高考生物一轮复习第12单元现代生物科技专题第37讲细胞.docx
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高考生物一轮复习第12单元现代生物科技专题第37讲细胞
第37讲 细胞工程
考试说明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）。
考点一 植物细胞工程
1.细胞工程概述
原理和方法
细胞生物学和
操作水平
细胞水平或
目的
按照人们的意愿来改变 或获得
分类
细胞工程和 细胞工程
2.植物细胞的全能性
（1）概念:
具有某种生物 的任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的 ,也就是说,每个生物细胞都具有 的特点。
（2）原因:
细胞内含有本物种的 。
（3）表现条件:
具有完整的细胞结构,处于 状态,提供一定的 和其他适宜的外界条件。
3.植物组织培养
（1）原理:
植物细胞的 。
（2）条件:
和人工控制、人工配制的 、适宜的 。
（3）过程
图12-37-1
4.植物体细胞杂交技术
（1）概念:
指将不同种的植物体细胞在一定条件下融合成 ,并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
（2）原理:
细胞膜的 和植物细胞的 。
（3）过程
图12-37-2
（4）意义:
克服 的障碍,培育作物新品种。
5.植物细胞工程的应用
（1）植物繁殖的新途径
①微型繁殖:
用于 优良品种的植物组织培养技术。
②作物脱毒:
选取作物 等无毒组织进行组织培养,获得脱毒苗的技术。
③人工种子:
以植物组织培养得到的 、不定芽、顶芽、腋芽等材料,经过人工薄膜包装得到的种子,可以解决某些植物结实率低、繁殖困难等问题。
（2）作物新品种的培育:
单倍体育种和 的利用。
（3）细胞产物的工厂化生产:
即利用 技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。
名称
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理
植物细胞的全能性
细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性
过程
注意
事项
①选材:
选取根尖、茎尖、形成层等部位,最容易诱导脱分化
②光照:
脱分化过程不需要光照,再分化过程需要光照
③植物激素:
培养基中需添加生长素和细胞分裂素,且脱分化、再分化时这两种植物激素的比例不同
①去除细胞壁的方法:
酶解法,所用的酶是纤维素酶和果胶酶
②人工诱导融合的方法:
化学方法是用聚乙二醇作诱导剂;物理方法包括离心、振动、电激等
联系
植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养两个过程,植物组织培养是植物体细胞杂交的一个环节,融合的植物体细胞只有通过植物组织培养才能发育成完整的个体
1.[2017·江苏盐城二模]拟采用“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”的方法繁殖一种名贵花卉。
下列有关叙述错误的是（ ）
A.消毒的原则是既要杀死材料表面的微生物,又要减少消毒剂对细胞的伤害
B.在愈伤组织培养基中加入细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细胞
C.出芽是外植体经细胞脱分化后再分化的结果,受基因选择性表达的调控
D.诱导丛芽分化生根时,培养基中通常含有NAA等植物生长调节剂
2.[2017·西安一模]白菜、甘蓝均为二倍体,体细胞染色体数目分别为20、18。
“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。
如图12-37-3是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图,回答以下问题:
图12-37-3
（1）为了得到原生质体需先用 和 来处理白菜细胞和甘蓝细胞。
（2）诱导原生质体融合的方法有多种,常用的物理方法是 ,融合完成的标志是 。
由杂种细胞得到“白菜—甘蓝”还需要经过植物组织培养技术,其中需要避光培养的步骤是 。
（3）如图通过植物体细胞杂交技术获得的“白菜—甘蓝”植株体细胞的染色体数为 ;通常情况下,白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的,原因是 ;若对白菜和甘蓝采用杂交育种方法能成功的话,得到的后代应含 条染色体。
（4）植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比的优点是 。
考点二 动物细胞培养
1.动物细胞工程常用的技术手段:
、 、 、 等,其中 技术是其他工程技术的基础。
2.动物细胞培养
（1）原理:
。
（2）过程
图12-37-4
（3）培养条件
①无菌、无毒环境
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 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
（4）应用
①生产 ,如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。
②应用于 。
③检测 ,判断某种物质的毒性;用于 等方面的研究。
1.动物细胞培养中两组概念的辨析
（1）细胞贴壁和接触抑制:
悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。
细胞进行有丝分裂,数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。
（2）原代培养与传代培养
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。
原代培养的细胞核型正常。
②传代培养:
原代培养的细胞生长、增殖一定时间后,由于空间不足或细胞密度过大导致营养枯竭,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。
一般情况下,细胞传至10~50代后,出现核型异常,细胞增殖会明显减缓,甚至完全死亡。
2.植物组织培养和动物细胞培养的比较
项目
植物组织培养
动物细胞培养
原理
植物细胞的全能性、细胞的增殖
细胞的增殖
取材
较幼嫩的细胞、组织或器官
胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
培养
基成分
无机盐、蔗糖、维生素、植物激素、琼脂等
葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、抗生素、动物血清等
结果
可以获得植株,也可以获得大量细胞
只能获得大量细胞,不能得到生物个体
相同点
都需人工条件下的无菌操作;都需适宜的温度、pH等条件
[2017·四川南充一诊]科学家利用基因工程和细胞核移植技术培育了绿色荧光蛋白转基因克隆猪。
基本流程:
从
荧光水母中获取目的基因,与有关载体重组,将其导入猪胎儿的成纤维细胞,经培养后再将成纤维细胞核植入去核的卵母细胞中,最后培养出转基因克隆猪。
（1）成纤维细胞贴壁生长分裂到表面相互接触时,就会停止分裂,这种现象叫作细胞的 。
若将成纤维细胞进行传代培养,操作时首先用 处理成细胞悬液。
（2）作为核移植受体细胞的去核卵母细胞一般处在 期。
供体细胞注入去核的卵母细胞中,常通过 （物理方法）激活重组细胞,使其完成细胞分裂和发育进程。
（3）培养重组细胞时,将细胞所需的营养物质按其种类、数量严格配制而成的培养基称为 培养基,但通常在培养基中还需要加入适量的 等天然成分。
细胞培养应在含5%的CO2的恒温培养箱中进行,CO2的主要作用是 。
为了防止细胞培养过程中细菌的污染,可向培养液中加入适量的 。
考点三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.理论基础:
动物 。
2.概念:
将动物一个细胞的 ,移入一个已经去掉 的 中,使其重组并发育成一个新的 ,这个新的胚胎最终发育成动物个体。
用核移植的方法得到的动物称为 。
3.核移植类型:
移植和体细胞核移植。
4.过程
图12-37-5
5.应用
（1）加速家畜 ,促进 。
（2）保护 物种。
（3）生产 。
（4）作为异种移植的 。
（5）用于组织器官的 。
6.存在问题
（1）克隆动物存在 、 、生理缺陷。
（2）克隆动物食品的 也有争议。
1.关于核移植技术的几个问题
（1）选MⅡ中期卵母细胞作为受体细胞的原因:
①此类细胞体积大,易于操作;②卵黄多,营养物质丰富,可为发育提供充足的营养;③卵母细胞的细胞质中存在激发细胞核全能性表达的物质。
（2）克隆动物是由重组的细胞经培养而来的,该重组细胞的细胞质基因来源于受体细胞,细胞核基因来源于提供细胞核的亲本,其遗传物质来自两个亲本。
（3）核移植中供体动物、提供卵母细胞的动物、代孕动物和克隆动物之间的关系:
克隆动物绝大部分性状与供体动物相同,少数性状与提供卵母细胞的动物相同,与代孕动物的性状无遗传关系。
（4）动物体细胞核移植技术（克隆）从生殖方式的角度看属于无性生殖,重组细胞相当于受精卵,需要动物细胞培养和胚胎工程技术的支持。
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12-37-6所示）,请结合图示回答下列问题:
图12-37-6
（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离,形成单个细胞,这个过程中需要利用 酶处理。
（2）形成重组细胞时应选用 期的卵母细胞,并去掉其细胞核的原因是 。
（3）如果重组细胞为贴附性细胞,则在进行原代培养时,会表现出 和 等特点。
（4）图中犊牛并非是对体细胞核供体母牛100%的复制,其原因主要有 。
（5）图中所示的生物技术整体被称为 ,其包括的具体生物技术有 、 等。
转基因奶牛的克隆成功,说明了动物 具有全能性。
考点四 动物细胞融合和单克隆抗体
1.动物细胞融合
图12-37-7
2.单克隆抗体的制备
（1）过程
图12-37-8
（2）单克隆抗体的优点:
、 ,并可大量制备。
（3）单克隆抗体的应用:
作为诊断试剂,具有准确、 、简易、 的优点;用于治疗疾病和 。
1.动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较
项目
动物细胞融合
植物体细胞杂交
培养
条件
葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、血清或血浆等天然成分
营养物质（水、无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等）、激素（如细胞分裂素、生长素等）及其他条件（无菌、适宜的温度和pH等）
细胞融
合原理
细胞膜的流动性、细胞增殖
细胞膜的流动性、细胞的全能性
细胞融
合前提
用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散后,诱导细胞融合
用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合
诱导
手段
①物理、化学法:
与植物体细胞杂交的相同②生物法:
灭活的病毒
①物理法:
离心、振动、电激等;②化学法:
用聚乙二醇（PEG）处理
（续表）
项目
动物细胞融合
植物体细胞杂交
结果
获得杂种细胞,以生产细胞产品
获取杂种植株
用途
制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等
克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍
2.单克隆抗体制备过程中两次筛选的方法及目的
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融合细胞,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
图12-37-9为细胞融合的简略过程,请据图回答:
图12-37-9
（1）植物细胞工程常用的技术手段有 。
动物细胞工程的各技术手段中的基础是 。
（2）若图中A、B是植物细胞,在细胞融合之前应用 处理,除去 ;A、B到细胞C的过程中,常用的化学方法是 ;融合完成的标志是 。
（3）与植物细胞相比,动物细胞融合特有的诱导融合的方法是用 处理。
（4）若利用动物细胞融合技术来生产单克隆抗体,应采用 和 进行融合,融合后需经多次筛选,以得到能产生特异抗体的杂交瘤细胞,第一次筛选一般利用 进行,第二次筛选需对细胞进行反复的 ,以筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。
（5）少量生产单克隆抗体时,可将筛选得到的杂交瘤细胞注入小鼠腹腔内进行增殖,该方法的优点是 。
2.[2017·沈阳示范协作校一模]如图12-37-10为制备多克隆抗体和单克隆抗体的示意图,回答下列问题:
（1）将抗原注射到小鼠体内时,小鼠体内发生了 免疫过程。
图中选用经免疫的B细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞,与植物体细胞杂交相比,其特有的融合方法是 。
（2）图中两次筛选的目的不同,其中筛选②过程需进行 和 ,目的是筛选出 。
将杂交瘤细胞在体外条件下进行大规模培养时,需将其置于 的混合气体培养箱中进行培养。
图12-37-10
（3）与多克隆抗体相比,单克隆抗体突出的优点在于其 ,并能大量制备。
从目前临床试验来看,单克隆抗体主要用于治疗癌症,例如可以将抗癌细胞的单克隆抗体与放射性同位素、药物等结合,制成“生物导弹”,利用单克隆抗体的 作用,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。
历年真题明考向
1.[2017·海南卷]甲、乙两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,均加入了一定量的蔗糖,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。
图12-37-11
（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,可用组织培养方法来繁殖,在培养时, （填“能”或“不能”）采用经减数分裂得到的花粉作为外植体,原因是
。
2.[2016·全国卷Ⅱ]图12-37-12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。
图12-37-12
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）”培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了 。
3.[2014·新课标全国卷Ⅰ]某研究者用抗原（A）分别免疫3只同种小鼠（X、Y和Z）,每只小鼠免疫5次,每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价（能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数）,结果如图12-37-13所示。
图12-37-13
若要制备杂交瘤细胞,需取免疫后小鼠的B淋巴细胞（染色体数目40条）,并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞（染色体数目60条）按一定比例加入试管中,再加入聚乙二醇诱导细胞融合,经筛选培养及抗体检测,得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。
回答下列问题:
（1）制备融合所需的B淋巴细胞时,所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16000以上,则小鼠最少需要经过
次免疫后才能有符合要求的。
达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中,最适合用于制备B淋巴细胞的是 小鼠,理由是 。
（2）细胞融合实验完成后,融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外,可能还有
,体系中出现多种类型细胞的原因
是 。
（3）杂交瘤细胞中有 个细胞核,染色体数目最多是 条。
（4）未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活,原因是 。
第37讲 细胞工程
考点一
【知识梳理】
1.分子生物学 细胞器水平 细胞内的遗传物质 细胞产品 植物 动物
2.
（1）全部遗传信息 潜能 全能性
（2）全部遗传信息 （3）离体 营养、激素
3.
（1）全能性
（2）无菌 培养基 培养条件 （3）离体 脱分化 激素 再分化 无菌
4.
（1）杂种细胞
（2）流动性 全能性 （3）纤维素酶、果胶 原生质体 物理 聚乙二醇（PEG） 细胞壁 （4）远缘杂交
5.
（1）快速繁殖 茎尖、根尖 胚状体
（2）突变体 （3）植物组织培养
【题组训练】
1.B [解析]消毒指用比较温和的物理或化学方法清除或杀灭除芽孢外的所有病原微生物,使其数量减少达到无害化,A正确;愈伤组织细胞含有细胞壁,加入细胞融合诱导剂不会诱导细胞融合,因此不会得到染色体加倍的细胞,B错误;愈伤组织再分化形成胚状体后,一般先形成芽,再形成根,而分化的实质是基因的选择性表达,C正确;诱导丛芽分化生根时,培养基中通常含有NAA等植物生长调节剂,D正确。
2.
（1）纤维素酶 果胶酶
（2）离心、振动、电激 再生出新的细胞壁 脱分化
（3）38 存在生殖隔离 19
（4）克服远缘杂交不亲和的障碍,培育作物新品种
[解析]
（1）植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,根据酶的专一性原理,可采用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。
（2）诱导原生质体融合的方法包括:
物理方法（离心、振动、电激）和化学方法（聚乙二醇）;融合完成的标志是再生出新的细胞壁;将杂种细胞培育成杂种植株还需要采用植物组织培养技术,包括脱分化和再分化两个阶段,其中脱分化过程要避光,再分化过程需要光。
（3）如图通过植物体细胞杂交技术获得的“白菜—甘蓝”体细胞染色体数为20+18=38;通常情况下,由于白菜和甘蓝之间存在生殖隔离,因此,白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的;若对白菜和甘蓝采用杂交育种方法能成功的话,得到的后代应含19条染色体。
（4）植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍,培育作物新品种。
考点二
【知识梳理】
1.动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 生产单克隆抗体 动物细胞培养
2.
（1）细胞增殖
（2）剪碎 胰蛋白酶 贴壁 接触抑制 胰蛋白酶 10~50 核型
（3）①抗生素 培养液 ②血清、血浆 ④细胞代谢 pH
（4）①生物制品 ②基因工程 ③有毒物质 生理、病理、药理
【题组训练】
（1）接触抑制 胰蛋白酶
（2）MⅡ中（减数第二次分裂中） 电脉冲（电激）
（3）合成 血清（血浆） 调节培养基的pH 抗生素
[解析]
（1）细胞贴壁生长分裂到表面相互接触时,就会停止分裂,这种现象叫作细胞的接触抑制。
若将成纤维细胞进行传代培养,操作时首先用胰蛋白酶处理成细胞悬液。
（2）选取处在MⅡ中（减数第二次分裂中）期的去核卵母细胞作为受体细胞,通过电脉冲（电激）激活重组细胞,使其完成减数分裂和发育进程。
（3）将细胞所需的营养物质按其种类、数量严格配制而成的培养基称为合成培养基。
动物细胞所需的营养物质:
糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等,还需加入血清、血浆等天然成分。
细胞培养应在含5%的CO2的恒温培养箱中进行,CO2的主要作用是调节培养基的pH。
为了防止细胞培养过程中细菌的污染,可向培养液中加入适量的抗生素。
考点三
【知识梳理】
1.细胞核的全能性
2.细胞核 细胞核 卵母细胞 胚胎 克隆动物
3.胚胎细胞核
4.体细胞 体细胞细胞核 去核卵母细胞 细胞融合 胚胎移植
5.
（1）遗传改良进程 优良畜群繁育
（2）濒危 （3）医用蛋白 （4）供体 （5）移植
6.
（1）健康问题 遗传缺陷
（2）安全性问题
【题组训练】
（1）胰蛋白（胶原蛋白）
（2）MⅡ中（减数第二次分裂中） 使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞（避免卵细胞中的遗传物质对后代造成干扰）
（3）贴壁生长（细胞贴壁） 接触抑制
（4）生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制;生物的性状受环境因素的影响
（5）核移植（体细胞核移植） 动物细胞培养 胚胎移植 体细胞的细胞核
[解析]
（1）在动物细胞培养过程中,一般用胰蛋白酶将细胞分散开,获得细胞悬液。
（2）在细胞核移植形成重组细胞的过程中一般选用处于减数第二次分裂中期的卵母细胞,去除其细胞核是为了保证克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞。
（3）如果重组细胞为贴附性细胞,在进行原代培养时,会表现出贴壁生长和接触抑制等特点。
（4）克隆出的个体细胞质中的遗传物质来自卵母细胞,并且生物性状的表达还受到环境因素的影响,所以题图中犊牛并非是对体细胞核供体母牛100%的复制。
（5）题图中所示技术为动物体细胞核移植技术,其中应用到的生物技术包括动物细胞培养、细胞核移植、胚胎移植等。
转基因奶牛的克隆成功,说明了动物体细胞的细胞核具有全能性。
考点四
【知识梳理】
1.灭活的病毒 流动性 有性杂交
2.
（1）骨髓瘤 体外 体内
（2）特异性强 灵敏度高
（3）高效 快速 运载药物
【题组训练】
1.
（1）植物组织培养、植物体细胞杂交 动物细胞培养
（2）纤维素酶、果胶酶 细胞壁 PEG诱导 再生出细胞壁
（3）灭活的病毒
（4）经免疫的B细胞 骨髓瘤细胞 选择培养基 克隆化培养和抗体阳性检验
（5）节约培养基（成本）,易于控制培养条件等
[解析]
（1）植物细胞工程常用的技术手段有植物组织培养、植物体细胞杂交。
动物细胞工程的各技术手段中的基础是动物细胞培养。
（2）植物体细胞杂交前,先采用酶解法去除细胞壁,即采用纤维素酶、果胶酶处理除去细胞壁;诱导细胞融合常用的化学方法是PEG诱导;原生质体融合完成的标志是再生出细胞壁。
（3）诱导原生质体融合的方法有物理法（离心、振动、电激等）、化学法（聚乙二醇）,诱导动物细胞融合的方法有
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