2025届高三生物二轮复习课件专题八-②细胞工程

专题八 生物技术与工程 1 壹 贰 发酵工程 细胞工程 目录/ DIRECTORY 叁 基因工程的操作工具和步骤 肆 PCR技术和基因编辑技术及其应用 2 贰 细胞工程 3 核心考点 考试频次 考题统计 植物细胞工程 3年27次 (2025 浙江卷)植物组织培养 (2025 浙江卷)植物体细胞杂交技术 (2024 广西卷)植物组织培养技术综合 (2024 江苏卷)植物细胞工程应用 (2024 北京卷)植物体细胞杂交技术 (2024 甘肃卷)植物组织培养技术综合 (2024 安徽卷)植物细胞工程应用 动物细胞工程 3年23次 (2024 福建卷)单克隆抗体的制备 (2024 海南卷)动物细胞融合 (2024 江苏卷)动物细胞培养 (2024 江苏卷)干细胞工程 (2024 重庆卷)克隆技术 胚胎工程 3年11次 (2024 北京卷)胚胎发育 (2024 甘肃卷)胚胎移植技术 (2024 湖北卷)精子和卵子的发生 (2024 湖北卷)胚胎移植 近几年的高考中多是对单克隆抗体的制备过程进行考察,并逐渐拓展到多抗和双抗的制备等。 4 细胞 工程 延 伸 植物 细胞 工程 原理 ①_ 植物细胞培养 脱分化、再分化 常用 技术 植物组织培养 植物体细胞杂交 快速繁殖作物 培育脱毒苗 培育作物新品种 常用 方法 应用 化学法、物理法 培育杂种植株 植物细胞的全能性 生产次生代谢物,如紫草宁、紫杉醇等 应用 关键步骤 5 植物细胞A 植物细胞B 原生质体A 原生质体B 原生质体融合 再生出细胞壁 杂种细胞 愈伤组织 杂种植株 去细胞壁 纤维素酶 果胶酶 物理方法 化学方法: 离心 振动 电刺激 聚乙二醇(PEG)、 高Ca2+-高pH融合法 脱分化 植物组织培养 植物细胞融合 酶解法 人工诱导方法 再分化 标志着原生质体融合的成功(杂种细胞形成) 可通过质壁分离与复原的方法检测细胞壁的形成 6 纤维素酶是一种复合酶,至少包括三种组分,即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶。 细胞 工程 动物 细胞 工程 动物细 胞培养 条件 过程 干细胞培养及其应用 种类 应用 ②_ 成体干细胞 诱导多能干细胞 动物细胞 融合技术 常用方法 原理 应用 ③_ 动物体细胞 核移植技术 原理 常用于 动物细胞核的全能性 培育克隆动物 步骤 胚胎干细胞 单克隆抗体的制备 7 细胞 工程 胚胎工程 理论基础 受精 早期胚胎发育 体外受精 胚胎移植 胚胎分割 常用技术 生理学基础 实质 同期发情处理后,供体和受体生殖器官的生理变化相同 受体不会对供体胚胎发生免疫排斥反应 受体孕育的后代遗传特性与供体基本一致 早期胚胎空间位置的转移 意义 发挥雌性优良个体繁殖潜力 胚胎工程的最终技术环节 地位 8 深化点(一) 植物细胞工程 1.厘清植物细胞工程两大技术 深化点(一) 植物细胞工程 1.厘清植物细胞工程两大技术 (1)植物组织培养中添加蔗糖的目的是 。植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略 原生质体内的浓度,以便于去除细胞壁。 提供营养和调节渗透压 大于 (2)脱分化阶段 光,再分化阶段 光。 不需要 需要 (3)生长素与细胞分裂素的比值 时,促进根的分化、抑制芽的形成;比值 时,促进芽的分化、抑制根的形成。 高 低 (4)原生质体融合成功的标志是 。植物体细胞杂交完成的标志是 。 再生出细胞壁 培育出杂种植株 深化点(一) 植物细胞工程 2.辨明两类目标(试管苗、细胞产物)的培养流程 植物细胞培养技术是工厂化生产相关代谢产物的一条有效途径,其原理是细胞增殖。在生产中通常要将植物细胞培养到愈伤组织阶段,因为此时细胞分裂能力旺盛,代谢快,有利于产物生成。 [例1] (2024 安徽高考)植物细胞悬浮培养技术在生产中已得到应用。某兴趣小组尝试利用该技术培养胡萝卜细胞并获取番茄红素,设计了以下实验流程和培养装置(如图),请同学们进行评议。下列评议不合理的是 ( ) A.实验流程中应该用果胶酶等处理愈伤组织,制备悬浮细胞 B.装置中的充气管应置于液面上方,该管可同时作为排气管 C.装置充气口需要增设无 菌滤器,用于防止杂菌污染 培养液 D.细胞培养需要适宜的温 度,装置需增设温度监测和 控制设备 C 装置中的充气管应置于液面下方,以利于增加培养液中的溶氧量,该管不能同时作为排气管 [解析] 植物细胞胞间层的主要成分是果胶,欲利用愈伤组织制备悬浮细胞,可用果胶酶等对愈伤组织进行处理,A正确;装置中的充气管应置于液面下方,以利于增加培养液中的溶氧量,该管不能同时作为排气管,B错误;为了防止杂菌污染培养液,装置充气口需要增设无菌滤器,C正确;细胞培养时需要保证适宜的温度,因此装置需增设温度监测和控制设备,D正确。 1.(2024 成都期末)植物细胞质中的叶绿体有相对独立的遗传体系,控制着许多优良性状。胞质杂交是植物体细胞杂交应用的一个重要方面,下图是利用胞质杂交培育抗病植株的实验流程,下列叙述正确的是( ) A.过程①需用纤维素酶和蛋白酶处理细胞壁 B.利用聚乙二醇可诱导②和③过程的发生 C.在③④⑤过程中都会形成新的细胞壁 D.④和⑤过程通常在同一种培养基中进行 C 果胶酶 ④⑤过程存在有丝分裂 解析:植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,过程①需用纤维素酶和果胶酶处理细胞壁,A错误;②过程是植株1的叶肉细胞原生质体与植株2的叶肉细胞原生质体发生融合的过程,该过程可以利用聚乙二醇诱导,但聚乙二醇不能诱导细胞壁的再生(③过程),B错误;③过程融合的原生质体会再生细胞壁,④⑤过程存在有丝分裂,故在③④⑤过程中都会形成新的细胞壁,C正确;④过程是脱分化形成愈伤组织,⑤过程再分化形成芽和根,④和⑤过程通常不在同一种培养基中进行,D错误。 2.(2024 大理开学考试)在蓝莓组织培养过程中,由于外植体切口处细胞被破坏,表面颜色由绿色逐渐变为褐色,该现象称为褐变。褐变过程能产生丰富的酚类化合物,这些物质具有抗氧化、抑制病原微生物生长等作用,有利于植物抵御逆境的侵害。但褐变的发生会使植物表面颜色发生变化,降低了植物的光合作用效率。下列叙述正确的是 ( ) A.褐变过程产生的酚类化合物属于次生代谢物,是植物生命活动所必需的 B.褐变是植物受到干旱、病虫害或遭受机械损伤等外界压力的一种适应性反应 C.外植体褐变持续时间过长,不会对蓝莓组织培养产生影响 D.宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体,并适当降低继代培养的频率以减少褐变 B 分裂比较旺盛,容易表达细胞的全能性 解析:次生代谢物不是生物生长所必需的,A错误;褐变过程产生的酚类化合物有利于植物抵御逆境的侵害,故推测褐变是植物对外界压力如干旱、病虫害或机械损伤的适应性反应,B正确;题意显示,外植体褐变持续时间过长会对蓝莓组织培养产生不利影响,表现为降低光合作用效率,影响植物的正常生长,C错误;一般来说,植物组织培养选取的材料是幼嫩的组织,因为分裂比较旺盛,容易表达细胞的全能性,D错误。 深化点(二) 动物细胞工程 1.动物细胞培养 (1)原理:细胞增殖。 (2)过程 动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同的: 第一次是处理剪碎的组织,使其分散成单个细胞; 第二次是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来,分散成单个细胞。 深化点(二) 动物细胞工程 2.单克隆抗体的制备 (1)原理:细胞膜的流动性、细胞增殖。 (2)过程 深化点(二) 动物细胞工程 3.动物体细胞核移植技术 (1)原理:动物细胞核的全能性。 (2)过程 情境1:双特异性抗体 双特异性抗体是指一个抗体分子可以与两个不同抗原或同一抗原的两个不同抗原表位相结合,目前最常利用双杂交瘤细胞法来制备。 长春花是原产于非洲东海岸的野生花卉,其所含的长春碱具有良好的抗肿瘤作用。下图是能同时识别癌胚抗原和长春碱的双特异性单克隆抗体作用图。 双特异性抗体的制备方法 化学偶联法 化学偶联法是通过化学偶联剂将两个完整抗体或其片段偶联成一种双特异性抗体。这种方法快速简便,但容易破坏抗原结合部位,影响抗体活性,且交联剂的安全性和致癌性不确定。 双杂交瘤细胞法 双杂交瘤细胞法通过细胞融合的方法将两株不同的杂交瘤细胞融合成双杂交瘤细胞株,然后通过常规的杂交瘤筛选法克隆靶细胞。这种方法的随机性较大,效率低,但抗体生物活性较好,结构比较稳定。 基因工程法 基因工程法通过基因剪切,构建单链抗体(scFv),制备改良的双特异性抗体。这种方法可以通过多种方式限制两对轻重链结合的选择性来解决随机组合的问题,是目前制备双特异性抗体最常用的技术。 图1是科研人员通过杂交—杂交瘤细胞技术(免疫的B淋巴细胞和杂交瘤细胞杂交技术)生产能同时识别癌胚抗原和长春碱的双特异性单克隆抗体的部分过程, 1.双特异性抗体可同时与癌细胞和免疫细胞特异性结合,它一端与癌细胞结合,一端与T细胞结合,将T细胞拉近癌细胞,大大提高了杀灭癌细胞的效率。CD19是癌细胞表面的抗原蛋白,CD3蛋白受体位于T细胞表面,与抗体结合后,其免疫功能得到激活。下图是研究人员通过杂交瘤细胞技术生产双特异性单克隆抗体的部分过程。回答下列问题。 (1)给小鼠注射CD19蛋白,是为 了从小鼠的脾中分离得到 _;注射的抗 原A是指_。 (2)过程②和④所用诱导方法与 诱导植物细胞融合所用方法的 不同之处是_。 免疫的B淋巴细胞 CD3蛋白 可用灭活的病毒诱导 1.双特异性抗体可同时与癌细胞和免疫细胞特异性结合,它一端与癌细胞结合,一端与T细胞结合,将T细胞拉近癌细胞,大大提高了杀灭癌细胞的效率。CD19是癌细胞表面的抗原蛋白,CD3蛋白受体位于T细胞表面,与抗体结合后,其免疫功能得到激活。下图是研究人员通过杂交瘤细胞技术生产双特异性单克隆抗体的部分过程。回答下列问题。 过程③培养杂交瘤细胞时需提供的气体条件是95%空气和5%CO 的混合气体,其中CO2的主要作用是 。过程⑤筛选获得的细胞具有的特点是_。 (3)与从血清中提取的CD19抗体、抗A抗原的抗体相比,通过双杂交瘤细胞得到双特异性单克隆抗体的优点是_。双特异性单克隆抗体治疗癌症的效果往往优于抗体CD19和A抗体的联合使用,原因是_。 维持培养液的pH 既能无限增殖,又能产生特异性抗体 双特异性单克隆抗体可以识别两种抗原 既不损伤正常细胞,又减少了用药剂量 [例2] (2024 黑吉辽高考)从小鼠胚胎中分离获取胚胎成纤维细胞进行贴壁培养,在传代后的不同时间点检测细胞数目,结果如图。下列叙述正确的是 ( ) A.传代培养时,培养皿需密封防止污染 B.选取①的细胞进行传代培养比②更合理 C.直接用离心法收集细胞进行传代培养 D.细胞增长进入平台期可能与细胞密度过大有关 D 95%空气和5% CO2的混合气体环境 ①的细胞处于指数增长初期 胰蛋白酶处理后再用离心法收集 [解析] 进行动物细胞培养时,需要含有95%空气和5% CO2的混合气体环境,培养皿不能密封,A错误;原代培养的细胞出现接触抑制现象后,就需要分瓶进行传代培养,①的细胞处于指数增长初期,细胞还未出现接触抑制现象,因此选取②的细胞进行传代培养比①更合理,B错误;由于成纤维细胞贴壁生长,进行传代培养时,需用胰蛋白酶处理后再用离心法收集细胞进行传代培养,C错误;细胞密度过大时,产生的代谢废物较多,营养物质消耗较快,可能导致细胞增长进入平台期,D正确。 3.(2024 张掖模拟)猪繁殖与呼吸综合征(又称“猪蓝耳病”)是造成养猪业重大损失的主要疾病之一,CD163基因表达的蛋白质是猪繁殖与呼吸综合征病毒感染的关键受体,某团队通过基因工程和细胞核移植技术成功培育了CD163基因敲除大白猪。下列有关说法错误的是( ) A.基因敲除应选择猪胚胎成纤维细胞的连续细胞系作为重组DNA的受体细胞 B.对经筛选的阳性转化细胞进行克隆化培养后作为供体细胞进行细胞核移植 C.采用电融合方法可促进核供体和受体细胞的融合及重组细胞的分裂发育 D.可从克隆猪仔耳组织提取DNA进行相关检测确定CD163基因是否成功敲除 A 传代10代以内的细胞(有限细胞系) 解析:应选去核卵母细胞作为受体细胞,A错误;对经筛选的阳性转化细胞(说明已经敲除CD163基因)进行克隆化培养后作为供体细胞进行细胞核移植,B正确;将两种细胞进行电融合,电融合的作用除了促进细胞融合,同时起到了激活重组细胞发育的作用,C正确;克隆猪是由一个细胞发育而来的,体细胞核遗传物质一般是相同的,故可从克隆猪仔任何组织提取DNA进行相关检测确定CD163基因是否成功敲除,D正确。 4.(2024 周口模拟)米酵菌酸(BA)是由椰毒假单胞菌产生的一种可以引起食物中毒的毒素,中毒者死亡率高达50%。为了应对中毒后的快速治疗处理,科研人员进行了下列实验: ①细胞融合及筛选按小鼠脾脏细胞∶骨髓瘤细胞=10∶1的比例混合后缓慢滴加1 mL PEG(边加边轻轻搅拌),静置1 min,离心后弃去上清液,用HAT培养基进行选择培养,选出杂交瘤细胞,后用96孔细胞培养板进行培养,培养后利用BA进行检测。 ②抗BA的单克隆抗体腹水的制备选取10只6周龄小鼠,腹腔注射1 106个杂交瘤细胞,2周后收集小鼠腹水。 ③抗BA的单克隆抗体特异性检测选取BA及5种BA结构类似物(毒黄素、T-2毒素、呕吐毒素、河豚毒素、黄曲霉毒素B1)进行特异性检测,结果如表(IC50为半数抑制浓度)。 交叉物 BA 毒黄素 T-2 毒素 呕吐 毒素 河豚 毒素 黄曲霉 毒素B1 IC50/(ng/mL) 10 >10 000 >10 000 >10 000 >10 000 >10 000 回答下列问题: (1)实验所用小鼠应在实验前利用_进行免疫。已免疫小鼠脾脏剪碎后,用_酶处理使其分散成单个细胞。 (2)实验中滴加PEG时边加边轻轻搅拌的目的是 _。 诱导动物细胞融合的方法除实验中所用方法外,还可以采用_法和_法。 BA(米酵菌酸) 胰蛋白 促进PEG与小鼠脾脏细胞、骨髓瘤细胞混合,提高诱导融合效率 电融合 灭活病毒诱导 解析:为制备抗BA的单克隆抗体,实验所用小鼠应在实验前利用BA(米酵菌酸)进行免疫,以获得相应的B淋巴细胞。已免疫小鼠脾脏剪碎后,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。 解析:诱导动物细胞融合的方法包括PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等,实验中按小鼠脾脏细胞∶骨髓瘤细胞=10∶1的比例混合后缓慢滴加1 mL PEG,边加边轻轻搅拌,能够促进PEG与小鼠脾脏细胞、骨髓瘤细胞混合,提高诱导融合效率。 交叉物 BA 毒黄素 T-2 毒素 呕吐 毒素 河豚 毒素 黄曲霉 毒素B1 IC50/(ng/mL) 10 >10 000 >10 000 >10 000 >10 000 >10 000 (3)用HAT培养基能选择培养出杂交瘤细胞的原因是_ _。用96孔细胞培养板进行培养时需先将细胞悬浮液稀释到7~10个细胞/mL,再在每个培养孔中滴加0.1 mL稀释后的细胞悬浮液,其目的是_。 (4)表格数据表明抗BA的单克隆抗体与这5种BA结构类似物_ (填“有”或“没有”)交叉反应,说明_。 在该培养基上,未融合的细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡,只有杂交瘤细胞能生长 使每个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞,达到单克隆培养的目的 没有 抗BA的单克隆抗体的特异性良好 解析:在HAT培养基上,未融合的细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡,只有杂交瘤细胞能生长,因此用HAT培养基能选择培养出杂交瘤细胞。用多孔培养板培养时,需要稀释,其目的是使每个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞,达到单克隆培养的目的。 解析:选取BA及5种BA结构类似物进行特异性检测,由表格数据可知,抗BA的单克隆抗体与这5种BA结构类似物没有交叉反应,说明抗BA的单克隆抗体的特异性良好。 深化点(三) 胚胎工程 1.熟知胚胎工程的操作流程 深化点(三) 胚胎工程 2.归纳胚胎工程中的3个“两” (1)受精的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核。 (2)胚胎移植过程中两次使用激素:第一次用于供体的超数排卵;第二次是对供、受体进行同期发情处理。 (3)胚胎移植或分割的两个最佳时期:桑葚胚和囊胚期(内细胞团具有全能性)。 深化点(三) 胚胎工程 3.总结胚胎工程各技术之间的关系 深化点(三) 胚胎工程 [例3] (2024 湖北高考,有改动)波尔山羊具有生长速度快、肉质细嫩等优点。生产中常采用胚胎工程技术快速繁殖波尔山羊。下列叙述错误的是 ( ) A.选择遗传性状优良的健康波尔母山羊进行超数排卵处理 B.胚胎移植前可采集滋养层细胞进行遗传学检测 C.普通品质的健康杜泊母绵羊不适合作为受体 D.生产中对提供精子的波尔公山羊无需筛选 D 遗传性状优良 [解析] 采用胚胎工程技术快速繁殖波尔山羊的操作过程中需要选择遗传性状优良的健康波尔母山羊进行超数排卵处理,A正确;胚胎移植前可采集滋养层细胞进行遗传学检测,B正确;杜泊绵羊与波尔山羊属于不同的物种,胚胎应移植到同种的其他雌性动物体内,因此普通品质的健康杜泊母绵羊不适合作为受体,C正确;生产中需要筛选出遗传性状优良的波尔公山羊来提供精子,D错误。 深化点(三) 胚胎工程 5.(2024 聊城三模)由于栖息地丧失和人为捕猎,亚洲黑熊数量骤减,科学家期望通过人工授精、胚胎移植等方法拯救亚洲黑熊,其过程如下图。下列说法正确的是( ) A.胚胎工程一般采用促性腺激素释放激素处理A使其超数排卵 B.后代E遗传性状由A和C共同决定,后代F遗传性状与B一致 C.受体雌性D必须和A、B同 期发情处理 D.A排出的卵子必须培养至 成熟(M 期)才能与C的获 能精子受精 D 遗传性状优良 促性腺激素 大部分 只需要提供体细胞,所以不需要同期发情处理 解析:胚胎工程一般采用促性腺激素处理A使其超数排卵,A错误;后代E(由A的卵细胞和C的精子经受精作用形成的受精卵发育形成)遗传物质来源于A和C,后代E遗传性状由A和C共同决定,而后代F(A的无核卵母细胞可提供细胞质,B提供细胞核)遗传物质来源于A和B,后代F遗传性状大部分与B一致,少数性状与A相同,B错误;受体雌性D接受的胚胎是来自A(提供卵细胞)和B(提供精子)受精后产生的,所以必须和动物园亚洲黑熊 A同期发情处理,目的是使A和D体内的生理环境保持一致,提高胚胎的存活率,而野生亚洲黑熊 B只需要提供体细胞,所以不需要同期发情处理,C错误;A超数排卵排出的细胞必须生长到M 期才具有受精能力,C的精子获能后才能进行受精作用,因此A排出的卵子必须培养至成熟(M 期)才能与C的获能精子受精,D正确。 $$