高三生物大一轮总复习第41讲细胞工程.docx
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高三生物大一轮总复习第41讲细胞工程
考点一 植物细胞工程的基本技术
1．细胞工程的概念
2．细胞的全能性
（1）含义：
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）物质基础：
细胞内含有本物种全部的遗传信息。
（3）植物细胞全能性表达条件：
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。
（4）体内细胞不表达全能性的原因：
基因在特定的时间和空间条件下选择性表达，形成不同的组织、器官。
3．植物组织培养技术
（1）原理：
植物细胞具有全能性。
（2）过程：
（3）培养条件：
①无菌：
培养基灭菌、培养材料和培养器械消毒。
②固体培养基：
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过程。
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）操作流程：
①a表示去掉细胞壁，方法是用纤维素酶和果胶酶处理。
②b表示促进细胞融合：
③c表示再生出细胞壁。
④d表示植物组织培养，依据的原理是细胞的全能性。
（3）意义：
克服了远缘杂交不亲和的障碍。
（选修3P36“小知识”）固体培养基中的无机营养成分和有机营养成分各有哪些物质？
试简要说明。
无机营养成分包括______________；有机营养成分包括________________等物质。
答案：
水分、无机盐 小分子糖类、氨基酸、核苷酸
【误区警示】
激素比例与分化的关系
适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根，适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽，比例适中诱导产生愈伤组织。
（图示如下）：
1．（2018·广州模拟）如图表示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，而叶肉细胞具有叶绿素，这是基因____________的结果。
解析：
（1）要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。
营养物质包括无机物和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和生长素两类植物激素。
（2）植物组织培养过程依据的原理是植物细胞的全能性。
A是脱分化过程，B是再分化过程，两者均进行有丝分裂，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞分化等。
（3）植物组织培养过程需要无菌操作，主要是指对培养基进行灭菌消毒。
再分化阶段需要光照，原因是在此过程中芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。
（4）试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶肉细胞具有叶绿素，这是基因选择性表达的结果。
答案：
（1）无机物 生长素
（2）植物细胞的全能性 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
2．下面为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，请据图回答问题。
（1）若运用传统有性杂交（即用番茄、马铃薯杂交）能否得到可育的杂种植株？
为什么？
_________________________________________
__________________________________________________________。
（2）在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，运用的技术手段是________，依据的原理是________________，其中过程②称为________技术，与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为________，过程④相当于________，过程⑤涉及的细胞分裂方式为________。
（3）已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于________倍体植株。
（4）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，将柴油树细胞培养进行到________（填字母编号）阶段即可。
【解析】
（1）番茄和马铃薯属于两种植物，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。
（2）过程②是把a、b两个原生质体融合在一起，所以称为原生质体融合。
过程③是在融合的原生质体外再生一层细胞壁，而细胞壁的形成与高尔基体有关。
过程④的结果是形成了愈伤组织，所以④为脱分化。
（3）“番茄—马铃薯”属于异源多倍体中的异源六倍体。
（4）柴油是植物细胞的代谢产物，要实现其工业化生产需将柴油树细胞培养到愈伤组织，然后进行提取。
【答案】
（1）不能。
不同种的植物存在生殖隔离
（2）植物组织培养 植物细胞的全能性 原生质体融合 高尔基体 脱分化 有丝分裂 （3）六 （4）e
【解题归纳】
植物有性生殖与体细胞杂交中遗传物质不同
（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，其基因型为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，因此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）植物有性生殖：
有性生殖的子代细胞中染色体数为X＋Y、基因型为AbcD或abcD或Abcd或abcd，即先减半再相加。
考点二 植物细胞工程的实际应用
1．植物繁殖的新途径（连线）
2．作物新品种的培育
3．（2018·咸阳模拟）下图列举了几种植物的育种方式，请据图回答相关问题。
（1）甲育种方式称为____________。
（2）通过丁种方式可以获得脱毒苗，培养过程中c常取用茎尖的原因是____________。
（3）丙方式将外源目的基因导入受体植物细胞，最常采用的方法是________________。
（4）甲、丙两种育种方式与传统杂交育种相比，其优点是____________________________。
【解析】
（1）由a、b两种细胞通过一定的技术手段获得c，属于植物体细胞杂交。
（2）植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至没有病毒，因此常用茎尖组织培养技术获得脱毒苗。
（3）将外源基因导入受体植物细胞的方法，最常用的是农杆菌转化法。
（4）植物体细胞杂交和基因工程都能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍，而传统杂交育种由于生殖隔离而不能实现种间杂交。
【答案】
（1）植物体细胞杂交
（2）茎尖不带病毒或者病毒极少
（3）农杆菌转化法
（4）能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍
4．DHA对脑神经发育至关重要。
以A、B两种单细胞真核藻为亲本，利用细胞融合技术选育高产DHA融合藻。
两种藻特性如下表。
亲本藻
优势代
谢类型
生长速率
（g/L·天）
固体培养基
上藻落直径
DHA含
量（‰）
A藻
自养
0.06
小
0.7
B藻
异养
0.14
大
无
据表回答：
（1）选育的融合藻应具有A藻__________与B藻________的优点。
（2）诱导融合前需用纤维素酶处理两种藻，其目的是获得________。
（3）通过以下三步筛选融合藻，步骤____________可淘汰B藻，步骤__________可淘汰生长速率较慢的藻落，再通过步骤________获取生产所需的融合藻。
步骤a：
观察藻落的大小
步骤b：
用不含有机碳源（碳源——生物生长的碳素来源）的培养基进行光照培养
步骤c：
测定DHA含量
（4）以获得的融合藻为材料进行甲、乙、丙三组试验，结果如下图。
①甲组条件下，融合藻产生[H]的细胞器是__________；丙组条件下产生ATP的细胞器是__________。
②与甲、丙两组相比，乙组融合藻生长速率较快，原因是在该培养条件下__________________。
甲、乙两组DHA产量均较高，但实际生产中往往采用甲组的培养条件，其原因是__________________。
（1）关键知识：
酶的专一性、光合作用、细胞呼吸等。
（2）图表信息：
表格内含A藻、B藻各自的优点，坐标图内含融合藻在不同培养条件下的生长速率和DHA含量。
【解析】
（1）A藻的优点是产生DHA和自养特性（不需要添加有机物可降低成本），B藻的优点是快速生长。
（2）纤维素酶可破坏细胞壁获得原生质体。
（3）B藻是异养生物，使用不含有机碳源的培养基进行光照即可将其淘汰；观察菌落大小，可淘汰A藻；再通过测定DHA含量可获取生产所需的融合藻。
（4）①甲组条件下，融合藻既可进行光合作用，又可进行细胞呼吸，故产生[H]的细胞器是叶绿体和线粒体；丙组条件下融合藻仅进行细胞呼吸，故产生ATP的细胞器是线粒体。
②乙组培养基上有葡萄糖，可异养，又有光照，可自养，故比甲、丙组生长速率快；甲组是光能自养，不需要添加葡萄糖，能降低成本，也可防止其他杂菌生长，所以常用于实际生产中。
【答案】
（1）产生DHA，自养特性 快速生长
（2）原生质体 （3）b a c
（4）①线粒体、叶绿体 线粒体 ②融合藻既能光能自养又能异养 融合藻利用光能和简单的无机物即能生长，不需要添加葡萄糖，可降低成本，也可防止杂菌生长
考点三 动物细胞培养和核移植技术
1．动物细胞培养——动物细胞工程技术的基础
（1）原理：
细胞增殖。
（2）过程：
（3）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，还需加入血清、血浆等一些天然成分。
③温度和pH：
适宜温度为36.5±0.5_℃（哺乳动物），pH为7.2～7.4。
④气体环境：
95%空气加5%CO2（维持培养液的pH）。
（4）应用：
生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。
2．动物体细胞核移植技术和克隆动物
（1）原理：
动物体细胞核具有全能性。
（2）动物体细胞核移植技术的过程：
（3）结果：
获得与供体遗传物质基本相同的个体。
（4）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。
⑤用于组织器官的移植。
（5）存在问题：
成功率低、克隆动物存在健康问题、动物食品的安全性问题等。
（选修3P44“寻根问底”）胰蛋白酶处理动物组织，对细胞的消化有两种情况：
（1）短时间内________（填“会”或“不会”）被消化，原因是______________________________________。
（2）长时间后细胞________（填“会”或“不会”）被消化，原因是________________________________。
答案：
（1）不会 细胞表面具有糖蛋白，对细胞具有一定的保护作用
（2）会 细胞表面糖蛋白的保护作用是有限的；细胞膜的主要成分包括磷脂和蛋白质，蛋白质可被胰蛋白酶水解
【误区警示】
动物细胞培养和核移植技术的理解误区
（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）核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本可能不同：
①克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本，与植物组织培养不同（来自一个亲本），即克隆动物遗传物质来自两个亲本。
②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。
③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。
5．（2018·济南模拟）回答下列有关动物细胞培养的问题：
（1）在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面________时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的________。
此时，瓶壁上形成的细胞是______层的。
要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是________。
（2）随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现________现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成________细胞，该种细胞的黏着性________，细胞膜表面糖蛋白的量________。
（3）现用某种大分子染料对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不被染色，原因是________________________________
__________________________________________________________。
（4）检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用分裂________期的细胞在显微镜下进行观察。
（5）在细胞培养过程中，通常在________条件下保存细胞。
因为在这种条件下，细胞中________的活性降低，细胞________的速率降低。
（6）给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作________进行攻击。
解答本题需要明确两点：
（1）动物细胞培养过程及各阶段的细胞特点。
（2）细胞结构、代谢及增殖的相关知识。
【解析】
（1）在动物细胞培养过程中，细胞会表现出接触抑制现象，此时瓶壁上是单层细胞。
用胰蛋白酶可以使贴壁细胞从瓶壁上分离下来。
（2）随着细胞传代培养代数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现衰老甚至死亡的现象，但有些细胞会因遗传物质改变而获得不死性，等同于癌细胞，细胞表面糖蛋白减少，细胞之间的黏着性降低。
（3）由于活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，而死细胞的细胞膜丧失选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而使其着色。
（4）由于中期染色体形态固定、数目清晰，因此检测有毒物质是否能改变细胞染色体数目，最好选用分裂中期的细胞在显微镜下进行观察。
（5）由于在冷冻、超低温或液氮环境下，细胞中酶的活性降低，细胞新陈代谢的速率降低，因此通常在此条件下保存细胞。
（6）皮肤移植后，机体把移植的皮肤组织当作抗原进行攻击，发生排斥现象。
【答案】
（1）相互接触 接触抑制 单（或一） 胰蛋白酶
（2）衰老甚至死亡 不死性 降低 减少
（3）活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内（或死细胞的细胞膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而使其着色）
（4）中 （5）冷冻（或超低温、液氮） 酶 新陈代谢
（6）抗原
6．（2016·新课标全国卷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________________________________。
【解析】
（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。
【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
考点四 动物细胞融合与单克隆抗体
1．植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
2.单克隆抗体
（1）制备过程
（2）杂交瘤细胞的特点：
既能无限增殖，又能产生单一抗体。
（3）优点：
特异性强、灵敏度高，并可能大量制备。
（4）用途：
作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。
【误区警示】
单克隆抗体制备的关键环节
（1）取相应B淋巴细胞前必须先注射相应抗原，否则不能获得单克隆抗体。
（2）细胞融合后需经两次筛选。
第一次：
在特定的选择培养基上，未融合的亲本细胞（B淋巴细胞和骨髓瘤细胞）和融合的具有同种核的细胞（BB融合细胞、瘤瘤融合细胞）都会死亡，只有融合的杂种细胞（杂交瘤细胞）才能生长。
这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体。
第二次：
经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞（很多种杂交瘤细胞），需经克隆化培养和抗体检测，经筛选后才可获得足够数量的、能分泌所需抗体的细胞。
7．如图所示为动物细胞培养过程中，动物细胞增殖情况的变化曲线（图中B、D两点表示经筛选后继续培养），请据图回答下面的问题：
（1）OA段的培养称为______培养，AB段可能发生了________现象，需要用______酶处理，以使组织细胞分散开来。
（2）动物细胞培养和植物组织培养过程中，就细胞增殖、分化来说，动植物细胞都要进行________，不同的是植物细胞还要进行________。
（3）为制备单克隆抗体，需将________注射到小鼠体内，以此获取________细胞，同时可选取图中________点的细胞与该细胞融合形成杂交细胞，所选取细胞的细胞膜上的________比正常细胞显著减少。
为筛选出能够产生单克隆抗体的杂交细胞，可用________培养基达到目的。
【解析】 据图中不同阶段细胞的增殖代数可知，AB段细胞不再增殖，但此时细胞仍有增殖能力，所以此时可能发生了接触抑制，故OA段为原代培养；D点细胞增殖代数达到了60次以上，故此时细胞发生了癌变，获得了无限增殖的能力。
【答案】
（1）原代 接触抑制 胰蛋白
（2）增殖或分裂 脱分化和再分化
（3）抗原 浆 D 糖蛋白 选择
8．（2018·南昌模拟）下图表示抗人体胃癌的单克隆抗体的制备过程，据图及所学知识回答下列问题：
（1）图中实验小鼠注射的甲是________，从小鼠的________（免疫器官）中获得了相应的B淋巴细胞。
（2）诱导细胞融合使用的物理方法有__________（至少答出两种），不同于诱导植物原生质体融合的技术手段是利用________诱导细胞融合。
（3）用________对乙筛选，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞均不能生长，只有融合的________才能生长，这种细胞的特点是________________________________。
【解析】
（1）实验小鼠注射的甲是能与抗人体胃癌的抗体特异性结合的抗原，即胃癌抗原，注射抗原后应该从小鼠的脾脏中获得相应的B淋巴细胞。
（2）诱导细胞融合使用的物理方法有离心、振动、电激等；诱导动物细胞融合不同于诱导植物原生质体融合的技术手段是利用灭活的病毒诱导细胞融合。
（3）用特定的选择培养基对融合后的细胞进行筛选，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞均不能生长，只有融合的杂种细胞才能生长，这种细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体。
【答案】
（1）特定的抗原（胃癌抗原） 脾脏
（2）离心、振动、电激（两种即可） 灭活的病毒
（3）特定的选择培养基 杂种细胞（或杂交瘤细胞） 既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体
【解题归纳】
（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）杂交瘤细胞特点：
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，从而可以克服单纯B淋巴细胞不能无限增殖的缺点，而大量生产单克隆抗体。
[构建知识网络]
[必背答题语句]
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。
练真题[感悟高考 展示规律]
1．（2015·安徽理综）科研人员采用转基因体细胞克隆技术获得转基因绵羊，以便通过乳腺生物反应器生产人凝血因子Ⅸ医用蛋白，其技术路线如图。
（1）由过程①获得的A为________。
（2）在核移植之前，必须先去掉受体卵母细胞的核，目的是____________________。
受体应选用________期卵母细胞。
（3）进行胚胎移植时，代孕母羊对移入子宫的重组胚胎基本上不发生________，这为重组胚胎在代孕母羊体内的存活提供了可能。
（4）采用胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆，理论上可获得无限个转基因绵羊，这是因为_________________________。
解析：
（1）在基因工程中，构建基因表达载体后才能将目的基因导入受体细胞。
（2）核移植技术选用的成熟卵母细胞处于减数第二次分裂中期（MⅡ中期），需去掉细胞核以保证得到的克隆动物的核遗传物质来自于含目的基因的成纤维细胞。
（3）胚胎移植时受体动物对移入的胚胎基本不发生免疫排斥反应，这为胚胎的存活提供了可能。
（4）由于整合有目的基因的胎儿成纤维细胞具有增殖能力，可进行传代培养，所以理论上可利用动物细胞培养技术和核移植技术，获得无限个转基因绵羊。
答案：
（1）含目的基因的表达载体
（2）保证核遗传物质来自含目的基因的成纤维细胞 MⅡ
（3）免疫排斥反应
（4）整合有目的基因的成纤维细胞可进行传代培养
2．（2014·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。
回答下列问题：
（1）制备融合所需的B淋巴细胞时，所
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