第2章 微专题 植物细胞工程和动物细胞工程的综合考查-【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（苏教版）

植物细胞工程和动物细胞工程的综合考查 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，仍然具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 (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，细胞的全能性在植株上受到限制不能表达，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：细胞全能性是植物组织培养和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 生长素浓度/细胞分裂素浓度的比值 该比值高时 有利于根的形成，抑制芽的形成 该比值低时 有利于芽的形成，抑制根的形成 该比值适中时 促进愈伤组织的生长 例1　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图所示： 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的过程称为____________。 (2)与黑暗条件下相比，PLBs在光照条件下生长的优势体现在________________________、________________________、________________________。 答案　(1)营养芽细胞分裂能力强，几乎不含病毒　脱分化　(2)开始增重的时间早　增重持续的时间长　PLBs增重的量更多 例2　多年生禾本科碱茅属草本植物，小花碱茅种子细小，外包被颖壳，研究人员以小花碱茅成熟种子为外植体，对种子脱颖处理，用不同浓度激素配比诱导愈伤组织形成及分化，成功建立了完整的小花碱茅组织培养植株再生体系。如表是部分研究数据，请分析回答相关问题： 处理 激素浓度/(mg·L－1) 愈伤组织诱导率/% 2,4－D 6－BA 1 3 0 52.1±2.2 2 5 0 55.2±2.1 3 3 0.1 42.4±1.9 4 5 0.1 46.9±2.0 5 7 0.1 38.6±1.4 6 3 0.3 43.7±2.8 (1)诱导小花碱茅愈伤组织最佳的激素配比浓度为____________________________________ ______________________________________________________________________________。 (2)诱导形成愈伤组织的过程在以MS＋3%蔗糖＋0.7%琼脂(pH为7～8)为基本培养基，25 ℃左右的______________(填“光照”或“避光”)条件下无菌培养，基本培养基中加入蔗糖的目的是________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)从如图所示分析可知，种子脱颖后，发芽率、污染率的变化是_______________________ ______________________________________________________，种子颖壳影响发芽率可能的原因有很多，其中之一是因为颖壳妨碍了种子和__________________的接触，从而影响了种子细胞的有氧呼吸。 (4)对脱颖种子无菌处理的方法有__________________(填序号，多选)。 ①用体积分数为70%的酒精处理 ②5%的次氯酸钠处理 ③无菌水冲洗 ④高压蒸汽灭菌 答案　(1)5.0 mg/L 2,4－D，不添加6－BA　(2)避光　提供营养物质，调节渗透压　(3)种子发芽率显著提高、污染率降低　培养基、O2　(4)①②③ 二、动物细胞工程的综合考查 1．解答动物体细胞核移植类试题时需注意的几个关键点 (1)动物细胞核移植技术形成的重组胚胎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(不考虑变异)。 ②卵母细胞的细胞质中也有少量的DNA，因此新个体的性状与卵母细胞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)克隆动物所用的受体细胞是去核的成熟卵母细胞，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)克隆动物的培育过程所利用的生物技术：体细胞核移植、动物细胞培养等。 (6)核移植时，一般先通过电脉冲方法使供体细胞和受体细胞融合，形成重组细胞，再用物理或化学方法激活重组细胞，使其完成细胞分裂和发育进程，形成早期胚胎。 2．单克隆抗体制备的关键思路及操作依据 (1)关键思路 ①克隆单一的浆细胞，形成细胞群。 ②将浆细胞与骨髓瘤细胞融合，获得杂交细胞。 (2)用浆细胞与骨髓瘤细胞融合的原因 ①每一种浆细胞只能分泌一种特异性抗体；不同种类的浆细胞分泌的抗体不同。 ②浆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。 3．单克隆抗体制备过程中的筛选及原因 (1)第一次筛选是在浆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)：浆细胞与浆细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、浆细胞与骨髓瘤细胞融合，而只有浆细胞与骨髓瘤细胞的融合细胞才是需要的杂交细胞。 (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。 例3　如图是SARS－CoV的S蛋白特异性单克隆抗体的制备过程。回答下列问题： (1)若只考虑细胞两两融合，图中甲理论上有__________种类型的融合细胞。 (2)已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。小鼠的浆细胞有上述两种途径，但一般不分裂增殖，小鼠的骨髓瘤细胞中尽管没有S途径，但能不断分裂增殖。根据该原理，在含甲的混合培养液中添加氨基蝶呤________(填“能”或“不能”)筛选出A，原因是__________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)在SARS－CoV的S蛋白特异性单克隆抗体的制备过程中，需要用到动物细胞培养和动物细胞融合技术。一般来说，动物细胞培养需要的条件有____________________________(至少答出两点)；诱导动物细胞融合的方法有______________________________________________ _____________________________________________________________(至少答出两种)。 (4)SARS－CoV的S蛋白单克隆抗体____________(填“能”或“不能”)对流感病毒发挥作用，理由是____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)3　(2)能　杂交细胞D途径被氨基蝶呤阻断后不能合成DNA，但可通过S途径合成DNA，不断分裂增殖　(3)无菌、无毒环境，营养，温度，pH，合适的气体(如氧和二氧化碳)　聚乙二醇诱导融合法、病毒诱导法、电场诱导融合法　(4)不能　流感病毒与SARS病毒的抗原不同，SARS－CoV的S蛋白单克隆抗体只能与SARS－CoV的S蛋白发生特异性结合 例4　2017年11月7日，中科院神经科学研究所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。 (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________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)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____________________________________________________________。 答案　(1)胚胎成纤维细胞分化程度低，更易于培养　胰蛋白　(2)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)催化组蛋白的去甲基化 1．科学家将分离得到的成熟的胡萝卜根韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整的新植株。过程图解如图所示，请回答下列问题： (1)科学家所用的这种生物技术称为__________________。②过程称为__________，C经____________________________形成D。 (2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素、氨基酸和琼脂以外，还需要在培养基中加入____________________________。 (3)植物体细胞杂交技术的关键是获取有活力的原生质体和______________________，经过再生出新的细胞壁得到杂种细胞，进行组织培养培育成新的植物体。 (4)从育种的角度来看，与有性生殖相比，植物组织培养的优势主要有_____________________ _____________________________________________________________________(列举两条)。 答案　(1)植物组织培养技术　脱分化　再分化(或细胞分裂和细胞分化)　(2)植物激素(或植物激素类生长调节剂)　(3)诱导原生质体融合　(4)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高 2．紫杉醇是红豆杉细胞中产生的一种高效抗癌物质，在植物体中含量较低。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，其过程为获取红豆杉外植体→消毒→诱导愈伤组织→细胞培养→提取紫杉醇。请回答下列问题： (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愈伤组织的实验结果，由表中结果可知，诱导愈伤组织较适宜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%。 (2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养，细胞培养的过程____________(填“体现”或“未体现”)细胞的全能性，理由是_______________________。根据下图分析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，最适合的2,4－D浓度应为______________(填“0.5”“1.0”或“2.0”)mg·L－1。 注：生长速率＝每天每升培养基中增加的细胞干重克数。 (3)与从天然植株中提取相比，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是____________________ __________________________________________________________________(答出两点)。 答案　(1)脱分化　不带叶茎段、成熟胚　(2)未体现　此过程中细胞没有再分化成其他各种细胞，没有发育成完整植株　促进细胞生长，抑制紫杉醇合成　1.0　(3)提高了紫杉醇的产量；保护了红豆杉资源 3．据下面植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题： (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？ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (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__________________技术，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________________。 答案　(1)不能，不同种的植物之间存在生殖隔离 (2)植物组织培养技术　植物细胞的全能性　原生质体融合　细胞质膜的流动性　高尔基体 解析　(1)番茄和马铃薯属于两个物种，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。(2)过程②是把a、b两个原生质体融合在一起，所以称为原生质体融合，融合成功依赖于细胞质膜的流动性，过程③是再生细胞壁的过程，而细胞壁的形成与高尔基体有关。 4．华南虎是原产中国的老虎品种，野生华南虎被一些专家认为已经濒临灭绝。科学工作者尝试用普通老虎完成体细胞克隆华南虎的研究，如图是其培育过程。请据图回答下列问题： (1)克隆华南虎的遗传性状与________(填字母)虎基本一致。 (2)A、B、C 3只虎哪一只没有提供遗传物质？____________。 (3)克隆华南虎的过程是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？___________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (4)有人设想将虎的体细胞与牛的体细胞进行融合，以获得新物种“虎—牛”，你认为依据目前的生物技术和理论能否实现这一愿望？__________，原因是________________________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)A　(2)老虎C　(3)不遵循；克隆属于无性生殖，而孟德尔的遗传规律仅在有性生殖的减数分裂过程中起作用　(4)不能　高度分化的动物细胞的全能性受到限制，虎和牛体细胞杂交后得到的杂交细胞不能正常发育成完整个体 解析　(1)由克隆华南虎的过程可知，华南虎A提供细胞核，普通虎B提供细胞质，所以克隆华南虎D的遗传性状与供核的A虎更接近，即相当于克隆了A虎。(2)老虎C只提供胚胎发育的场所，没有提供遗传物质。(3)核移植过程没有经过两性生殖细胞的结合，属于无性生殖，没有减数分裂方式的出现，不遵循孟德尔的遗传规律。(4)高度分化的动物细胞全能性受到限制，因此无论是高度分化的动物体细胞，还是不同种动物体细胞融合后形成的杂交细胞，经细胞培养只会发生细胞增殖，不会发生细胞分化，形成不了个体，动物体细胞的全能性无法体现。 5．肺脏是人体的呼吸器官，对气体交换和抵御病原体入侵至关重要。肺脏一旦受损，人体正常生命活动也将受到影响。两个生物研究所的研究团队合作证实在人体中存在一种参与肺脏再生的肺多能干细胞，它可以“按需分化”，完成肺脏内部的“跨界维修”。请回答下列问题： (1)在人体内，肺多能干细胞“按需分化”是人体细胞中基因______________的结果。 (2)在体外培养肺多能干细胞时，除提供无菌、无毒、营养齐全等条件，还需要_______________作为气体环境。此外还需定期更换培养液，其目的是_________________________________。 (3)肺多能干细胞能在体外培养成功，在医学上的意义是__________________(答出一点即可)。 答案　(1)选择性表达　(2)O2和CO2　防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害　(3)修复损伤的肺细胞、治疗肺部疾病、再生肺 6．羊乳因其营养成分最接近人乳，且不含牛乳中的某些可致过敏的异性蛋白质而受到消费者的青睐，但市场上存在着用牛乳冒充羊乳欺骗消费者的现象。对此，我国研究人员开发制备了羊乳asl—酪蛋白单克隆抗体检测试剂盒。请回答下列问题： (1)制备单克隆抗体利用的生物学技术有___________________________________________和__________________________。 (2)给小鼠多次注射羊乳asl—酪蛋白，取小鼠__________中细胞制成单个细胞后与骨髓瘤细胞混合，加入____________诱导融合，筛选得到两株杂交瘤细胞株4C和7H，所分泌抗体能与羊乳asl—酪蛋白发生特异性结合。 (3)3天后分别从两株杂交瘤细胞培养液中吸取上清液，与__________混合，进一步筛选出对羊乳酪蛋白呈阳性，而对牛乳酪蛋白不识别的杂交瘤细胞株7H。 (4)为使结果更准确，实际操作中还需检测筛选到的单克隆抗体的特异性。本研究的筛选方法是分别将______________和牛乳酪蛋白固定在固相载体上，加入待测单克隆抗体，洗脱未结合的单克隆抗体，再加入能与该单克隆抗体结合的羊抗鼠的IgG酶标抗体，洗脱未结合的IgG酶标抗体，然后加入底物，15分钟后终止反应，置于酶标仪中读取OD 450值，OD值与产物浓度呈正相关。 (5)单克隆抗体除了用作诊断试剂，还可以______________________________(写出两种功能)。 答案　(1)动物细胞融合技术　动物细胞培养技术　(2)脾　灭活的病毒(或PEG)　(3)牛乳　(4)羊乳酪蛋白　(5)制成单克隆抗体靶向制剂、治疗疾病 学科网（北京）股份有限公司 $$