届高三一轮复习备考生物苏教专版讲义第十单元 现代生物科技专题 第36讲 Word版含答案.docx

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届高三一轮复习备考生物苏教专版讲义第十单元现代生物科技专题第36讲Word版含答案

第36讲　细胞工程

[考纲要求]　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）。

4.生物技术中的伦理问题（Ⅰ）。

考点一　植物细胞工程

1．细胞工程

（1）操作水平：

细胞的水平或细胞器的水平。

（2）目的：

按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产物。

2．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）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。

3．植物组织培养技术

（1）原理：

植物细胞具有全能性。

（2）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）过程

（3）意义：

克服了远缘杂交不亲和的障碍。

5．植物细胞工程的应用

（1）植物组织培养技术的应用

①快速繁殖：

利用组织培养技术繁殖植物，不受季节和恶劣天气的影响，提高了生产效率；属于无性繁殖手段，可以保持优良植物品种的遗传特性。

②培育无病毒植物：

采用培养茎尖生长点的方法或结合热处理法，通过组织培养除去绝大多数植物的病毒。

③人工种子

a．人工种子的制备：

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。

b．优点：

不受环境因素的制约，繁殖速度快，可以解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。

（2）植物细胞培养技术的应用

①植物细胞代谢产物的工厂化生产：

即利用植物细胞培养技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。

1．有关细胞全能性与组织培养的判断

（1）棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性（　√　）

（2）植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性（　×　）

（3）在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化（　×　）

（4）愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的（　×　）

（5）经植物组织培养得到的胚状体用人工薄膜包装后可得到人工种子（　√　）

2．有关植物体细胞杂交技术的判断

（1）利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞进行诱导融合（　×　）

（2）用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性（　×　）

（3）再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志（　√　）

（4）培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交（　×　）

据图分析植物体细胞杂交过程

（1）植物体细胞杂交依据的生物学原理是什么？

提示　细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。

（2）如何根据细胞膜表面荧光判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的？

提示　融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光。

（3）若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含有多少条染色体？

提示　2（m＋n）条。

（4）若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于几倍体植株？

提示　单倍体植株。

命题点一　植物组织培养过程的分析

1．某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。

下列有关叙述错误的是（　　）

A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害

B．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞

C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控

D．生根时，培养基通常应含α－萘乙酸等生长素类调节剂

答案　B

解析　植物组织培养中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对培养材料的伤害，A项正确；植物体细胞的杂交需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞，B项错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，C项正确；植物组织培养过程中，生根阶段的培养基中通常应含有生长素类调节剂，D项正确。

2．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是（　　）

A．该途径依据的原理是植物细胞具有全能性

B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例

C．经过程①细胞的形态和结构未发生变化

D．过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖

答案　B

解析　细胞全能性以细胞发育成个体为标志，而图中并没有形成完整植物体，A项错误；过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，B项正确；过程①是脱分化，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，成为高度液泡化的薄壁细胞，C项错误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D项错误。

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

命题点二　植物细胞工程的综合应用

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：

（1）外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为________________________________________。

（2）在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如下图所示。

细胞干重在12d后下降的原因有___________________________；培养液中蔗糖的作用是________________、________________。

（3）多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。

二倍体愈伤组织细胞经________________处理，会产生染色体加倍的细胞。

为检测愈伤组织细胞染色体数目，压片前常用纤维素酶和________酶解离愈伤组织。

若愈伤组织细胞（2n）经诱导处理后，观察到染色体数为8n的细胞，合理的解释是_________________、______________________________。

答案　

（1）脱分化　

（2）蔗糖浓度下降，pH降低　提供能源　调节渗透压　（3）秋水仙素（低温）　果胶　经加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期　经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期

解析　

（1）外植体经诱导形成愈伤组织的过程称为脱分化。

（2）观察图示可知，12d后蔗糖浓度和pH都下降到较低水平，影响能量的供应和酶的活性，导致细胞干重下降。

另外，培养液中的蔗糖还具有调节渗透压的作用。

（3）在细胞分裂过程中，用低温或秋水仙素处理，都可抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向两极，从而使细胞中染色体数目加倍。

愈伤组织的细胞之间含有纤维素和果胶，欲将其分散成单个细胞，压片前需用纤维素酶和果胶酶处理。

愈伤组织细胞经诱导处理后，有的细胞染色体数目加倍（4n），有的细胞染色体数目未加倍（2n），也可能有的细胞在连续分裂中每次都因低温或秋水仙素抑制了纺锤体的形成，导致细胞中染色体数目连续加倍，出现染色体数目为8n的细胞。

所以染色体数目加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期时染色体数目为8n，染色体数目加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期时染色体数目也为8n。

4．利用相关工程技术可以获得抗黑腐病杂种黑芥—花椰菜植株，已知野生黑芥具有黑腐病的抗性基因，而花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，技术人员用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力，再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，流程如下图。

据图回答下列问题：

（1）该过程用到的工程技术有________________和________________。

（2）过程①所需的酶是_____________________，过程②PEG的作用是________________，经过②操作后，需筛选出融合的杂种细胞，显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体存在可作为初步筛选杂种细胞的标志。

（3）原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，其作用是_______。

原生质体经过细胞壁再生，进而分裂和脱分化形成_______________________________。

（4）若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和双亲植株的根尖，制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的______________；将杂种植株栽培在含有________________的环境中，可筛选出具有高抗性的杂种植株。

答案　

（1）植物体细胞杂交　植物组织培养　

（2）纤维素酶和果胶酶　促进原生质体的融合　（3）保持原生质体完整性　愈伤组织　（4）形态和数目　黑腐病菌

解析　

（1）据图可知，该流程图表示先去掉两种植物细胞的细胞壁，然后诱导融合获得杂种细胞，通过植物组织培养获得杂种植株，该过程是植物体细胞杂交。

（2）植物细胞细胞壁的成分是纤维素和果胶，因此采用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁；聚乙二醇（PEG）的作用是促进原生质体的融合。

（3）去掉细胞壁后获得的原生质体需要放在适宜浓度的甘露醇溶液中，保持原生质体完整性，避免失水或吸水；在植物组织培养中，经过脱分化后形成愈伤组织。

（4）由于染色体在显微镜下能看见，因此可以制作临时装片，观察染色体的形态和数目，以确定是否发生染色体变异；对杂种植物进行鉴定最简单的方法是从个体水平上进行检测，即接种黑腐病菌，观察植物的性状。

植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法

（1）诱导产生的细胞（假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B）

①未融合的细胞：

A和B。

②两两融合的细胞：

AA、BB和AB。

③多细胞融合体。

（2）检测方法：

对诱导产生的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。

①若得到的是一种植物的性状，说明是未融合细胞得到的植物。

②若得到的是具有两种亲本性状的植物，说明是杂种植株。

③若得到的是具有两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得到加强，则是多细胞融合体。

④若得到的是一种植物的性状且效果得到加强，则是同种细胞融合的结果。

考点二　动物细胞培养与核移植技术及生物技术中的伦理问题

1．动物细胞培养

（1）动物细胞的培养过程

（2）动物细胞培养与动物组织培养的主要区别：

动物细胞培养过程需要用胰蛋白酶等处理组织块，以使细胞离散，而动物组织培养过程中不需要使用胰蛋白酶等。

（3）培养条件

①环境条件：

无菌、温度适宜和营养充足、pH适宜等。

②培养基种类

a．天然培养基：

主要取自动物血清、动物组织提取液和鸡胚汁等，其特点是营养价值高、成分复杂。

b．合成培养基：

人工配制的，其成分明确，便于控制实验条件，使用时需加入动物血清。

（4）培养类型

①原代培养：

从供体获取组织与细胞后的初次培养。

②传代培养：

将原代培养的细胞分离稀释后转入新的培养瓶中继续培养，培养代数一般在10～50代左右。

2．动物细胞核移植与体细胞克隆

（1）动物体细胞核移植技术的过程

（2）原理：

动物体细胞核具有全能性。

（3）结果：

产生新个体。

（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。

3．关注克隆人的伦理问题

反　对

支　持

伦理方面

违反了人类的伦理道德观念，中国禁止生殖性克隆

中国不反对治疗性克隆

技术方面

技术不成熟，流产率高、畸形率高、出生后死亡率高

可通过胚胎分级、基因诊断、染色体检查等方法解决技术问题

深化拓展　治疗性克隆与生殖性克隆

　　类型

项目　　

治疗性克隆

生殖性克隆

区别

目的

从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗

用于生育，获得人的复制品

水平

细胞水平

个体水平

联系

都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息不变

1．有关动物细胞培养的判断

（1）制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理（　×　）

（2）肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸（　×　）

（3）在25℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养（　×　）

（4）培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞（　×　）

（5）克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变（　×　）

（6）二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的（　×　）

2．有关动物细胞核移植与体细胞克隆的判断

（1）动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞（　×　）

（2）克隆动物的性状与供体动物完全相同（　×　）

（3）与“多莉”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植（　√　）

（4）用于核移植的供体细胞一般都选用10代以内的培养细胞（　√　）

（5）中国政府禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆（　√　）

如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线，图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。

据图分析：

（1）原代培养和传代培养的分界点是哪个？

提示　B点之前的培养称为原代培养，之后的培养称为传代培养。

（2）AB段和DE段繁殖速度缓慢的原因是什么？

提示　AB段发生了接触抑制；DE段细胞大部分衰老失去分裂能力。

（3）E点后的细胞大多数具有异倍体核型，这样的细胞有什么特点？

提示　E点后的细胞属于细胞系，能无限增殖。

命题点一　动物细胞培养过程的分析

1．（2018·太原第五中学月考）下列有关动物细胞培养的叙述，正确的是（　　）

A．动物细胞培养过程中，可用胃蛋白酶处理使细胞分散开

B．通过动物细胞培养获得大量细胞，可证明动物细胞具有全能性

C．动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础

D．动物细胞培养选用的培养材料大多是动物的受精卵

答案　C

解析　动物细胞培养过程中，应用胰蛋白酶处理使细胞分散开，A项错误；通过动物细胞培养获得大量细胞，没有获得完整个体，不能证明动物细胞具有全能性，B项错误；动物细胞培养选用的培养材料大多取自动物胚胎或出生后不久的幼龄动物的组织或细胞，D项错误。

2．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。

要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，用到的酶是____________。

（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获得________，该种细胞的黏着性________，细胞膜表面蛋白质（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______________速率降低。

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着色）　（4）中　（5）冷冻（或超低温、液氮）　酶　新陈代谢

解析　

（1）细胞接触抑制是指细胞表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖的现象。

基于上述特性，瓶壁上形成的细胞是单层排列的。

需要用胰蛋白酶将贴壁的细胞从瓶壁上分离下来。

（2）随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现衰老甚至死亡现象，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不死性细胞。

该种细胞由于细胞表面糖蛋白减少，其黏着性降低。

（3）活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能通过，所以活细胞不被染色；死细胞的细胞膜失去了选择透过性，大分子染料可以通过，所以死细胞能被大分子染料染色。

（4）有丝分裂中期时染色体的着丝点排列在赤道板上，染色体形态固定、数目清晰，是观察染色体数目的最佳时期。

（5）在细胞培养过程中，通常在冷冻（或超低温、液氮）条件下保存细胞。

因为在这种条件下，细胞中酶的活性降低，细胞新陈代谢的速率降低。

动物细胞培养的2个易错点

（1）动物细胞培养时选用动物胚胎或出生后不久的幼龄动物组织或器官进行细胞培养，因为其分化程度低，增殖能力强，更易于培养。

（2）动物细胞培养时加入CO2的主要作用是维持培养液的pH；O2的作用是促进细胞有氧呼吸。

命题点二　动物体细胞核移植过程的分析

3．如图是某克隆羊培育过程模式图，试分析获得该克隆羊的生殖方式、该克隆羊的基因型以及该克隆羊发育成熟时所分泌的性激素依次是（　　）

A．无性生殖、Aa、雌性激素

B．无性生殖、aa、雄性激素

C．有性生殖、aa、雄性激素

D．有性生殖、AA、雌性激素

答案　B

解析　克隆羊是利用了细胞核移植技术，其生殖方式为无性生殖；该克隆羊继承了B羊的全部的细胞核基因和A羊的细胞质基因，因此其基因型为aa；由于B羊为雄性，因此该克隆羊亦为雄性，故该克隆羊发育成熟时分泌的性激素是雄性激素，故B项正确。

4．克隆羊的成功轰动世界，它不仅奠定了疾病克隆性治疗的基础，又解决了器官移植中供体不足的问题，同时也给人类带来了一些过去尚未遇到的问题。

下图为人类对克隆羊技术的拓展和应用，请据图回答：

（1）图中所涉及的现代生物技术有____________________________________________

和____________________等。

若让动物1能够产生出人体胰岛素，还需要的技术是________________________________________________________________________。

（2）图中两个克隆动物长大后，各方面特征与雄性动物相同，这说明____________具有全能性。

（3）使用培养基进行胚胎干细胞培养时，培养基中除了加入一些必要的营养成分外，通常要加入____________等天然成分，除了保证被培养细胞处于无菌、无毒及充足氧气的环境中，还需要保证细胞生活所需的____________。

（4）图中“从内细胞团到胚胎干细胞”的培养过程中，一般用____________处理内细胞团，使之分散成单个细胞。

答案　

（1）动物细胞核移植　胚胎移植（或胚胎分割）　基因工程（或DNA重组技术）　

（2）体细胞核　（3）动物血清　温度和pH　（4）胰蛋白酶

解析　

（1）将细胞核与去核的卵母细胞构建成重组细胞，采用了动物细胞核移植技术；将重组细胞培养成早期胚胎，采用了早期胚胎培养技术；将早期胚胎移植到代孕母体，采用了胚胎移植技术；从早期胚胎中分离出内细胞团，进而培育成胚胎干细胞，离不开动物细胞培养技术和胚胎干细胞培养技术的支持；早期胚胎分为胚胎1和2，运用了胚胎分割技术。

若让动物1能够产生出人体胰岛素，需要借助基因工程技术将人的胰岛素基因导入相应的受体细胞，进而培育成转基因动物1。

（2）克隆动物的培育成功，说明动物体细胞核具有全能性。

（3）使用培养基进行胚胎干细胞培养时，由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，所以培养基中除了加入一些必要的营养成分外，通常要加入动物血清等一些天然成分。

除了保证被培养细胞处于无菌、无毒及充足氧气的环境中，还需要保证细胞生活所需的温度和pH。

（4）从“内细胞团到胚胎干细胞”的培养过程中，会出现细胞的“接触抑制”现象，因此常用胰蛋白酶处理内细胞团，使之分散成单个细胞。

动物细胞核移植技术中的3个易错点

（1）动物细胞核移植技术，体现了动物细胞核的全能性而非细胞的全能性。

（2）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。

（3）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克隆动物线粒体中的DNA来自去核卵（母）细胞；②性状受环境的影响；③在个体发育过程中有可能发生基因突变。

命题点三　生物技术的伦理问题辨析

5．克隆羊多利的问世，在全世界引发了一场大讨论，其中关于治疗性克隆的问题也成为人们关注的焦点。

如图所示为人类治疗性克隆的大概过程，请据图回答下列问题：

（1）过程A表示____________，是目前实现体细胞克隆的关键技术，该技术的主要操作是应用患者的体细胞作为核供体，由①________________提供细胞质，进行人工重组。

（2）经过程B得到的结构中，④是未分化的细胞，因而这些细胞被认为是胚胎干细胞。

在体外培养条件下，胚胎干细胞具有增殖能力并保持________________________状态。

（3）治疗性克隆的结果说明高度分化的体细胞核具有______________。

相同的胚胎干细胞，“克隆”的结果各种各样，如有的是神经细胞，有的是血细胞，有的是肌肉细胞，究其本质原因是____________________________的结果。

（4）对于治疗性克隆仍然存在许多争论，有一男子患有白血病，后经医生利用其出生时保留的脐带血进行治疗后康复，你认为这种做法符合伦理道德吗？

____________。

为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）细胞核移植　卵子（次级卵母细胞）

（2）未分化（3）全能性　基因选择性表达

（4）符合　因为脐带血不是来自于胚胎，其中的造血干细胞属于成体干细胞

解析　

（1）从图中可以看出，A是细胞核移植的过程。

（2）胚胎干细胞在体外培养的时候，能保持未分化状态。

（3）在现有的条件下，动物细胞的全能性不能得到表达，但是动物细胞核的全能性可以表达出来；在分化成各种细胞的过程中，基因进行了选择性表达。

（4）我们不支持生殖性克隆，但支持治疗性克隆。

治疗性克隆符合伦理道德，特别是用脐带血进行治疗（并非胚胎）更符合伦理道德。

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）概念：

在一定的条件下将两个或多个动物细胞融合为一个细胞的过程，也称细胞杂交。

（2）融合方法：

聚乙二醇（PEG）、灭活的病毒或电激等。

（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，为制造单克隆抗体开辟了新途径。

深化拓展　植物体细胞杂交与动物细胞融合比较

项目

植物体细胞杂交

动物细胞融合

培养条件

营养物质（水、无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等）、