2023版高考生物一轮总复习第13单元细胞工程第1讲细胞工程课件

第1讲　细胞工程自 主 学 习 · 巩 固 基 础[自主学习]知识点一　植物细胞工程1．植物细胞工程的基本技术【答案】愈伤组织　全能性　流动性　原生质体　杂种细胞　杂种植株2．植物细胞工程的实际应用【答案】细胞产物[自主检测]1．思考判断(1)有关细胞全能性与组织培养的判断。①棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。 (　　)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在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化。 (　　)④愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。 (　　)【答案】(1)①√　②×　③×　④×　(2)有关植物体细胞杂交技术的判断。①利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。 (　　)②用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。 (　　)③再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。 (　　)④培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。 (　　)【答案】(2)①×　②×　③√　④×2．深挖教材植物组织培养所用培养基的组成：__________________________ (包括水分、无机盐)、有机营养成分(包括小分子糖类、氨基酸、核苷酸)、激素、__________四部分。【答案】提示：无机营养成分　琼脂3．热图导析据图分析植物体细胞杂交的过程，回答下列问题。(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理是：___________________ _______________________________。(2)如何根据细胞膜表面的荧光判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的？________________________________。(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含有多少条染色体？________________________________________________。(4)若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于几倍体植株？________________________________________________。【答案】(1)提示：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性(2)提示：融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光(3)提示：2(m＋n)条　(4)提示：单倍体植株[自主学习]知识点二　动物细胞工程1．动物细胞培养    【答案】单个细胞　原代培养　无毒　CO2　氨基酸　血清　36.5 ℃±0.5 ℃　7.2～7.42．动物细胞核移植技术【答案】全能性　体细胞核　核移植　重组胚胎3．动物细胞融合与单克隆抗体【答案】灭活病毒诱导法　有性杂交　特异性强　灵敏度高　诊断试剂　运载药物　杂交瘤细胞[自主检测]1．思考判断(1)有关动物细胞培养的判断。①制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。 (　　)②在对肝细胞的培养过程中，通常在培养液中通入5%的CO2以刺激细胞呼吸。 (　　)③在25 ℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养。 (　　)④培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。 (　　)⑤二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的。 (　　)【答案】(1)①×　②×　③×　④×　⑤×　(2)有关动物细胞核移植的判断。①动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。 (　　)②克隆动物的性状与供体动物几乎完全相同。 (　　)③与“多莉”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、动物细胞培养和体细胞核移植。 (　　)④用于核移植的供体细胞一般都选用10代以内的培养细胞。 (　　)【答案】(2)①×　②√　③√　④√　(3)动物细胞融合与单克隆抗体的制备。①植物原生质体融合与动物细胞融合原理是相同的。 (　　)②体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。 (　　)③小鼠骨髓瘤细胞的染色体数为40，B淋巴细胞的染色体数为46，融合后形成的杂交瘤细胞DNA分子数为86。 (　　)④对杂交瘤细胞进行体内培养，是为了获得能产生单克隆抗体的胚胎。 (　　)⑤B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种细胞类型(若仅考虑两两融合的情况)。 (　　)【答案】(3)①√　②×　③×　④×　⑤√2．热图导析下图为制备单克隆抗体和多克隆抗体的示意图，据图分析下列问题。(1)与多克隆抗体相比，单克隆抗体的优点有哪些？__________________________________________________。(2)图中第一次筛选和第二次筛选的目的有何不同？__________________________________________________。【答案】提示：(1)单克隆抗体的优点是特异性强、灵敏度高，可大量制备　(2)第一次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞，第二次筛选的目的是筛选出能产生所需单克隆抗体的杂交瘤细胞重 难 探 究 · 素 养 达 标植物细胞工程1．植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系[深度讲解]2．植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型的分析(1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)：①未融合的细胞：A和B。②两两融合的细胞：AA、BB和AB。③多细胞融合体。(2)检测方法：对诱导产物中的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。①若只表现出一种植物的性状，说明是未融合细胞。②若得到的是具有两种亲本性状的植物，说明是杂种植株。③若得到的是两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得到加强，则是多细胞融合体。④若得到的是一种植物的性状，但是效果得到加强，则是同种细胞融合的结果。3．激素比例与细胞分裂分化的关系(1)适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。(2)适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。(3)比例适中诱导产生愈伤组织。如图所示。[考向预测](2)在A脱分化形成B的过程中，除需要提供营养外，还需要__________的诱导。B表示__________组织。构成B的是具有分生(分裂)能力的薄壁细胞。(3)要制造人工种子，应该选用__________(填字母)做材料。(4)从A到B的整个过程，细胞进行分裂的方式是________________。【答案】(1)植物细胞具有全能性　(2)激素　愈伤　(3)C　(4)有丝分裂(二)考查植物体细胞杂交的过程及原理(素养目标：科学探究)2．如图所示为科学家利用番茄叶细胞和马铃薯叶细胞杂交培育“番茄—马铃薯”植株的过程，请回答下列问题：(1)过程①②使用了____________________________酶，以使植物原生质体相互分离，此处使用的溶液浓度较大，以保证植物细胞会发生__________________，以保护原生质体不被破坏；在动物细胞培养技术中，使细胞分离开来的酶是__________________。(2)过程③在化学药剂________________的作用下会发生细胞融合；动物细胞融合的方法与植物细胞不相同的是__________________。(3)过程____属于脱分化，过程____属于再分化，细胞发生分化的根本原因是__________________。(4)过程⑤⑥⑦的细胞工程技术是__________________，其培养时选用的材料通常是分生组织，原因是__________________________。(5)植物体细胞杂交的研究在________________________________方面，取得了巨大突破。【答案】(1)纤维素酶和果胶　质壁分离　胰蛋白酶　(2)聚乙二醇　灭活病毒诱导法　(3)⑤　⑥　基因的选择性表达　(4)植物组织培养　分化程度低，易培养形成愈伤组织(或含毒素少，甚至无毒)　(5)克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍动物细胞工程1．植物组织培养、动物细胞培养和动物体细胞核移植(1)三者比较。[深度讲解](2)动物细胞核移植的疑难点。①卵母细胞选择时期及原因：减数第二次分裂中期的卵母细胞，此时具备受精能力，细胞质中合成与分裂、分化有关的物质能刺激融合后重组细胞进行分裂分化，形成重组胚胎。②选卵细胞作为受体细胞的原因：a．卵细胞大，易于操作；b．卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养；c．能激发重组细胞分裂分化。(3)供体细胞：取供体动物的体细胞培养，一般选用培养10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。(4)动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体的原因：动物体细胞的全能性受到限制。(5)该过程用到的技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植。2．动物细胞融合、单克隆抗体(1)植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较。(2)单克隆抗体的制备过程。 注：单克隆抗体的制备过程中有两次筛选，第一次是用选择性培养基选出杂交瘤细胞；第二次是用抗原—抗体杂交技术选出能产生人们所需要抗体的杂交瘤细胞。(一)动物细胞培养过程及条件、干细胞培养及其应用(素养目标：科学探究)1．(2021年山东泰安模拟)胚胎干细胞必须从胚胎中获取，但这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。科学家通过体外诱导成纤维细胞，获得了类似于胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞(简称iPS细胞)。因为诱导过程无须破坏胚胎，而且iPS细胞可来源于病人自身的体细胞，因此iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。[考向预测]如图为iPS细胞的获得及用其培育不同种细胞的示意图(c－Myc、Klf4、Sax2和Oct3/4等基因与细胞的脱分化有关)。回答下列问题：(1)在对成纤维细胞进行培养时，常用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞，这说明细胞间的物质为__________，__________(填“能”或“不能”)用胃蛋白酶处理成纤维细胞，原因是__________________。(2)在培养iPS细胞的过程中，培养基中应含有细胞所需的各种营养物质，并定期更换培养液。定期更换培养液的目的是_______________ _____________________。为了给培养物提供无菌环境，可进行的操作是__________________________。(3)过程③④为iPS细胞提供的条件不同，分化得到的细胞不同，可知细胞分化是____________________的结果。若iPS细胞来源于病人自身体细胞的诱导，再将其分化出的细胞移入患者体内的优势是________________________。(4)如果诱导iPS细胞定向分化为原始生殖细胞，该技术可能的应用是__________________。【答案】(1)蛋白质　不能　多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中失活变性　(2)清除代谢废物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害　对培养液和培养器具进行消毒外，在培养液中加入一定量的抗生素　(3)基因的选择性表达　避免了免疫排斥问题　(4)解决不育问题　【解析】(1)在对成纤维细胞进行培养时，常用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞，用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。胰蛋白酶作用的适宜环境pH也为7.2～8.4。多数动物细胞培养的适宜pH也为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适宜用于细胞培养。(2)在培养iPS细胞的过程中，培养基中应含有细胞所需的各种营养物质，并定期更换培养液。定期更换培养液的目的是清除代谢废物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。为了给培养物提供无菌环境，可进行的操作是对培养液和培养器具进行消毒外，在培养液中加入一定量的抗生素。(3)细胞分化是基因的选择性表达的结果。若iPS细胞来源于病人自身体细胞的诱导，再将其分化出的细胞移入患者体内，由于自体细胞组织相容性抗原相同，故可以避免发生免疫排斥。(4)如果诱导iPS细胞定向分化为原始生殖细胞，可以用该技术解决不育问题。(二)细胞核移植技术及应用(素养目标：科学探究)2．(2021年宁夏平罗中学月考)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)对取自转基因奶牛的组织细胞在进行细胞培养时，需要培养至10代以内，原因是__________________________。(2)形成重组细胞时应先去除卵母细胞的细胞核，原因是_________ _______________________。(3)对重组细胞进行原代培养时，会表现出__________和__________等特点。(4)哺乳动物核移植可以分为________________核移植和_________ _______核移植。目前核移植技术中普遍使用的去核方法是__________ ______________。(5)克隆牛的成功体现了___________________________________，其生殖方式为____________。【答案】(1)此阶段的细胞能保持正常的二倍体核型　(2)使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞(或避免卵细胞中的遗传物质对后代造成干扰)　(3)细胞贴壁　接触抑制　(4)胚胎细胞　体细胞　显微操作法　(5)动物体细胞的细胞核具有全能性　无性生殖【解析】(1)传代培养一般要培养到10 代以内，因为此阶段的细胞能保持正常的二倍体核型。(2)形成重组细胞时应先去掉卵母细胞的细胞核，原因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(或避免卵细胞中的遗传物质对后代造成干扰)。(3)在进行原代培养时，一般会表现出细胞贴壁和接触抑制等特点。(4)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，目前核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。(5)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，该过程属于无性生殖。(三)动物细胞融合技术及单克隆抗体的制备(素养目标：科学探究)3．(2021年云南师大附中高三月考)德尔塔变异株是目前新冠肺炎传播的主要变异株，中国研究员团队最新发现针对德尔塔变异株有效的单克隆抗体，为治疗新冠带来新希望。如图是单克隆抗体制备流程示意图，回答下列问题。(1)上述实验前必须给小鼠注射减毒或灭活的新冠病毒抗原，注射抗原的目的是__________________________。(2)骨髓瘤细胞与某些淋巴细胞融合，融合的方法除了电融合法外，还可以用__________________。细胞融合完成后，融合体系中有__________种杂交细胞(仅考虑两两融合)。(3)单克隆抗体制备经过了两次筛选。利用HAT培养基进行筛选①，能在该培养基上正常生长的细胞的特点是________________________ ______________。因为同一种抗原可能激活__________细胞，还需经过筛选②才能获得产生特定抗体的杂交瘤细胞，筛选所依据的基本原理是__________________________________。(4)与普通抗体相比较，单克隆抗体最主要的优点在于它的____________________________________。目前，单克隆抗体的主要用途有________________________________________(至少举出两例)，该技术也为新冠肺炎的治疗提供了思路。【答案】(1)诱导小鼠产生能够分泌抗新冠病毒抗体的B淋巴细胞　(2)PEG融合法或灭活病毒诱导法　3　(3)既能迅速大量繁殖，又能产生专一抗体　多种B　抗原与抗体的反应具有特异性　(4)特异性强，灵敏度高，可大量制备　作为诊断试剂、用于治疗疾病和运载药物【解析】(1)注射抗原的目的是诱导小鼠产生能够分泌抗新冠病毒抗体的B淋巴细胞，然后用于制作杂交瘤细胞。(2)骨髓瘤细胞与某些淋巴细胞融合，融合的方法除了电融合法外，还可以用PEG融合法或灭活病毒诱导法。融合体系中有3种杂交细胞，为骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞杂交、淋巴细胞与淋巴细胞融合，以及所需的骨髓瘤细胞与淋巴细胞融合。(3)获得能分泌所需单克隆抗体的杂交瘤细胞至少需要两次筛选，第一次筛选出杂交瘤细胞，第二次筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。在HAT培养基上存活的细胞为杂交瘤细胞，特点是既能迅速大量繁殖，又能产生专一抗体。同一种抗原可能激活多种B细胞，还需经过两次筛选，才能获得产生特定抗体的杂交瘤细胞，筛选所依据的基本原理是抗原与抗体的反应具有特异性。(4)单克隆抗体最主要的优点在于它的特异性强，灵敏度高，可大量制备。因为单克隆抗体的特异性强，主要用途有作为诊断试剂、用于治疗疾病和运载药物。典 题 演 练 · 破 解 高 考1．(2021年湖南卷)M 基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验，将外源DNA片段F插入M 基因的特定位置，再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M 基因失活的转基因克隆动物A，流程如图所示。回答下列问题：(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是__________，这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的__________断开。(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是__________________________。(3)与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低，原因是__________________________。从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞，在形态上表现为_________ ___________________(答出两点即可)，功能上具有____________。(4)鉴定转基因动物：以免疫小鼠的__________淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合，筛选融合杂种细胞，制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M 基因是否失活的实验思路：____________________________。【答案】(1)限制酶　磷酸二酯键　(2)清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，同时给细胞提供足够的营养　(3)动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难　细胞体积小，细胞核大，核仁明显(任选两点作答)　发育的全能性　(4)B　取动物A和克隆动物A的肝组织细胞，分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交【解析】(1)基因工程中切割DNA的工具酶是限制酶，故在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是限制酶。限制酶是作用于其所识别序列中两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。不同的限制酶可以获得不同的末端，主要分为黏性末端和平末端。(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(3)由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，故与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率低。胚胎干细胞在形态上表现为细胞体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。(4)先给小鼠注射特定抗原使之发生免疫反应，之后从小鼠脾脏中获取已经免疫的B淋巴细胞；诱导B细胞和骨髓瘤细胞融合，利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，制备M蛋白的单克隆抗体；若要利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活，如果M基因已经失活，则克隆动物A中无法产生M蛋白的单克隆抗体，则可利用抗原—抗体杂交技术进行检测。故实验思路为：取动物A和克隆动物A的肝组织细胞，分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交。命题探源本题结合图示考查基因工程、核移植、胚胎移植、单克隆抗体的相关知识，涉及知识点较多，但难度不大，要求考生掌握基础知识，属于识记与理解层次。2．(2020年全国Ⅰ卷)为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。回答下列问题：(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是__________________。(2)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：__________________________。(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于____________________，使用该培养基进行细胞培养的结果是________________________。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是____________________________。(4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有__________(答出2点即可)。【答案】(1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞　(2)取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液　(3)选择培养基　只有杂交瘤细胞能够生存　抗原与抗体的反应具有特异性　(4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外培养【解析】(1)实验前给小鼠甲注射病毒A，是为了诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。(2)取小鼠的脾脏，剪碎组织，用胰蛋白酶处理获得单个细胞，加入培养液可以制成单细胞悬液。(3)图中筛选1需要用到选择培养基，只有杂交瘤细胞可以存活。筛选2是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞，该过程要用到抗原—抗体杂交，故筛选所依据的原理是抗原－抗体反应具有特异性。(4)获得能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞后，可以在体外培养液中进行培养，或在小鼠的腹腔中进行培养，使杂交瘤细胞大量增殖。