2024版高考生物总复习：细胞工程第1讲细胞工程课件

第1讲细胞工程课标考情——知考向核心素养——提考能课标要求1.简述植物的组织培养2.利用植物组织培养技术培育菊花或其他植物幼苗，并进行栽培3.简述动物的细胞培养与体细胞克隆4.收集单克隆抗体在临床上实际应用的资料，并进行交流分享5.举例说出细胞融合与单克隆抗体制备科学思维建立植物细胞工程和单克隆抗体制备基本流程模型科学探究能围绕细胞工程的最新发展与生活实际的联系收集材料、处理信息社会责任通过克隆技术的发展和细胞工程的实际应用，关注生产和生活自主学习·巩固基础知识点一植物细胞工程[自主学习]1.植物细胞工程的基本技术愈伤组织全能性流动性原生质体杂种细胞杂种植株

2.植物细胞工程的实际应用细胞产物[自主检测]1.思考判断(1)有关细胞全能性与组织培养的判断。①棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。(

)②在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化。(

)③愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。(

)√××(2)有关植物体细胞杂交技术的判断。①用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。(

)②再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。(

)③培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。(

)××√2.深挖教材植物组织培养所用培养基的组成：____________________(包括水分、无机盐)、有机营养成分(包括小分子糖类、氨基酸、核苷酸)、激素、________四部分。

无机营养成分琼脂3.热图导析据图分析植物体细胞杂交的过程，回答下列问题。(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理：___________________________________________________。

(2)如何根据细胞膜表面的荧光判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的?_______________________________________________________。

(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含有多少条染色体?__________________。

提示：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性提示：融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光提示：2(m+n)条知识点二动物细胞工程[自主学习]1.动物细胞培养单个细胞原代培养无毒CO2

氨基酸血清36.5℃±0.5℃

7.2~7.42.动物细胞核移植技术

全能性体细胞核核移植重组胚胎

3.动物细胞融合与单克隆抗体

灭活病毒诱导法有性杂交特异性强灵敏度高诊断试剂运载药物杂交瘤细胞[自主检测]1.思考判断(1)有关动物细胞培养的判断。①制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。(

)②在25℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养。(

)③培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(

)×

×

×

(2)有关动物细胞核移植的判断。①动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。(

)②克隆动物的性状与供体动物几乎完全相同。(

)③与“多莉”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、动物细胞培养和体细胞核移植。(

)(3)动物细胞融合与单克隆抗体的制备。①植物原生质体融合与动物细胞融合原理是相同的。(

)②体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。(

)③B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种细胞类型(若仅考虑两两融合的情况)。(

)×

×

√√√√2.热图导析下图为制备单克隆抗体和多克隆抗体的示意图，据图分析，回答下列问题。(1)与多克隆抗体相比，单克隆抗体的优点有哪些?____________________________________________________________。

(2)图中第一次筛选和第二次筛选的目的有何不同?___________________________________________________________________________________________________________________________。

提示：单克隆抗体的优点是特异性强、灵敏度高，可大量制备提示：(2)第一次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞，第二次筛选的目的是筛选出能产生所需单克隆抗体的杂交瘤细胞重难探究·素养达标重点一

植物细胞工程[深度讲解]1.植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系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植物细胞的全能性名称植物组织培养植物体细胞杂交过程离体的植物器官、组织或细胞

↓脱分化愈伤组织

↓再分化根、芽或胚状体

↓发育植物体

名称植物组织培养植物体细胞杂交选材选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化不同种的植物体细胞融合后形成杂种细胞技术操作脱分化、再分化等除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导原生质体融合关系植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂2.植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型的分析(1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)：①未融合的细胞：A和B。②两两融合的细胞：AA、BB和AB。③多细胞融合体。(2)检测方法：对诱导产物中的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。①若只表现出一种植物的性状，说明是未融合细胞。②若得到的是具有两种亲本性状的植物，说明是杂种植株。③若得到的是两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得到加强，则是多细胞融合体。④若得到的是一种植物的性状，但是效果得到加强，则是同种细胞融合的结果。3.激素比例与细胞分裂分化的关系(1)适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。(2)适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。(3)比例适中诱导产生愈伤组织。如图所示。[考向预测](一)考查植物组织培养的过程、原理及应用(素养目标：科学探究)1.(2022年河北沧州二模)葡萄扇叶病毒会使葡萄减产10%~50%，国内某团队利用植物组织培养技术获得葡萄脱毒苗，基本过程如下图所示。回答下列问题：(1)外植体往往选择葡萄植株的__________部位，理由是_____________——————————————————————。(2)脱分化是指______________________________________________________________________________________，影响该过程的植物生长调节剂有____________________________________________________(答出两种即可)。

顶端分生区

植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒

让已经分化的细胞，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生长素类、细胞分裂素类、赤霉素类、脱落酸、多效唑(3)若要获得原生质体，可先用__________________酶处理X，其中酶混合液中常含有一定浓度的甘露醇，目的是________________________；若要获得突变体，一般用诱变剂处理X而非外植体，理由是____________________________________________________________________________________________________________________________。纤维素酶和果胶防止获得的原生质体吸水涨破X(愈伤组织)是具有分生能力的薄壁细胞，处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变【解析】(1)植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，因此以其为外植体进行组织培养可以获得脱毒苗。(2)细胞脱分化就是让已经分化的细胞，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。培养基中常用的植物生长调节剂一般为生长素类、细胞分裂素类和赤霉素类。此外，脱落酸和多效唑也可以用于植物的组织培养。(3)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此可用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。为了防止获得的原生质体吸水涨破，酶混合液中常含有一定浓度的甘露醇。在植物的组织培养过程中，由于培养细胞，尤其是愈伤组织，一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。(二)考查植物体细胞杂交的过程及原理(素养目标：科学探究)2.如图所示为科学家利用番茄叶细胞和马铃薯叶细胞杂交培育“番茄—马铃薯”植株的过程，请回答下列问题：(1)过程①②使用了____________________酶，以使植物原生质体相互分离，此处使用的溶液浓度较大，以保证植物细胞会发生____________，以保护原生质体不被破坏；在动物细胞培养技术中，使细胞分离开来的酶是______________。

(2)过程③在化学药剂____________的作用下会发生细胞融合；动物细胞融合的方法与植物细胞不相同的是___________________。

(3)过程____属于脱分化，过程____属于再分化，细胞发生分化的根本原因是___________________。

纤维素酶和果胶质壁分离胰蛋白酶聚乙二醇灭活病毒诱导法⑤

⑥

基因的选择性表达(4)过程⑤⑥⑦的细胞工程技术是______________，其培养时选用的材料通常是分生组织，原因是___________________________________________________________。

(5)植物体细胞杂交的研究在_________________________________方面，取得了巨大突破。植物组织培养

分化程度低，易培养形成愈伤组织(或含毒素少，甚至无毒)

克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍重点二

动物细胞工程[深度讲解]1.植物组织培养、动物细胞培养和动物体细胞核移植(1)三者比较。项目植物组织培养动物细胞培养动物体细胞核移植原理植物细胞的全能性细胞增殖动物细胞核的全能性关键环节细胞的脱分化和再分化细胞增殖细胞核融合、细胞分化结果与外植体相同的个体相同分化程度的细胞群获得克隆动物项目植物组织培养动物细胞培养动物体细胞核移植应用①高效快速繁殖；②脱毒作物苗的培养；③作物新品种的培育；④细胞产物工厂化生产①生产生物制品；②医学研究；③检测有毒物质①加速良种繁育；②保护濒危物种；③生产医用蛋白；④作为异种移植的供体；⑤用于组织器官的移植(2)动物细胞核移植的疑难点。①卵母细胞选择时期及原因：减数分裂Ⅱ中期的卵母细胞具备受精能力，细胞质中合成与分裂、分化有关的物质能刺激融合后重组细胞进行分裂分化，形成重组胚胎。②选卵细胞作为受体细胞的原因：a.卵细胞大，易于操作；b.卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养；c.能激发重组细胞分裂分化。(3)供体细胞：取供体动物的体细胞进行培养，一般选用培养10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。(4)动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体的原因：动物体细胞的全能性受到限制。(5)该过程用到的技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植。2.动物细胞融合、单克隆抗体(1)植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较。项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞膜的流动性、细胞的增殖融合前处理去除细胞壁使细胞分散开使用的酶纤维素酶和果胶酶胰蛋白酶诱导手段物理法：电融合法、离心法等；化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等除物理法和化学法外，也可用灭活病毒诱导法项目植物体细胞杂交动物细胞融合结果杂种植株杂交细胞应用培育植物新品种制备单克隆抗体意义突破远缘杂交不亲和的障碍，打破了生殖隔离，扩展了杂交的亲本组合相同点原生质体融合原理相同，原生质体融合的方法相似(2)单克隆抗体的制备过程。

注：单克隆抗体的制备过程中有两次筛选，第一次是用选择性培养基选出杂交瘤细胞；第二次是用抗原—抗体杂交技术选出能产生人们所需要抗体的杂交瘤细胞。[考向预测](一)动物细胞培养过程及条件、干细胞培养及其应用(素养目标：科学探究)1.(2022年天津耀华中学二模)科学家将小鼠多能干细胞的4种基因Oct3/4、Sox2、c－Myc和Klf4，同时导入已分化的小鼠成纤维细胞中，结果后者被诱导成为多能干细胞，称为诱导多能干细胞(iPS细胞)，此类细胞能分裂并产生皮肤细胞、神经细胞以及可以搏动的心肌细胞等。请分析回答下列问题：(1)人体干细胞可以分为________________________两大类。

(2)④过程表示细胞发生了分化，原因是D、E和F细胞中的________________(填2种化合物名称)种类不完全相同。请用箭头和文字简要表明该过程中遗传信息的流动途径：________________________。

(3)动物细胞培养过程中需通入CO2气体，其作用是________________________。

胚胎干细胞、成体干细胞mRNA、蛋白质维持培养液的酸碱度DNAmRNA蛋白质(4)艾弗里在证明DNA是遗传物质的实验中，通过分别向不同实验组加入各类酶来确认“转化因子”的化学本质，利用了自变量控制的________原理。参考此方法，如果要了解Oct3/4、Sox2、c－Myc和Klf4基因在诱导iPS细胞时，每个基因作用的相对大小，该如何进行实验?请你给出实验设计的思路。______________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________。减法依次去掉1个基因，将其他3个基因转入小鼠成纤维细胞中，通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较，来推测缺失的基因对诱导iPS细胞的影响，进而判断每个基因作用的相对大小(其他合理答案均可)【解析】(1)按照发育状态，干细胞可以分为成体干细胞和胚胎干细胞两大类。(2)④表示细胞分化过程，分化是由于基因的选择性表达，导致转录出的mRNA和翻译出的蛋白质不完全相同。分化过程中遗传信息由DNA经转录流向mRNA，再经翻译流向蛋白质。(3)在动物细胞培养过程中培养液中必须通入O2和CO2，通入CO2的目的是维持培养液的pH。(4)艾弗里通过加入酶水解某类特定的物质，属于减法原理。若用减法原理验证Oct3/4、Sox2、c－Myc和Klf4基因在诱导iPS细胞时，每个基因作用的相对大小，在导入基因时，依次去掉某个特定的基因，只导入其他3个基因到小鼠成纤维细胞中，通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较，来推测缺失的基因对诱导iPS细胞的影响，进而判断每个基因作用的相对大小。(二)动物细胞融合技术及单克隆抗体的制备(素养目标：科学探究)2.(2022年广东名校质检)新冠病毒(RNA病毒)表面的S刺突蛋白上的受体结合结构域(S－RBD)能够与人细胞表面受体ACE2结合，介导病毒入侵宿主细胞。科研人员进行了抗S－RBD蛋白单克隆抗体的制备及研究。(1)从新冠患者体内提取到S蛋白的RBD片段，多次注射到小鼠体内，目的是__________________________________________。一段时间后将获取的脾脏细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，利用_____________筛选出杂交瘤细胞。

刺激小鼠产生更多已免疫的B细胞(浆细胞)

选择培养基(2)将得到的4种杂交瘤细胞分别进行动物细胞培养，分别取其上清液进行抗体阳性检测，从中选出产生“最优抗体”的杂交瘤细胞。检测的流程如图1，检测的结果如图2。图1实验过程中，将S－RBD固定，将上述4种杂交瘤细胞的上清液和未免疫小鼠的血清加到反应体系，然后加入酶标抗体。由图可知酶标抗体与待测抗体结合，将待测抗体作为________，酶标抗体携带的酶再使底物显色，底物显色越深吸光值越大。据图2结果分析，研究人员认为杂交瘤细胞______(填序号)产生的抗体为“最优抗体”，依据是_______________________________________________________________________________________________________。

抗原①

不同稀释倍数下，①的吸光值最大，说明酶标抗体与①产生的抗体结合最多，①产生的抗体与抗原结合能力最强【解析】(1)单克隆抗体制备过程中的第一步是获取已免疫的B淋巴细胞，所以从新冠患者体内提取到S蛋白的RBD片段，多次注射到小鼠体内，目的是刺激小鼠产生更多已免疫的B细胞(浆细胞)，一段时间后将获取的脾脏细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，融合后进行筛选，第一次筛选出杂交瘤细胞用的是选择培养基，未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长。(2)第二次筛选的目的是筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞，方法原理是抗原—抗体杂交，因此用酶标抗体与待测抗体结合，将待测抗体作为抗原，酶标抗体携带的酶再使底物显色，底物显色越深吸光值越大。据图2结果分析，①产生的抗体为“最优抗体”，依据是不同稀释倍数下，①的吸光值最大，说明酶标抗体与①产生的抗体结合最多，①产生的抗体与抗原结合能力最强。典题演练·破解高考1.(2021年湖南卷)M基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验，将外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M基因失活的转基因克隆动物A，流程如图所示。回答下列问题：(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是____________，这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的____________断开。

(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是______________________________

____________________________________________________。

限制酶磷酸二酯键

清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，同时给细胞提供足够的营养(3)与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低，原因是_______________________________________________________________________________________________________________。

从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞，在形态上表现为______________________________________________(答出两点即可)，功能上具有________________。

动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难细胞体积小，细胞核大，核仁明显(任选两点作答)

发育的全能性(4)鉴定转基因动物：以免疫小鼠的______淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合，筛选融合杂种细胞，制备抗M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活的实验思路：_________________________________________________________________________________________________________。B

取动物A和克隆动物A的肝组织细胞，分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交【解析】(1)基因工程中切割DNA的工具酶是限制酶，故在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是限制酶。限制酶是作用于其所识别序列中两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。不同的限制酶可以获得不同的末端，主要分为黏性末端和平末端。(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(3)由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，故与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率低。胚胎干细胞在形态上表现为细胞体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。(4)先给小鼠注射特定抗原使之发生免疫反应，之后从小鼠脾脏中获取已经免疫的B淋巴细胞；诱导B细胞和骨髓瘤细胞融合，利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，制备抗M蛋白的单克隆抗体；若要利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活，如果M基因已经失活，则克隆动物A中无法产生M蛋白，无法与抗M蛋白的单克隆抗体形成抗原—抗体复合物，则可利用抗原—抗体杂交技术进行检测。故实验思路为：取动物A和克隆动物A的肝组织细胞，分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交。命题探源本题结合图示考查基因工程、核移植、胚胎移植、单克隆抗体的相关知识，