张静中学高考生物专项第九单元二.docx

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张静中学高考生物专项第九单元二

　细胞工程

[考纲要求]　1.植物的组织培养（Ⅱ）。

2.动物的细胞培养与体细胞克隆（Ⅰ）。

3.细胞融合与单克隆抗体（Ⅱ）。

考点一　理解植物组织培养技术

1．判断正误

（1）理论上，每个正常活细胞都具有全能性（　√　）

（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）愈伤组织是外植体脱分化和再分化后形成的（　×　）

2．用流程图形式写出植物组织培养的操作流程

答案　

3．组织培养的条件

（1）离体、无菌。

（2）环境条件适宜：

如营养物质（如水、无机盐、蔗糖、维生素等）、激素（如生长素和细胞分裂素）、适宜的温度和光照等。

易错警示　植物组织培养易错点

（1）幼嫩的组织脱分化较为容易，如茎尖、根尖、形成层细胞易脱分化，而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。

（2）对外植体要进行消毒处理，而对各种器械要彻底灭菌。

（3）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，但后者的成本高。

（4）不同细胞的全能性不同，具体表现为：

受精卵>生殖细胞>体细胞，离体细胞的全能性表达与分化程度呈负相关，但生殖细胞特殊。

（5）脱分化形成愈伤组织的过程不需要光，再分化过程需要光，因为愈伤组织利用有机营养成分，而试管苗需要进行光合作用以自养。

（6）植物组织培养中不同培养阶段培养基含有的激素不同，因为培养的目的不同（生根或生芽）。

1．下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（　　）

A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压

B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化

C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织

D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因组成相同

答案　D

解析　错答本题的原因是忽视了采用绿色开花植物的生殖器官如花药进行培养获得的愈伤组织的基因组成和正常体细胞的不同，利用花药细胞培养得到的是单倍体植株，利用一般体细胞培养获得的是二倍体植株，两者的基因组成不同。

2．下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）此过程需要无菌操作，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，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因的结果。

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

解析　植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞分化和再分化的细胞分裂素和生长素。

由外植体发育成试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。

1．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

2．植物激素在组织培养中的作用

在配制好的MS培养基中，常常需要添加植物激素。

其中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。

植物激素的浓度、使用的先后顺序以及用量的比例等，都会影响实验结果。

（1）按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果。

使用顺序

实验结果

先使用生长素，后使用细胞分裂素

有利于细胞分裂，但细胞不分化

先使用细胞分裂素，后使用生长素

细胞既分裂也分化

同时使用

分化频率提高

（2）当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。

生长素与细胞分裂素的用量比值

植物细胞的发育方向

比值高

有利于根的分化、抑制芽的形成

比值低

有利于芽的分化、抑制根的形成

比值适中

促进愈伤组织的形成

考点二　植物细胞工程及其应用

1．观察植物体细胞杂交技术图示，完善相关问题

（1）过程①为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，常用方法是酶解法，所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。

（2）过程②是原生质体的融合，人工诱导的物理法包括离心、振动、电刺激等；化学法一般用聚乙二醇（PEG）作诱导剂。

（3）过程③是原生质体融合后再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。

（4）植物体细胞杂交的意义：

克服了远缘杂交不亲和的障碍。

2．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。

a.保持优良品种的遗传特性

b.高效快速地实现种苗的大量繁殖

特点

②作物脱毒：

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、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：

单倍体育种和突变体的利用

突变体Aa中A为突变新基因，并控制着优良性状，利用单倍体育种，方法步骤如下：

优点：

稳定遗传，缩短育种年限。

（3）细胞产物的工厂化生产：

细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

易错警示　植物细胞工程易错点

（1）对植物体细胞杂交和有性杂交辨析不清

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植物有性杂交的结果：

子代细胞中染色体数、基因型分别为“X＋Y”、“AbcD”或“abcD”或“Abcd”或“abcd”，即先减半再相加。

③有性生殖过程中符合孟德尔遗传规律，而植物体细胞杂交不符合孟德尔遗传规律。

（2）利用植物组织培养生产细胞产物时，有时只需将外植体培养到愈伤组织，从愈伤组织中获取产物。

（3）人工种子发育初期需要的营养物质由人工胚乳提供。

3．以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。

据图分析不正确的是（　　）

A．图中①过程发生的化学变化是纤维素和果胶水解

B．经过②和③过程形成的c细胞只有AABB这一种类型

C．过程②一般使用聚乙二醇作为诱导剂

D．过程④和⑤分别是脱分化和再分化

答案　B

解析　将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，经过细胞融合，c的细胞类型包括没有融合的细胞、相同细胞的融合和不同细胞的融合，即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。

4．如图是利用基因型为AaBb的某二倍体植物作为实验材料所做的一些实验示意图，请分析回答：

（1）途径1、2、3中①②过程所采用的生物技术是。

（2）由途径1形成的植株B的基因型有，植株B成熟时不可育的原因是。

使植株B可育的方法是。

（3）从植株A到植株C的培育过程，需要发挥调控作用的植物激素至少有和。

（4）一般情况下，相同发育程度的植株C与植株D的性状（“相同”“不相同”或“不一定相同”）。

（5）在相同条件和相同发育程度的情况下，植株D的表现型与植株A相同的可能性为。

答案　

（1）植物组织培养　

（2）AB、Ab、aB、ab　减数分裂时染色体联会紊乱，不能形成正常的生殖细胞　幼苗期用秋水仙素处理，使染色体数目加倍　（3）细胞分裂素　生长素　（4）相同　（5）100%

解析　

（1）实验中选用花药或植物体细胞离体培养后获得新植株，该项技术称为植物组织培养。

（2）植株A的基因型为AaBb，经减数分裂形成的花粉粒有AB、Ab、aB、ab四种，花粉粒经植物组织培养形成的植株B也有AB、Ab、aB、ab四种基因型，均为单倍体植株，由于不能形成正常的生殖细胞而不可育，若使植株B可育常采取用秋水仙素处理使染色体数目加倍的方法。

（3）植物组织培养中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。

（4）植株C、D具有相同的基因组成，相同条件和相同发育程度的情况下，它们的性状表现相同。

（5）植株D由植株A的花药壁（属于体细胞）经组织培养发育而成，属于无性生殖，不发生基因重组，故二者表现型应完全相同。

1．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较

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

选材

选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化

不同植物细胞融合后形成的杂种细胞

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.单倍体育种和突变体利用的比较

项　目

原　理

优　点

成　果

单倍体

育种

染色体

变异

明显缩短育种年限

单育1号烟草品种，中花8号、11号水稻和京花1号小麦品种等

突变体

利用

基因突变

产生新基因，大幅度改良某些性状

抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等

考点三　动物细胞培养及相关性比较

1．用流程图形式写出动物细胞培养的操作流程

答案

或

2．说出动物细胞培养的条件

（1）无菌、无毒：

对培养液和所用培养用具无菌处理，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。

（3）适宜的温度和pH：

温度为36.5～37.5℃（哺乳动物），pH为7.2～7.4。

（4）气体环境：

含95%的空气加5%CO2的混合气体。

3．动物细胞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。

易错警示　动植物细胞培养及动物体细胞核移植易错点

（1）植物组织培养和动物细胞培养都存在细胞的培养过程，但植物细胞可以先分裂再分化，而动物细胞不分化只分裂。

（2）区分原代培养和传代培养的关键是是否分瓶培养。

贴壁生长到一定程度需要用胰蛋白酶处理，然后再分瓶培养，原代培养结束，开始了传代培养。

（3）经植物组织培养成的植株与提供外植体的植株完全相同，而动物细胞核移植形成的个体与供体大部分性状相同，也有部分性状与受体相同。

（4）核移植过程中供体理论上是提供细胞核，但操作过程中可以把整个体细胞注入去核的卵母细胞中去，原因是体细胞体积相对较小，取核难度较大，另外细胞膜对核融合的障碍性较小。

5．关于动物细胞培养，下列叙述错误的是（　　）

A．用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织

B．将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞

C．在培养瓶中要定期用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离，制成悬浮液

D．动物细胞培养只能传至50代左右，所培育的细胞会衰老死亡

答案　D

解析　进行动物细胞培养时，选取胚胎或幼龄动物的器官或组织是因为它们的分裂能力较强。

动物组织细胞间含有一定量的弹性纤维等蛋白质，易被胰蛋白酶催化分解，从而使细胞分散开来。

当贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就会停止分裂增殖，需定期用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来，制成细胞悬浮液。

动物细胞培养传至50代左右，部分细胞的遗传物质可能会发生改变，并且带有癌变的特点，能在培养条件下无限制地分裂下去。

6．科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁育，可以对此转基因奶牛进行克隆（如下图所示），请结合图示回答下列问题：

（1）在进行细胞培养时，要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分散处理，形成单个细胞，这个过程中需要利用酶处理。

（2）用于核移植的供体细胞，一般都选用传代10代以内的细胞，原因是

。

（3）在进行原代培养时，细胞增殖的方式是，此外，细胞增殖还表现出和接触抑制等特点。

（4）将进行培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中，去除卵母细胞细胞核的目的是

。

（5）将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛后，该母牛就会生出与供体奶牛遗传物质相同的犊牛，但也不是100%的复制，原因最可能是

。

（6）上述动物细胞工程中涉及的技术有

。

转基因奶牛的克隆成功，说明了动物

具有全能性。

答案　

（1）胰蛋白　

（2）该种细胞代谢旺盛、分裂能力强，且遗传物质没有发生改变　（3）有丝分裂　贴壁生长　（4）使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞　（5）①生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制；②生物的性状还受环境因素的影响　（6）核移植、细胞培养、胚胎移植技术　体细胞的细胞核

解析　

（1）实践中常用胰蛋白酶处理动物组织细胞使其分离开来。

（2）传代10代以内的细胞代谢旺盛、分裂能力强，遗传物质没有发生改变，适于作核移植的供体细胞。

（3）在进行原代培养时，细胞以有丝分裂的方式进行增殖，同时表现出贴壁生长和接触抑制的现象。

（4）去除卵母细胞细胞核的目的是使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞。

（5）生物的性状是细胞核基因和细胞质基因共同作用的结果，同时，生物的性状还受环境的影响，因此，克隆动物不可能是供体奶牛100%的复制品。

（6）该克隆动物的培育过程中涉及核移植、细胞培养和胚胎移植等技术，说明了高度分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。

植物组织培养、动物细胞培养和核移植的比较

植物组织培养

动物细胞培养

核移植

原理

植物细胞全能性

细胞增殖

动物细胞核的全能性

过程

结果

与外植体完全相同的个体

相同分化程度的细胞群

与供体基本相同的个体

关键

环节

微型繁殖

作物脱毒

人工种子

细胞的脱分化、再分化、分化

细胞分化、细胞癌变

核融合、细胞分化

应用

①繁殖

②培育新品种

③生产细胞产品

①生产生物制品

②基因工程

③检测有毒物质

①加速良种繁育

②保护濒危物种

③生产医用蛋白

④提供克隆器官、组织等

考点四　聚焦动物细胞融合和单克隆抗体

1．完善动物细胞融合的相关问题

（1）概念：

指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。

（2）融合方法：

聚乙二醇（PEG）、灭活的病毒、电流刺激等。

（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．用流程图形式写出单克隆抗体的制备过程

答案　

易错警示　

（1）植物体细胞杂交与动物细胞融合需注意的问题

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细胞间质。

②植物杂交细胞在激素诱导下能表达出全能性，但动物杂交细胞的全能性不能表达。

（2）单克隆抗体制备过程中需注意的几个问题

①灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。

②除了受到注射的抗原的刺激，小鼠在生活过程中还可能受到其他抗原的刺激，因此从小鼠体内取出的多个B淋巴细胞可能产生多种不同抗体，所以进行第二次筛选是非常必要的。

③单克隆抗体制备过程中，进行了多次动物细胞培养的操作，说明动物细胞培养是动物细胞工程的基础。

7．与植物体细胞杂交相比，动物细胞融合的原理及其特有的诱导因子分别是（　　）

A．细胞膜的流动性、离心

B．细胞膜的流动性、灭活的病毒

C．细胞的全能性、电激

D．细胞的全能性、灭活的病毒

答案　B

解析　植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性、细胞的全能性，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性；动物细胞融合的常用诱导因子有聚乙二醇、灭活的病毒、电流刺激等，其中灭活的病毒是其特有的诱导因子。

8．如图表示单克隆抗体的制备过程，据图回答下列问题：

（1）制备单克隆抗体的步骤：

a．将注入小鼠体内，从小鼠脾脏中获得B淋巴细胞，若要生产预防SARS的疫苗，则应用感染小鼠。

b．通过图中②过程获得的细胞为，它除了具有无限增殖的特点外，还有哪些特征？

。

c．将诱导融合后的细胞，放在培养基的多孔培养板上培养、筛选，筛选得到的细胞中的染色体数正好是小鼠体细胞中的二倍吗？

，原因是

。

（2）单克隆抗体与一般的血清抗体相比，优点是；将该抗体制成生物导弹，则生物导弹的组成是；为了便于了解生物导弹的作用部位，常要对生物导弹中的成分进行。

（3）单克隆抗体的制备过程中需要两次筛选，请写出图中的编号和筛选目的。

第一次筛选：

[　]；

第二次筛选：

[　]。

答案　

（1）a．抗原　SARS病毒　b．骨髓瘤细胞　形态结构发生显著变化、细胞膜上糖蛋白等物质减少　c．选择　是　B淋巴细胞和骨髓瘤细胞都来自同一种小鼠　

（2）灵敏度高、特异性强（纯度高）　单克隆抗体＋药物　同位素标记　（3）④　筛选出杂交瘤细胞　⑥　筛选出能产生特定抗体并能大量增殖的细胞群

解析　

（1）在制备单克隆抗体时，要先用抗原对小鼠进行免疫，再从小鼠体内获得相应的B淋巴细胞。

如果要生产预防SARS的疫苗，则应用SARS病毒感染小鼠。

图中②过程培养的是小鼠骨髓瘤细胞，其具有无限增殖等癌细胞的特征。

小鼠的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后，经筛选出的杂交瘤细胞中的染色体数是小鼠体细胞中的二倍。

（2）单克隆抗体的优点有灵敏度高、特异性强等。

生物导弹注入体内后，借助于单克隆抗体的导向作用，可将药物定向带到癌细胞的所在位置，在原位置杀死癌细胞，因此，生物导弹由单克隆抗体和药物组成；若要了解生物导弹的作用部位，可用同位素对其进行标记。

（3）单克隆抗体制备过程中需进行两次筛选。

第一次是诱导细胞融合后，从中筛选出杂交瘤细胞；第二次是用选择培养基，筛选出能产生特定抗体，并能大量增殖的细胞群。

1．植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较

植物体细胞杂交

动物细胞融合

原理

细胞膜的流动性、细胞的全能性

细胞膜的流动性

过程