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2019-2020年高三生物一輪復習 第四十二講 細胞工程學案 考綱要求 1．植物的組織培養(yǎng)（Ⅱ）。2.動物的細胞培養(yǎng)與體細胞克?。á瘢?。3.細胞融合與單克隆抗體（Ⅱ）。 知識梳理 一.植物細胞工程 1.細胞工程 （1）操作水平：細胞水平或細胞器水平。 （2）目的：按照人的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品。 2.植物細胞的全能性 （1）概念：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。 （2）原理：細胞內含有本物種的全部遺傳信息。 （3）全能性表達條件：具有完整的細胞結構，處于離體狀態(tài)，提供一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜外界條件。 3.植物組織培養(yǎng)技術 （1）概念理解 ①培養(yǎng)對象：離體的植物組織、器官或細胞。 ②培養(yǎng)條件：無菌、人工配制的培養(yǎng)基、相關激素等人工控制條件。 ③培養(yǎng)結果：產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。 （2）操作流程 4.植物體細胞雜交技術 （1）概念：將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。 （2）操作流程 （3）流程分析 ①過程a為去除細胞壁獲得具有活力的原生質體，用到的酶是纖維素酶和果膠酶。 ②過程b是原生質體的融合，其原理是細胞膜具有一定的流動性。 ③誘導b融合的兩種方法：物理法包括離心、振動、電激等；化學法一般用聚乙二醇（PEG）作為誘導劑。 ④過程c是原生質體融合后再生出細胞壁。 ⑤過程d是植物組織培養(yǎng)技術，其原理是細胞的全能性。 （4）意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙。 5.植物細胞工程的應用 （1）植物繁殖的新途徑 微型繁殖：保持優(yōu)良品種的遺傳特性，高效快速地實現大量繁殖 作物脫毒：利用分生區(qū)附近如莖尖組織培養(yǎng)獲得脫毒苗 人工種子：胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等包上人工種皮制成 （2）作物新品種的培育：單倍體育種、突變體的利用。 （3）細胞產物的工廠化生產：培養(yǎng)到愈傷組織階段。 深度思考 研究人員研究了馬鈴薯莖尖外植體大小對幼苗的成苗率和脫毒率的影響，實驗結果如下圖，請思考。 （1）實驗結果表明，莖尖大小與脫毒率、成苗率關系如何？ （2）馬鈴薯脫毒培養(yǎng)中莖尖外植體的適宜大小為多少mm? 提示?。?）據圖可知，莖尖越小脫毒率越高，成苗率越低。 （2）當莖尖大小為0.27 mm時脫毒率和成苗率相對都較高。 二.動物細胞工程 1.動物細胞培養(yǎng)——動物細胞工程技術的基礎 （1）動物細胞的培養(yǎng)過程 （2）培養(yǎng)條件 ①無菌、無毒的環(huán)境：對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行無菌處理，添加抗生素，定期更換培養(yǎng)液以清除代謝產物。 ②營養(yǎng)：除正常的有機和無機營養(yǎng)外，加入血清、血漿等一些天然成分。 ③適宜的溫度和pH：溫度為36.50.5_℃（哺乳動物），pH為7.2～7.4。 ④氣體環(huán)境：含95%空氣加5%CO2的混合氣體，其中后者的作用是維持培養(yǎng)液的pH。 （3）應用：生物制品的生產、檢測有毒物質、醫(yī)學研究。 2.動物體細胞核移植技術和克隆動物 （1）動物體細胞核移植技術的過程 （2）原理：動物體細胞核具有全能性。 （3）結果：產生新個體。 3.動物細胞融合和單克隆抗體的制備 （1）動物細胞融合 ①原理：細胞膜的流動性。 ②融合方法：聚乙二醇（PEG）、滅活的病毒、電激等。 ③意義：突破了有性雜交方法的局限，使遠緣雜交成為可能，也為制造單克隆抗體開辟了新途徑。 （2）單克隆抗體 ①制備過程 ②優(yōu)點：特異性強、靈敏度高，可大量制備。 ③用途：作為診斷試劑；用于治療疾病和運載藥物。 要點精析 1.植物組織培養(yǎng)的過程 植物組織培養(yǎng)的條件 （1）離體：這是因為在生物體內基因的表達在空間和時間上具有選擇性。 （2）營養(yǎng)條件：水、無機鹽、維生素等營養(yǎng)物質，以及激素（生長素和細胞分裂素）。 （3）環(huán)境條件 ①適宜的溫度、pH——確保酶的活性。②無菌——這是因為細菌等微生物繁殖快，消耗營養(yǎng)物質多，同時產生有害的代謝產物，毒害植物細胞。③光照——這是因為光照有利于細胞內葉綠素的形成和光合作用的進行。　　　 2.植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交的比較 名稱 植物組織培養(yǎng) 植物體細胞雜交 原理 細胞的全能性 細胞膜具有一定的流動性和細胞的全能性 過程 應用 ①繁殖 ②培育新品種　 ③生產細胞產品 克服遠緣雜交不親和的障礙，培育作物新品種 易錯警示！　 （1）植物體細胞雜交獲得的雜種細胞的類型有三種（以上圖為例）：AA型、BB型、AB型，符合要求的只有AB型，需要進行篩選。 （2）雜種細胞形成的標志：新的細胞壁的生成。 （3）雜種植株遺傳物質的變化：雜種植株的變異類型屬于染色體變異，雜種植株的染色體數通常是兩親本細胞染色體數目之和，雜種植株屬于異源多倍體。 3.比較動物細胞培養(yǎng)、核移植與動物細胞融合 比較 動物細胞培養(yǎng) 核移植 動物細胞融合 原理 細胞增殖 動物細胞核的全能性 細胞膜的流動性 過程 結果 相同分化程度的細胞群 與供體基本相同的個體 雜交細胞 關鍵環(huán)節(jié) 細胞增殖（分裂）、細胞癌變 核融合、細胞分化 人工誘導細胞膜融合 應用 ①生產生物制品 ②基因工程　　 ③檢測有毒物質 ①加速良種繁育 ②保護瀕危物種 ③生產醫(yī)用蛋白 ④提供克隆器官、組織等 獲得雜種細胞，制 備細胞產物如單克 隆抗體 特別提醒　細胞貼壁和接觸抑制 懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。細胞數目不斷增多，當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖，這種現象稱為細胞的接觸抑制。 4.植物體細胞雜交與動物細胞融合（單克隆抗體的制備）的比較 植物體細胞雜交 動物細胞融合（單克隆抗體的制備） 原理 細胞膜的流動性、細胞的全能性 細胞膜的流動性、細胞增殖 融合前處理 酶解法（纖維素酶、果膠酶）去除細胞壁 注射特定抗原，免疫處理正常小鼠 促融方法 （1）物理法：離心、振動、電激等； （2）化學法：聚乙二醇（PEG） （1）物理法、化學法：與植物細胞融合相同； （2）生物法：滅活的病毒 意義和用途 克服遠緣雜交不親和的障礙，大大擴展雜交的親本組合范圍 （1）制備單克隆抗體； （2）診斷、治療、預防疾病 　　　 5.制備單克隆抗體過程中兩次篩選的方法及目的 項目 第一次篩選 第二次篩選 篩選原因 誘導融合后得到多種雜交細胞，另外還有未融合的細胞 由于小鼠在生活中還受到其他抗原的刺激，所以經選擇性培養(yǎng)獲得的雜交瘤細胞中有能產生其他抗體的細胞 篩選方法 用特定的選擇培養(yǎng)基篩選：未融合的細胞和同種細胞融合后形成的細胞（“BB”細胞、“瘤瘤”細胞）都會死亡，只有融合的雜交瘤細胞（“B瘤”細胞）才能生長 用多孔培養(yǎng)皿培養(yǎng)，在每個孔只有一個雜交瘤細胞的情況下開始克隆化培養(yǎng)和抗體檢測，經多次篩選得到能產生特異性抗體的細胞群 篩選目的 得到雜交瘤細胞 得到能分泌所需抗體的雜交瘤細胞 試題精粹 1.（xx湖北七市聯考，40）育種工作者利用不同的方法進行了如下四組實驗。請據圖回答問題。 （1）圖Ⅰ過程由番茄韌皮部細胞形成幼苗A的過程需要經過________兩個關鍵步驟，該過程依據的原理是_________。 （2）植物組織培養(yǎng)除了需要提供一定的營養(yǎng)、________、溫度和光照外，還必須在________的條件下進行。 （3）已知番茄的紅果（Y）對黃果（y）為顯性，少室（M）對多室（m）為顯性，控制兩對相對性狀的基因分別位于兩對同源染色體上。用紅果多室（Yymm）番茄植株的花粉進行Ⅱ、Ⅲ有關實驗，則Ⅱ過程中，從花粉形成幼苗B所進行的細胞分裂方式是________。Ⅲ過程中植物體C的基因型為________（細胞A為兩兩融合細胞）。 （4）圖Ⅲ、Ⅳ過程中需要去除細胞壁，獲得具有活力的______。 （5）在圖中Ⅳ過程中，經過鑒別和篩選后，通常植物體D能表現出兩個親本的遺傳性狀，根本原因是__________。 2.（xx河北衡水中學調研）如圖為利用人成纖維細胞（具分裂能力、能在HAT培養(yǎng)基上存活）和小鼠骨髓瘤細胞（具分裂能力、不能在HAT培養(yǎng)基上存活）進行人類基因定位的操作示意圖，請回答： （1）圖示技術名稱為________，該技術的基礎是________技術。 （2）操作所用的成纖維細胞應在________代以內；誘導融合運用了________原理，該過程中區(qū)別于原生質體融合的方法是用________處理。 （3）HAT培養(yǎng)基屬于________培養(yǎng)基，其中需要加入________等天然物質。 （4）培養(yǎng)時pH一般為________；操作中加入烏本苷的目的是______________。 （5）如表所示為雜交細胞A、B、C中存在的人類染色體及人類特有的4種酶（“＋”表示存在，“－”表示不存在），這4種酶均為單基因編碼產生，據表判斷，編碼________酶的基因位于染色體2上。 雜交細胞 A B C 人類染色體 1 － ＋ ＋ 2 ＋ － ＋ 3 ＋ ＋ － 酶 m ＋ － ＋ n － ＋ ＋ p ＋ － ＋ q － ＋ ＋ 3.細胞工程根據操作對象的不同，可分為植物細胞工程和動物細胞工程兩大領域。近年來，細胞工程領域成果迭出，方興未艾。請回答下列相關問題。 （1）應用植物組織培養(yǎng)技術，可以高效快速地實現種苗的大量繁殖。植物組織培養(yǎng)技術所依據的生物學原理是________。欲利用植物組織培養(yǎng)技術培育無病毒植株，選材時一般選取________。 （2）應用植物體細胞雜交技術，能創(chuàng)造出常規(guī)雜交育種無法得到的作物新品種。在進行體細胞雜交之前，必須先利用________酶去除細胞壁，獲得具有活力的原生質體。在進行原生質體間的融合時，常使用的誘導劑是________。 （3）應用動物細胞培養(yǎng)技術，可以大量地生產各種抗病疫苗。在進行動物細胞培養(yǎng)之前，需先用________酶處理組織塊，使其分散成單個細胞。進行動物細胞培養(yǎng)時，所需氣體主要有________；另外，所用的合成培養(yǎng)基中通常需加入________等一些天然成分。 （4）應用雜交瘤技術，能為人類提供診治腫瘤的單克隆抗體。制備單克隆抗體過程中，經選擇培養(yǎng)得到的雜交瘤細胞還需進行________和________，經多次篩選可獲得足夠數量的能分泌所需抗體的細胞。與常規(guī)的抗體相比，單克隆抗體具有的顯著特點是________。 4.（xx安徽銅陵期末）人工種子是人們模仿天然種子的結構制造出來的生命有機體，它能像天然種子一樣萌發(fā)生長。人工種子的核心部分是胚狀體，其培育過程如圖所示。請回答下列有關問題。 （1）制作人工種子依據的原理是________；制作過程的關鍵是確保無菌操作，其原因是________________。 （2）②表示脫分化的過程，其實質是________；③表示再分化的過程，其實質是________。培養(yǎng)基中生長素和細胞分裂素的濃度、________、________影響②、③過程的進行。 （3）從保證人工種子正常的生命力以及生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)上來看，人造種皮應具有半透性（透水、透氣性）和________的特點。 （4）某二倍體植物的基因型為DdTt，利用花藥離體培養(yǎng)的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工種子，這種種子萌發(fā)形成的個體稱為________，從生殖方式看屬于________生殖。 5.人的血清白蛋白在臨床上需求量很大，通常從人血中提取。由于艾滋病病毒（HIV）等人類感染性病原體造成的威脅與日俱增，使人們對血液制品顧慮重重。如果應用一定的生物工程技術，將人的血清白蛋白基因轉入奶牛細胞中，利用牛的乳腺細胞生產血清白蛋白就成為可能。其過程大致如下： a．將人體血清白蛋白基因導入“奶牛胚胎”的細胞中，形成細胞①； b．取出細胞①的細胞核，注入去核牛卵細胞中，形成細胞②； c．電脈沖刺激細胞②促使其形成早期胚胎； d．將胚胎移植到母牛的子宮內，最終發(fā)育成轉基因小牛。 （1）人體血清白蛋白基因通?？梢詮幕蛭膸熘蝎@取，含有一種生物所有基因的文庫稱為________，獲得人體血清白蛋白基因后可以利用________技術進行擴增，該技術要用到一種特殊的________酶。當受精卵分裂到囊胚期時，需要取囊胚的________細胞做DNA分析，進行性別鑒定，以確保發(fā)育成熟的牛能分泌乳汁。 （2）實驗過程b利用的技術是________，胚胎工程操作中終端的環(huán)節(jié)是________。 （3）該過程培養(yǎng)的牛被稱為克隆牛。與其相比，試管牛培育過程特有的生物技術是________。 （4）若將早期胚胎分離成若干個胚胎細胞，讓其分別發(fā)育成小牛，這些小牛的基因型________（填“相同”或“不同”），此項技術稱為________，在對囊胚階段的胚胎進行操作時，需要特別注意的問題是________，否則會影響胚胎的恢復和進一步發(fā)育。 6.細胞融合技術有著廣泛應用。下圖表示細胞融合的簡略過程，據圖回答相關問題。 （1）若a、b分別是基因型為yyRr和YYrr兩個玉米品種的花粉，且這兩對基因分別位于兩對同源染色體上?？茖W家分別將它們的花粉除去細胞壁，然后誘導其融合，再把這些融合細胞進行培養(yǎng)，培育出了玉米新品種。 ①這兩個品種的花粉可用化學誘導劑________誘導融合，共可產生________種基因型的融合細胞（僅考慮兩兩融合），這些融合細胞經過脫分化形成________，再經培養(yǎng)可以得到________種不同于親本基因型的玉米新品種。 ②若想培育出基因型為yyRR的玉米植株，也可直接用yyRr植株的花粉培養(yǎng)，再經過________處理并篩選獲得，這種方法叫做________。 （2）若a、b表示番茄和馬鈴薯兩種植物的體細胞，請據圖回答問題。 ①在“番茄—馬鈴薯”雜種植株的培育過程中，運用了植物細胞工程中的________技術，植物體細胞融合完成的標志是________。 ②a、b細胞融合之前，要用到的酶是________，酶處理后得到________。 （3）若a、b分別為骨髓瘤細胞和已免疫的B淋巴細胞，請據圖回答問題。 ①為了能充分發(fā)揮上述兩種細胞各自的特點，經特殊處理，在促細胞融合因子的作用下，兩種細胞發(fā)生融合，形成圖中的d細胞，d細胞的特點是____________________。 由d細胞產生的抗體與普通血清抗體相比較，具有_______________等特點。 ②下列各圖表示單克隆抗體制備過程的各階段圖解，請用箭頭把代表各圖解的字母按單克隆抗體制備過程的順序連接起來：________。 高考真題 1.（xx廣東理綜，29）鐵皮石斛是我國名貴中藥，生物堿是其有效成分之一，應用組織培養(yǎng)技術培養(yǎng)鐵皮石斛擬原球莖（簡稱PLBs，類似愈傷組織）生產生物堿的實驗流程如下。 在固體培養(yǎng)基上，PLBs的重量、生物堿含量隨增殖培養(yǎng)時間的變化如下圖所示，請回答下列問題。 （1）選用新生營養(yǎng)芽為外植體的原因是___________________，誘導外植體形成PLBs的過程稱________。 （2）與黑暗條件下相比，PLBs在光照條件下生長的優(yōu)勢體現在________________，________________，________________。 （3）脫落酸（ABA）能提高生物堿含量，但會抑制PLBs的生長。若采用液體培養(yǎng)，推測添加適量的ABA可提高生物堿產量。 同學們擬開展探究實驗驗證該推測，在設計實驗方案時探討了以下問題： ①ABA的濃度梯度設置和添加方式：設4個ABA處理組，1個空白對照組，3次重復。因ABA受熱易分解，故一定濃度的無菌ABA母液應在各組液體培養(yǎng)基________后按比例加入。 ②實驗進程和取樣：實驗50 d完成，每10 d取樣，將樣品（PLBs）稱重（g/瓶）后再測定生物堿含量。如初始（第0天）數據已知，實驗過程中還需測定的樣品數為________。 ③依所測定數據確定適宜的ABA濃度和培養(yǎng)時間：當某3個樣品（重復樣）的________________________時，其對應的ABA濃度為適宜濃度，對應的培養(yǎng)時間是適宜培養(yǎng)時間。 2.（xx全國課標Ⅰ，40）某研究者用抗原（A）分別免疫3只同種小鼠（X、Y和Z），每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后測定各小鼠血清抗體的效價（能檢測出抗原抗體反應的血清最大稀釋倍數），結果如下圖所示。 若要制備雜交瘤細胞，需取免疫后小鼠的B淋巴細胞（染色體數目40條），并將該細胞與體外培養(yǎng)的小鼠骨髓瘤細胞（染色體數目60條）按一定比例加入試管中，再加入聚乙二醇誘導細胞融合，經篩選培養(yǎng)及抗體檢測，得到不斷分泌抗A抗體的雜交瘤細胞。 回答下列問題。 （1）制備融合所需的B淋巴細胞時，所用免疫小鼠的血清抗體效價需達到16 000以上，則小鼠最少需要經過______次免疫后才能有符合要求的。達到要求后的X、Y、Z這3只免疫小鼠中，最適合用于制備B淋巴細胞的是________小鼠，理由是______________。 （2）細胞融合實驗完成后，融合體系中除含有未融合的細胞和雜交瘤細胞外，可能還有________________，體系中出現多種類型細胞的原因是_________。 （3）雜交瘤細胞中有________個細胞核，染色體數目最多是________條。 （4）未融合的B淋巴細胞經多次傳代培養(yǎng)后都不能存活，原因是________________。 3.（xx海南卷，31）單純皰疹病毒Ⅰ型（HSV1）可引起水泡性口唇炎。利用雜交瘤技術制備出抗HSV1的單克隆抗體可快速檢測HSV1。 回答下列問題： （1）在制備抗HSV1的單克隆抗體的過程中，先給小鼠注射一種純化的HSV1蛋白，一段時間后，若小鼠血清中抗________的抗體檢測呈陽性，說明小鼠體內產生了________反應，再從小鼠的________中獲取B淋巴細胞。將該B淋巴細胞與小鼠的________細胞融合，再經過篩選、檢測，最終可獲得所需的雜交瘤細胞，該細胞具有的特點是______________。 （2）若要大量制備抗該蛋白的單克隆抗體，可將該雜交瘤細胞注射到小鼠的_______________中使其增殖，再從______________中提取、純化獲得。 （3）通過上述方法得到的單克隆抗體可準確地識別這種HSV1蛋白，其原因是該抗體具有________________和________________等特性。 4.（xx.重慶卷.7）（10分）xx年埃博拉病在非洲蔓延，我國派出醫(yī)療隊首次在境外組建醫(yī)院，幫助治療埃博拉疫情。 （1）研究表明，埃博拉病毒侵入機體后，通過靶向感染、破壞吞噬細胞等，使其不能暴露病毒的＿＿＿＿＿，以致感染信息不能呈遞給＿＿＿＿＿，阻止正常激活細胞免疫和體液免疫應答過程，導致機體對該病毒的＿＿＿＿免疫功能下降。因此，病毒在體內快速增殖、致病。 （2）對志愿者接種埃博拉試驗疫苗后，機體免疫系統(tǒng)能產生相應抗體，還能產生的免疫細胞有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 （3）用埃博拉病毒的某種蛋白免疫小鼠，通過＿＿＿＿＿＿＿技術獲得雜交瘤細胞，用于生產單克隆抗體治療該病。 5.（xx.福建卷.33）【生物-現代生物科技專題】（10分） GDNF是一種神經營養(yǎng)因子。對損傷的神經細胞具有營養(yǎng)和保護作用。研究人員構建了含GDNF基因的表達載體（如圖1所示），并導入到大鼠神經干細胞中，用于干細胞基因治療的研究。請回答： （1）在分離和培養(yǎng)大鼠神經干細胞的過程中，使用胰蛋白酶的目的是。 （2）構建含GDNF基因的表達載體時，需選擇圖1中的限制酶進行酶切。 （3）經酶切后的載體和GDNF基因進行連接，連接產物經篩選得到的載體主要有三種：單個載體自連、GDNF基因與載體正向連接、GDNF基因與載體反向連接（如圖1所示）。為鑒定這3種連接方式，選擇HpaI酶和BamHI酶對篩選的載體進行雙酶切，并對酶切后的DNA片段進行電泳分析，結果如圖2所示。圖中第 泳道顯示所鑒定的載體是正向連接的。 （4）將正向連接的表達載體導入神經干細胞后，為了檢測GDNF基因是否成功表達，可用相應的 與提取的蛋白質雜交。當培養(yǎng)的神經干細胞達到一定的密度時，需進行培養(yǎng)以得到更多數量的細胞，用于神經干細胞移植治療實驗。