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2019-2020年高三生物一轮复习 第四十二讲 细胞工程学案考纲要求1植物的组织培养（）。2.动物的细胞培养与体细胞克隆（）。3.细胞融合与单克隆抗体（）。知识梳理一.植物细胞工程1.细胞工程（1）操作水平：细胞水平或细胞器水平。（2）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）原理：细胞内含有本物种的全部遗传信息。（3）全能性表达条件：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。3.植物组织培养技术（1）概念理解培养对象：离体的植物组织、器官或细胞。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。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4.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。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。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。过程c是原生质体融合后再生出细胞壁。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。5.植物细胞工程的应用（1）植物繁殖的新途径微型繁殖：保持优良品种的遗传特性，高效快速地实现大量繁殖作物脱毒：利用分生区附近如茎尖组织培养获得脱毒苗人工种子：胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等包上人工种皮制成（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：培养到愈伤组织阶段。深度思考研究人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响，实验结果如下图，请思考。（1）实验结果表明，茎尖大小与脱毒率、成苗率关系如何？（2）马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为多少mm?提示（1）据图可知，茎尖越小脱毒率越高，成苗率越低。（2）当茎尖大小为0.27 mm时脱毒率和成苗率相对都较高。二.动物细胞工程1.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。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。适宜的温度和pH：温度为36.50.5_（哺乳动物），pH为7.27.4。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。2.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。3.动物细胞融合和单克隆抗体的制备（1）动物细胞融合原理：细胞膜的流动性。融合方法：聚乙二醇（PEG）、灭活的病毒、电激等。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）单克隆抗体制备过程优点：特异性强、灵敏度高，可大量制备。用途：作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。要点精析1.植物组织培养的过程植物组织培养的条件（1）离体：这是因为在生物体内基因的表达在空间和时间上具有选择性。（2）营养条件：水、无机盐、维生素等营养物质，以及激素（生长素和细胞分裂素）。（3）环境条件适宜的温度、pH确保酶的活性。无菌这是因为细菌等微生物繁殖快，消耗营养物质多，同时产生有害的代谢产物，毒害植物细胞。光照这是因为光照有利于细胞内叶绿素的形成和光合作用的进行。2.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较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应用繁殖培育新品种生产细胞产品克服远缘杂交不亲和的障碍，培育作物新品种易错警示！（1）植物体细胞杂交获得的杂种细胞的类型有三种（以上图为例）：AA型、BB型、AB型，符合要求的只有AB型，需要进行筛选。（2）杂种细胞形成的标志：新的细胞壁的生成。（3）杂种植株遗传物质的变化：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。3.比较动物细胞培养、核移植与动物细胞融合比较动物细胞培养核移植动物细胞融合原理细胞增殖动物细胞核的全能性细胞膜的流动性过程结果相同分化程度的细胞群与供体基本相同的个体杂交细胞关键环节细胞增殖（分裂）、细胞癌变核融合、细胞分化人工诱导细胞膜融合应用生产生物制品基因工程检测有毒物质加速良种繁育保护濒危物种生产医用蛋白提供克隆器官、组织等获得杂种细胞，制备细胞产物如单克隆抗体特别提醒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。4.植物体细胞杂交与动物细胞融合（单克隆抗体的制备）的比较植物体细胞杂交动物细胞融合（单克隆抗体的制备）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酶解法（纤维素酶、果胶酶）去除细胞壁注射特定抗原，免疫处理正常小鼠促融方法（1）物理法：离心、振动、电激等；（2）化学法：聚乙二醇（PEG）（1）物理法、化学法：与植物细胞融合相同；（2）生物法：灭活的病毒意义和用途克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展杂交的亲本组合范围（1）制备单克隆抗体；（2）诊断、治疗、预防疾病5.制备单克隆抗体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试题精粹1.（xx湖北七市联考，40）育种工作者利用不同的方法进行了如下四组实验。请据图回答问题。（1）图过程由番茄韧皮部细胞形成幼苗A的过程需要经过_两个关键步骤，该过程依据的原理是_。（2）植物组织培养除了需要提供一定的营养、_、温度和光照外，还必须在_的条件下进行。（3）已知番茄的红果（Y）对黄果（y）为显性，少室（M）对多室（m）为显性，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。用红果多室（Yymm）番茄植株的花粉进行、有关实验，则过程中，从花粉形成幼苗B所进行的细胞分裂方式是_。过程中植物体C的基因型为_（细胞A为两两融合细胞）。（4）图、过程中需要去除细胞壁，获得具有活力的_。（5）在图中过程中，经过鉴别和筛选后，通常植物体D能表现出两个亲本的遗传性状，根本原因是_。 2.（xx河北衡水中学调研）如图为利用人成纤维细胞（具分裂能力、能在HAT培养基上存活）和小鼠骨髓瘤细胞（具分裂能力、不能在HAT培养基上存活）进行人类基因定位的操作示意图，请回答：（1）图示技术名称为_，该技术的基础是_技术。（2）操作所用的成纤维细胞应在_代以内；诱导融合运用了_原理，该过程中区别于原生质体融合的方法是用_处理。（3）HAT培养基属于_培养基，其中需要加入_等天然物质。（4）培养时pH一般为_；操作中加入乌本苷的目的是_。（5）如表所示为杂交细胞A、B、C中存在的人类染色体及人类特有的4种酶（“”表示存在，“”表示不存在），这4种酶均为单基因编码产生，据表判断，编码_酶的基因位于染色体2上。杂交细胞ABC人类染色体123酶mnpq3.细胞工程根据操作对象的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。近年来，细胞工程领域成果迭出，方兴未艾。请回答下列相关问题。（1）应用植物组织培养技术，可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。植物组织培养技术所依据的生物学原理是_。欲利用植物组织培养技术培育无病毒植株，选材时一般选取_。（2）应用植物体细胞杂交技术，能创造出常规杂交育种无法得到的作物新品种。在进行体细胞杂交之前，必须先利用_酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。在进行原生质体间的融合时，常使用的诱导剂是_。（3）应用动物细胞培养技术，可以大量地生产各种抗病疫苗。在进行动物细胞培养之前，需先用_酶处理组织块，使其分散成单个细胞。进行动物细胞培养时，所需气体主要有_；另外，所用的合成培养基中通常需加入_等一些天然成分。（4）应用杂交瘤技术，能为人类提供诊治肿瘤的单克隆抗体。制备单克隆抗体过程中，经选择培养得到的杂交瘤细胞还需进行_和_，经多次筛选可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。与常规的抗体相比，单克隆抗体具有的显著特点是_。4.（xx安徽铜陵期末）人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分是胚状体，其培育过程如图所示。请回答下列有关问题。（1）制作人工种子依据的原理是_；制作过程的关键是确保无菌操作，其原因是_。（2）表示脱分化的过程，其实质是_；表示再分化的过程，其实质是_。培养基中生长素和细胞分裂素的浓度、_、_影响、过程的进行。（3）从保证人工种子正常的生命力以及生态系统的物质循环上来看，人造种皮应具有半透性（透水、透气性）和_的特点。（4）某二倍体植物的基因型为DdTt，利用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体称为_，从生殖方式看属于_生殖。5.人的血清白蛋白在临床上需求量很大，通常从人血中提取。由于艾滋病病毒（HIV）等人类感染性病原体造成的威胁与日俱增，使人们对血液制品顾虑重重。如果应用一定的生物工程技术，将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中，利用牛的乳腺细胞生产血清白蛋白就成为可能。其过程大致如下：a将人体血清白蛋白基因导入“奶牛胚胎”的细胞中，形成细胞；b取出细胞的细胞核，注入去核牛卵细胞中，形成细胞；c电脉冲刺激细胞促使其形成早期胚胎；d将胚胎移植到母牛的子宫内，最终发育成转基因小牛。（1）人体血清白蛋白基因通常可以从基因文库中获取，含有一种生物所有基因的文库称为_，获得人体血清白蛋白基因后可以利用_技术进行扩增，该技术要用到一种特殊的_酶。当受精卵分裂到囊胚期时，需要取囊胚的_细胞做DNA分析，进行性别鉴定，以确保发育成熟的牛能分泌乳汁。（2）实验过程b利用的技术是_，胚胎工程操作中终端的环节是_。（3）该过程培养的牛被称为克隆牛。与其相比，试管牛培育过程特有的生物技术是_。（4）若将早期胚胎分离成若干个胚胎细胞，让其分别发育成小牛，这些小牛的基因型_（填“相同”或“不同”），此项技术称为_，在对囊胚阶段的胚胎进行操作时，需要特别注意的问题是_，否则会影响胚胎的恢复和进一步发育。6.细胞融合技术有着广泛应用。下图表示细胞融合的简略过程，据图回答相关问题。（1）若a、b分别是基因型为yyRr和YYrr两个玉米品种的花粉，且这两对基因分别位于两对同源染色体上。科学家分别将它们的花粉除去细胞壁，然后诱导其融合，再把这些融合细胞进行培养，培育出了玉米新品种。这两个品种的花粉可用化学诱导剂_诱导融合，共可产生_种基因型的融合细胞（仅考虑两两融合），这些融合细胞经过脱分化形成_，再经培养可以得到_种不同于亲本基因型的玉米新品种。若想培育出基因型为yyRR的玉米植株，也可直接用yyRr植株的花粉培养，再经过_处理并筛选获得，这种方法叫做_。（2）若a、b表示番茄和马铃薯两种植物的体细胞，请据图回答问题。在“番茄马铃薯”杂种植株的培育过程中，运用了植物细胞工程中的_技术，植物体细胞融合完成的标志是_。a、b细胞融合之前，要用到的酶是_，酶处理后得到_。（3）若a、b分别为骨髓瘤细胞和已免疫的B淋巴细胞，请据图回答问题。为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点，经特殊处理，在促细胞融合因子的作用下，两种细胞发生融合，形成图中的d细胞，d细胞的特点是_。由d细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较，具有_等特点。下列各图表示单克隆抗体制备过程的各阶段图解，请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来：_。高考真题1.（xx广东理综，29）铁皮石斛是我国名贵中药，生物碱是其有效成分之一，应用组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎（简称PLBs，类似愈伤组织）生产生物碱的实验流程如下。在固体培养基上，PLBs的重量、生物碱含量随增殖培养时间的变化如下图所示，请回答下列问题。（1）选用新生营养芽为外植体的原因是_，诱导外植体形成PLBs的过程称_。（2）与黑暗条件下相比，PLBs在光照条件下生长的优势体现在_，_，_。（3）脱落酸（ABA）能提高生物碱含量，但会抑制PLBs的生长。若采用液体培养，推测添加适量的ABA可提高生物碱产量。同学们拟开展探究实验验证该推测，在设计实验方案时探讨了以下问题：ABA的浓度梯度设置和添加方式：设4个ABA处理组，1个空白对照组，3次重复。因ABA受热易分解，故一定浓度的无菌ABA母液应在各组液体培养基_后按比例加入。实验进程和取样：实验50 d完成，每10 d取样，将样品（PLBs）称重（g/瓶）后再测定生物碱含量。如初始（第0天）数据已知，实验过程中还需测定的样品数为_。依所测定数据确定适宜的ABA浓度和培养时间：当某3个样品（重复样）的_时，其对应的ABA浓度为适宜浓度，对应的培养时间是适宜培养时间。 2.（xx全国课标，40）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），结果如下图所示。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16 000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_。 3.（xx海南卷，31）单纯疱疹病毒型（HSV1）可引起水泡性口唇炎。利用杂交瘤技术制备出抗HSV1的单克隆抗体可快速检测HSV1。回答下列问题：（1）在制备抗HSV1的单克隆抗体的过程中，先给小鼠注射一种纯化的HSV1蛋白，一段时间后，若小鼠血清中抗_的抗体检测呈阳性，说明小鼠体内产生了_反应，再从小鼠的_中获取B淋巴细胞。将该B淋巴细胞与小鼠的_细胞融合，再经过筛选、检测，最终可获得所需的杂交瘤细胞，该细胞具有的特点是_。（2）若要大量制备抗该蛋白的单克隆抗体，可将该杂交瘤细胞注射到小鼠的_中使其增殖，再从_中提取、纯化获得。（3）通过上述方法得到的单克隆抗体可准确地识别这种HSV1蛋白，其原因是该抗体具有_和_等特性。4.（xx.重庆卷.7）（10分）xx年埃博拉病在非洲蔓延，我国派出医疗队首次在境外组建医院，帮助治疗埃博拉疫情。（1）研究表明，埃博拉病毒侵入机体后，通过靶向感染、破坏吞噬细胞等，使其不能暴露病毒的，以致感染信息不能呈递给，阻止正常激活细胞免疫和体液免疫应答过程，导致机体对该病毒的免疫功能下降。因此，病毒在体内快速增殖、致病。（2）对志愿者接种埃博拉试验疫苗后，机体免疫系统能产生相应抗体，还能产生的免疫细胞有。（3）用埃博拉病毒的某种蛋白免疫小鼠，通过技术获得杂交瘤细胞，用于生产单克隆抗体治疗该病。5.（xx.福建卷.33）【生物-现代生物科技专题】（10分）GDNF是一种神经营养因子。对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人员构建了含GDNF基因的表达载体（如图1所示），并导入到大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。请回答：（1）在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中，使用胰蛋白酶的目的是。（2）构建含GDNF基因的表达载体时，需选择图1中的限制酶进行酶切。（3）经酶切后的载体和GDNF基因进行连接，连接产物经筛选得到的载体主要有三种：单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接（如图1所示）。为鉴定这3种连接方式，选择HpaI酶和BamHI酶对筛选的载体进行双酶切，并对酶切后的DNA片段进行电泳分析，结果如图2所示。图中第泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。（4）将正向连接的表达载体导入神经干细胞后，为了检测GDNF基因是否成功表达，可用相应的与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞达到一定的密度时，需进行培养以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞移植治疗实验。