高考生物一轮复习第十一单元现代生物科技专题第36讲细胞工程学案.docx

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高考生物一轮复习第十一单元现代生物科技专题第36讲细胞工程学案

第36讲　细胞工程

1．植物的组织培养（Ⅱ）　2.动物细胞培养与体细胞克隆（Ⅱ）　3.细胞融合与单克隆抗体（Ⅱ）

　植物的组织培养与植物体细胞杂交

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进程。

（选修3P36“小知识”改编）固体培养基中的无机营养成分包括______________；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　

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

①去壁：

酶解法，所用酶为纤维素酶和果胶酶。

②诱导原生质体融合：

物理法——离心、振动、电激等；化学法——常用聚乙二醇（PEG）作诱导剂。

③植物体细胞杂交成功的标志：

杂种细胞再生出细胞壁。

④优点：

克服不同生物远缘杂交的障碍。

⑤变异类型：

染色体变异。

5．植物细胞工程的实际应用

（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。

下图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，据图分析回答下列问题：

（1）图中②过程依据的原理是_______________________________________________。

（2）植物体细胞融合成功的标志是______________，其产生与细胞内________（细胞器）有关。

（3）③和④过程分别是________________的过程。

该杂种植物有________个染色体组。

（4）该杂种植株理论上________（填“可育”或“不可育”）。

答案：

（1）细胞膜具有流动性　

（2）形成新的细胞壁　高尔基体　（3）脱分化和再分化　四　（4）可育　

考向1　植物组织的培养过程

1．（2018·江西上高二中调研）蓝莓中富含的花青素能有效地改善视力，下面为科学家利用植物组织培养的方法，大量培养蓝莓具体流程的文字图解。

请回答下列问题：

蓝莓组织

愈伤组织

长出丛芽

生根

移栽成活

（1）用于离体培养的蓝莓组织叫做________，该技术的原理是________________________________________________________________________。

（2）配制MS培养基时，应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质，蔗糖除作为碳源外，还具有____________________________的功能。

常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基，这三种培养基的主要差异是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）图中蓝莓组织要经过消毒处理后才能进行培养。

其①过程中，细胞的分化程度会________（填“升高”“降低”或“不变”）。

（4）愈伤组织经过②③过程重新分化成根或丛芽的过程叫________。

（5）蓝莓花青素在60℃以下的热稳定性较好，将含花青素的粗品经真空干燥（可使水的沸点降低40℃）制成成品。

采用该方法的主要原因是________________________________________________________________________。

解析：

（1）植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，用于离体培养的组织叫做外植体。

（2）配制MS培养基时，应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质，蔗糖除作为碳源外，还具有提供能量和维持渗透压的功能。

常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基，这三种培养基的主要差异是生长素和细胞分裂素的用量及比例不同。

（3）图中①过程是脱分化形成愈伤组织的过程，高度分化的细胞恢复分裂能力，则分化程度降低。

（4）图中②③过程是愈伤组织经过再分化形成丛芽或根的过程。

（5）含花青素的粗品经真空干燥（可使水的沸点降低40℃）制成成品，采用该方法的主要原因是避免（干燥时温度过高导致）花青素分解。

答案：

（1）外植体　植物细胞具全能性

（2）提供能量和维持渗透压　生长素和细胞分裂素的用量及比例不同

（3）降低

（4）再分化

（5）避免（干燥时温度过高导致）花青素分解

2．（2018·安徽芜湖质检）下图为A、B两种二倍体植物体细胞杂交过程示意图，请据图回答：

（1）步骤①的方法是________________________________________________________。

步骤②常用的化学试剂是_________________________________________________________，

之后________（是/否）需要筛选。

（2）在利用杂种细胞培育成为杂种植物的过程中，运用的技术手段是________________________________________________________________________，

其中步骤④是________。

植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植物，与A、B两种植物相比，该杂种植物是新物种的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）培育该杂种植物的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔遗传规律？

为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）图为植物体细胞杂交过程示意图，其中①表示去壁获取原生质体的过程，常用酶解法，即用纤维素酶和果胶酶处理；②表示人工诱导原生质体融合，常用的化学试剂是聚乙二醇（PEG），诱导后形成的两两融合的原生质体有三种，所以需要进行筛选。

（2）图中③表示再生出新细胞壁的过程，杂种细胞通过植物组织培养技术培育成为杂种植物，过程④表示脱分化；⑤表示再分化过程。

图中获得的杂种植物与A、B两种植物间均存在生殖隔离，所以是新物种。

（3）图示为植物体细胞杂交过程，没有经过不同配子的结合，所以不属于有性生殖，因此该过程中遗传物质的传递不遵循孟德尔遗传规律。

答案：

（1）酶解法　聚乙二醇　是

（2）植物组织培养技术　脱分化　该杂种植株与A、B两种植物间均存在生殖隔离

（3）不遵循，该过程不属于有性生殖

（1）植物组织培养中生长素和细胞分裂素的比值与效果

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

（2）植物组织培养中光照的使用

脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。

考向2　植物体细胞杂交过程

3．（2018·长春模拟）为培育出含β胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出以下两套培育方案。

请分析回答下列问题：

甲方案：

乙方案：

（1）甲方案中，β胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是________________________________________________________________________。

若研究人员已知β胡萝卜素基因序列，可采用________方法获得β胡萝卜素基因。

②过程中可用____________技术检测水稻体细胞DNA上是否插入了β胡萝卜素基因。

（2）乙方案中，在体细胞杂交前需要用酶除去细胞壁获得原生质体，诱导体细胞融合的化学试剂常用________。

通过⑤获得“黄金大米”幼苗需要经过________________两个过程，依据的原理是___________________________________________________________。

在培养过程中，除了在培养基中添加营养物质外，还需要添加____________。

（3）与传统育种方法相比，甲、乙两套方案共同的优点是

________________________________________________________________________。

答案：

（1）所有生物共用一套遗传密码（密码子）　人工合成　DNA分子杂交　

（2）聚乙二醇　脱分化和再分化　（植物）细胞的全能性　（植物）激素（生长素和细胞分裂素）　（3）克服远缘杂交不亲和的障碍（打破生殖隔离）

考向3　植物细胞工程的应用

4．（2018·湖北武汉调研）应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株，也可加快作物及苗木育种。

下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程：

茎段―→

挑选生长的愈伤组织―→耐盐植株

回答下列问题：

（1）愈伤组织是由离体的茎段经________过程形成的，此时愈伤组织细胞________（填“具有”或“不具有”）细胞的全能性。

（2）对愈伤组织进行了两次处理，处理1中γ射线照射的目的是________________，用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是________________________________________________________________________；

处理2中添加的物质X为________。

（3）植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。

在培育白菜—甘蓝、三倍体无子西瓜、农杆菌转化法获得的抗虫棉中，必须用到植物组织培养技术的是________________________________________________________________________

________________________。

解析：

（1）离体的茎段经过脱分化过程可形成愈伤组织，此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞具有较高的全能性。

（2）图中对愈伤组织进行了两次处理，处理1是用γ射线照射诱发愈伤组织细胞发生基因突变。

愈伤组织细胞分裂能力强，易受到培养条件和外界压力的影响而发生基因突变。

处理2是抗盐接种实验，即在培养基中加入NaCl，适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死亡。

（3）作物育种研究中常用农杆菌转化法将含抗虫基因的Ti质粒导入到植物体细胞中，再利用植物组织培养技术获得抗虫的农作物。

运用细胞工程培育白菜—甘蓝杂种植株，需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。

答案：

（1）脱分化　具有

（2）诱发基因突变　愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发基因突变　NaCl（或盐）

（3）白菜—甘蓝、抗虫棉

　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）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。

（4）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”改编）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

1．（2018·武汉调研）如图为动物细胞培养的基本过程示意图。

请回答下列问题：

（1）容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织，原因是其细胞____________________，易于培养。

培养时先要剪碎，然后用________________________分散细胞，制成B瓶中的细胞悬液。

将细胞悬液转入C瓶中进行的初次培养称为________。

（2）细胞正常培养了一段时间后，发现细胞绝大部分死亡，只有极少数细胞存活，这是因为存活的细胞发生了________，可无限增殖。

目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为________代以内的细胞，以保持细胞正常的________核型。

（3）C、D瓶中的培养液为保证无菌、无毒的环境，需要添加一定量的________。

培养过程中还需要提供O2和CO2等气体环境，CO2的作用主要是________________________________________________________________________。

（4）动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。

如图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。

据图可知，培养________细胞一定要添加血清。

解析：

（1）动物细胞培养的过程：

取动物组织块（或动物胚胎或幼龄动物的器官）→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。

（4）据图可知，培养癌细胞时有无血清影响不大，而培养正常细胞时，有血清时的细胞数远大于无血清时的细胞数，故培养正常细胞必须要添加血清。

答案：

（1）分裂能力强　胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）　原代培养　

（2）基因突变　10　二倍体　（3）抗生素　维持培养液的pH　（4）正常

2．（2018·福建漳州月考）如图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病的过程图解。

请据图回答下列问题：

（1）图中②所示的结构名称是_____________________________________________________。

（2）图中③④所示的生物技术名称分别是________________、________________。

（3）过程③通常用去核的卵母细胞作为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通常用②做受体细胞的原因是_________________________________________。

（5）图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是____________________，该种基因治疗所属类型为____________________。

解析：

（1）①是从供体（患者）体细胞分离出的细胞核，②是从核移植得到的重组细胞A培养形成的早期胚胎中提取的胚胎干细胞。

（2）③表示核移植技术，④表示转基因技术。

（3）核移植的受体细胞一般是卵母细胞，原因是它体积大、易操作，含有供胚胎发育的营养物质，它还含有促进细胞核全能性表达的物质。

（4）早期胚胎中的干细胞分化程度低，全能性高，可诱导分化成各种组织器官。

（5）图示培育出的细胞（胰岛B细胞）核来自患者本人，所以移植后不发生免疫排斥反应；图中所示基因治疗是体外转基因，故所属类型为体外基因治疗。

答案：

（1）胚胎干细胞

（2）核移植技术　转基因技术（基因工程、DNA重组技术、基因拼接技术）

（3）含有促进细胞核全能性表达的物质

（4）这些细胞分化程度极低，具有全能性，可以定向地诱导分化为各类细胞

（5）没有免疫排斥反应　体外基因治疗

（1）核移植时应选MⅡ中期卵母细胞的原因

①此类细胞体积大，易于操作；②卵黄多，营养物质丰富，可为发育提供充足的营养；③卵母细胞的细胞质中存在激发细胞核全能性表达的物质。

（2）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2个亲本。

（3）核移植中供体动物、提供卵母细胞的动物、代孕动物和克隆动物之间的关系：

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。

（4）动物体细胞核移植技术（克隆）从生殖方式的角度看属无性生殖，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。

　动物细胞融合和单克隆抗体

1．动物细胞融合

（1）概念：

两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，也称细胞杂交。

（2）条件：

需要用聚乙二醇（PEG）、灭活的病毒或电激等诱导因素。

（3）原理：

细胞膜的流动性。

（4）结果：

形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。

（5）意义：

突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。

成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段，为制备单克隆抗体开辟了新途径。

2．单克隆抗体

（1）制备原理：

一种浆细胞产生一种抗体，浆细胞在体外不能（填“能”或“不能”）无限增殖；骨髓瘤细胞能无限增殖；浆细胞与骨髓瘤细胞融合得到杂交瘤细胞，既能无限增殖，又能产生特异性抗体。

（2）制备过程

（3）制备单克隆抗体过程中的两次筛选

项目

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能存活，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

（4）优点：

特异性强、灵敏度高，可大量制备。

（5）用途：

作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。

下图为单克隆抗体制备流程（顺序已被打乱），请据图分析：

（1）图中B注射特定抗原的目的是什么？

（2）在获取C细胞的过程中，筛选淘汰了哪些细胞？

（3）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。

答案：

（1）目的是刺激机体发生免疫应答，从而产生效应B细胞（浆细胞）。

（2）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）都会被淘汰，只有融合的杂交瘤细胞（“B瘤”细胞）才能生长。

（3）

1．如图为动物细胞融合示意图，请据图回答下列问题：

（1）图中仙台病毒的作用是___________________________________________。

（2）若仅考虑两两融合，则A细胞和B细胞融合后共有______________________________三种类型。

（3）由杂种细胞形成无性系1、2、3的方法，可以称为______________。

（4）此项技术最重要的应用是________________________________。

解析：

（1）诱导细胞融合需要有促融剂，例如聚乙二醇、仙台病毒等。

（2）若仅考虑两两融合，则A细胞和B细胞融合后共有A—A、A—B、B—B三种类型。

（3）无性繁殖可以称之为克隆。

（4）细胞融合技术最重要的应用是制备单克隆抗体。

答案：

（1）促进细胞融合（作为促融剂）

（2）A—A、A—B、B—B

（3）克隆

（4）制备单克隆抗体

2．（2018·宁夏平罗中学月考）类风湿性关节炎（RA）是一种自身免疫病，致残性强。

研究表明，该病的病理与肿瘤坏死因子α（TNFα）密切相关，而一种人鼠嵌合的抗TNFα单克隆抗体能有效治疗RA。

如图为该单克隆抗体制备过程示意图，请据图回答下列问题：

（1）单克隆抗体的制备涉及细胞工程中的____________、____________技术。

（2）图中的抗原A是____________，HAT培养基的作用是____________。

B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞具有的特点是_______________________________________。

（3）医疗上，把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“________”，借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。

（4）克隆动物是指用____________方法得到的动物。

（5）单克隆抗体的特点是________、________、________。

解析：

（1）单克隆抗体制备涉及动物细胞培养和动物细胞融合技术。

（2）图中刺激免疫动物产生抗TNFα单克隆抗体的抗原是肿瘤坏死因子α（TNFα）。

HAT培养基的作用是筛选出杂交瘤细胞。

杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生特异性抗体。

（3）医疗上，把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“生物导弹”，借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。

（4）克隆动物是指用核移植方法得到的动物。

（5）单克隆抗体的特点是：

特异性强、灵敏度高，并可能大量制备

答案：

（1）动物细胞融合　动物细胞培养

（2）肿瘤坏死因子α（或TNFα）　筛选出杂交瘤细胞　既能大量增殖，又能产生特异性抗体

（3）生物导弹　（4）（动物体细胞）核移植

（5）特异性强　灵敏度高　并可能大量制备

[清一清]

易错点1　不清楚植物脱毒苗培养时选择要求及原理

[点拨]　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。

易错点2　误认为植物组织培养均需