步步高届高考生物一轮总复习精品讲义 第37讲 细胞工程 新人教版.docx

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步步高届高考生物一轮总复习精品讲义第37讲细胞工程新人教版

第37讲　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　植物细胞工程[重要程度：

★★★☆☆]

一、细胞工程的概念理解

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．工程目的：

按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

4．根据操作对象的不同分类：

植物细胞工程和动物细胞工程。

二、植物细胞工程

1．理论基础——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）物质基础：

细胞中具有本物种全部遗传信息。

2．植物组织培养技术

（1）概念理解

①培养对象：

离体的植物组织、器官或细胞。

②培养条件：

无菌、人工配制的培养基、相关激素等人工控制条件。

③培养结果：

产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。

（2）操作流程

外植体

根、芽或胚状体―→试管苗

3．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）操作流程

（3）流程分析

①过程a为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。

②过程b是原生质体的融合，其原理是细胞膜具有一定的流动性。

③诱导b融合的两种方法：

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。

④过程c是原生质体融合后再生出细胞壁。

⑤过程d是植物组织培养技术，其原理是细胞的全能性。

（4）意义：

克服了远缘杂交不亲和的障碍。

三、植物细胞工程的实际应用

1.植物繁殖的新途径

2．作物新品种的培育

3．细胞产物的工厂化生产：

如人参皂甙干粉的生产。

1．植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系

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

不同种的植物体细胞融合后形成杂种细胞

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，用一定的方法诱导原生质体融合

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的利用的不同点

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

的利用

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

易错警示　植物细胞工程的6个易错点

（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）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。

（3）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。

（4）利用植物组织培养技术生产细胞产物时，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。

（5）人工种子发育初期需要的营养物质由人工胚乳提供。

（6）人工种皮中可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等，以利于胚状体生长发育成幼苗。

1．（2013·江苏卷，11）某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。

为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗。

下列技术中不能选用的是（　　）

A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗

B．采用花粉粒组织培养获得单倍体苗

C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上

D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养

答案　B

解析　本题采用直选法。

通过花粉粒组织培养获得的是单倍体，不能保持原植株的优良特性，故B错误。

2．“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。

下图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图。

以下说法正确的是（双选）（　　）

A．除去细胞壁形成原生质体，可运用的酶是纤维素酶和果胶酶

B．通常可诱导上述原生质体相互融合的方法是PEG和灭活的病毒诱导

C．杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁

D．愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体必须经过脱分化和再分化两个过程

答案　AC

解析　除去细胞壁的酶有纤维素酶和果胶酶；诱导原生质体融合不能用灭活的病毒；杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁；愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体属于再分化过程。

考点二　动物细胞培养与体细胞克隆[重要程度：

★★★☆☆]

一、动物细胞培养——动物细胞工程技术的基础

1．动物细胞的培养过程

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：

除正常的有机和无机营养外，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，其中后者的作用是维持培养液的pH。

3．应用：

生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。

二、动物体细胞核移植技术和克隆动物

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。

探究动物细胞培养与动物体细胞核移植的不同点

动物细胞培养

动物体细胞核移植

原理

细胞增殖

动物细胞核的全能性

过程

结果

获得细胞群

获得克隆动物

应用

①生产生物制品

②用于基因工程

③检测有毒物质

①加速家畜遗传改良进程，促进良种繁育

②保护濒危物种

③生产医用蛋白

④提供克隆器官、组织等

易错警示　细胞工程的2个总结

（1）植物组织培养和动物细胞培养过程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）克隆动物的起点是经过核移植后形成的重组细胞，其遗传物质主要来自供体，因此形成的个体性状主要同供体，但也有部分性状同受体。

1．（2013·浙江卷，6）实验小鼠皮肤细胞培养（非克隆培养）的基本过程如图所示。

下列叙述错误的是（　　）

A．甲过程需要对实验小鼠进行消毒

B．乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶消化

C．丙过程得到的细胞大多具有异倍体核型

D．丁过程得到的细胞具有异质性

答案　C

解析　动物细胞培养需要无毒无菌的环境，甲过程指从实验小鼠身上取下皮肤组织，该过程需要对小鼠进行消毒处理，A项正确；乙过程表示将得到的皮肤组织分散成单个细胞制备成细胞悬液，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理，B项正确；丙过程表示原代培养，此时的细胞仍能保持正常的二倍体核型，C项错误；丁过程表示传代培养，此时得到的细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生突变，正在朝着等同于癌细胞的方向发展，D项正确。

2．下列哪一项属于克隆（　　）

A．将鸡的某个DNA片段整合到小鼠的DNA分子中

B．将抗药基因引入草履虫的细胞内

C．将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞

D．将某种瘤细胞在体外培养繁殖成一个细胞系

答案　D

解析　克隆就是“复制”的意思，将某种瘤细胞培养成一个细胞系

属于克隆；A、B选项都属于转基因技术；C项属于细胞融合。

3．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、动物细胞培养、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因素的影响，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

、动物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。

考点三　动物细胞融合与单克隆抗体的制备[重要程度：

★★☆☆☆]

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：

作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。

1．植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同点

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

相关

酶

纤维素酶和果胶酶

胰蛋白酶或胶原蛋白酶

融合

方法

物理法：

离心、电激、振动；

化学法：

聚乙二醇等试剂诱导

除物理法和化学法外，还可以用灭活的病毒诱导

结果

杂种植株

杂交细胞

意义

克服了远缘杂交的不亲和性，获得杂种植株

突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能

2．单克隆抗体制备过程中的两次筛选

第一次筛选：

利用特定选择培养基筛选，获得杂交瘤细胞，即AB型细胞（A为B淋巴细胞，B为骨髓瘤细胞），不需要A、B、AA、BB型细胞。

第二次筛选：

利用多孔板法和抗原—抗体杂交法筛选，获得产生特定抗体的杂交瘤细胞。

易错警示　植物体细胞杂交与动物细胞融合的3个易错点

（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的蛋白质。

（2）灭活的病毒保持了其抗原性，但毒性消失。

（3）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。

1．下列关于单克隆抗体制备过程的叙述，正确的是（　　）

A．制备过程中不需要动物细胞培养技术

B．杂交瘤细胞具有B淋巴细胞与癌细胞的所有特点

C．经选择培养基筛选出来的杂交瘤细胞可用于单克隆抗体的生产

D．单克隆抗体最广泛的用途是用作体外诊断试剂

答案　D

解析　单克隆抗体的制备是将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合，经过选择培养基的筛选得到杂交瘤细胞并经专一抗体检测后，培养能产生特定抗体的杂交瘤细胞即可得单克隆抗体，杂交瘤细胞能无限繁殖但不具有癌细胞的转移能力。

2．如图为制备单克隆抗体的流程图，据图回答下列问题：

（1）制备单克隆抗体的原理是，克隆________________细胞形成的细胞群，并产生________________的抗体。

（2）已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断，一般情况下，细胞中有D或S途径即能分裂繁殖。

人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但一般不分裂增殖。

鼠骨髓瘤细胞中只有D途径，但能不断分裂增殖。

将这两种细胞在试管中混合，加聚乙二醇促融，获得杂种细胞。

请设计一方法（不考虑机械方法），从培养液中分离出杂种细胞，并说明原理。

方法：

__________________________________________________________________。

原理：

__________________________________________________________________。

（3）杂交瘤细胞具备________________________的特点。

（4）在单克隆抗体制备过程中，还应用了细胞工程中的________和________________两大技术。

答案　

（1）B淋巴　大量、专一　

（2）在上述试管中加入氨基嘌呤后，收集能分裂增殖的细胞　淋巴细胞不能分裂增殖，鼠骨髓瘤细胞的D途径被阻断，也不能分裂，而杂种细胞中有S途径，可分裂增殖　（3）大量繁殖（或无限繁殖）、产生专一抗体　（4）动物细胞融合　动物细胞培养

解析　

（1）经免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生专一抗体。

（2）杂交瘤细胞有两种合成DNA的途径，因此在选择性培养基上只有杂交瘤细胞能生存并无限增殖。

（3）由题图不难看出，生产单克隆抗体，应用到了两种细胞工程技术：

动物细胞融合技术和动物细胞培养技术。

高考模拟　提能训练

高考题组

1．（2013·重庆卷，5）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　消毒剂的使用既要杀死材料表面微生物，又要防止伤害组织细胞，影响组织培养，A项正确；植物细胞融合是指经纤维素酶和果胶酶处理后得到的原生质体的诱导融合，带有细胞壁的愈伤组织细胞不能诱导融合形成染色体加倍的细胞，B项错误；出芽和生根都是细胞再分化的结果，其实质是基因的选择性表达，C项正确；α－萘乙酸为生长素类似物，可诱导愈伤组织生根，D项正确。

2．（2013·重庆卷，2）如图是单克隆抗体制备流程的简明示意图。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应T淋巴细胞

B．②中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成

C．③同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性

D．④是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群

答案　D

解析　①是获得已经免疫的B淋巴细胞，A项错误；胰蛋白酶使得组织块分散为单个细胞，B项错误；③同时具有B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的特性，C项错误；④经筛选后获得能够分泌特异性抗体的杂交瘤细胞，D项正确。

3．（2013·天津卷，9）花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。

野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。

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，以获得抗黑腐病杂种植株。

流程如下图：

据图回答下列问题：

（1）过程①所需

的酶是______________________________________________________。

（2）过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的______________________存在，这一特征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________________再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。

（4）若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和________植株的根尖，通过________、________、染色和制片等过程制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。

（5）采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA进行PCR扩增，得到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。

下图是用该引物对双亲及再生植株1～4进行PCR扩增的结果。

据图判断，再生植株1～4中一定是杂种植株的有__________。

（6）对杂种植株进行______________接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。

答案　

（1）纤维素酶和果胶酶　

（2）叶绿体　（3）保持原生质体完整性　细胞壁　（4）双亲（或花椰菜和黑芥）　解离　漂洗　（5）1、2、4　（6）黑腐病菌

解析　

（1）过程①是利用纤维素酶和果胶酶去除幼叶细胞和根细胞的细胞壁，制备相应原生质体；

（2）过程②是在PEG的作用下两个原生质体融合在一起，形成杂种细胞，来自幼叶的原生质体中有叶绿体存在，可以作为显微镜下初步筛选杂种细胞的标志；（3）原生质体及刚形成的杂种细胞因为没有了细胞壁的束缚作用，必须浸泡在适宜浓度且无毒害作用的等渗溶液中，以保持原生质体的完整性，原生质体经过细胞壁的再生后，才能进而分裂和脱分化形成愈伤组织。

（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分生组织（如根尖），通过解离、漂洗、染色和制片等过程制成装片，再在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。

（

5）根据两亲本的差异性条带，可知再生植株1、2和4既有花椰菜的条带，又有黑芥的条带，因此再生植株1、2和4一定为杂种植株。

（6）要筛选出高抗性的杂种植株，应进行相应的病原体接种实验，即接种黑腐病菌。

模拟题组

4．动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。

下图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图，请回答下列问题：

（1）肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞________________________________________。

（2）气室中充入5%CO2气体的主要作用是______________________________________。

（3）培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长，但要注意选择抗生素的________________________，以保证抗生素对肝脏无害。

（4）有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。

利用上图所示装置和提供的下列材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。

材料用具：

肝脏小块，外周血淋巴细胞，淋巴细胞培养液，植物凝集素（刺激淋巴细胞分裂）；显微镜，载玻片，盖玻片，玻璃皿，滴管；吉姆萨染液（使染色体着色），有机物X溶液等。

实验过程：

①在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。

②利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作（“√”表示已完成的步骤）。

甲

乙

丙

丁

步骤一：

加入肝脏培养液

√

√

√

√

步骤二：

加入有机物X溶液

√

√

步骤三：

放置肝脏小块

√

上表中还需进行的操作是_________________________________________________。

③培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。

④一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。

在显微镜下观察______________________，并对比分析。

若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）吸收氧气和营养物质、排出代谢废物　

（2）维持培养液适宜的pH　（3）种类和剂量　（4）②向乙（或丁）组装置中放置肝脏小块　④染色体形态和数量　肝脏小块对有机物X具有解毒作用

解析　

（1）把肝脏切成小薄片，有利于肝脏细胞的呼吸代谢，即吸收氧气和营养物质、排出代谢废物。

（2）气室中充入5%CO2的作用是形成碳酸来维持培养液中适宜的pH。

（3）同时也要注意选择抗生素的种类和剂量来抑制细菌生长。

（4）乙组或丁组没有处理，向乙（或丁）组装置中放置肝脏小块作为对照实验。

有机物X有毒性，可诱发染色体断裂，所以要观察淋巴细胞的染色体形态和数量是否变化。

甲组添加肝脏小块淋巴细胞染色体正常；丙组没有添加出现染色体异常现象，说明肝脏小块对有机物X具有解毒作用。

1．培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是（　　）

A．组织培养B．细胞杂交

C．显微注射D．核移植

答案　A

解析　培育草莓脱毒苗是利用草莓的茎尖分生组织细胞几乎不带病毒的特点，进行植物组织培养形成无毒种苗的过程，A项正确；植物体细胞杂交是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；显微注射是将目的基因导入动物细胞的方法；细胞核移植用于获得克隆动物，B、C、D项错误。

2．下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是（双选）（　　）

A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞

B．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变

C．二倍体细胞的传代培养次数通常是有限的

D．恶性细胞系的细胞可进行传代培养

答案　CD

解析　动物细胞在培养过程中有接触抑制现象，细胞在培养