专题27细胞工程讲

专题27细胞工程（讲）讲考纲考情讲考纲考情1.最新考纲（1）植物组织培养与体细胞杂交Ⅱ（2）动物细胞培养与体细胞克隆Ⅱ（3）细胞融合与单克隆抗体Ⅱ2.最近考情2020全国卷Ⅰ(38)、2019全国卷Ⅱ(38)、2019全国卷Ⅲ（38）2018全国卷Ⅲ（38）、2017全国卷Ⅲ(38)讲核心素养讲核心素养1.生命观念——细胞全能性的物质基础，生物生长的细胞学基础等2.科学思维——模型与建模：植物细胞工程的基本操作流程及单克隆抗体的制备过程示意图等3.社会责任——解决问题：植物细胞工程的应用构思维导图构思维导图考点一：植物细胞工程核心突破例题精讲核心突破例题精讲【例题】（2021·北京高考真题）研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦（2n=14）的优良性状导入普通小麦（2n=42）中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉，10天后只发现两个杂种幼胚，将其离体培养，产生愈伤组织，进而获得含28条染色体的大量杂种植株。以下表述错误的是（）A.簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离B.培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化C.杂种植株减数分裂时染色体能正常联会D.杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株【答案】C【解析】A.簇毛麦与小麦的后代在减数分裂时染色体联会紊乱，不可育，故二者之间存在生殖隔离，A正确；B.幼胚细胞经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织经过再分化形成胚状体或丛芽，从而得到完整植株，B正确；C.杂种植株细胞内由于没有同源染色体，故减数分裂时染色体无法正常联会，C错误；D.杂种植株的染色体加倍后能获得可育植株，D正确。故选C。知识总结知识总结应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改造细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。操作原理和方法：细胞生物学和分子生物学操作水平：细胞水平或细胞器水平操作技术：DNA分子水平目的：按照人的意愿来改造细胞内的遗传物质或获得细胞产品植物细胞工程：植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术分类动物细胞工程：动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术（一）植物组织培养技术【科学探究】1.细胞的全能性（1）概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。（2）物质基础：细胞中具有本物种所特有的全套遗传物质。（3）表达条件：具有完整细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。（4）全能性大小（分化程度越高，全能性越低）受精卵＞生殖细胞＞体细胞胚胎干细胞＞多能干细胞＞专能干细胞植物细胞＞动物细胞（5）分化的实质：在特定的时间和空间条件下，基因选择性表达的结果。2.植物组织培养技术（1）原理：植物细胞的全能性（2）条件：离体、适宜的营养物质（蔗糖）、植物激素、无菌操作及其他适宜外界条件。（3）过程（4）概念①脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。实质：恢复细胞全能性的过程。（由已分化状态变为未分化状态）结果：形成愈伤组织。②愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。③再分化：脱分化产生的愈伤组织在一定的培养条件下，重新分化出幼根和芽，形成完整的小植株的过程。（5）植物激素所占比值：同时使用生长素＞细胞分裂素：生根生长素＜细胞分裂素：长芽生长素≈细胞分裂素：形成愈伤组织【变式训练】（2021·浙江镇海中学模拟预测）下图是胡萝卜根细胞形成植株的示意图，下列有关说法错误的是（）A.过程③中进行的细胞分裂是有丝分裂B.过程②表示细胞脱分化形成愈伤组织C.单个高度分化的动物细胞也可经上述过程培养成新个体D.胡萝卜根、茎、叶等功能不同，根本原因是基因选择性表达【答案】C【解析】A.从单个细胞分裂、分化和发育成植物胚状体，同受精卵分裂、分化和发育成胚的过程相似，故过程③中进行的细胞分裂是有丝分裂，A正确；B.过程②由分离的单个细胞形成愈伤组织是细胞脱分化过程，B正确；C.高度分化的动物细胞的全能性很难表达，单个高度分化的动物细胞不能经上述过程培养成新个体，C错误；D.由于基因的选择性表达，导致胡萝卜根、茎、叶等功能不同，D正确。故选C。（二）植物体细胞杂交技术【科学探究】1.概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。2.原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性3.意义：克服远缘杂交不亲和的障碍，打破了不同种生物间的生殖隔离限制。4.过程（1）人工诱导融合的方法物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（PEG）（2）植物体细胞杂交成功的标志：再生细胞壁【知识拓展】易混知识1.具有全能性≠体现(实现)全能性具有全能性：理论上，具有细胞核的活细胞都具有全能性；体现(实现)全能性：只有发育成完整个体，才能说明体现(实现)了细胞的全能性。2.有关植物体细胞杂交的3个易错点（1）误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。（2）误认为植物体细胞杂交属于有性生殖。植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。（3）误认为杂种植株的变异类型属于基因重组。杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，所以变异类型为染色体变异。【变式训练】（2021·山东泰安·模拟预测）酸性土壤是pH小于7的土壤总称，包括红壤、黄壤、砖红壤、赤红壤等。酸性土壤在世界范围内分布广泛，在农业生产中占有重要地位。如图表示利用耐酸植物甲（4N）和高产植物乙（2N）培育高产耐酸杂种植物的过程，图中序号表示过程或处理手段，字母表示细胞、细胞结构或组织名称。下列叙述正确的是（）A.①过程用到的酶是纤维素酶，A、B表示原生质层B.②过程可以使用PEG或灭活的病毒诱导C.③过程得到的杂种细胞含有3个染色体组D.④⑤过程使用的培养基需加入生长素和细胞分裂素，但加入的比例不同【答案】D【解析】A.①过程是用酶解法去除植物细胞壁，用到的酶是纤维素酶和果胶酶，A、B表示原生质体，A错误；B.②过程可以使用化学方法（聚乙二醇）或物理方法诱导原生质体融合，但灭活的病毒是诱导动物细胞融合的方法之一，B错误；C.③过程得到的杂种细胞含有两种细胞的遗传物质，故有4+2=6个染色体组，C错误；D.决定植物④脱分化和⑤再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，特别是生长素和细胞分裂素的协同作用在组织培养过程中非常重要，但加入的比例不同，D正确。故选D。（三）植物细胞工程的应用【社会责任】1.植物繁殖的新途径（1）微型繁殖（又叫快速繁殖技术）优点：保持优良品种的遗传特性；高效快速地实现种苗的大量繁殖。（2）作物脱毒①材料：植物的分生区，如：茎尖。（原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒）②优点：使农作物增产。（3）人工种子①概念：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到种子。②优点：后代无性状分离；不受气候、季节和地域限制；解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。2.作物新品种的培育（1）单倍体育种①过程：②优点：明显缩短育种年限；得到纯合子，能稳定遗传。（2）突变体的利用突变体：在植物组织培养过程中，由于培养细胞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的影响而发生突变，由此发育而成的个体称为突变体。利用：从突变体中筛选出对人们有利的突变体，进而培育成新品种（诱变育种）。3.细胞产物的工业化生产（1）细胞产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料等（2）技术：植物组织培养技术（3）培养阶段：愈伤组织阶段（4）实例：人参皂苷、紫杉醇等【知识拓展】培养目的与对应时期快速繁殖——完整植株细胞产物——愈伤组织进行体细胞诱变育种——愈伤组织人工种子——胚状体、不定芽、顶芽和腋芽【变式训练】（2021·北京市海淀区精华培训学校模拟预测）为拯救珍惜植物红豆杉，并同时获得高抗癌活性物质——紫杉醇，科研小组设计了如图所示的实验流程。下列相关叙述正确的是（）A.诱导红豆杉茎尖经过再分化过程形成愈伤组织B.整个培养过程中生长素和细胞分裂素的比例固定不变C.用液体培养基扩大培养愈伤组织生产紫杉醇时，通常要通人无菌空气D.同一株植物不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型一定相同【答案】C【解析】A.诱导红豆杉茎尖经过脱分化过程形成愈伤组织，A错误；B.培养基中生长素和细胞分裂素的用量比会影响细胞分化的方向，整个培养过程中生长素和细胞分裂素的比例不是固定不变的，B错误；C.用液体培养基培养固定在一定空间内的愈伤组织生产紫杉醇时，需要通入无菌空气，利于细胞进行有氧呼吸，C正确；D.同一植株不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型不一定相同，如花粉粒培养获得的愈伤组织细胞内染色体数目是正常体细胞的一半，D错误。故选C。考点二：动物细胞工程核心突破例题精讲核心突破例题精讲【例题】（2021·浙江高考真题）将蝌蚪肠细胞的细胞核移植到去核的蛙卵中，形成重建的“合子”。有些“合子”发育成正常的蝌蚪，而单独培养肠细胞却不能发育成蝌蚪。下列叙述错误的是（）A.肠细胞不能表达全能性是受某些物质的限制B.“合子”第一次分裂后形成的细胞已失去全能性C.“合子”发育成正常蝌蚪的过程中伴随着细胞分化D.细胞核具有全能性是由于其含有该物种的全套基因【答案】B【解析】A.动物细胞经过多次分裂后，细胞质的成分已经发生改变，原本能激发细胞全能性的物质已经消失，故肠细胞不能表达全能性是受到了细胞内物质的限制，A正确；B.“合子”第一次分裂、第二次分裂后形成的细胞仍具有全能性，B错误；C.“合子”发育成正常蝌蚪个体的过程中，需要通过细胞分裂增加细胞的数量，通过细胞分化增加细胞的种类，C正确；D.虽然细胞经过多次分裂失去了激发全能性的物质，但细胞核仍含有该物种的全套基因，故动物细胞核具有全能性，D正确。故选B。知识总结知识总结（一）动物细胞培养技术【科学探究】1.过程2.原理：细胞增殖3.培养条件：（1）无菌、无毒的环境无菌：添加抗生素无毒：定期更换培养液（2）营养：除葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素外，还需要加入动物血清、血浆等一些天然成分。（3）温度和PH：36.5±0.5℃,PH为7.2—7.4（4）气体环境95%空气：提供O2（有氧呼吸）5%CO2：维持培养液的PH【知识拓展】（一）传代培养10代以内：保持正常二倍体核型（可冷冻保存）；10～50代：增殖逐渐缓慢，以致于完全停止，部分细胞核型可能发生变化；大于50代：发生突变，获得不死性，等同癌细胞。（二）植物细胞和动物细胞培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养原理植物细胞的全能性细胞增殖培养基性质固体培养基液体培养基培养基特有成分蔗糖、植物激素葡萄糖、动物血清培养结果植物体细胞群体培养目的快速繁殖、作物脱毒等获得细胞或、细胞产物【变式训练】（2021·浙江·高考真题）下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是（）A.步骤①的操作不需要在无菌环境中进行B.步骤②中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离C.步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理D.步骤④培养过程中不会发生细胞转化【答案】C【解析】A.动物细胞培养过程需要无菌操作，故步骤①的操作需要在无菌环境中进行，A错误；B.动物细胞培养过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织，分散成单个细胞，制成细胞悬液，B错误；C.传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞，使之分散成单个细胞，再分瓶培养，C正确；D.步骤④为传代培养过程，该过程中部分细胞可能发生细胞转化，核型改变，D错误。故选C。（二）动物细胞核移植技术【科学探究】1.类型：胚胎细胞核移植（较易）体细胞核移植（较难）2.过程（1）克隆奶牛（2）克隆羊（3）体细胞克隆猴中中和华华3.要点原理：动物细胞核的全能性融合方法物理法：电脉冲（刺激）化学法：钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂生殖方式：无性生殖前提：卵母细胞需培养到MⅡ中期技术：核移植、动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植【变式训练】（2021·山东淄博一模）2020年12月，青岛农业大学生命科学学院培育的克隆猫诞生，实验流程如图所示。下列叙述错误的是（）A.过程①采用了细胞工程中的细胞核移植技术B.过程②采用了胚胎工程中的早期胚胎培养技术C.通常将重组细胞置于含95%O2～5%CO2的培养箱中进行培养D.胚胎的受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应【答案】C【解析】A.动物细胞核移植是指将动物的一个细胞的细胞核移入一个去掉细胞核的卵母细胞中，使其形成重组细胞，过程①采用了细胞工程中的细胞核移植技术，A正确；B.过程②采用了胚胎工程中的早期胚胎培养技术，B正确；C.通常将重组细胞置于含95%空气+5%CO2的培养箱中进行培养，C错误；D.胚胎的受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内存活提供了可能，D正确。故选C。（三）动物细胞融合技术【科学探究】1.过程：2.要点（1）原理：细胞膜的流动性、细胞增殖物理法：电脉冲（刺激）（2）融合方法化学法：钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂生物法：灭活的病毒（3）结果：形成单核的杂交细胞（4）意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。为制备单克隆抗体开辟新途径。【知识拓展】（一）人鼠细胞融合实验（荧光标记法）（二）植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较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植物细胞全能性细胞膜的流动性细胞增殖细胞融合的方法物理法、化学法物理法、化学法、生物法（灭活病毒）诱导方法去除细胞壁后诱导原生质体融合使细胞分散后诱导细胞融合用途获得杂种植株获得杂交细胞，主要用于制备单克隆抗体（三）动植物细胞之间的杂交【变式训练】（2021·福建漳州一模）细胞融合在自然状态条件下和现代生物技术领域均可实现，具有广泛应用。如图表示细胞融合的过程。下列叙述错误的是（）A.自然状态条件下和经现代生物技术处理后的细胞融合过程都涉及细胞膜的流动性B.若细胞d是白菜－甘蓝杂种细胞，则细胞a、b已经过纤维素酶和果胶酶处理C.若细胞d是杂交瘤细胞，则在特定的选择性培养基中形成后可进行大规模培养D.若细胞a、b分别取自优良奶牛，则采集来的卵母细胞和精子不可直接体外受精【答案】C【解析】A.细胞融合在自然状态条件下和现代生物技术领域均可实现，自然状态条件下和经现代生物技术处理后的细胞融合过程都涉及细胞膜的流动性，A正确；B.植物体细胞杂交技术中，两种细胞融合之前，需用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，B正确；C.单克隆抗体的制备过程中需要进行二次筛选，第一次是用选择性培养基筛选出杂交瘤细胞后，还需要用抗原抗体特异性结合的原理筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞，再进行大规模培养，C错误；D.采集来的卵母细胞培养到减数第二次分裂中期，精子要经过获能处理，方可进行体外受精，D正确。故选C。（四）单克隆抗体的制备【科学探究】1.过程2.要点（1）原理杂交瘤一种B淋巴细胞（浆细胞）：分泌一种特异性抗体骨髓瘤细胞：体外无限增殖（2）给小鼠注射特定抗原的目的：刺激小鼠体内产生能分泌特异性抗体的B淋巴细胞；（3）诱导融合常用方法：灭活病毒（4）第一次筛选：用选择培养基，筛选杂交瘤细胞（未融合或同种融合的细胞都会死亡）第二次筛选：用专一抗体检测，结果为阳性，即为能产生特异性抗体的杂交瘤细胞