高考生物一轮复习 第十一单元 现代生物科技专题 第二讲 细胞工程学案 新人教版Word文档格式.docx

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　酶解法↓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↓聚乙二醇处理/离心/振动/电激

融合的原生质体

↓再生出细胞壁（融合完成的标志）

　　　杂种细胞

愈伤组织

杂种植株

（4）意义：

克服远缘杂交不亲和的障碍，培育作物新品种。

（5）变异类型：

染色体变异。

4．植物细胞工程的实际应用

（1）

（2）作物新品种的培育：

单倍体育种、突变体的利用。

（3）细胞产物的工厂化生产：

培养到愈伤组织阶段。

三、动物细胞工程

1．动物细胞工程的技术手段：

动物细胞培养、动物体细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等。

动物细胞培养是动物细胞工程的基础。

2．动物细胞培养

（1）过程

取动物组织块

　　↓

配制细胞悬液

原代培养：

具有贴壁生长和接触抑制的特点

传代培养

（2）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±

0.5℃；

适宜的pH：

7.2～7.4。

④气体环境

3．动物体细胞克隆技术（核移植技术）

（1）原理：

动物细胞核具有全能性。

（2）核移植分类：

胚胎细胞核移植和体细胞核移植。

（3）核移植过程（以高产奶牛克隆为例）

（4）选用去核卵母细胞的原因：

卵母细胞比较大，易操作；

卵母细胞细胞质多，营养丰富，含有促进核全能性表达的物质。

（5）体细胞核移植技术存在的问题：

克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。

4．动物细胞融合

（1）动物细胞融合原理：

细胞膜具有流动性。

（2）动物细胞融合方法：

物理法（离心、振动、电激）、化学法和灭活病毒（生物法）。

（3）结果：

形成杂交细胞。

突破了远缘杂交不亲和的障碍。

（5）应用：

制备单克隆抗体。

5．单克隆抗体的制备

（1）单克隆抗体制备过程

（2）单克隆抗体的特点：

特异性强，灵敏度高，并可大量制备。

（3）应用

①在理论研究中具有重要意义。

②用于疾病的诊断、治疗、预防，如单抗诊断试剂盒，具有简单、快速、准确的优点；

“生物导弹”定向消灭癌细胞，不损伤健康细胞。

1．植物组织培养的过程主要包括脱分化和再分化两个阶段，脱分化的结果是形成愈伤组织，再分化的结果是形成根和芽。

2．植物体细胞杂交需要用酶解法制备原生质体，所用的酶包括纤维素酶和果胶酶。

3．无论是植物体细胞杂交还是动物细胞融合，都需要诱导。

4．植物组织培养需要各种营养成分和植物激素，动物细胞培养也需要各种营养成分及血清。

5．植物体细胞杂交可用于作物育种，动物细胞融合可用于单克隆抗体的制备。

6．产生单克隆抗体的细胞是杂交瘤细胞，它既能产生单克隆抗体又能无限增殖。

有关细胞工程的6个易混易错点

（1）不同细胞的全能性不同，具体表现为：

体细胞，离体细胞的全能性表达与分化程度呈负相关，但生殖细胞特殊。

（2）脱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。

（3）植物组织培养中不同培养阶段培养基含有的激素不同，因为培养的目的不同（生根或生芽）。

（4）灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。

（5）除了受到注射的抗原的刺激，小鼠在生活过程中还可能受到其他抗原的刺激，因此从小鼠体内取出的多个B淋巴细胞可能产生多种不同抗体。

（6）单克隆抗体制备过程中，进行了多次动物细胞培养的操作，说明动物细胞培养是动物细胞工程的基础。

对应学生用书第257页

考点一　植物细胞工程

[核心考点通关]

1．植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系

名称

植物组织培养

植物体细胞杂交

原理

植物细胞的全能性

细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性

过程

选材

选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化

不同种的植物体细胞融合后形成杂种细胞

技术操作

脱分化、再分化等

除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导原生质体融合

应用

1繁殖

2②培育新品种

③生产细胞产品

克服远缘杂交的不亲和性，培育作物新品种

关系

植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂

[特别提醒]

（1）进行融合的两种植物细胞，一般选择不同部位、不同颜色的细胞，如一种选择叶肉细胞（绿色），则另一种选择根细胞（白色）。

这样融合后的细胞有三种（以上图为例）：

AA型、BB型、AB型，符合要求的只有AB型，可以在显微镜下通过颜色进行筛选。

（2）杂种细胞的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，变异类型属于染色体变异。

（3）由于植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，所以常采用茎尖组织培养技术获得脱毒苗。

（4）愈伤组织处于不断的分生状态，容易受到射线、化学物质等的影响而产生突变。

2．植物激素在植物组织培养中的作用

生长素/细胞分裂素的比值

作用效果

比值高时

促进根分化、抑制芽形成

比值低时

促进芽分化、抑制根形成

比值适中

促进愈伤组织形成

3.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，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。

（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。

②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。

③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为（2x＋2y）条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。

（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。

特点

②作物脱毒技术：

选取作物无毒组织（如茎尖）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、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。

（2）作物新品种的培育

①单倍体育种

实质：

花药离体培养过程就是植物组织培养过程。

流程：

花药

单倍体幼苗

纯合子。

优点：

后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。

②突变体的利用：

在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，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。

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，进而培育成新品种。

（3）细胞产物的工厂化生产

可以利用植物组织培养技术大量生产某些细胞产物，如蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

（1）利用植物组织培养生产细胞产物时，有时只需将外植体培养到愈伤组织，从愈伤组织中获取产物。

（2）人工种子发育初期需要的营养物质由人工胚乳或子叶提供。

[针对训练]

1．（2017·

江西九江七校联考）根据下面植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题。

（1）运用传统有性杂交（即用番茄、马铃薯杂交）自然状态下不能得到杂种植株，原因是________________________________________________________________________。

（2）在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是______________，其中过程②称为________________________________________________________________________，

植物体细胞融合完成的标志是______________。

（3）已知番茄、马铃薯分别为二倍体、四倍体，则“番茄—马铃薯”属于________倍体植株。

（4）已知柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。

若利用此技术，将柴油树细胞培养到________阶段即可（填字母编号）。

（5）若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，该过程相当于________（填字母编号）。

（6）人工种子是由发育到________过程（填字母编号）的结构包裹上人工种皮制备的。

解析：

（1）番茄和马铃薯属于两个物种，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。

（2）在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是细胞的全能性，其中过程②称为原生质体融合，植物体细胞融合完成的标志是产生新的细胞壁。

（3）由于番茄、马铃薯分别为二倍体、四倍体，因此“番茄—马铃薯”属异源六倍体。

（4）柴油是植物细胞的代谢产物，将柴油树细胞培养到愈伤组织阶段即可提取，愈伤组织阶段为图中的e阶段。

（5）若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，包括脱分化和再分化两个阶段，即图中的④⑤。

（6）人工种子是用胚状体包上人工种皮制成的。

答案：

（1）不同种的植物存在生殖隔离

（2）细胞的全能性　原生质体融合　产生新的细胞壁

（3）六　（4）e　（5）④⑤　（6）f

考点二　动物细胞工程

1．动物细胞培养与动物体细胞核移植

动物细胞培养

动物体细胞核移植

细胞增殖

动物细胞核的全能性

结果

获得细胞群

获得克隆动物

（1）生产生物制品；

（2）用于基因工程；

（3）检测有毒物质；

（4）临床医学研究

（1）加速家畜遗传改良进程，促进良种繁育；

（2）保护濒危物种；

（3）生产医用蛋白；

（4）提供克隆器官、组织等

[易混易错]

动物细胞培养和核移植技术的理解

（1）动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同：

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

（2）细胞核移植技术形成重组细胞并发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。

（3）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。

（4）核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因：

①克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其线粒体中的DNA来自于去核卵细胞。

②性状受基因与环境共同影响。

③在个体发育过程中有可能发生基因突变，产生供核动物没有的性状。

2．单克隆抗体的制备

（1）血清抗体与单克隆抗体

产生

血清抗体

由浆细胞分泌

一般从血清中分离，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，灵敏度高，能大量制备

（2）单克隆抗体的制备

（3）制备单克隆抗体过程中的两次筛选

筛选的对象

方法

第一次筛选

杂交瘤细胞

利用特定的选择培养基：

在该培养基中只有杂交瘤细胞存活，其他细胞（未融合的B细胞和瘤细胞、融合后的B—B细胞和瘤—瘤细胞）均不能成活

第二次筛选

能产生特异性抗体的杂交瘤细胞

利用特定抗原通过抗原—抗体杂交技术确认抗体性质

（1）相比植物体细胞杂交，动物细胞融合特有的诱导方式是用灭活的病毒处理，其他物理化学诱导融合的手段与植物体细胞杂交过程中原生质体诱导融合方法相同。

（2）获取单克隆抗体的场所

①若在培养基中进行杂交瘤细胞培养，则从培养液中提取。

②若在小鼠或其他动物腹腔中培养，则从腹水中提取。

2．（2017·

广东东莞月考）如图为某同学根据杂交瘤技术的方法，设计生产破伤风杆菌抗体的实验方案。

请据图回答问题：

（1）该方案能达到预期效果吗？

________。

原因是_________________________。

（2）图中②为________过程，常用________作为诱导剂。

该细胞继承了________，因此，不仅能________，还有________的本领。

（3）图中③进行细胞培养的目的是__________________________。

（4）在制备破伤风杆菌抗体的过程中，进行了两次筛选，其目的不同，②是通过筛选获得________________________________________________________________________，

④是通过筛选获得_______________________________。

（5）图中⑤的培养能获得________细胞，便于大规模培养。

（6）破伤风杆菌的抗体最终可从________________和________________中提取。

（7）该方案的目的是_______________________________________。

（1）B淋巴细胞具有以下特点：

①在体外不能无限增殖；

②只有受到抗原刺激后才能产生相应抗体；

③与骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞后既可无限增殖，又能产生大量所需抗体。

所以单克隆抗体制备过程首先需要注射与生产单克隆抗体发生特异性免疫反应的抗原，否则小鼠体内不会发生特异性免疫反应，也不会产生合成所需抗体的B淋巴细胞。

（2）因为B淋巴细胞虽能产生抗体，但不能无限增殖，数量有限，因此获得B淋巴细胞后，需要与骨髓瘤细胞融合，融合必须在诱导剂的诱导下才能发生，常用的是灭活病毒。

两细胞融合是随机的，有三种类型；

B淋巴细胞—B淋巴细胞，骨髓瘤细胞—骨髓瘤细胞，B淋巴细胞—骨髓瘤细胞，我们需要的是杂种细胞，它结合了双亲的遗传物质，具备无限增殖和产生特异性抗体的能力，所以需培养筛选。

（3）单克隆抗体生产中，经筛选获得的杂交瘤细胞需要体外培养获得大量的克隆细胞。

（4）第一次筛选是选择需要的杂交瘤细胞，第二次筛选是在杂交瘤细胞中选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。

（5）图中⑤的培养能获得足量的杂交瘤细胞。

（6）获得的杂交瘤细胞需转移到体外细胞培养液中或小鼠腹腔中生产大量的单克隆抗体。

（7）由图可知，该方案的目的是制备单克隆抗体。

（1）不能　没有将抗原注入小鼠体内，无法获得产生单一抗体的B淋巴细胞　

（2）细胞融合和筛选　灭活的病毒　双亲细胞的遗传物质　无限增殖　产生特异性抗体　（3）在体外条件下使杂交瘤细胞大量增殖　（4）杂交瘤细胞　产生破伤风杆菌抗体的杂交瘤细胞　（5）足够量杂交瘤　（6）细胞培养液　小鼠腹水

（7）制备单克隆抗体

考点三　动植物细胞工程的比较

1．动物细胞培养与植物组织培养的比较

细胞的增殖

细胞来源

胚胎或幼龄动物的组织或器官

离体植物器官、组织或细胞

培养基

状态

液体

固体

成分

天然培养基

合成培养基

组成

葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、维生素、动物血清

矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加物

器皿

培养瓶

锥形瓶

原代培养，传代培养

更换培养基，细胞增殖分化

生长特点

贴壁生长，细胞增殖不分化

诱导形成愈伤组织，细胞增殖分化

细胞进行异养需氧代谢

接种前处理

灭菌，用胰蛋白酶等使组织分散成单个细胞

灭菌

培养条件

恒温、无菌、无须光照

常温、无菌、光照条件

培养目标

①生产蛋白质类生物制品；

②获取大量细胞；

③检测有毒物质

①快速繁育无病毒植株；

②生产药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等

相同点

①都需要人工条件下的无菌操作、无菌培养；

②都需要适宜的温度、pH等条件

2.植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同点

动物细胞融合

细胞膜的流动性、细胞的全能性

细胞膜的流动性

融合方法

物理法：

离心、电激、振动；

化学法：

聚乙二醇等试剂诱导

除物理法和化学法外，还可以用灭活的病毒诱导

杂交细胞

意义

克服了远缘杂交的不亲和性，获得杂种植株

突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能

3．细胞融合技术有着广泛应用。

下图表示细胞融合的简略过程，据图回答相关问题。

（1）若a、b分别是基因型为yyRr和YYrr两个玉米品种的花粉，且这两对基因分别位于两对同源染色体上。

科学家分别将它们的花粉除去细胞壁，然后诱导其融合，再把这些融合细胞进行培养，培育出了玉米新品种。

①这两个品种的花粉可用化学诱导剂________诱导融合，共可产生________种基因型的融合细胞（仅考虑两两融合），这些融合细胞经过脱分化形成________，再经培养可以得到________种不同于亲本基因型的玉米新品种。

②若想培育出基因型为yyRR的玉米植株，也可直接用基因型为yyRr植株的花粉培养，再经过________处理并筛选获得，这种方法叫作________。

（2）若a、b表示番茄和马铃薯两种植物的体细胞，请据图回答问题。

①在“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程中，运用了植物细胞工程中的________技术，植物体细胞融合完成的标志是______________。

②a、b细胞融合之前，要用到的酶是___________________________，

酶处理后得到________。

（3）若a、b分别为骨髓瘤细胞和已免疫的B淋巴细胞，请据图回答问题。

①为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点，经特殊处理，在促细胞融合因子的作用下，两种细胞发生融合，形成图中的d细胞，d细胞的特点是__________________。

由d细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较，具有____________________等特点。

②下列各图为单克隆抗体制备过程的各阶段图解，请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来：

______________。

（1）聚乙二醇是诱导细胞融合的常用化学物质。

细胞融合过程中会产生自身融合细胞和异种融合细胞。

基因型为yyRr和YYrr的玉米产生的花粉的基因型分别为yR、yr和Yr，即两两融合细胞的基因型有yyRr、YyRr、Yyrr、yyRR、yyrr、YYrr6种。

其中基因型为YyRr、Yyrr、yyRR、yyrr的愈伤组织培养成的玉米新品种的基因型不同于亲本。

（2）植物体细胞杂交包括植物体细胞融合和植物组织培养。

细胞融合前需要用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁。

（3）d细胞具有两种亲本的遗传物质，既能无限增殖，又能产生特异性抗体。

（1）①聚乙二醇（PEG）　6　愈伤组织　4　②染色体加倍（秋水仙素处理）　单倍体育种

（2）①植物体细胞杂交　再生出细胞壁　②纤维素酶和果胶酶　原生质体　（3）①既能无限增殖，又能产生特定的抗体　特异性强、灵敏度高、可大量制备　②

对应学生用书第260页

练全国高考真题——知考查重点

1．（2016·

高考全国卷Ⅱ）下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。

回答下列问题：

（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）因供体的性别不确定，故其细胞核内的性染色体组成为XX或XY；

一般将卵母细胞培养到MⅡ中期，用显微操作法将其细胞核去除；

②代表的过程是胚胎移植。

（2）传代培养10代以内的细胞可以保持正常的二倍体核型，超过10代以后，供体细胞中遗传物质的稳定性会降低。

（3）克隆动物细胞质中的遗传物质来自卵母细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质对克隆动物的性状会产生影响。

（4）克隆动物的成功可以证明动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性。

（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

2．（2014·

高考新课标全国卷Ⅰ）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），结果如下图所示。

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_______________