高考人教版生物一轮生物技术与工程 第4讲 细胞工程Word下载.docx

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大多由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。

③光照：

脱分化阶段不需要光照。

④激素调控：

培养基中生长素和细胞分裂素的比例调控组织培养进程。

4．植物体细胞杂交技术

（1）概念：

将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。

（2）原理：

体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。

（3）过程

（4）意义：

克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍、获得杂种植株。

5．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。

②作物脱毒：

选取作物茎尖、根尖等无毒组织进行组织培养，获得脱毒苗的技术。

③人工种子：

以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料，经过人工薄膜包装得到的种子，可以解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。

（2）作物新品种的培育：

单倍体育种和突变体的利用。

（3）细胞产物的工厂化生产：

即利用植物组织培养技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。

1．通过植物体细胞杂交形成的杂交植株是否一定可育？

提示：

是否可育看同源染色体能否正常联会。

若植物体细胞杂交过程得到的杂种植物存在同源染色体，能正常联会，则可育。

2．如图表示植物分化、脱分化和再分化过程及其关系。

试回答相关问题：

（1）脱分化形成的愈伤组织细胞与正常体细胞相比，前者在结构的特点是什么？

高度液泡化、无定形、细胞壁薄。

（2）经脱分化形成愈伤组织为什么需要避光培养？

避光的作用是为了愈伤组织的形成，若给予光照，则会不同程度的形成维管组织（处于已分化状态），就不能继续分化，造成组织培养失败。

（3）利用紫草细胞脱分化形成的愈伤组织细胞进行培养提取紫草素，与常规的从植物体内提取具有的明显优点是什么？

（至少答出三点）

可以克服地理、气候等植物生长环境条件的限制，实现工业化、自动化生产；

产量大、纯度高。

（4）从分化、脱分化和再分化的结果看，它们的实质都是什么？

基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。

1．激素比例与细胞分裂分化的关系

（1）适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。

（2）适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。

（3）比例适中诱导产生愈伤组织。

如图所示：

2．对不同物种植物体细胞杂交和有性杂交的比较

（1）结果不同

①体细胞杂交：

不管染色体数、基因组还是染色体组都采用直接相加。

②植物有性杂交：

先减半再相加。

（2）适用的定律不同

①有性生殖过程中符合孟德尔遗传定律。

②植物体细胞杂交：

属于无性生殖，不符合孟德尔遗传定律。

考法1　植物组织培养过程分析

1．（2017·

海南高考）甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。

回答下列问题：

（1）以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是______________________。

（2）甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中，均加入一定量的蔗糖，蔗糖水解后可得到______________。

若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是____________________（填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”）。

（3）图中A、B、C所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的，这两种激素是_________。

A中的愈伤组织是叶肉细胞经________形成的。

（4）若该种植物是一种杂合体的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉，可用组织培养方法繁殖，在培养时，________（填“能”或“不能”）采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是____________________________________________________

______________________________________________________________

_____________________________________________________________。

解析：

（1）外植体在一定条件下进行组织培养获得试管苗的原理是植物细胞的全能性。

（2）蔗糖水解后可得到一分子的葡萄糖和一分子果糖；

若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是应该具备整套遗传物质，即具有完整的细胞核。

（3）在植物组织培养过程中加入的细胞分裂素、生长素的比例不同，诱导形成的器官不同；

外植体经脱分化形成愈伤组织，再分化形成完整的植株。

（4）依题意不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是对杂合体的植株来说，其体细胞的基因型相同，而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，用花粉粒进行组织培养得到的花卉基因型不同于原植株。

答案：

（1）植物细胞的全能性　

（2）葡萄糖、果糖　具有完整的细胞核　（3）细胞分裂素、生长素　脱分化　（4）不能　对杂合体的植株来说，其体细胞的基因型相同，而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，用花粉粒进行组织培养得到花卉基因型不同于原植株

考法2　考查植物细胞工程技术及应用

2．（2013·

全国卷Ⅱ）甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。

某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。

（1）为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的________，再用化学诱导剂诱导二者融合。

形成的融合细胞进一步培养形成________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。

这种培育技术称为________________。

（2）上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指______________________

____________________________________________________________。

假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是_________________________________________

（3）这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。

经植物组织培养得到的____________________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。

（1）植物体细胞杂交的过程包括植物细胞融合和植物组织培养，其过程依次为酶解法去除植物细胞的细胞壁、用物理或化学法诱导原生质体融合、杂种细胞再生出细胞壁、杂种细胞经植物组织培养（脱分化形成愈伤组织，再分化形成幼根和芽进而形成完整植株）培育成完整植株。

其中，酶解法去除植物细胞的细胞壁利用了酶的专一性，选择纤维素酶和果胶酶，水解植物细胞的细胞壁的主要成分——纤维素和果胶，暴露出有活力的原生质体。

（2）多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上的染色体组的个体。

甲和乙均为二倍体植物，假设二者有性杂交的后代不可育，其原因是该后代在进行减数第一次分裂过程中，由于没有同源染色体，联会出现紊乱，不能产生可育的配子。

而植物体细胞杂交产生的杂

种植株，细胞内含有原物种体细胞内的染色体，在减数第一次分裂过程中能够进行同源染色体配对，产生可育的配子。

（3）经植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等，用人工薄膜包装后可得到人工种子。

（1）纤维素　果胶　原生质体　愈伤　再分化（或分化）　植物体细胞杂交技术　

（2）体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体（其他合理答案也可以）　在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常（其他合理答案也可以）　（3）胚状体、不定芽、顶芽、腋芽（答对其中一个即可）

3．回答下列有关植物细胞工程应用有关的问题：

（1）植物细胞工程可用于培养脱毒苗，这一方法的原理是__________________，所以再生的植株可能不带病毒。

（2）微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗________，而与________配比适宜时可促进芽的增殖。

若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要适宜的生长调节剂是________（填“脱落酸”或“2,4D”）。

（3）为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。

请回答下列问题：

在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如图所示。

细胞干重在12d后下降的原因有______________________。

（1）利用茎尖等分生部位进行组织培养获得脱毒苗的原理是植物体细胞具有全能性。

（2）适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗生根。

微型繁殖培养基中使用的生长素与细胞分裂素比例不同，可以分别诱导根、芽的形成。

使用高浓度的植物生长素类似物（如2,4D）可以抑制试管苗的生长。

（3）由蔗糖浓度下降可知，外植体离体培养过程中需要消耗蔗糖，12天后蔗糖浓度变化不大；

pH下降会影响酶的活性，愈伤组织细胞不能进行光合作用，对物质的合成小于分解，故细胞干重下降。

（1）植物细胞的全能性　

（2）生根　细胞分裂素　2,4D　（3）蔗糖浓度下降，pH降低

考点二|动物细胞培养与核移植技术

1．动物细胞培养

（1）地位：

动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。

其中动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础。

细胞增殖。

（3）培养过程

（4）培养条件

①无菌、无毒环境

②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。

③适宜的温度：

36.5°

C±

0.5℃，适宜的pH：

7.2～7.4。

④气体环境

2．动物体细胞核移植技术和克隆动物

（1）动物体细胞核移植技术的过程

重组细胞

胚胎

代孕母体―→生出与细胞核供体遗传性状基本相同的个体

动物体细胞核具有全能性。

（3）应用

①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。

②保护濒危物种。

③生产医用蛋白。

④作为异种移植的供体。

1．动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用有何不同？

第一次使用胰蛋白酶处理剪碎的组织使之分散成单个细胞，第二次用胰蛋白酶的目的是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来，分散成单个细胞。

2．动物细胞工程技术推动了免疫学和畜牧业的发展。

如图为通过体细胞核移植过程得到克隆牛的流程图。

→

→犊牛

（1）与去核卵母细胞融合的供体高产奶牛细胞培养一般不会超过10代，原因是什么？

激活受体细胞除了用电刺激的方法外，还可以用什么方法？

（写两种实际方法）

保持细胞正常的二倍体核型；

钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等。

（2）动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植的原因是什么？

动物胚胎的细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难。

（3）在现有技术条件下，还不能将从动物体内分离出来的成熟体细胞，直接培养成一个新个体，而是将体细胞的细胞核移植到去核的卵细胞中才能发育成新个体，你认为最可能的原因是什么？

卵细胞的细胞质可使体细胞核的全能性得到表达。

动物细胞培养和核移植时注意的五个问题

（1）在分散细胞时，需用胰蛋白酶分散细胞，不能用胃蛋白酶，因为胃蛋白酶作用的适宜pH约为1.8，胰蛋白酶作用的适宜pH为7.2～7.8，而多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4。

（2）取供体动物的体细胞培养，一般选用10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。

（3）克隆动物是由重组的细胞经培养而来的，该重组细胞的细胞质基因来源于受体细胞，细胞核基因来源于提供细胞核的亲本，其遗传物质来自两个亲本。

（4）克隆动物绝大部分性状与供体动物相同，少数性状与提供卵母细胞的动物相同，与代孕动物的性状无遗传关系。

（5）从生殖方式的角度看，动物体细胞核移植技术（克隆）属无性生殖，重组细胞相当于受精卵，需要动物细胞培养和胚胎工程技术的支持。

考法1　动物细胞培养过程分析

1．某研究小组进行药物实验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。

供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为正常肝细胞，乙细胞为肝肿瘤细胞。

请回答下列有关动物细胞培养的问题：

（1）动物细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是__________________________________________________________。

（2）将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同，一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量________。

（3）在两种细胞生长过程中，当甲细胞铺满瓶壁时，其生长______。

药物实验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更________。

若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需用________消化处理。

（4）某研究小组研究了血清对正常细胞和癌细胞培养的影响，实验结果如图。

从该图提供的信息可以获得的正确结论有_____________________

________________________________________________________。

（1）动物细胞培养时加入含5%CO2的目的是为了维持培养液的pH。

（2）已知甲细胞为正常肝细胞，乙细胞为肝肿瘤细胞。

肝肿瘤细胞比正常肝细胞的分裂能力强，细胞周期短，因此在其他条件相同时，相同时间内肝肿瘤细胞产生的子代细胞多。

（3）甲细胞为正常肝细胞，存在接触抑制，而乙细胞为肿瘤细胞，已经失去接触抑制现象，因此在这两种细胞生长过程中，当甲细胞铺满瓶壁时，其生长停止。

乙细胞能无限增殖，因此其传代的次数比甲多；

胰蛋白酶能消化组织细胞间的蛋白质，使组织细胞分散成单个细胞。

（4）从图中曲线可看出培养基中有无血清对癌细胞的培养影响不大，即二者的细胞数在曲线上差别不大。

正常细胞的培养过程中有血清的培养基在相同时间内培养得到的细胞数远远多于无血清的培养基所获得的细胞数。

癌细胞培养与正常细胞培养二者的差距比较大，正常细胞达到一定的数目后不再增加，而癌细胞却能不断增加。

（1）维持培养液的pH　

（2）少　（3）停止　少　胰蛋白酶　（4）①有无血清对正常细胞培养的影响不同；

②培养基中补充血清有助于正常细胞的培养；

③培养基中是否补充血清对癌细胞的培养影响不大

考法2　细胞核移植技术及应用

2．（2016·

全国卷Ⅱ）如图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物（二倍体）的流程。

（1）图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为______。

过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用______的方法。

②代表的过程是______。

（2）经过多次传代后，供体细胞中________的稳定性会降低。

因此，选材时必须关注传代次数。

（3）若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是______________________________________________

___________________________________________________________。

（4）与克隆羊“多莉（利）”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了______________________________________________________

（1）哺乳动物的正常细胞核中性染色体的组成为XX（雌性）或XY（雄性）。

卵母细胞在培养至减数第二次分裂的中期时，常采用显微操作法去除细胞核。

②过程是将早期胚胎移植到代孕个体的子宫中，即代表的是胚胎移植。

（2）一般来说，动物细胞在传代培养到10～50代时，部分细胞的细胞核型可能会发生变化，即遗传物质的稳定性会降低。

因此，选材时一般选10代以内的细胞，以保证细胞正常的二倍体核型。

（3）获得的克隆动物性状与供体动物基本相同，但不完全相同，从遗传物质的角度分析，性状不完全相同的原因是：

克隆动物细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。

（4）高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性在卵母细胞细胞质中的物质的作用下仍能得以表达。

故克隆羊“多莉（利）”以及其他克隆动物的培育成功，证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。

（1）XX或XY　显微操作　胚胎移植　

（2）遗传物质　（3）卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响　（4）动物已分化体细胞的细胞核具有全能性

考点三|动物细胞融合与单克隆抗体的制备

1．动物细胞融合

（1）原理：

细胞膜的流动性。

（2）融合方法：

聚乙二醇（PEG）、灭活的病毒、电刺激等。

（3）意义：

突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能，也为制造单克隆抗体开辟了新途径。

2．单克隆抗体制备

（1）单克隆抗体制备过程

（2）单克隆抗体的优点：

特异性强、灵敏度高、可大量制备。

（3）单克隆抗体的应用：

作为诊断试剂；

制成“生物导弹”；

用于治疗疾病和运载药物。

1．若仅考虑细胞的两两融合，B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后产生的细胞有3种类型，原因是什么？

出现不同种类型是因为细胞融合是随机的。

2．下面两幅图是单克隆抗体制备的示意图，请据图回答下列问题：

（1）图1和图2所示的过程中，都必须用到的动物细胞工程技术手段是什么？

动物细胞培养（或动物细胞融合）。

（2）图2中受体细胞A代表的是何种细胞？

B所示的细胞特点是什么？

浆细胞（效应B）；

既能无限增殖，又能产生特异性抗体。

（3）图1中Ⅱ过程与植物原生质体融合的不同之处是用什么？

Ⅱ过程的原理是什么？

Ⅱ过程用灭活的病毒诱导；

单克隆抗体制备过程的关键分析

（1）对动物免疫的原因：

B淋巴细胞要经过免疫过程，即接触抗原，增殖分化为有特异性免疫功能的B淋巴细胞，才能产生相应的抗体，所以与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是浆细胞。

（2）杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质，不仅具有浆细胞产生特异性抗体的能力，还具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的能力，可以克服单纯B淋巴细胞不能无限增殖的缺点，而大量生产单克隆抗体。

考法　动物细胞融合技术及单克隆抗体的制备

（2014·

全国卷Ⅰ改编）某研究者用抗原（A）分别免疫3只同种小鼠（X、Y和Z），每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价（能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数），结果如图所示。

若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞（染色体数目40条），并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞（染色体数目60条）按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。

（1）制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16000以上，则小鼠最少需要经过________次免疫后才能有符合要求的。

达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细胞的是________小鼠，理由是____________________________。

（2）细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有_________________________________________________________________，体系中出现多种类型细胞的原因是_______________________________________________________________________。

（3）杂交瘤细胞中有________个细胞核。

（4）未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是___________________________________________________________。

（1）据图分析可知，第四次注射后X、Y、Z小鼠的血清抗体效价几乎都达到16000以上，小鼠Y的血清抗体的效价最高，最适合用于制备单克隆抗体。

（2）融合体系中除了未融合的细胞和杂交瘤细胞之外，还有骨髓瘤细胞的自身融合细胞和B淋巴细胞的自身融合细胞。

细胞的融合是随机的，并且不可能所有细胞都融合，故体系中会出现多种类型的细胞。

（3）动物细胞融合后形成的是具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞。

（4）正常细胞的分裂次数是有限的，且经过免疫的B淋巴细胞高度分化，不能无限增殖，而是经多次传代培养后逐渐衰老死亡。

（1）4　Y　Y小鼠的血清抗体效价最高

（2）B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞　细胞融合是随机的，且融合率达不到100%　（3）1　（4）不能无限增殖

真题体验|感悟高考　淬炼考能

江苏高考）牛雄性胚胎中存在特异性HY抗原，可在牛早期胚胎培养液中添加HY单克隆抗体，筛选胚胎进行移植，以利用乳腺生物反应器进行生物制药。

下列相关叙述正确的是（　　）

A．HY单克隆抗体由骨髓瘤细胞分泌

B．应选用原肠胚做雌雄鉴别

C．鉴别后的雄性胚胎可直接做胚胎移植

D．用HY抗原免疫母牛可获得相应抗体

D　[A错：

抗体是由浆细胞产生的。

B错：

原肠胚分化程度较高，取原肠胚细胞做雌雄鉴别易损伤胚胎，影响胚胎发育，应选用囊胚期的滋养层细胞。

C错：

因题干中明确了利用的是乳腺生物反应器，故应选用雌性胚胎进行胚胎移植，以获得雌性个体，这样才能利用乳腺生物反应器进行生物制药。

D对：

用HY抗原免疫母牛，会使母牛产生免疫反应，刺激B细胞分化形成浆细胞，进而产生相应抗体。

]

2．（2015·