高考生物一轮复习第十三单元细胞工程第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，关注生产和生活目录1自主学习·巩固基础2重难探究·素养达标3典题演练·破解高考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。

提示：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？【答案】提示：(1)单克隆抗体的优点是特异性强、灵敏度高，可大量制备(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.(2023年陕西商洛校考期中)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题：(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是___________________________________。绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性

(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中，均加入一定量的蔗糖，蔗糖水解后可得到

和

。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是

(填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。

(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的，这两种激素是

和

。B中的丛芽是愈伤组织经

形成的。

葡萄糖果糖具有完整的细胞核细胞分裂素生长素再分化(4)若该种植物是一种杂合子的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表型都相同的该种花卉，可微型繁殖，在培养时，

(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体。这种微型繁殖技术的特点有

和

(答出2点即可)。

不能能保持植物原有的遗传特性

繁殖速度快

【解析】(1)绿色叶片和白色花瓣是细胞分化的结果，遗传物质并没有改变，所以以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性。(2)蔗糖是由一分子的葡萄糖和一分子的果糖组成，所以蔗糖水解后可得到葡萄糖、果糖；若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是具有完整的细胞核，因为细胞核中含有遗传物质。(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的，这两种激素是细胞分裂素、生长素，其中当生长素与细胞分裂素的比值高时，可促进生根；愈伤组织经再分化形成丛芽。(4)用组织培养方法繁殖时，不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是对杂合子的植株来说，其体细胞的基因型不同，通过减数分裂形成花粉粒，可以导致等位基因分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合等，花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，后代会出现性状分离，用花粉粒进行组织培养得到花卉基因型不同于原植株；微型繁殖属于无性生殖，这种微型繁殖技术的特点有能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快。(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

。

(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________________________________________________________。

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⑤⑥基因的选择性表达植物组织培养

分化程度低，易培养形成愈伤组织(或含毒素少，甚至无毒)(5)植物体细胞杂交的研究在

方面，取得了巨大突破。

克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍

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项目植物体细胞杂交动物细胞融合诱导手段物理法：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.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

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)(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【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.(2023年山东临沂一中阶段练习)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，目前最常利用杂交瘤技术来制备。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的技术)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。图2是某双特异性抗体作用图。回答下列问题：(1)上述技术离不开动物细胞培养，在动物细胞培养的培养液中往往需要加入

等天然物质，过程②选用的骨髓瘤细胞

(填“能”或“不能”)在HAT选择培养基上生长。

(2)对③筛选出的杂交瘤细胞，还需进行

和

，才能筛选出足够量的既能无限增殖又能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。与传统血清抗体相比，单克隆抗体的主要优点是____________________________________________(答出两点即可)。

血清不能克隆化培养抗体检测

特异性强、灵敏度高、可大量制备(3)图2中①步骤注射癌胚抗原的目的是_________________________________________，图2方框内需要经过

次筛选，才能获取单克隆杂交—杂交瘤细胞。(4)与直接使用长春碱相比，将长春碱与双特异性单克隆抗体结合后给药，对人体的副作用更小，原因是________________________________________________________________________________________________________________________。

双特异性单克隆抗体能将长春碱定向带到癌细胞所在位置，实现对癌细胞的选择性杀伤，对其他正常细胞的伤害小，所以副作用小

刺激小鼠产生相应(已免疫)的B淋巴细胞2【解析】(1)由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚，因此在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分，小鼠B淋巴细胞在HAT培养基上可正常存活，但不能繁殖，骨髓瘤细胞在HAT培养基上无法生长，骨髓瘤细胞与B淋巴细胞的融合细胞能在HAT培养基上正常生活，并无限增殖。(2)为选出能产生专一抗体的细胞，要将从HAT培养基上筛选出的细胞稀释液滴入多孔培养板中，使多孔培养板每孔中有一个细胞，然后筛选出专一抗体检测呈阳性的细胞，进行克隆化培养；单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的特点，并且可大量制备。(3)图2中①步骤注射癌胚抗原的目的是刺激小鼠产生相应的B淋巴细胞；图2方框内至少需要经过2次筛选，先筛选得到杂交-杂交瘤细胞，后筛选出能分泌所需抗体的杂交—杂交瘤细胞。(4)与直接使用长春碱相比，将长春碱与双特异性单克隆抗体结合后给药，双特异性单克隆抗体能将抗癌药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞，对人体的副作用更小，这是利用单克隆抗体治疗疾病，体现的是双特异性单克隆抗体在运载药物和治疗疾病等方面的用途。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________________________________________________________________________________________________。(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____________。

发育的全能性限制酶磷酸二酯键

清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害，同时给细胞提供足够的营养

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)

(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：_______________________________________________________________

__________________。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B【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，目的是清除代谢物，防止细胞代谢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