届 一轮复习人教版 细胞工程 学案.docx

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届一轮复习人教版细胞工程学案

2020届一轮复习人教版细胞工程学案

最新考纲

全国卷考情

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）

2018·全国卷Ⅲ（38）、2016·全国卷Ⅱ（40）

考点一　植物细胞工程

1.细胞工程

（1）操作水平：

细胞水平或细胞器水平。

（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品。

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）原理：

细胞内含有本物种的全部遗传信息。

（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。

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）原理：

体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。

（3）过程

（4）意义：

克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。

5.植物细胞工程的实际应用

（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

（3）细胞产物的工厂化生产：

即利用植物组织培养技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等（培养至愈伤组织阶段）

1.（2018·经典高考，改编）如图为细胞融合的示意图，下列①～④的叙述哪些是错误的？

为什么？

①若a细胞和b细胞是植物细胞，需先脱分化再诱导融合

②a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现

③c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性都有关

④c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因

提示　若a细胞和b细胞是植物细胞，需要用酶解法去掉细胞壁后再诱导融合，融合完成后的细胞再经脱分化和再分化培养，故①所述错误；c细胞内有a、b两细胞的遗传物质，但不能同时表达a、b细胞中的所有基因，故④所述错误。

2.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。

（相关数字为染色体数）

（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什么？

图示②过程中可用何种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何种酶除去细胞壁获得原生质体？

诱导其融合的方法有哪些？

（3）通过⑤获得“黄金大米”幼苗需要经过哪两个环节？

这体现了什么原理？

在培养过程中，除了在培养基中添加营养物质外，还需要添加什么物质？

（4）甲、乙方案中获得的“黄金水稻细胞”染色体数分别是多少？

提示　

（1）所有生物共用一套遗传密码。

DNA分子杂交技术。

（2）纤维素酶和果胶酶。

物理法和化学法，物理法包括离心、振动、电激等；化学法一般用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。

（3）脱分化、再分化。

植物细胞的全能性，植物激素（生长素、细胞分裂素等）。

（4）甲：

24（条），乙：

20＋24＝44（条）

1.（2013·全国卷Ⅱ，40）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。

答案　

（1）纤维素　果胶　原生质体　愈伤　再分化（分化）　植物体细胞杂交技术　

（2）由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体　在减数分裂过程中，前者同源染色体联会异常，而后者同源染色体联会正常　（3）胚状体、不定芽、顶芽、腋芽

2.科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了胡萝卜—羊角芹杂种植株，为了便于杂种细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记胡萝卜和羊角芹的细胞膜上的蛋白质，其培育过程如图所示：

请回答下列相关问题。

（1）植物体细胞杂交的生物学原理是___________________________________。

（2）过程①常用　　　　酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。

植物原生质体融合过程常采用的物理方法有　　　　（答出两点即可）；原生质体融合成功的标志是　　　　。

在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，当观察到　　　　时可判断该原生质体是由胡萝卜原生质体和羊角芹原生质体融合而成的。

（3）过程③和过程④分别为　　　　，过程④的培养基中常添加的植物激素有　　　　。

（4）与杂交育种相比，植物体细胞杂交的显著特点是______________________。

解析　

（1）植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞在一定条件下诱导融合成杂种细胞，再利用植物组织培养技术将杂种细胞培育成新的植物体，体现的生物学原理为细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。

（2）植物细胞具有细胞壁，在进行体细胞融合之前需先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，诱导原生质体融合的物理法包括振荡、离心、电激等，化学法一般是用聚乙二醇作为诱导剂来诱导细胞融合。

细胞融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁；由于红色荧光和绿色荧光分别标记于胡萝卜和羊角芹的细胞膜上的蛋白质，故融合的杂种原生质体表面既有红色荧光又有绿色荧光。

（3）由杂种细胞形成愈伤组织的过程为植物组织培养中的脱分化，由愈伤组织形成胡萝卜—羊角芹杂种植株的过程属于再分化。

培养基中需添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。

（4）植物体细胞杂交是将不同种植物的体细胞融合，克服了植物远缘杂交不亲和的障碍或打破了物种间的生殖隔离。

答案　

（1）细胞膜的流动性、植物细胞的全能性　

（2）纤维素酶和果胶　离心、振荡、电激（任意两点均可）　杂种细胞再生出细胞壁　融合的杂种原生质体表面既有红色荧光又有绿色荧光　（3）脱分化和再分化　生长素和细胞分裂素　（4）克服了植物远缘杂交不亲和的障碍（或打破了物种间的生殖隔离）

1.植物组织培养的关键

（1）条件：

离体，一定营养物质，激素（生长素、细胞分裂素）等。

（2）培养基状态：

固体培养基（再分化生根培养基及生芽培养基）

（3）体内细胞未表现全能性的原因：

基因的表达具有选择性。

（4）光照的应用

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。

2.植物激素在植物组织培养中的作用

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）：

3.杂种植物遗传物质的变化

（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。

考点二　动物细胞工程

1.动物细胞培养

（1）原理：

细胞增殖。

（2）培养条件

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）培养过程

（4）应用：

生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。

点悟：

动物细胞培养的2个易错点

（1）动物细胞培养时选用幼龄动物组织或胚胎进行细胞培养，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。

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）过程

（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.动物细胞融合和单克隆抗体的制备

（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：

突破了有性杂交方法的局限，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：

1.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，之后的分瓶培养称为传代培养。

（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点后细胞有何特点？

提示　E点后的细胞大多数具有异倍体核型，能无限增殖（有“细胞系”之称）

2.就“核移植”问题思考：

（1）进行核移植时，为何选用去核的“卵母细胞”？

提示　选用去核卵（母）细胞的原因：

卵（母）细胞比较大，容易操作；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。

（2）（教材P49讨论2解答）用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？

提示　培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。

因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。

1.（2018·全国卷Ⅲ，38）2018年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆，获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。

回答下列问题：

（1）“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指　　　　　　　　。

通过核移植方法获得的克隆猴，与核供体相比，克隆猴体细胞的染色体数目　　　　（填“减半”“加倍”或“不变”）。

（2）哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度　　　　（填“大于”或“小于”）体细胞核移植，其原因是______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

（3）在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，通常，所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目　　　　（填“相同”或“不同”），性染色体组合　　　　（填“相同”或“不同”）。

解析　

（1）动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。

用核移植的方法得到的动物称为克隆动物，与核供体相比，其细胞的染色体数目不变。

（2）由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，所以，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度明显低于体细胞核移植。

（3）哺乳动物雌性和雄性个体的体细胞中常染色体数目相同，所以分别以雌性和雄性个体的体细胞为供体，克隆动物体细胞的常染色体数目相同，但其性染色体组合不同。

答案　

（1）将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中　不变　

（2）小于　胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易　（3）相同　不同

2.动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础。

回答下列有关问题：

（1）进行动物细胞培养时，需先用　　　　酶处理组织块，使其分散成单个细胞。

在培养过程中，悬液中分散的细胞贴附瓶壁生长，称为　　　　。

（2）传代培养的细胞一般传至　　　　代后不易传下去。

在传代培养过程中，某些细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，正在朝着等同于　　　　细胞的方向发展。

（3）动物细胞培养所用的培养基是合成培养基，通常需加入　　　　等一些天然成分。

细胞培养所需的气体主要有　　　　。

（4）进行动物细胞培养时，为了防止污染，常在培养液中加入一定量的　　　　。

培养过程中，为了清除代谢产物，防止其积累对细胞造成危害，应定期　　　　。

答案　

（1）胰蛋白（或胶原蛋白）　细胞贴壁　

（2）10　癌　（3）血清、血浆　O2和CO2　（4）抗生素　更换培养液

1.植物体细胞杂交与动物细胞融合的“同”与“不同”

（1）植物体细胞杂交与动物细胞融合中酶的作用对象不同，纤维素酶和果胶酶作用于细胞壁，而胰蛋白酶等作用于动物细胞间的蛋白质。

（2）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诱导原生质体融合方法相同。

2.单克隆抗体制备过程中两次筛选的比较

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

　　　澄清易混易错·强化科学思维

[易错易混]

易错点1　不清楚动物细胞培养时为何添加抗生素？

为什么定期更换培养液，为何使用胰蛋白酶而不使用胃蛋白酶？

点拨　进行动物细胞传代培养时为防止培养过程中的污染，有必要加抗生素；为防止细胞代谢产物积累，需定期更换培养液，培养过程中分散细胞时不能用胃蛋白酶，因为胃蛋白酶作用的适宜pH约为1.8。

胰蛋白酶作用的适宜pH为7.2～7.8，而多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4。

易错点2　混淆原代培养与传代培养

点拨　

（1）原代培养：

细胞悬液第一次在瓶中培养，没有分瓶培养之前的细胞培养。

（2）传代培养：

原代培养的细胞生长、繁殖一定时间后，由于空间不足或细胞密度过大导致接触抑制影响细胞的生长，因此需要重新用胰蛋白酶等处理，进行分瓶扩大培养，即传代培养。

易错点3　不明确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。

点拨　原因如下：

①克隆动物线粒体中的DNA即“细胞质遗传”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。

易错点4　不清楚单克隆抗体制备中两次筛选中分别选择与淘汰了哪些细胞？

点拨　第一次筛选时，在特定选择培养基上被选出的是“杂交瘤细胞”，被淘汰的有4种细胞——未融合的B细胞、未融合的骨髓瘤细胞，B细胞自身融合细胞（B—B型）及骨髓瘤细胞自身融合细胞（瘤—瘤型细胞）。

第二次筛选时，需用特定抗原检测，选出的是能产生特异抗体的杂交瘤细胞，淘汰的是所产生的抗体不符合目标的杂交瘤细胞。

[规范答题]

下面两幅图是制备单克隆抗体的示意图，请据图回答下列问题：

（1）图1和图2所示过程中，都必须用到的动物细胞工程技术是　　　　，进行图1中⑤时需保障　　　　环境，其培养液也要定期更换，为什么？

（2）图1中②过程遭淘汰的细胞有　　　　，该过程与植物原生质体融合的不同之处是用　　　　诱导。

（3）图2中B所示的细胞特点是　　　　。

（4）图2技术的核心步骤是　　　　。

答卷采样

错因分析

混淆加抗生素与定期更换培养液的作用

正确答案：

清除代谢产物，防止其对细胞造成危害

忽略了B细胞与骨髓瘤细胞自身融合的产物

正确答案：

B细胞、骨髓瘤细胞及B—B型，瘤—瘤型融合细胞

答题不全面

正确答案：

既能无限增殖又能产生单一抗体

随堂·真题&预测

1.（2016·全国卷Ⅱ，40）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）”培养成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了_________________________________________________________________。

答案　

（1）XX或XY　显微操作（去核法）　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）已经分化的动物体细胞核具有全能性

2.（2017·海南卷，31）[选修3：

现代生物科技专题]甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。

回答下列问题：

（1）以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是______________________________________________

_________________________________________________________________。

（2）甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中，均加入一定量的蔗糖，蔗糖水解后可得到　　　　。

若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是　　　　　　　　（填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”）。

（3）图中A、B、C所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的，这两种激素是　　　　　　　　　　　　　　。

A中的愈伤组织是叶肉细胞经　　　　形成的。

（4）若该种植物是一种杂合体的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉，可用组织培养方法繁殖，在培养时，　　　　（填“能”或“不能”）采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是__________________

_________________________________________________________________。

答案　

（1）绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性，在一定条件下能发育成完整的植株

（2）葡萄糖、果糖　具有完整的细胞核

（3）细胞分裂素、生长素　脱分化

（4）不能　对杂合体的植株来说，其体细胞的基因型相同，而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同。

用花粉粒进行组织培养得到花卉基因型不同于原植株

3.（2020·高考预测）下图是通过两种途径制备抗体的流程图。

请回答下列问题：

（1）过程①表示　　　　，细胞乙称为　　　　，其特点是__________________。

（2）过程④需要　　　　酶，过程⑥需要用　　　　处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，使该细胞处于一种　　　　的生理状态。

（3）抗体1的特点是__________________________________________________

____________________________________________________________；

抗体1、2空间结构不同的原因是____________________________________

________________________________________________________________。

（4）若要检测过程⑥中导入的目的基因是否转录出了mRNA。

检测方法是____________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

解析　

（1）过程①表示小鼠骨髓瘤细胞和B细胞（经过免疫产生的）的融合过程。

细胞乙增殖后能产生大量抗体，所以细胞乙是杂交瘤细胞，其特点是既能无限增殖，又能产生专一抗体。

（2）过程④是以mRNA为模板获得目的基因的逆转录过程，需要逆转录酶。

过程⑥是将重组表达载体导入受体细胞，需要用Ca2＋处理大肠杆菌使之成为能够吸收DNA分子的感受态细胞。

（3）抗体1是单克隆抗体，它的特点是特异性强、灵敏度高、并可能大量制备。

大肠杆菌是原核生物，没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工，所以抗体1、2空间结构不同。

（4）检测目的基因是否转录出mRNA的方法是分子杂交技术。

答案　

（1）细胞融合　杂交瘤细胞　既能无限增殖，又能产生专一抗体　

（2）逆转录　Ca2＋　能够吸收周围环境中DNA分子　（3）特异性强、灵敏度高、并可能大量制备　抗体2形成过程中没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1形成过程中经过内质网和高尔基体的加工（合理即可）　（4）分子杂交技术