第2章 微专题 细胞工程综合考查 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二生物学选择性必修3 生物技术与工程（人教版，苏冀）

微专题 细胞工程综合考查 第2章　细胞工程 一、植物细胞工程的综合考查 1.细胞的全能性 (1)概念：细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 (2)原因：构成生物体的所有体细胞都是由受精卵通过有丝分裂发育而来的，含有相同的遗传物质，都含有本物种的所有遗传信息，因此每个体细胞都有发育成完整个体的潜能。生物的生殖细胞在一定条件下也具有全能性，是因为生殖细胞中含有本物种生长发育的全套遗传信息，尽管其遗传物质是体细胞的一半。 (3)表达的条件：由于基因的选择性表达，细胞的全能性在植物体内受到限制不能表达，只有在离体条件下，在营养、激素和其他条件适宜的情况下，细胞才能表达其全能性。动物细胞难以表达其全能性，但是通过核移植后，细胞核仍可表达其全能性。 (4)表达的难易程度：植物细胞的全能性易表达，而动物细胞的全能性不易表达，但动物细胞核的全能性可以表达。在所有细胞中，受精卵可直接发育为个体，有的生殖细胞也可在一定条件下表达其全能性。 (5)意义：细胞的全能性是植物组织培养和植物体细胞杂交的理论基础，也是现代动物体细胞克隆技术的理论基础。 2.植物激素在组织培养过程中的重要作用 生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，其作用及特点如表： 激素使用 实验结果 使用顺序 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 生长素与细胞分裂素同时使用 分化频率提高 生长素用量/细胞分裂素用量的比值 该比值高时 有利于根的分化，抑制芽的形成 该比值低时 有利于芽的分化，抑制根的形成 该比值适中时 促进愈伤组织的形成 例1　(2023·江苏淮安高二月考)水竹是单子叶禾本科植物，易管理和培植，干净而雅致。水竹配上假山奇石，制作成小盆景，极具自然之美感。如图为通过植物组织培养大量获得水竹幼苗的过程。回答下列问题： (1)通过植物组织培养获得水竹幼苗的原理是 ；尽量选择分裂旺盛、带有分生区的部位作为外植体，原因是_______________ _____________________。 植物细胞的全能性 这样的外植体 容易诱导形成愈伤组织 (2)过程①为脱分化，脱分化是指__________________________________ _________________________________________。过程②的实质是______ ______________。 的选择性表达 已经分化的细胞经过诱导后，失去其 特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程 基因 (3)水竹的种子一般在9～10月成熟，但其收获易受气候的影响，其优良杂种的后代也会因发生 而丧失其优良特性，利用植物组织培养技术可以克服这些缺陷。 性状分离 杂种后代自交易发生性状分离而丧失其优良特性，利用植物组织培养技术可以克服这些缺陷。 (4)在水竹植物组织培养过程中，经过筛选还可能获得大量有用的突变体，突变体产生的原因是在培养过程中，培养细胞_______________________ _______________________________________________________________。 一直处于不断增殖的状态， 容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变 植物组织培养过程中，可能获得大量的突变体，突变体产生的原因是在培养过程中，培养细胞一直处于不断增殖的状态，容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。 例2　请回答下列有关植物组织培养的问题： (1)用于植物组织培养的植物材料称为 。 (2)组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为______。 外植体 脱分化 (3)在再分化阶段所用的培养基中，含有植物激素X和植物激素Y。逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如图所示。据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系。 ①当植物激素X与植物激素Y的浓度比等于1时，______________________ _______________。 ②当植物激素X与植物激素Y的浓度比大于1时，______________________。 ③当植物激素X与植物激素Y的浓度比小于1时，______________________。 未分化细胞群经分裂 形成愈伤组织 未分化细胞群分化形成芽 未分化细胞群分化形成根 (4)生产上用试管苗保存植物的优良性状，其原因是__________________ _________________________________________。 组织培养形成试管 苗的过程属于无性繁殖，后代不发生性状分离 二、动物细胞工程的综合考查 1.单克隆抗体制备的关键思路及操作依据 (1)关键思路 ①克隆单一的B淋巴细胞，形成细胞群。 ②将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，获得杂交瘤细胞。 (2)将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的原因 ①每一个B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体；不同种类的B淋巴细胞分泌的抗体不同。 ②B淋巴细胞在体外培养时不能无限增殖；骨髓瘤细胞能够无限增殖。 2.单克隆抗体制备过程中的筛选及原因 (1)第一次筛选是在B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后，因为有三种融合情况(只考虑细胞两两融合)：B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，而只有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞才是需要的杂种细胞。 (2)第二次筛选需先在多孔培养板(如96孔板)上培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始培养，然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群。由于该细胞群是由单个杂交瘤细胞克隆来的，所以产生的抗体一定是化学性质单一、特异性强的单克隆抗体。 3.解答动物体细胞核移植类试题时需要注意的几个关键点 (1)动物细胞核移植技术形成的重构胚能够发育成一个新个体，体现了动物细胞的细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。 (2)利用核移植技术得到克隆动物的过程属于无性生殖。 (3)动物体细胞核移植产生的新个体，其亲本有三个：体细胞核供体、卵母细胞的细胞质供体、代孕母体。 ①核移植过程中细胞核只来源于一个个体(体细胞核供体)，故新个体的细胞核基因、基因型与体细胞核供体的完全一样(不考虑基因突变)。 ②卵母细胞的细胞质中也含有少量的DNA，因此新个体的性状与卵母细胞的细胞质供体有一些地方相同。 ③代孕母体没有为新个体提供遗传物质，新个体的性状与代孕母体基本没有关系。 (4)克隆动物所用的细胞是去核的卵母细胞，处于MⅡ期。这是因为卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核表达全能性的物质，且体积大，易于操作。 (5)克隆动物的过程中所利用的生物技术：细胞核移植、动物细胞培养等。 (6)核移植时，一般先通过电融合法使供体细胞和去核卵母细胞融合，形成重构胚，再用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程。 例3　(2023·河北秦皇岛高二期中)犬细小病毒(CPV)主要感染幼犬，传染性极强，死亡率也高。利用小鼠制备抗CPV单克隆抗体的基本流程如图所示。回答下列问题： (1)制备单克隆抗体依赖的生物学技术有 和 。步骤①中，用灭活的CPV免疫小鼠需要在一定时间内间隔注射3次，其目的是___________________________________________________。 动物细胞培养 动物细胞融合 加强免疫，刺激小鼠机体产生更多已免疫的B淋巴细胞 (2)经过步骤②后获得的是多种类型的杂交细胞，原因是______________ ________。对杂交细胞用特定的选择培养基进行筛选得到杂交瘤细胞，对杂交瘤细胞进行 ，经过多次筛选才能获得足够数量的能分泌抗CPV抗体的杂交瘤细胞。 细胞融合是 随机的 克隆化培养、抗体检测 (3)体外培养杂交瘤细胞后从培养液中提取到抗CPV单克隆抗体。杂交瘤细胞的培养液中有各种营养物质，还需要添加 以补充细胞生长所需的未知营养物质。 血清等一些天然成分 例4　我国科学研究团队利用体细胞克隆技术克隆出了猕猴“中中”和“华华”，该成果标志着中国率先开启了以体细胞克隆猴作为实验动物模型的新时代。如图是体细胞克隆猴的技术流程，请据图回答下列问题： (1)图中选择猕猴胚胎期而非成年期的成纤维细胞进行培养，其原因是_____________ ________________________________________________。 刚放入培养瓶中的细胞沉降到瓶底部后首先会出现细胞贴壁现象。传代培养时，常利用 酶消化处理，制成细胞悬液后转入新的培养瓶中。 胚胎成纤维 细胞分化程度低，表现全能性相对容易，更易于培养 胰蛋白(或胶原蛋白) (2)图示过程涉及的主要技术有_______________________ _________________________________________(答出两点即可)。以体细胞克隆猴作为实验动物模型的显著优势之一是同一批克隆猴的遗传背景相同，图中克隆猴的遗传物质主要来自_____________ _______________。 动物细胞核移植技术(或动物体细胞核移植技术)、动物细胞培养技术 猕猴胚胎成纤 维细胞的细胞核 (3)图中步骤①是克隆猴的技术难点之一，需要将卵母细胞培养到 后进行去核操作，而后用_____ _______方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程。 MⅡ期 或化学 物理 (4)体细胞克隆猴的另外一个技术难点是猴的体细胞克隆胚胎发育差。科学家发现，胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关。由此推测，图中KDM4d mRNA翻译产生的酶的作用是_____________________。 催化组蛋白的去甲基化 1.为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图所示。 1 2 3 4 5 6 跟踪训练 请回答下列问题： (1)利用矮牵牛叶肉细胞的原生质体进行组织培养可以形成试管苗，这是因为植物叶肉细胞具有 。 全能性 跟踪训练 (2)步骤①，要对切取的叶片组织块进行 处理。悬浮原生质体要用 ______溶液，以维持原生质体正常形态。 消毒 等渗 (3)从步骤③到步骤④和从步骤④到步骤⑤，都需要更换新的培养基，依次增加植物激素中的 和 的比例。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的 过程，最终可形成试管苗。 细胞分裂素 生长素 再分化 1 2 3 4 5 6 跟踪训练 (4)步骤⑤要进行照光培养，其作用是 的形成，使试管苗能够进行光合作用。 (5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的 ，这种繁殖方式属于 繁殖。 诱导叶绿素 遗传特性 无性 1 2 3 4 5 6 2.据下面植物体细胞杂交技术流程图回答相关问题： 跟踪训练 (1)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到杂种植株？为什么？________ ____________________________。 不能， 不同种的植物存在生殖隔离 1 2 3 4 5 6 跟踪训练 (2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，运用的技术手段是____ ________，依据的原理是_________________，其中过程②称为______ _________，该过程的 原理是 。与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为__________，过程④相当于 。 植物 组织培养 植物细胞的全能性 原生 质体融合 细胞膜的流动性 高尔基体 脱分化 1 2 3 4 5 6 3.(2023·江苏镇江高二调研)紫杉醇是红豆杉细胞代谢产生的一种高效抗癌物质，在植物体中含量极低。为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式，可通过植物组织培养和细胞培养技术来获取紫杉醇，其过程为：获取红豆杉外植体→消毒→诱导产生愈伤组织→细胞培养→提取紫杉醇。回答下列问题： 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 跟踪训练 (1)获取的外植体首先要通过 过程培养出愈伤组织。如表为四种不同外植体在相同培养条件下诱导形成愈伤组织的实验结果，由表中结果可知，较适宜诱导愈伤组织的两种外植体分别是 。 外植体 愈伤组织体积 诱导率/% 不带叶茎段 很大 99.5 带叶茎段 很小 90 叶片 很小 20 成熟胚 较大 80 注：诱导率(%)＝(形成的愈伤组织数量/接种的外植体数量)×100%。 脱分化 不带叶茎段、成熟胚 1 2 3 4 5 6 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 获取的外植体首先要通过脱分化形成愈伤组织；由表中结果可知，不带叶茎段和成熟胚诱导形成的愈伤组织体积较大，诱导率也相对较高，说明较适宜诱导愈伤组织的两种外植体分别是不带叶茎段、成熟胚。 外植体 愈伤组织体积 诱导率/% 不带叶茎段 很大 99.5 带叶茎段 很小 90 叶片 很小 20 成熟胚 较大 80 (2)据图分析，2,4－D对细胞生长和紫杉醇合成的作用分别是__________ _____________________，为获得最大紫杉醇总产量，最适宜的2,4－D浓度应为 (填“0.5”“1.0”或“2.0”) mg·L－1。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 促进细胞 生长、抑制紫杉醇合成 1.0 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 据图分析可知，2,4－D能促进细胞生长，抑制紫杉醇的合成；为获得最大紫杉醇总产量，最适宜的2,4－D浓度应为1.0 mg·L－1；若2,4－D浓度为0.5 mg·L－1，则 细胞生长速率太慢；若2,4－D浓度为2.0 mg·L－1，则紫杉醇含量太低。 (3)与从天然植株中提取紫杉醇相比，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是 (答出两点)。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 提高了紫杉醇的产量，保护了红豆杉资源 红豆杉是国家一级珍稀保护树种，若从天然植株中提取紫杉醇，会不利于对红豆杉的保护，而用植物组织培养技术，在短时间内就能培育大量的愈伤组织，再经过细胞培养，可以获取大量的紫杉醇，因此不但提高了紫杉醇的产量，而且保护了红豆杉资源。 4.(2023·黑龙江哈尔滨高二期末)埃博拉病毒(EBO)呈纤维状，EBO衣壳外有包膜，包膜上有5种蛋白棘突(VP系列蛋白和GP蛋白)，其中GP蛋白最为关键，能被宿主细胞强烈识别。人感染埃博拉病毒后会引起出血热，治疗该病的有效方法是注射抗体。如图为制备埃博拉病毒的单克隆抗体的过程，据图回答问题： 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 (1)以埃博拉病毒GP蛋白作为疫苗比较安全，其原因是GP蛋白自身没有感染能力，但保留有 。 (2)已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合的过程体现了细胞膜具有_______的特点。在体外融合时需要诱导，与诱导植物原生质体融合不同的是图中还可用 诱导融合。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 抗原性 流动性 灭活的病毒 (3)图中筛选1所采用的培养基属于 ，筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是 。两次筛选后的所需细胞群应具备的特点是 。 (4)为了维持培养液的pH，需要提供的气体环境是 。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 选择培养基 抗原与抗体的反应具有特异性 既能无限增殖，又能产生所需抗体 95%空气和5%CO2 (5)获得的单克隆抗体最终可以从 中提取。“抗体—药物偶联物”中，抗体的作用是 。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 小鼠腹水或培养液 靶向作用 5.(2023·江苏连云港高二期中)1型糖尿病的病因是胰岛B细胞损伤，2型糖尿病多表现为对胰岛素不敏感，不同类型糖尿病的临床治疗方案不同。抗胰岛素抗体可快速检测胰岛素含量，为临床诊断提供依据。如图为某科研小组制备抗胰岛素单克隆抗体的流程。请回答下列问题： 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 (1)实验开始时需给实验小鼠多次注射________，目的是______________ _______________________________________。经过免疫反应后提取出的B淋巴细胞无法通过直接进行动物细胞培养获得大量抗体，其原因是___________________________________。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 胰岛素 获得更多能够 产生特定抗体(抗胰岛素抗体)的B淋巴细胞 B淋巴细胞不能无限增殖而且寿命有限 (2)研究发现，细胞中DNA合成有D和S两条途径，氨基蝶呤可以阻断D途径而不能阻断S途径。在HAT培养基(起选择作用的一种培养基)中加入氨基蝶呤后，未融合的亲本细胞和同种细胞融合形成的细胞均因DNA无法复制而死亡，只有杂交瘤细胞能连续增殖。据此判断杂交瘤细胞DNA合成存在以上的 途径。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 D和S (3)阳性克隆扩大培养常用有限稀释法，即将专一抗体检验阳性的细胞稀释到7～10个/mL，每个孔加入细胞稀释液的体积为 (填“0.1”“1”或“10”)mL，达到单克隆培养目的。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 0.1 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 抗体检验阳性的细胞稀释到7～10个/mL，每个孔加入细胞稀释液的体积为0.1 mL，使每个孔内不多于一个细胞，达到单克隆培养目的。 (4)成人隐匿性自身免疫性糖尿病(LADA)的病理进程比较缓慢，早期表现酷似2型糖尿病，后期逐渐呈现1型糖尿病病征，LADA的临床诊断，除了做必要的抗体和生化指标检验外，还有一个标准是诊断后至少六个月不需要进行胰岛素治疗。据此推测该标准的设立依据是____________________________________ _____________________________________________。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 LADA早期胰岛B细胞没有受损(胰岛素较 充足)，机体对胰岛素不敏感且病理进程比较缓慢 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 由于LADA早期表现酷似2型糖尿病，后期逐渐呈现1型糖尿病病征，说明LADA早期胰岛B细胞没有受损(胰岛素较充足)，机体对胰岛素不敏感且病理进程比较缓慢，因此LADA的临床诊断，除了做必要的抗体和生化指标检验外，还有一个标准是诊断后至少六个月不需要进行胰岛素治疗。 6.某国科学家已经在实验室中成功培育出膀胱，并顺利移植到7名患者体内。这种技术为那些急需器官移植的患者带来福音。请回答下列问题： (1)科学家从患者的膀胱上取下一小块活细胞样本，将其中的肌肉细胞和膀胱上皮细胞分别置于不同的培养皿中培养。在培养之前，需用_______ __________________处理以分散细胞，细胞在培养皿中的培养过程属于 ____代培养。与植物组织培养相比，动物细胞培养的培养基的主要不同点是含有 。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 胰蛋白 酶(或胶原蛋白酶) 原 血清等一些天然成分 动物细胞培养之前要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，动物细胞培养的培养基与植物组织培养的培养基，含有的营养成分的主要不同点是前者含有血清等一些天然成分。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 (2)约1周后将培养皿中培养的细胞放在由胶原质制成的支架上继续培养，再过7周左右，原先的数万个细胞已经繁殖到15亿个左右，布满支架，膀胱上皮在内，肌肉在外，形成新膀胱。细胞数目大量增加，其增殖方式是_________，这些细胞形成肌肉和膀胱上皮的过程中要经___________。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 动物细胞培养涉及的是细胞的有丝分裂。这些细胞形成肌肉和膀胱上皮的过程中要经过细胞分化。 有丝分裂 细胞分化 (3)医生将新膀胱移植到患者膀胱的上面，这样新器官会继续生长并与老器官重组取代老器官中丧失功能的部分。新器官与老器官的重组_______ (填“是”或“不是”)基因重组；新膀胱移植后， (填“会”或“不会”)引起免疫排斥反应。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合，新器官与老器官的重组不属于基因重组。新老器官具有相同的蛋白质等物质，因此新膀胱移植后，不会成为抗原。 不会 不是 (4)除上述方法外，还可将患者的体细胞核移入去核的 中，利用体细胞的 技术，形成相应组织、器官用于疾病的治疗。 跟踪训练 1 2 3 4 5 6 除上述方法外，还可采用体细胞核移植的方法形成相应的组织、器官，即将患者的体细胞核移入去核的卵母细胞中形成重构胚，进一步培育形成相应的组织、器官。 卵母细胞 细胞核移植 $$