18届高三生物一轮复习第2讲细胞工程讲义新人教版选修3.docx
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18届高三生物一轮复习第2讲细胞工程讲义新人教版选修3
第2讲细胞工程
考点一|植物细胞工程
1．植物细胞的全能性
（1）概念：
具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。
（2）原理：
细胞内含有本物种的全套遗传信息。
（3）全能性表达条件：
具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。
2．植物组织培养技术
（1）理论基础：
植物细胞的全能性。
（2）填写操作过程图：
―→
图中①表示脱分化，②表示再分化，A表示愈伤组织，B表示丛芽或胚状体。
对外植体要进行消毒处理；外植体选用幼嫩的组织脱分化较为容易；植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖，用葡萄糖也可以。
3．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）操作流程
（3）流程分析
①过程a为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。
②过程b是原生质体的融合，其原理是细胞膜的流动性。
③诱导b融合的两种方法：
物理法包括离心、振动、电激等；
化学法一般用聚乙二醇作为诱导剂。
④过程c是原生质体融合后再生出细胞壁。
⑤过程d是组织培养技术，其原理是细胞的全能性。
（4）意义：
克服了远缘杂交不亲和的障碍、获得杂种植株。
4．植物细胞工程的实际应用
（1）
（2）作物新品种的培育
（3）细胞产物的工厂化生产如人参皂甙干粉的生产。
1．植物组织培养与植物体细胞杂交比较
名称
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理
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
离体的植物器官、组织或细胞
↓脱分化
愈伤组织
↓再分化
根、芽或胚状体
↓发育
植物体
选材
选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化
不同的植物细胞
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，用一定的方法诱导细胞融合
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
2.脱分化和再分化的比较
比较内容
脱分化
再分化
过程
外植体→愈伤组织
愈伤组织→幼苗
形成体特点
排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞
有根、芽
需要条件
（1）离体
（2）适宜的营养
（3）生长素/细胞分裂素的比例适中
（4）不需光
（1）离体
（2）适宜的营养
（3）生长素/细胞分裂
素的比例高或低诱导
生根或生芽
（4）光照
3.人工种子
（1）制作方法：
利用植物组织培养获得胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等，然后包上人工种皮就形成了人工种子，如图：
（2）优点：
可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖；保持亲本的优良性状，因该过程为无性繁殖；节约粮食，减少种子的使用；可以控制添加一些物质，如除草剂、农药、促进生长的激素、有益菌等。
视角1植物组织培养过程分析
1．（2017·江西省赣州一模）植物组织培养技术被广泛应用于无病毒植株培育、育种及获得细胞产物的工厂化生产等。
结合下图中番茄植株的培育过程，回答相关问题：
（1）①过程中通常使用____________酶来获取植物细胞原生质体，此处使用的外界溶液浓度不宜过小，以防止细胞原生质体________。
（2）铺平板类似于微生物接种，平板培养基中添加蔗糖的目的除了调节渗透压外，还有________的作用。
（3）图中属于再分化的过程是________（填序号）。
（4）多倍体番茄植株所结果实中维生素含量更高，若想培育多倍体番茄，可选择在图中的过程③中添加________（填物质）进行处理，也可以选择在过程⑥中添加一定浓度的________（填物质）进行处理。
（5）植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的________特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
（6）“人工种子”由胚状体，包埋胚状体的胶质以及人造种皮等3部分组成，包埋胚状体的胶质中富含有机营养，这是因为胚状体在萌发初期不能进行________，为了满足胚状体代谢的需求，“人造种皮”则必须具有良好的透水、________的性能。
【解析】
（1）植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，通常使用纤维素酶和果胶酶来获取植物细胞原生质体，此处使用的外界溶液不宜过小，以防止细胞原生质体渗透吸水涨破。
（2）培养基中添加蔗糖的目的除了调节渗透压外，还有提供营养的作用。
（3）由愈伤组织形成试管苗的过程需经过再分化，即图示的⑨⑩。
（4）若想培育多倍体番茄，可在培养基中添加聚乙二醇，促使植物体细胞融合；也可以在植物体细胞脱分化后进行有丝分裂时，用秋水仙素处理，使得染色体加倍。
（5）植物组织培养技术属于无性繁殖，不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
（6）胚状体在萌发初期不能进行光合作用，因此包埋胚状体的胶质中富含有机营养，以供胚状体在萌发初期细胞生命活动的需要。
胚状体细胞要进行细胞呼吸等代谢活动，因此“人造种皮”则必须具有良好的透水、透气的性能。
【答案】
（1）纤维素酶和果胶（答纤维素酶也可）吸水涨破（或破裂）
（2）提供营养（3）⑨⑩（答⑨或⑩均可）（4）聚乙二醇秋水仙素（5）遗传（6）光合作用透气
具有全能性≠体现（实现）全能性
（1）具有全能性：
理论上，活细胞都具有全能性。
（2）体现全能性：
只有发育成完整个体，才能说明体现了细胞的全能性。
视角2植物体细胞杂交过程分析
2．（2017·潍坊市调研）科学家以番茄（2N）和马铃薯（4N）为材料利用下图技术得到“番茄—马铃薯”植株。
请回答下列问题：
（1）d的名称是____________，由d培育成植株的过程运用的技术手段是____________，其依据的原理是____________。
（2）影响④⑤过程的主要植物激素是______________________，最终获得的“番茄—马铃薯”属于____________倍体植株。
（3）若将抗除草剂基因导入番茄细胞的常用方法是____________，在该方法中需要将目的基因插入到Ti质粒的____________上。
有人担心该番茄植株中抗除草剂基因会通过花粉传播进入杂草中，成为超级杂草，这是担心转基因生物可能威胁____________安全。
（4）番茄—马铃薯在生态系统中属于____________，人类在设计生态系统时，需要考虑番茄—马铃薯是否会引起当地生态环境的失衡或破坏，需遵循____________原理。
【解析】
（1）读图知：
去壁的马铃薯细胞和番茄细胞融合后形成的细胞d的名称是杂种细胞，由d培育成植株的过程运用的技术手段是植物组织培养，其依据的原理是植物细胞的全能性。
（2）分化为试管苗的芽和根的主要植物激素为生长素和细胞分裂素，番茄为二倍体，马铃薯为四倍体，通过体细胞杂交获得的“番茄—马铃薯”属于六倍体植株。
（3）将抗除草剂基因导入番茄细胞的常用方法是农杆菌转化法，在该方法中需要将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上。
有人担心该番茄植株中抗除草剂基因会通过花粉传播进入杂草中，成为超级杂草，这是担心转基因生物可能威胁生物安全。
（4）番茄—马铃薯在生态系统中属于生产者，人类在设计生态系统时，需要考虑番茄—马铃薯是否会引起当地生态环境的失衡或破坏，需遵循协调与平衡原理。
【答案】
（1）杂种细胞植物组织培养植物细胞全能性
（2）生长素和细胞分裂素六（3）农杆菌转化法TDNA生物（4）生产者协调与平衡
植物有性生殖与体细胞杂交中遗传物质的变化
（1）植物体细胞杂交：
若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合，A含有2X条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，B含有2Y条染色体，2个染色体组，其基因型为ccDd，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体数为2X＋2Y，基因型为AabbccDd，从中不难看出，体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管是染色体数、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。
（2）植物有性杂交：
有性杂交的子代细胞中染色体数为X＋Y、基因为AbcD或abcD或Abcd或abcd，即先减半再相加。
考点二|动物细胞工程
1．动物细胞培养
（1）过程
（2）培养条件：
①无菌、无毒的环境：
对培养液和所有培养用具进行无菌处理，添加抗生素，定期更换培养液以清除代谢产物。
②营养：
除正常的有机和无机营养外，加入血清、血浆等一些天然成分。
③适宜的温度和pH：
温度为36.5±0.5_℃（哺乳动物），pH为7.2～7.4。
④气体环境：
含95%空气加5%CO2的混合气体，其中后者的作用是维持培养液的pH。
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
细胞重组细胞
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
（2）原理：
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。
3．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、电激等。
③意义：
突破了有性杂交的局限，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
①制备过程
②优点：
特异性强、灵敏度高，可大量制备。
③用途：
作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。
1．动物细胞培养与动物体细胞核移植的比较
动物细胞培养
动物体细胞核移植
原理
细胞增殖
动物细胞核的全能性
过程
动物组织块
↓
细胞悬液
↓放入培养瓶
原代培养（细胞贴壁生长）
↓接触抑制
胰蛋白酶处理，分瓶继续培养
↓10～50代传代培养
少数细胞获得不死性（癌细胞）
结果
获得细胞群
获得克隆动物
2.单克隆抗体的制备
（1）血清抗体与单克隆抗体
名称
产生
特点
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）原理
一个（或一种）浆细胞（效应B细胞、B淋巴细胞）只产生一种抗体，小鼠骨髓瘤细胞能够无限增殖。
因此杂交瘤细胞就具备了既能无限增殖，又能大量产生单一抗体的特征。
（3）过程
视角1动物细胞培养与动物体细胞核移植的过程分析
1．（2017·湖北龙泉中学、襄阳五中、宜昌一中联考）下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病（基因缺陷导致胰岛B细胞不能正常合成胰岛素）的过程设计图解。
请据图回答：
（1）图中①、②所示的结构分别是____________、____________。
（2）图中③、④所示的生物工程技术分别是____________、____________。
（3）过程③通常用去核卵细胞作受体细胞的原因除了它体积大、易操作，营养物质丰富外，还因为它______________________________________。
（4）过程④通常采用的方法是____________。
（5）过程④的完成需要用到的非酶基因操作工具为____________。
（6）图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是_______________。
【解析】
（1）体细胞核移植利用体细胞核和去核卵细胞。
内细胞团细胞具有发育的全能性，此时导入健康胰岛B细胞基因，可以形成能正常分泌胰岛素的胰岛B细胞群。
（2）③将体细胞核和去核卵细胞重组为一个细胞，为体细胞核移植技术。
④将健康胰岛B细胞基因移植入受体细胞，为基因工程技术。
（3）过程③通常用去核卵细胞作为受体细胞，除了因为它体积大，易操作，营养物质丰富外还因为其含有能够激活细胞核全能性表达的物质。
（4）目的基因导入动物细胞通常用显微注射法。
（5）基因工程基本工具为限制酶、DNA连接酶、载体，载体为非酶基因操作工具，通常为质粒。
（6）图示方法与一般的异体移植相比可避免免疫排斥。
【答案】
（1）细胞核内细胞团
（2）（体细胞）核移植技术基因工程（转基因技术或重组DNA技术）
（3）含有促进（或激活）细胞核全能性表达的物质
（4）显微注射法（5）载体（6）不发生免疫排斥反应
视角2单克隆抗体的制备过程分析
2．（2017·广州市执信中学质检）下列是生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。
（1）在获取抗体之前，需要向健康人体注射特定抗原（如乙肝疫苗），并且每隔一周重复注射一次。
免疫学细胞A在人体主要参与____________免疫。
（2）过程①和②得到的Y细胞称为____________。
得到的单克隆抗体最主要的优点是____________。
（3）④过程需要____________酶，⑤过程则需要特定的限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
（4）抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的空间结构是否相同？
____________为什么？
______________________________________。
（5）如果想用棉花产生该种抗体，则⑥过程的受体细胞通常选用____________，经过筛选后再侵染棉花体细胞，转化成功后通过____________技术获得能产抗体的转基因棉花植株。
【解析】
（1）向健康人体注射特定抗原，提取出A浆细胞（效应B淋巴细胞），在人体参与体液免疫。
（2）过程①至②获取Y细胞称为杂交瘤细胞，得到的单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高、并可大量制备的优点。
（3）④为逆转录过程，需要逆转录酶，⑤基因表达载体的构建过程需要特定的限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
（4）抗体1与抗体2相同之处是氨基酸的排列顺序，由于抗体2形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1形成过程经过了内质网和高尔基体的加工，因此形成的空间结构不同。
（5）如果想用棉花产生该种抗体，常用农杆菌转化法将目的基因导入棉花细胞中，则⑥导入受体细胞过程的受体细胞通常选用农杆菌，经过筛选后再侵染棉花体细胞，转化成功后通过植物组织培养技术获得能产抗体的转基因棉花植株。
【答案】
（1）体液
（2）杂交瘤细胞特异性强、灵敏度高、并可大量制备（3）逆转录（4）不同抗体2形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1形成过程经过内质网和高尔基体的加工（5）农杆菌植物组织培养
单克隆抗体制备过程中两次筛选的方法及目的
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选原因
诱导融合后得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
筛选方法
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
用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
筛选目的
得到杂交瘤细胞
得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
真题验收|感悟高考淬炼考能
1．（2016·全国甲卷）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
______________________________________________________________。
【解析】
（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。
【答案】
（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·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。
回答下列问题：
（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，染色体数目最多是________条。
（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________。
【解析】
（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。
杂交瘤细胞的细胞核中的染色体数目为40＋60＝100条。
（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。
【答案】
（1）4YY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）1100（4）不能无限增殖
3．（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。
回答下列问题：
（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。
【解析】
（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。
【答案】
（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）
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