的是( )A.培養(yǎng)保留接觸抑制的細胞在培養(yǎng)瓶壁上可形成多層細胞B.克隆培養(yǎng)法培養(yǎng)過程

18、中多數(shù)細胞的基因型會發(fā)生改變C.二倍體細胞的傳代培養(yǎng)次數(shù)通常是無限的D.惡性細胞系的細胞可進行傳代培養(yǎng)答案 D解析 由于接觸抑制,動物細胞培養(yǎng)時只能形成單層細胞,A項錯誤;克隆培養(yǎng)法在培養(yǎng)時,由于所有子代細胞來自于一個親代細胞,所以基因型一般都相同,B項錯誤;二倍體細胞的傳代培養(yǎng)次數(shù)通常是有限的,只有少數(shù)細胞遺傳物質發(fā)生改變,才能無限增殖,C項錯誤;惡性細胞系的細胞具有癌變的特點,可進行傳代培養(yǎng),D項正確 點撥本題考查動物細胞培養(yǎng)的基礎知識,屬于容易題得分的關鍵是詳細具體掌握教材中的重要結論1.(2010浙江理綜)將無根的非洲菊幼苗轉入無植物激素的培養(yǎng)基中,在適宜的溫度和光照等條件下培養(yǎng)一段時

19、間后,應出現(xiàn)的現(xiàn)象是( )解析:植物組織培養(yǎng)過程中,由外植體脫分化形成愈傷組織需要一定量的生長素和細胞分裂素,愈傷組織再分化形成根芽的過程也需要一定濃度的生長素和細胞分裂素,且生長素和細胞分裂素的不同配比對形成根芽的影響不同本題中的無根幼苗本身就能夠產生一定量的生長素和細胞分裂素,能夠促使基部細胞脫分化再分化出根來,所以會出現(xiàn)B項現(xiàn)象答案:B點撥:本題考查植物組織培養(yǎng)過程中,激素有無及不同配比對脫分化和再分化的影響,屬難題得分的關鍵是要分析出幼苗本身也能夠產生植物激素(生長素和細胞分裂素),否則很容易誤選C項2.(2010江蘇生物)下列關于利用胚胎工程技術繁殖優(yōu)質奶羊的敘述,錯誤的是( )A.

20、對受體母羊與供體母羊進行同期發(fā)情處理B.人工授精后的一定時間內,收集供體原腸胚用于胚胎分割C.利用胚胎分割技術可以獲得兩個基因型完全相同的胚胎D.一次給受體母羊植入多個胚胎,可增加雙胞胎和多胞胎的比例答案:B解析:進行胚胎移植前需對受體母羊和供體母羊進行同期發(fā)情處理,使它們具有相同的生理環(huán)境;胚胎分割應選擇桑葚胚或囊胚時期的健康胚胎;胚胎分割技術屬于無性繁殖,可獲得兩個基因型完全相同的胚胎;一次給受體母羊植入多個胚胎,從而發(fā)育出多個個體,增加了雙胞胎和多胞胎的比例點撥:該題主要考查了胚胎工程的過程和原理,屬于識記層次失分點是對相似概念的辨析不到位,如同期發(fā)情處理和超數(shù)排卵原腸胚和囊胚等3.(2

21、010江蘇生物)老年癡呆癥患者的腦血管中有一種特殊的-淀粉樣蛋白體,它的逐漸積累可能導致神經元操作和免疫功能下降,某些基因的突變會導致-淀粉樣蛋白體的產生和積累下列技術不能用于老年癡呆癥治療的是( )A.胚胎移植技術 B.胚胎干細胞技術C.單克隆抗體技術 D.基因治療技術答案:A解析:根據(jù)題意可知,治療老年癡呆癥的途徑有:導入正常的基因(基因治療技術);提供和修復受損傷的神經元(胚胎干細胞技術);降低-淀粉樣蛋白體的含量(單克隆抗體技術)而胚胎移植是為了獲得優(yōu)良個體,不能用于治療該病點撥:該題考查現(xiàn)代生物科學技術的理解和應用,屬于應用層次,題目具有一定的難度主要考查考生獲取和整合信息并解決實際問題的能力,解答該題的關鍵是明確題意,分析治療該病的途徑4.(2010浙江理綜)試管苗的光合作用能力較弱,需要逐步適應外界環(huán)境才能往大田移栽研究人員進行了“改變植物組織培養(yǎng)條件縮短試管苗適應過程”的實驗,實驗在適宜溫度下進行,圖甲和圖乙表示其中的兩個實驗結果請回答: (1)圖甲的實驗是在大氣CO2濃度下進行的據(jù)