高考生物复习选修细胞工程

第二章细胞工程回归教材夯实双基一、细胞工程概述1．概念：以细胞为基本单位，在体外_______条件下进行培养、繁殖或利用细胞融合、_________等技术，使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变。无菌核移植从而改良生物品种、创造新品种和加速繁育生物个体，以及获得某些有用的细胞代谢产物的技术。2．类型(1)据研究对象不同：植物细胞工程，___________工程，微生物细胞工程。动物细胞(2)据所用技术不同：植物____________培养、____________、细胞核移植、染色体工程。3．应用(1)快速繁殖：利用离体的植物组织细胞、________________在特定条件下，培育新植株。细胞与组织细胞融合组织或器官(2)获得无病毒作物：植物__________附近，因很少感染病毒，甚至无病毒，而被用来培育无病毒植株。(3)开发洁净的能源、减少环境污染：利用细胞工程产氢技术，是开发洁净能源的途径之一。分生区(4)繁殖优良家畜品种及濒危动物：体细胞_____________的具体应用。4．意义：改变了传统的育种方式、生产方式。二、植物细胞工程克隆技术2．组织培养基一般含有五类成分：水、无机营养、有机营养、天然附加物、生长物质。3．原理：细胞的全能性(1)含义：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的________。潜能(2)物质基础：生物的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套___________，都有发育成完整个体所必需的_____________。4.应用：作物快速繁殖，无病毒植物的培育，细胞产品的生产，____________的制造，转基因植物的培育。遗传物质全部基因人工种子思考探究1．植物细胞培养过程需要经过再分化吗？【提示】不需要，愈伤组织一直进行细胞分裂。三、动物细胞工程1．动物细胞培养(1)培养基：选用液体培养基，通常含葡萄糖、氨基酸、无机盐、_______、核酸、嘌呤、嘧啶、激素和生长因子等。维生素(2)取材：大都取自___________或出生不久的幼龄动物的器官或组织。(3)过程：动物胚胎(4)应用：蛋白质生物制品的生产；移植皮肤细胞的培养；检测有毒物质；医学研究。2．动物体细胞克隆(1)操作流程(2)原理：动物__________________。细胞核的全能性(4)存在的问题：成功率______；克隆动物的健康问题；克隆动物食品的_________问题。3．细胞融合与单克隆抗体(1)动物细胞融合①促融剂：除物理学和化学法外，还常用______________。低安全性灭活的病毒单克隆抗体②特点：化学性质单一，________强，灵敏度高。③应用：单抗诊断盒，生物导弹。特异性思考探究2．动物组织培养与植物组织培养的目标有什么不同？【提示】动物细胞组织培养是为了获取大量的细胞群，而植物组织培养的目标通常是为了获取完整的植物个体。高频考点深度剖析考点一植物组织培养1．细胞全能性(1)原理：细胞含有本物种全部的遗传信息。(2)体内细胞全能性不表达的原因：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。(3)细胞全能性表达的条件：完整细胞核；离体；无菌；一定的营养、激素；适宜的外界条件。(4)细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。(5)全能性大小植物细胞：受精卵>生殖细胞>体细胞动物细胞：受精卵>生殖细胞>胚胎干细胞>体细胞核(动物细胞全能性受限制，但细胞核具有全能性)名称过程形成体特点培养基光脱分化由外植体脱分化为愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团生长素与细胞分裂素的比例大避光再分化由愈伤组织分化为幼苗或胚状结构有根、芽或有生根发芽的能力生长素与细胞分裂素的比例小需光名称过程形成体特点培养基光营养生长生殖生长发育成完整的植物体由根、茎、叶、花、果实、种子组成自身产生各种激素需光3.应用(1)植物繁殖的新途径①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。特点有：a．保持优良品种的遗传特性。b．高效快速地实现种苗的大量繁殖。②作物脱毒：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。(2)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用名师点睛人工种子的优点：可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖；保持亲本的优良性状，因该过程为无性繁殖；节约粮食，减少种子的使用；可以控制添加一些物质，如除草剂、农药、促进生长的激素、有益菌等。即时应用1．(2010·安徽理综)草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低、品质变差。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本过程如下：(2)在过程①中，常用的MS培养基主要成分包括大量元素、微量元素和________，在配制好的培养基中，常常需要添加________，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织，接种后2～5d，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是________________。(3)在过程②中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是__________________。解析：植物微型繁殖时常采用茎尖或根尖作为外植体，原因是茎尖或根尖病毒极少，因此切取一定大小的茎尖或根尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒。MS培养基的成分主要包括水、无机盐、有机小分子物质以及植物激素等，植物激素的比例能够影响芽的分化和根的分化，如细胞分裂素的比例大于生长素的比例，则有利于芽的分化，反之则有利于根的分化。接种前培养基一定要进行高温灭菌，接种时一定要在无菌条件下进行操作，以免引起杂菌污染。答案：(1)茎尖(或根尖)茎尖(或根尖)病毒极少，甚至无病毒(2)有机物植物激素外植体消毒不彻底(3)培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低1．植物组织培养和动物细胞培养的比较考点二动物细胞培养与体细胞克隆项目植物组织培养动物细胞培养理论基础植物细胞全能性细胞增殖培养基类型固体或半固体培养基液体培养基成分水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等项目植物组织培养动物细胞培养取材植物幼嫩部位或花药等动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织项目植物组织培养动物细胞培养过程项目植物组织培养动物细胞培养结果新的组织或植株个体，可以体现全能性新的细胞系或细胞株，不形成个体，不体现全能性目的①植株快速繁殖②脱毒植株的培育③人工种子④生产药物、杀虫剂等⑤转基因植物的培育①蛋白质生物制品的生产②皮肤移植材料的培育③检测有毒物质④生理、病理、药理学研究项目植物组织培养动物细胞培养相同点①两技术手段培养过程中都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂②均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件2.动物细胞培养与体细胞克隆的比较动物细胞培养动物体细胞克隆原理细胞增殖动物细胞核的全能性动物细胞培养动物体细胞克隆过程动物细胞培养动物体细胞克隆结果获得细胞群获得与供体遗传物质基本相同的个体特别提醒(1)动物细胞培养中两次用到胰蛋白酶，第一次用胰蛋白酶处理剪碎的组织使之分散成单个细胞，第二次使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。(2)动物细胞培养液的特点：液体培养基，其中含动物血清。(3)悬浮液中的细胞会出现贴壁生长和接触抑制现象。(4)原代培养与传代培养的分界点为分瓶继续培养。(5)核移植选卵细胞做受体细胞原因：①体积大，易于操作；②卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养；③含有激发重组细胞分裂分化的物质。(6)核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本不同的原因：①克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本，所以与植物组织培养不同(只来自于一个亲本)，即克隆动物遗传物质来自2个亲本。②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。即时应用2．(原创)意大利妇科专家安蒂诺里在2011年3月3日接受某报社采访时声称，他已制造出3名克隆人，目前11岁，生活在东欧，除此之外，不能透露太多具体信息。下列有关克隆人的说法，错误的是(多选)(

)A．克隆人是一种有性生殖方式B．克隆人证明了人体的体细胞核具有全能性C．在现有克隆技术条件下，成功率为100%D．克隆人和供体并不完全一致解析：选AC。克隆是一种无性繁殖，将人体的体细胞核移植到去核的卵细胞中，然后将其在体外卵裂成的早期胚胎移植到母体子宫中，便能发育成克隆人。因此克隆人证明了人体的体细胞核具有全能性，但克隆人和供体并不完全一致，要受细胞质中少数遗传物质的控制，同时要受环境的影响。现有克隆技术尚不成熟，所以成功率非常低。3．动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。下图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图。请回答下列问题：(1)肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞______________________。(2)气室中充入5%CO2气体的主要作用是____________________________。(3)培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长，但要注意选择抗生素的______，以保证抗生素对肝脏无害。(4)有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用上图所示装置和所提供的下列材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。材料用具：肝脏小块、外周血淋巴细胞、淋巴细胞培养液、植物凝集素(刺激淋巴细胞分裂)、显微镜、载玻片、盖玻片、玻璃皿、滴管、吉姆萨染液(使染色体着色)、有机物X溶液等。实验过程：①在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。②利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作(“√”表示已完成的步骤)。甲乙丙丁步骤一：加入肝脏培养液√√√√步骤二：加入有机物X溶液√步骤三：放置肝脏小块√上表中还需进行的操作是_________________________。③培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。④一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察__________________，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明______________________________。解析：本题考查动物细胞培养的相关知识。(1)把肝脏切成小薄片，有利于肝脏细胞的呼吸代谢，即吸收氧气和营养物质、排出代谢废物。(2)气室中充入5%CO2的作用是形成碳酸来维持培养液适宜的pH。(3)要注意选择抗生素的种类和数量来抑制细菌生长。(4)乙组或丁组没有处理，应向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块作为实验对照。有机物X有毒性，可诱发染色体断裂，所以观察指标是淋巴细胞的染色体形态和数量是否变化。甲组添加肝脏小块，淋巴细胞染色体正常，丙组没有添加而出现染色体异常，说明肝脏小块对有机物X具有解毒作用。答案：(1)吸收氧气和营养物质、排出代谢废物(2)维持培养液适宜的pH(3)种类和剂量(4)②向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块④染色体形态和数量肝脏小块对有机物X具有解毒作用考点三细胞融合与单克隆抗体1．杂交瘤细胞的特点：既能大量繁殖，又能产生专一性的抗体。2．单克隆抗体的优点：特异性强，纯度高，灵敏度高，容易标准化生产。3．单克隆抗体的作用(1)作为诊断试剂：准确识别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。(2)用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗癌症，可制成“生物导弹”，也有少量用于治疗其他疾病。4．2次筛选的目的及方法(1)在特定的选择性培养基上，未融合的亲本细胞(B淋巴细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞(BB融合细胞、瘤瘤融合细胞)都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交瘤细胞)才能生长。这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产生单一的特异性抗体。(2)经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞(很多种杂交瘤细胞)，需经克隆化培养和抗体检测，经多次筛选后可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。特别提醒(1)诱导融合的2种细胞名称及作用免疫过的B淋巴细胞—产生抗体。骨髓瘤细胞—无限增殖。(2)诱导动物细胞融合与植物原生质体融合的不同方法动物细胞诱导融合的特有方法——灭活的病毒诱导。(3)2种培养方法及提取单克隆抗体的场所①体外培养——培养液提取。②体内小鼠腹腔中培养——小鼠腹水中提取。即时应用4．下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。(1)________技术是单克隆抗体技术的基础。(2)根据培养基的用途分类，图中HAT培养基属于________培养基。(3)单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最大的优越性是_____________。(4)动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外，还可以采用______________________。(5)选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞________________的特点，又具备淋巴细胞______________________的特点。(6)淋巴细胞是由动物体________中的________细胞分化、发育而来的。(7)杂交瘤细胞从培养基中吸收葡萄糖、氨基酸的主要方式是__________。解析：(1)单克隆抗体是通过细胞融合、动物细胞培养制备的，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。(2)由图示信息可知：图中所用的培养基是选择培养基，目的是筛选出杂交瘤细胞，并将杂交瘤细胞分开，筛选之后进行扩大培养，从而获得大量抗体。(3)单克隆抗体与常规抗体相比，特异性强，灵敏度高，可被广泛应用到疾病诊断、治疗和预防等方面。(4)动物细胞融合除了使用离心、振动、电刺激等物理方法和聚乙二醇等化学方法诱导外，通常还采用灭活的病毒诱导融合。(5)抗体是由免疫过的B淋巴细胞分泌的，每一种B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体，要想得到大量的单一抗体，必须将同一种B淋巴细胞大量克隆，但在体外培养的条件下，一个B淋巴细胞不能无限增殖，而骨髓瘤细胞可以在体外无限增殖，因此，通过细胞融合得到既能分泌特异性抗体、又能无限增殖的杂交瘤细胞。(6)淋巴细胞是由动物体骨髓中的造血干细胞分化、发育而来的。(7)杂交瘤细胞培养过程中需要吸收氨基酸、葡萄糖，它们是通过主动运输进入细胞内的。答案：(1)动物细胞培养(2)选择(3)特异性强，灵敏度高(4)灭活的病毒(5)在体外大量增殖分泌特异性抗体(6)骨髓造血干(7)主动运输命题视角把脉高考视角1洞察高考热点

2010·课标全国理综)请回答：(1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的________，繁殖种苗的速度________。例1离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部________。(2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免________的污染。(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗________，而与__________配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是________(脱落酸、2,4­D)。(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是__________，单株鲜重的变化趋势是______________。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量________(能、不能)满足自身最佳生长的需要。(5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应________(降低，增加)培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。【解析】

(1)植物组织培养属于无性繁殖，后代能够保持亲本的遗传特性。植物微型繁殖技术能够实现快速繁殖。植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，即已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。(2)植物组织培养接种和试管苗转接过程中都需要无菌操作，以避免微生物(杂菌)污染。(3)微型繁殖培养基中使用的生长素与细胞分裂素比例不同，可以分别诱导根、芽的形成。使用高浓度的植物生长素类似物(如2,4­D)可以抑制试管苗的生长。(4)(5)分析图中曲线可知：光合作用强度随着培养基中蔗糖浓度的增大而下降，但单株鲜重的变化趋势是先增加后下降。培养基中不含蔗糖时，光合作用强度最大，但由于该时期光合作用产生的有机物积累量较少，不能满足自身最佳生长的需要。在蔗糖浓度为1%左右时，单株鲜重达到最大，此时有机物的量满足自身最佳生长需要。【答案】

(1)遗传特性快遗传信息(2)微生物(3)生根细胞分裂素2,4­D(4)逐渐减小先增加后下降不能(5)降低归纳总结(1)植物激素：影响脱分化、再分化的重要因素为植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强力地促进愈伤组织的形成，两者不同浓度的配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素的浓度比高时，有利于芽的产生；浓度比低时，有利于根的产生。(2)光照：对于植物组织培养来说，光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织，如果在光照条件下容易分化产生维管等组织，则不利于产生大量的愈伤组织。(3)无菌：如果在培养基上有细菌等微生物存在，它们比植物细胞具有更强的新陈代谢能力，比植物细胞生长繁殖得更快，而且它们会产生毒素，使培养基上的植物细胞死亡。因此，在培养过程中要求一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。[变式训练]

某同学在进行组织培养过程中发现只分裂而不分化出芽和根，可能原因是(

)A．未见阳光B．培养时间不到C．培养基营养过多D．细胞分裂素和生长素配比不对解析：选D。愈伤组织产生根或芽，取决于生长素和细胞分裂素的浓度比值：当细胞分裂素/生长素的比值低时，诱导根的分化；两者比值处于中间水平，愈伤组织只生长不分化；两者比值高时，诱导芽的形成。视角2体验方法要点辨析动物细胞培养及单克隆抗体的方法1、动物细胞培养时选用幼龄动物组织或胚胎进行细胞培养的原因：幼龄动物组织或胚胎的细胞分化程度低，增殖能力很强，更易于培养。2、进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。分散细胞时不能用胃蛋白酶。因为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为7.2～8.4。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时的消化。3、制备单克隆抗体时选用一种抗原处理的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行细胞融合，产生杂交瘤细胞，它会兼有两个亲本细胞的特性——在体外培养条件下能不断增殖，同时能产生出某种特异性的抗体。4、在诱导剂的作用下进行细胞的诱导融合，形成的杂种细胞有三种：AA型、BB型、AB型，只有AB型才是我们所需要的杂种细胞，所以需要用选择性培养基进行筛选。5、相比较植物体细胞杂交，动物细胞融合特有的诱导方式为灭活的病毒处理，其他物理化学诱导融合的手段与植物体细胞杂交过程中原生质体融合方法相同。

动物细胞培养技术是单克隆抗体制备的基础。回答下列相关问题(1)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面________时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的________。此时，瓶壁上形成的细胞层数是________。例2要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是____________________________。(2)随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现______________的现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成________细胞，该种细胞的黏着性________，细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量__________________________。(3)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。顺序是______________________________________________________________。(4)病原体注入小鼠体内后，要经过________细胞处理后形成抗原—MHC复合体，才能被免疫细胞识别。(5)制备单克隆抗体所用的B淋巴细胞一般从脾中采集，然后以__________________作诱导剂，使B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合。通过筛选和克隆培养，获得的杂交瘤细胞具有______________________特点。(6)单克隆抗体的特点是____________________________。根据上图写出应用杂交瘤技术获得单克隆抗体的两种主要方法_____________________________。【解析】在动物细胞培养过程中，细胞会表现出接触抑制现象，此时是单层细胞。用胰蛋白酶可以使贴壁细胞从瓶壁上分离开来。随着细胞传代培养代数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现衰老甚至死亡的现象，但极少数细胞可以连续增殖，有些细胞会因遗传物质改变而变成不死性细胞。灭活的仙台病毒和聚乙二醇均可诱导动物细胞融合。杂交瘤细胞同时具有两个亲代细胞的遗传特性。可以在体外也可以在体内培养杂交瘤细胞获得单克隆抗体。【答案】

(1)相互接触接触抑制单层(或一层)胰蛋白酶(2)衰老甚至死亡不死性降低减少(3)(4)巨噬(5)灭活的仙台病毒或聚乙二醇既能产生特异性抗体，又能无限增殖(6)特异性强，纯度高(或：专一性强、灵敏度高)体外培养法和动物体内培养法[互动探究](1)上题中要想获得大量的单克隆抗体，为什么必须用单个的B淋巴细胞进行无性繁殖形成细胞群？(2)单克隆抗体与血清抗体有何区别？【提示】

(1)每一个B淋巴细胞组织只分泌一种特异性抗体。(2)单克隆抗体：由单个B淋巴细胞通过无性繁殖(克隆)形成细胞群，由它们产生出化学性质单一，特异性强的抗体。血清抗体：从动物血清中分离所得的抗体，产量低、特异性差、纯度低，反应不够灵敏。视角3突破易错疑点关于动物体