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

考点一　植物细胞工程

1．细胞工程的概念

（1）原理和方法：

细胞生物学和分子生物学。

（2）操作水平：

细胞水平或细胞器水平。

（3）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．植物细胞工程的基本技术

（1）植物组织培养技术

①理论基础：

植物细胞具有全能性。

②基本过程

（2）植物体细胞杂交技术

①理论基础：

植物体细胞融合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。

②基本过程

―→

―→

―→

―→

③意义：

克服了不同种生物远缘杂交不亲和的障碍。

3．植物细胞工程的实际应用

（1）植物繁殖的新途径：

微型繁殖、作物脱毒、制备人工种子。

（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。

[基础自测]

1．判断下列叙述的正误

（1）高度分化的成熟叶肉细胞不具备发育成完整植株的潜能（×）

（2）胚状体是外植体在培养基上脱分化形成的一团愈伤组织（×）

（3）棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性（√）

（4）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（×）

（5）愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的（×）

（6）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（×）

（7）培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交（×）

（8）再生出细胞壁是植物体细胞原生质体融合成功的标志（√）

（9）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（√）

（10）同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的植株基因都是相同的（×）

2．补充植物组织培养操作流程图并填空

（1）植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。

（2）离体的植物器官、组织或细胞通常称为外植体。

（3）在植物组织培养过程中，启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素是生长素和细胞分裂素。

（4）利用植物组织培养技术生产细胞产物时，只需培养到愈伤组织阶段即可。

3．学透教材、理清原因、规范答题用语专练

（1）过程①为去除________获得具有活力的原生质体，所用到的酶是________________________。

（2）过程②是原生质体的融合，其原理是细胞膜的________，人工诱导的物理法包括____________________等；化学法一般是用____________作诱导剂。

（3）过程③是原生质体融合后再生出________，这是原生质体融合成功的标志。

（4）过程④是____________技术，其原理是植物细胞的______。

答案：

（1）细胞壁　纤维素酶和果胶酶　

（2）流动性　离心、振动、电激　聚乙二醇　（3）细胞壁　（4）植物组织培养　全能性

1．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的条件：

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。

2．植物激素对植物组织培养的影响

（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

简记为：

先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高

（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/细胞分裂素

植物细胞的发育方向

高

有利于根的分化、抑制芽的形成

低

有利于芽的分化、抑制根的形成

适中

促进愈伤组织的生长

简记为：

“高”根，“低”芽，“中”愈伤

3．植物体细胞杂交与植物有性杂交中遗传物质的变化

若一植物细胞（甲）含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞（乙）含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd。

（1）植物体细胞杂交

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。

③甲、乙经体细胞杂交形成的新植株为异源四倍体，其体细胞中染色体为（2x＋2y）条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。

由此得出：

两个细胞融合成一个细胞，染色体数、基因型和染色体组都采用直接相加的方法。

（2）植物有性杂交

有性杂交的子代细胞中，染色体数为x＋y、基因型为AbcD或abcD或Abcd或abcd，即先减半再相加。

[对点落实]

1．1971年，美国化学家从红豆杉树皮中分离出高抗癌活性的紫杉醇，从此，国家重点保护珍稀植物——红豆杉遭受了掠夺式的砍伐。

为拯救红豆杉，同时获得紫杉醇，科研小组设计了如图所示的实验流程：

请回答下列问题：

（1）选用茎尖分生组织进行组织培养的目的是__________，诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫____________。

利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后就可得到________。

（2）茎尖分生组织细胞具有全能性的原因是________________________________。

在生物生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，原因是___________________________________

________________________________________________________________________。

（3）已知植物甲中提取的物质X，能提高紫杉醇的抗癌效果。

科研小组欲获得既能产生紫杉醇又能产生物质X的植株，可利用________________技术获得杂种植株。

该方法首先要利用__________________除去细胞壁获得具有活力的原生质体，再经________________（试剂）诱导融合形成杂种细胞。

解析：

（1）茎尖分生组织含有较少的病菌，进行组织培养可以获得脱毒苗；分生组织经过脱分化过程可以形成愈伤组织；利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后可得到人工种子。

（2）茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息，因此具有发育的全能性。

在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官，所以在生物生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性。

（3）植物甲可以产生物质X，红豆杉可以产生紫杉醇，因此利用植物体细胞杂交技术将两种植物细胞融合，获得的杂种植株的细胞既能产生紫杉醇又能产生物质X。

植物体细胞杂交过程中，首先要利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得具有活力的原生质体，再经聚乙二醇诱导融合形成杂种细胞。

答案：

（1）获得脱毒苗　脱分化　人工种子　

（2）茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息　在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官　（3）植物体细胞杂交　纤维素酶和果胶酶　聚乙二醇（PEG）

2．（2019·九江联考）根据植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题：

（1）运用传统有性杂交（即用番茄、马铃薯杂交），自然状态下不能得到杂种植株，原因是________________________________________。

（2）在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是____________________，其中过程②称为______________，植物体细胞融合完成的标志是______________________。

（3）已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于________倍体植株。

（4）已知柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。

若利用此技术，将柴油树细胞培养到________阶段即可（填图中字母编号）。

（5）若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，该过程相当于____________过程（填图中标号）。

（6）人工种子是由发育到________（填图中字母编号）过程的结构包裹上人工种皮制备的。

解析：

（1）番茄和马铃薯属于两个物种，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。

（2）在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是细胞的全能性，其中过程②称为原生质体融合，植物体细胞融合完成的标志是产生新的细胞壁。

（3）由于番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，因此“番茄—马铃薯”属于异源六倍体。

（4）柴油是植物细胞的代谢产物，将柴油树细胞培养到愈伤组织阶段即可提取，愈伤组织阶段为图中的e阶段。

（5）若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，包括脱分化和再分化两个阶段，即图中的④⑤。

（6）人工种子是用胚状体包上人工种皮制成的。

答案：

（1）不同种的植物存在生殖隔离　

（2）细胞的全能性　原生质体融合　产生新的细胞壁　（3）六　（4）e　（5）④⑤　（6）f

[易错提醒]

有关植物体细胞杂交的三个易误点

误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞

指正

植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株

误认为植物体细胞杂交属于有性生殖

指正

植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖

误认为杂种植株的变异类型属于基因重组

指正

杂种植株的变异类型属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体

考点二　动物细胞工程

一、动物细胞培养与核移植技术

1．动物细胞培养

（1）基本过程

（2）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：

糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，还需加入血清、血浆等一些天然成分。

③适宜的温度和pH：

温度为36.5±0.5_℃（哺乳动物），pH为7.2～7.4。

④气体环境：

含95%空气加5%CO2的混合气体。

2．动物细胞核移植技术

（1）理论基础：

动物体细胞核具有全能性。

（2）分类：

胚胎细胞核移植和体细胞核移植。

（3）基本过程

二、动物细胞融合与单克隆抗体

1．动物细胞融合

（1）原理：

细胞膜的流动性。

（2）方法：

需要用聚乙二醇（PEG）、灭活的病毒、电激等诱导因素。

（3）意义：

突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。

2．单克隆抗体

（1）制备过程

（2）突出优点：

特异性

、灵敏度

，可大量制备。

（3）实际应用：

作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。

[基础自测]

1．判断下列叙述的正误

（1）在25℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养（×）

（2）连续细胞系的细胞大多具有二倍体核型（×）

（3）动物细胞培养与植物组织培养依据的原理都是细胞的全能性（×）

（4）动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶（×）

（5）肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2以刺激细胞呼吸（×）

（6）培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞（×）

（7）二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的（×）

（8）灭活的病毒能促进动物细胞融合，但不能促进植物细胞融合（√）

（9）将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合，培养液中融合后的细胞即为杂交瘤细胞（×）

（10）体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体（×）

（11）动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞（×）

（12）克隆动物的性状与供体动物完全相同（×）

2．补充动物细胞培养的过程示意图并填空

（1）与植物细胞培养相比，动物细胞培养过程所用的培养基一般是液体培养基，并加入动物血清。

（2）动物细胞培养过程中两次用到胰蛋白酶，第一次的作用是将剪碎的组织分散成单个细胞；第二次是将贴壁细胞从瓶壁上分离下来，目的是避免动物细胞的接触抑制现象。

（3）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。

3．学透教材、理清原因、规范答题用语专练

根据单克隆抗体制备的过程示意图回答下列问题

（1）制备单克隆抗体时，为什么要选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞？

提示：

每一个B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体，但不能无限增殖；骨髓瘤细胞可大量快速增殖，却不能产生抗体。

若将两种细胞融合在一起，则既能产生特异性抗体又能快速增殖。

（2）诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合的方法有哪些？

融合的原理是什么？

提示：

诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合的方法有聚乙二醇（PEG）、灭活的病毒、电激等；两种细胞发生融合的原理是细胞膜的流动性。

（3）B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经聚乙二醇处理后，培养液中存在哪几种细胞？

提示：

未融合的B淋巴细胞、未融合的骨髓瘤细胞、BB融合细胞、瘤—瘤融合细胞、B瘤融合细胞。

（4）选择杂交瘤细胞的两步筛选的目的各是什么？

提示：

第一步筛选的目的是获得杂交瘤细胞；第二步筛选的目的是获得能产生所需单一抗体的杂交瘤细胞。

1．植物组织培养与动物细胞培养的比较

比较项目

植物组织培养

动物细胞培养

理论基础

植物细胞全能性

细胞增殖

培养基

类型

固体或半固体培养基

液体培养基

成分

水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂

葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等

取材

植物幼嫩部位或花药等

动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织

关键环节

细胞的脱分化和再分化

细胞增殖和癌变

结果

新的组织或植株个体，可以体现全能性

新的细胞系或细胞株，不形成个体，不体现全能性

应用

①植株快速繁殖

②脱毒植株的培育

③制备人工种子

④生产药物、杀虫剂等

⑤转基因植物的培育

①蛋白质生物制品的生产

②皮肤移植材料的培育

③检测有毒物质

④生理、病理、药理学研究

相同点

①两技术手段培养过程中细胞都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂

②均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件

2．植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较

比较项目

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、细胞增殖

融合前处理

除去细胞壁

使细胞分散开

相关酶

纤维素酶和果胶酶

胰蛋白酶或胶原蛋白酶

诱导方法

物理法：

离心、电激、振动；化学法：

聚乙二醇等试剂诱导

除物理法和化学法，还可以用灭活的病毒诱导

结果

杂种植株

杂交细胞

应用

培育植物新品种

主要用于制备单克隆抗体

意义

突破远缘杂交不亲和的障碍，打破了生殖隔离，扩展了杂交的亲本组合

相同点

原生质体融合原理相同，原生质体融合的方法相似

3．单克隆抗体制备过程中两次筛选的区别

项目

第一次筛选

第二次筛选

筛选原因

诱导融合后会得到多种杂交细胞，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

[对点落实]

1．如图为利用现代生物技术治疗遗传性糖尿病的流程示意图，请回答下列问题：

（1）获得重组细胞A利用了________技术。

去掉卵母细胞核的目的是____________________________________。

将重组细胞A在体外培养至囊胚，获得胚胎干细胞。

胚胎干细胞在________细胞上，或添加抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态。

（2）体外培养重组细胞时，应定期________________，防止代谢产物积累对细胞自身造成伤害。

传代培养时需要用________处理贴满瓶壁的细胞，然后________继续培养。

（3）将正常胰岛素基因导入胚胎干细胞通常采用的方法是______________。

定向诱导使重组细胞B分化成胰岛样细胞。

检测胰岛样细胞胰岛素的分泌量，可将其放在较高浓度的________培养液中，保温一定时间后检测。

解析：

（1）获得重组细胞A利用了核移植技术。

去掉卵母细胞核的目的是使重组细胞（胚胎）的性状主要由供体细胞核决定。

将重组细胞A在体外培养至囊胚，获得胚胎干细胞。

胚胎干细胞在饲养层细胞上，或添加抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态。

（2）体外培养重组细胞时，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成伤害。

传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴满瓶壁的细胞，然后分瓶继续培养。

（3）将正常胰岛素基因导入胚胎干细胞通常采用的方法是显微注射法。

胰岛素具有降低血糖浓度的作用，因此检测胰岛样细胞是否具有胰岛B细胞的正常生理功能，可以将胰岛样细胞放在较高浓度的葡萄糖培养液中，保温一定时间后，检测胰岛素的分泌量。

答案：

（1）核移植　使重组细胞（胚胎）的性状主要由供体细胞核决定　饲养层　

（2）更换培养液　胰蛋白酶　分瓶　（3）显微注射法　葡萄糖

2．（2019·湖北十校模拟）双特异性单克隆抗体是指可同时与癌细胞和药物结合的特异性抗体。

如图是科研人员通过单克隆杂交—杂交瘤细胞技术（免疫的B细胞和杂交瘤细胞杂交技术）生产能同时识别癌胚抗原和长春碱（一种抗癌药物）的双特异性单克隆抗体的部分过程。

回答下列问题：

（1）过程①的目的是________________________________________，制备双特异性单克隆抗体的过程中用到的动物细胞工程技术有______________和______________。

（2）过程②诱导融合常用的化学方法是______________。

经过过程③④得到的单克隆杂交瘤细胞应具备的特征是________________________________。

（3）获得的单克隆杂交—杂交瘤细胞在体外条件下培养或________________________，均可提取出大量的双特异性单克隆抗体。

（4）与直接使用长春碱相比，将长春碱与双特异性单克隆抗体结合后给药，对人体的副作用更小，原因是__________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）过程①是给小鼠注射癌胚抗原，其目的是使小鼠产生能分泌识别癌胚抗原抗体的浆细胞（B淋巴细胞），制备双特异性单克隆抗体的过程中用到的动物细胞工程技术有动物细胞融合和动物细胞培养。

（2）过程②诱导细胞融合常用的化学试剂是聚乙二醇（PEG），单克隆杂交瘤细胞应具备的特征既能迅速大量增殖，又能产生专一的抗体的特点。

（3）获得的单克隆杂交—杂交瘤细胞有两个培养途径，一是在体外条件下培养，二是注射到小鼠腹腔内培养增殖。

（4）与直接使用长春碱相比，将长春碱与双特异性单克隆抗体结合后给药，对人体的副作用更小，原因是双特异性单克隆抗体能将抗癌药物（长春碱）定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞，这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量，相当于“生物导弹”。

答案：

（1）使小鼠产生能分泌识别癌胚抗原抗体的浆细胞（B淋巴细胞）　动物细胞融合　动物细胞培养　

（2）聚乙二醇（PEG）诱导　既能迅速大量增殖，又能产生专一的抗体　（3）注射到小鼠腹腔内增殖　（4）双特异性单克隆抗体能将抗癌药物（长春碱）定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞，这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量

　　　　课堂一刻钟

1．（2018·江苏高考，多选）右图为细胞融合的示意图，下列叙述正确的是（　　）

A．若a细胞和b细胞是植物细胞，需先去分

B．a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现

C．c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性都有关

D．c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因

易错探因——过程不明

错选A的原因在于对植物体细胞杂交过程不明确，植物体细胞杂交与动物细胞融合相比，首先应去除细胞壁。

解析：

选BC　若a细胞和b细胞是植物细胞，应先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，然后再诱导融合；a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理；细胞的融合与细胞膜的流动性有关；融合后的c细胞中的基因进行选择性表达，只能表达a、b两细胞的部分基因。

2．（2016·江苏高考）下列有关细胞工程的叙述，正确的是（　　）

A．PEG是促细胞融合剂，可直接诱导植物细胞融合

B．用原生质体制备人工种子，要防止细胞破裂

C．骨髓瘤细胞经免疫处理，可直接获得单克隆抗体

D．核移植克隆的动物，其线粒体DNA来自供卵母体

解析：

选D　PEG是促细胞融合剂，能诱导植物原生质体融合，融合前需先用酶解法去除植物细胞的细胞壁；制备人工种子应该用组织培养形成的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，而不是原生质体；单克隆抗体是杂交瘤细胞产生的，骨髓瘤细胞不能分泌抗体；利用核移植技术克隆动物时，是将体细胞的细胞核移入去除细胞核的卵母细胞中，所以克隆动物的线粒体DNA来自供卵母体。

3．（2018·全国卷Ⅲ）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________________________________________________________________________,

________________________________________________________________________。

命题探源——以“本”为本

本小题是对人教版选修③教材P47原文的直接考查。

选修内容较多，但在高考中试题相对简单，题目大多是对教材内容的转换表达或浅层次的理解考查。

这就要求考生不要急功近利地盲目做题，复习重点还要放到对教材主干知识的理解上。

（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