2020版高考一轮复习生物新课改省份专用讲义：第十二单元 第三讲 细胞工程

第三讲细胞工程

考点一　植物细胞工程

1．细胞工程的概念

(1)原理和方法：细胞生物学和分子生物学。

(2)操作水平：细胞水平或细胞器水平。

(3)目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

2．植物细胞工程的基本技术

(1)植物组织培养技术

①理论基础：植物细胞具有全能性。

②基本过程

 (2)植物体细胞杂交技术

①理论基础：植物体细胞融合利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。

②基本过程

―→―→―→―→

③意义：克服了不同种生物远缘杂交不亲和的障碍。

3．植物细胞工程的实际应用

(1)植物繁殖的新途径：微型繁殖、作物脱毒、制备人工种子。

(2)作物新品种的培育：单倍体育种、突变体的利用。

(3)细胞产物的工厂化生产。

[基础自测]

1．判断下列叙述的正误

(1)高度分化的成熟叶肉细胞不具备发育成完整植株的潜能(×)

(2)胚状体是外植体在培养基上脱分化形成的一团愈伤组织(×)

(3)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性(√)

(4)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性(×)

(5)愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的(×)

(6)在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞(×)

(7)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交(×)

(8)再生出细胞壁是植物体细胞原生质体融合成功的标志(√)

(9)经植物组织培养得到的胚状体用人工薄膜包装后可得到人工种子(√)

(10)同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的植株基因都是相同的(×)

2．补充植物组织培养操作流程图并填空

(1)植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。

(2)离体的植物器官、组织或细胞通常称为外植体。

(3)在植物组织培养过程中，启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素是生长素和细胞分裂素。

(4)利用植物组织培养技术生产细胞产物时，只需培养到愈伤组织阶段即可。

3．学透教材、理清原因、规范答题用语专练

(1)过程①为去除________获得具有活力的原生质体，所用到的酶是________________________。

(2)过程②是原生质体的融合，其原理是细胞膜的________，人工诱导的物理法包括____________________等；化学法一般是用____________作诱导剂。

(3)过程③是原生质体融合后再生出________，这是原生质体融合成功的标志。

(4)过程④是____________技术，其原理是植物细胞的______。

答案：(1)细胞壁　纤维素酶和果胶酶　(2)流动性　离心、振动、电激　聚乙二醇　(3)细胞壁　(4)植物组织培养　全能性

1．细胞的全能性

(1)含义：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：细胞内含有本物种全部的遗传信息。

(3)植物细胞全能性表达的条件：具有完整的细胞结构；处于离体状态；提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。

2．植物激素对植物组织培养的影响

(1)按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果。

(2)当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。

3．植物体细胞杂交与植物有性杂交中遗传物质的变化

若一植物细胞(甲)含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞(乙)含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd。

(1)植物体细胞杂交

①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。

②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。

③甲、乙经体细胞杂交形成的新植株为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。由此得出：两个细胞融合成一个细胞，染色体数、基因型和染色体组都采用直接相加的方法。

(2)植物有性杂交

有性杂交的子代细胞中，染色体数为x＋y、基因型为AbcD或abcD或Abcd或abcd，即先减半再相加。

[对点落实]

1．1971年，美国化学家从红豆杉树皮中分离出高抗癌活性的紫杉醇，从此，国家重点保护珍稀植物——红豆杉遭受了掠夺式的砍伐。为拯救红豆杉，同时获得紫杉醇，科研小组设计了如图所示的实验流程：

请回答下列问题：

(1)选用茎尖分生组织进行组织培养的目的是__________，诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫____________。利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后就可得到________。

(2)茎尖分生组织细胞具有全能性的原因是________________________________。在生物生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)已知植物甲中提取的物质X，能提高紫杉醇的抗癌效果。科研小组欲获得既能产生紫杉醇又能产生物质X的植株，可利用________________技术获得杂种植株。该方法首先要利用__________________除去细胞壁获得具有活力的原生质体，再经________________(试剂)诱导融合形成杂种细胞。

解析：(1)茎尖分生组织含有较少的病菌，进行组织培养可以获得脱毒苗；分生组织经过脱分化过程可以形成愈伤组织；利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后可得到人工种子。(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息，因此具有发育的全能性。在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官，所以在生物生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性。(3)植物甲可以产生物质X，红豆杉可以产生紫杉醇，因此利用植物体细胞杂交技术将两种植物细胞融合，获得的杂种植株的细胞既能产生紫杉醇又能产生物质X。植物体细胞杂交过程中，首先要利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得具有活力的原生质体，再经聚乙二醇诱导融合形成杂种细胞。

答案：(1)获得脱毒苗　脱分化　人工种子　(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息　在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官　(3)植物体细胞杂交　纤维素酶和果胶酶　聚乙二醇(PEG)

2．根据植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题：

(1)运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)，自然状态下不能得到杂种植株，原因是________________________________________。

(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是____________________，其中过程②称为______________，植物体细胞融合完成的标志是______________________。

(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于________倍体植株。

(4)已知柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术，将柴油树细胞培养到________阶段即可(填图中字母编号)。

(5)若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，该过程相当于____________过程(填图中标号)。

(6)人工种子是由发育到________(填图中字母编号)过程的结构包裹上人工种皮制备的。

解析：(1)番茄和马铃薯属于两个物种，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是细胞的全能性，其中过程②称为原生质体融合，植物体细胞融合完成的标志是产生新的细胞壁。(3)由于番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，因此“番茄—马铃薯”属于异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物，将柴油树细胞培养到愈伤组织阶段即可提取，愈伤组织阶段为图中的e阶段。(5)若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，包括脱分化和再分化两个阶段，即图中的④⑤。(6)人工种子是用胚状体包上人工种皮制成的。

答案：(1)不同种的植物存在生殖隔离　(2)细胞的全能性　原生质体融合　产生新的细胞壁　(3)六　(4)e　(5)④⑤　(6)f

——————————————————————————　　[易错提醒]

有关植物体细胞杂交的三个易误点

考点二　动物细胞工程

一、动物细胞培养与核移植技术

1．动物细胞培养

(1)基本过程

 (2)培养条件

①无菌、无毒的环境：对培养液和所有培养用具进行无菌处理，添加抗生素，定期更换培养液以清除代谢产物。

②营养：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，还需加入血清、血浆等一些天然成分。

③适宜的温度和pH：温度为36.5±0.5_℃(哺乳动物)，pH为7.2～7.4。

④气体环境：含95%空气加5%CO2的混合气体。

2．动物细胞核移植技术

(1)理论基础：动物体细胞核具有全能性。

(2)分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。

(3)基本过程

二、动物细胞融合与单克隆抗体

1．动物细胞融合

(1)原理：细胞膜的流动性。

(2)方法：需要用聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等诱导因素。

(3)意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。

2．单克隆抗体

(1)制备过程

(2)突出优点：特异性、灵敏度，可大量制备。

(3)实际应用：作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。

[基础自测]

1．判断下列叙述的正误

(1)在25 ℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养(×)

(2)连续细胞系的细胞大多具有二倍体核型(×)

(3)动物细胞培养与植物组织培养依据的原理都是细胞的全能性(×)

(4)动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶(×)

(5)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2以刺激细胞呼吸(×)

(6)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞(×)

(7)二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的(×)

(8)灭活的病毒能促进动物细胞融合，但不能促进植物细胞融合(√)

(9)将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合，培养液中融合后的细胞即为杂交瘤细胞(×)

(10)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体(×)

(11)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞(×)

(12)克隆动物的性状与供体动物完全相同(×)

2．补充动物细胞培养的过程示意图并填空

(1)与植物细胞培养相比，动物细胞培养过程所用的培养基一般是液体培养基，并加入动物血清。

(2)动物细胞培养过程中两次用到胰蛋白酶，第一次的作用是将剪碎的组织分散成单个细胞；第二次是将贴壁细胞从瓶壁上分离下来，目的是避免动物细胞的接触抑制现象。

(3)动物细胞培养时加入CO2的主要作用是维持培养液的pH；O2 的作用是促进细胞有氧呼吸。

3．学透教材、理清原因、规范答题用语专练

根据单克隆抗体制备的过程示意图回答下列问题

(1)制备单克隆抗体时，为什么要选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞？

提示：每一个B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体，但不能无限增殖；骨髓瘤细胞可大量快速增殖，却不能产生抗体。若将两种细胞融合在一起，则既能产生特异性抗体又能快速增殖。

(2)诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合的方法有哪些？融合的原理是什么？

提示：诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合的方法有聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等；两种细胞发生融合的原理是细胞膜的流动性。

(3)B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经聚乙二醇处理后，培养液中存在哪几种细胞？

提示：未融合的B淋巴细胞、未融合的骨髓瘤细胞、B­B融合细胞、瘤—瘤融合细胞、B­瘤融合细胞。

(4)选择杂交瘤细胞的两步筛选的目的各是什么？

提示：第一步筛选的目的是获得杂交瘤细胞；第二步筛选的目的是获得能产生所需单一抗体的杂交瘤细胞。

1．植物组织培养与动物细胞培养的比较

2．植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较

3．单克隆抗体制备过程中两次筛选的区别

[对点落实]

1．(2017·浙江11月选考单科卷，节选)回答与植物克隆和动物克隆有关的问题：

(1)利用植物愈伤组织获得再生植株主要有两条途径：一是由愈伤组织的细胞先分化产生芽和根后再形成一个完整植株的________途径。二是由愈伤组织的细胞产生胚状体后再萌发形成完整植株的胚胎发生途径。另外也可不通过愈伤组织阶段而直接采用带腋芽的茎段培养成丛状苗，再诱导生根获得再生植株，其原因是腋芽中存在________。

(2)利用植物克隆培育新品种，一方面可利用带有目的基因的________侵染植株，或将目的基因通过________的方法导入植物细胞、组织或器官获得转基因植株。另一方面利用异源植物的________进行融合产生杂种植株，或利用异源植物在试管内进行________，对其产生的胚进行培养产生杂种植株。

(3)下列属于植物克隆和动物克隆共有的培养方法是________。

A．悬浮培养、器官培养

B．贴壁培养、传代培养

C．器官培养、愈伤组织培养

D．原生质体培养、传代培养

解析：(1)由愈伤组织的细胞先分化产生芽和根后再形成一个完整植株是植物组织培养的器官发生途径。不通过愈伤组织阶段而直接采用带腋芽的茎段培养成丛状苗，这说明腋芽中含有分生组织，而分生组织中含较高的细胞分裂素，细胞分裂素与生长素比值高时促进芽的生长。(2)利用植物克隆培育新品种时，将目的基因导入植物细胞，可以用含有目的基因的农杆菌直接侵染，或者用显微注射法导入；用异源植物可以利用植物体细胞杂交技术；或者受精之后的胚胎进行培养，也可以获得杂种植株。(3)贴壁生长是动物细胞培养时的特性；愈伤组织是指植物细胞在组织培养过程中形成的一种排列疏松而无规则的无定形状态、高度液泡化的薄壁细胞，动物细胞无愈伤组织培养；传代培养应用于动物细胞培养过程中。

答案：(1)器官发生　分生组织　(2)农杆菌　显微注射　原生质体　受精　(3)A

2．双特异性单克隆抗体是指可同时与癌细胞和药物结合的特异性抗体。如图是科研人员通过单克隆杂交—杂交瘤细胞技术(免疫的B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(一种抗癌药物)的双特异性单克隆抗体的部分过程。回答下列问题：

(1)过程①的目的是________________________________________，制备双特异性单克隆抗体的过程中用到的动物细胞工程技术有______________和______________。

(2)过程②诱导融合常用的化学方法是______________。经过过程③④得到的单克隆杂交瘤细胞应具备的特征是________________________________。

(3)获得的单克隆杂交—杂交瘤细胞在体外条件下培养或________________________，均可提取出大量的双特异性单克隆抗体。

(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__________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)过程①是给小鼠注射癌胚抗原，其目的是使小鼠产生能分泌识别癌胚抗原抗体的浆细胞(B淋巴细胞)，制备双特异性单克隆抗体的过程中用到的动物细胞工程技术有动物细胞融合和动物细胞培养。(2)过程②诱导细胞融合常用的化学试剂是聚乙二醇(PEG)，单克隆杂交瘤细胞应具备的特征既能迅速大量增殖，又能产生专一的抗体的特点。(3)获得的单克隆杂交—杂交瘤细胞有两个培养途径，一是在体外条件下培养，二是注射到小鼠腹腔内培养增殖。(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抗癌药物(长春碱)定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞，这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量，相当于“生物导弹”。

答案：(1)使小鼠产生能分泌识别癌胚抗原抗体的浆细胞(B淋巴细胞)　动物细胞融合　动物细胞培养　(2)聚乙二醇(PEG)诱导　既能迅速大量增殖，又能产生专一的抗体　(3)注射到小鼠腹腔内增殖　(4)双特异性单克隆抗体能将抗癌药物(长春碱)定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞，这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量

课堂一刻钟

1．(2018·江苏高考，多选)右图为细胞融合的示意图，下列叙述正确的是(　　)

A．若a细胞和b细胞是植物细胞，需先去分

B．a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现

C．c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性都有关

D．c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因

解析：选BC　若a细胞和b细胞是植物细胞，应先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，然后再诱导融合；a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理；细胞的融合与细胞膜的流动性有关；融合后的c细胞中的基因进行选择性表达，只能表达a、b两细胞的部分基因。

2．(2016·江苏高考)下列有关细胞工程的叙述，正确的是(　　)

A．PEG是促细胞融合剂，可直接诱导植物细胞融合

B．用原生质体制备人工种子，要防止细胞破裂

C．骨髓瘤细胞经免疫处理，可直接获得单克隆抗体

D．核移植克隆的动物，其线粒体DNA来自供卵母体

解析：选D　PEG是促细胞融合剂，能诱导植物原生质体融合，融合前需先用酶解法去除植物细胞的细胞壁；制备人工种子应该用组织培养形成的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，而不是原生质体；单克隆抗体是杂交瘤细胞产生的，骨髓瘤细胞不能分泌抗体；利用核移植技术克隆动物时，是将体细胞的细胞核移入去除细胞核的卵母细胞中，所以克隆动物的线粒体DNA来自供卵母体。

3．(2018·全国卷Ⅲ)2018年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆，获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题：

(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

通过核移植方法获得的克隆猴，与核供体相比，克隆猴体细胞的染色体数目________(填“减半”“加倍”或“不变”)。

2哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度　　　　填“大于”或“小于”体细胞核移植，其原因是________________________________________________________________________,

________________________________________________________________________。

(3)在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，通常所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目________(填“相同”或“不同”)，性染色体组合________(填“相同”或“不同”)。

解析：(1)核移植是指将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中，形成重组细胞，再将重组细胞形成的早期胚胎移植到受体子宫内进一步发育，最终分娩得到克隆动物。因为染色体在细胞核中，所以克隆动物体细胞与提供细胞核的个体的体细胞内染色体数目相同。(2)由于动物的胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易，而动物的体细胞分化程度高，恢复全能性十分困难，因此动物体细胞核移植获得克隆动物的难度明显高于胚胎细胞核移植。(3)哺乳动物雌雄个体的体细胞中，细胞核内常染色体的数目是相同的，性染色体组合是不同的。若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，则得到的克隆动物的体细胞中常染色体的数目相同，性染色体组合不同。

答案：(1)将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中　不变　(2)小于　胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易　(3)相同　不同

4．(2017·海南高考)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，

(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______________。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应

(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________________。A中的愈伤组织是叶肉细胞经________形成的。

(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉，可用组织培养方法繁殖，在培养时，________(填“能”或“不能”)采用

分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是______________________________________________,

______________________________________________________________________________。

解析：(1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性。(2)蔗糖水解后可得到葡萄糖 、果糖。用细胞作为材料进行培养获得幼苗，细胞必须具有完整细胞核，才具有发育为个体的一整套遗传信息。(3)影响植物组织培养的两种主要激素是细胞分裂素和生长素。愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。(4)由于花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，组织培养得到花卉基因型不同于原植株，导致不能保留亲本性状。

答案：(1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性，在一定条件下能发育成完整的植株(合理即可)　(2)葡萄糖、果糖　具有完整的细胞核　(3)细胞分裂素、生长素　脱分化　(4)不能　对杂合体的植株来说，其体细胞的基因型相同，而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同(用花粉粒进行组织培养得到花卉基因型不同于原植株)

5．(2016·全国卷Ⅱ)。

回答下列问题：

(1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为________________。过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用__________的方法。②代表的过程是______________。

(2)经过多次传代后，供体细胞中____________的稳定性会降低。因此，选材时必须关注传代次数。

(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了________________________________________________________________________。

解析：(1)哺乳动物的正常细胞核中性染色体的组成为XX(雌性)或XY(雄性)。卵母细胞在培养至减数第二次分裂的中期时，常采用显微操作法去除细胞核。②过程是将早期胚胎移植到代孕个体的子宫中，即代表的是胚胎移植。(2)一般来说，动物细胞在传代培养到10～50代时，部分细胞的细胞核型可能会发生变化，即遗传物质的稳定性会降低。因此，选材时一般选10代以内的细胞，以保证细胞正常的二倍体核型。(3)获得的克隆动物性状与供体动物基本相同，但不完全相同，从遗传物质的角度分析，性状不完全相同的原因是克隆动物细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。(4)高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性在卵母细胞细胞质中的物质的作用下仍能得以表达，故克隆羊“多莉(利)”以及其他克隆动物的培育成功，证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。

答案：(1)XX或XY　 显微操作　胚胎移植　(2)遗传物质　(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响　(4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性

[学情考情·了然于胸]

一、明考情·知能力——找准努力方向

二、记要点·背术语——汇总本节重点

1．植物组织培养和植物体细胞杂交技术

(1)植物组织培养的基本过程

―→

(2)植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性，动物细胞融合的理论基础是细胞膜的流动性和细胞增殖。

(3)植物体细胞杂交用到的酶是纤维素酶和果胶酶，动物细胞培养用到的酶是胰蛋白酶或胶原蛋白酶。

(4)人工诱导原生质体融合的方法分为物理法和化学法，物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般是用聚乙二醇作为诱导剂；动物细胞融合常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电激等。

2．动物细胞培养和单克隆抗体的制备

(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，因为幼龄动物组织或胚胎的细胞分化程度低，增殖能力强，更易于培养。

(2)动物细胞培养需满足的条件有充足的营养、适宜的温度和pH、气体及无菌、无毒的环境。

(3)单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高，并可以大量制备的优点。

(4)在单克隆抗体制备过程中，有两次筛选：第一次是筛选出杂交瘤细胞(用选择培养基)；第二次是进一步筛选出能产生人们所需要抗体的杂交瘤细胞(用抗原—抗体结合法)。

一、基础题点练

1．下列关于动物细胞工程的叙述，正确的是(　　)

A．PEG诱导动物细胞融合形成的杂种细胞，经动物细胞培养能得到优良动物个体

B．使用冷冻保存的正常细胞通常在10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型

C．在高倍显微镜下观察发生基因突变的细胞比例可推知某化学药品的毒性

D．用胰蛋白酶处理动物组织后，可用无菌水稀释制成细胞悬浮液

解析：选B　由于动物细胞的全能性受到限制，动物细胞融合形成的杂种细胞不能培育成动物；目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常在10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型；基因突变是点突变，在光学显微镜下无法观察到；动物细胞的培育过程是进行细胞培养时用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间，这样组织就会分散成单个细胞，再用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液。

2．(2019·东营质检)研究人员将猴胚胎细胞(a)中的细胞核取出，移植入一雌猴的去核卵母细胞(b)中，得到重组细胞(c)，经培养获得胚胎并移植到另一雌猴(d)体内进一步发育，获得克隆猴(e)。下列叙述正确的是(　　)

A．e的细胞内的全部基因都来自a，b不提供基因

B．c经一系列增殖和分化形成e的过程中，细胞核起控制作用

C．d为胚胎发育提供遗传物质和其他适宜条件

D．e的形成过程中没经过受精作用，其体细胞中无同源染色体

解析：选B　根据题意可知：e的细胞内的细胞核基因来自a，细胞质基因来自b；遗传物质主要存在于细胞核中，重组细胞c经一系列增殖和分化形成e的过程中，细胞核起控制作用；d为胚胎发育提供适宜条件，但不提供遗传物质；e的细胞核来源于a猴胚胎细胞，胚胎细胞含有同源染色体。

3．如图为烟草植物组织培养过程的流程图。下列有关叙述正确的是(　　)

A．对过程①获取的根组织块应做较彻底的灭菌处理

B．过程②应根据要求使用适宜的培养基，在避光的环境中进行

C．过程③发生脱分化，其实质是基因的选择性表达

D．用人工种皮包裹X细胞可获得烟草人工种子

解析：选B　对过程①获取的根组织块应进行消毒处理，如果采用灭菌技术，会使根组织块失去活力，无法进行组织培养；过程②是脱分化形成愈伤组织的过程，需要在避光的环境中进行；过程③发生再分化，其实质是基因的选择性表达；用人工种皮包裹胚状体可获得烟草人工种子。

4．如图表示抗人体胃癌的单克隆抗体的制备过程。下列叙述错误的是(　　)

甲小鼠B淋巴细胞骨髓瘤细胞乙丙丁

A．反复给小鼠注射甲的目的是让小鼠体内产生更多的抗体

B．人工诱导细胞融合获得乙的常用方法是用灭活的病毒

C．丁细胞既能无限增殖又能产生抗甲抗原的抗体

D．制备的单克隆抗体可以早期诊断人体胃癌的发生情况

解析：选A　甲为抗原，反复给小鼠注射甲的目的是对小鼠进行免疫，以便产生更多的能分泌相应抗体的浆(B淋巴)细胞；人工诱导动物细胞融合的常用方法是用灭活的病毒，还可以用聚乙二醇、电激；丁细胞为筛选出来的杂交瘤细胞，杂交瘤细胞既能无限增殖又能产生抗甲抗原的特异性抗体；单克隆抗体特异性强、灵敏度高，可以在早期检测出人体胃癌的发生情况。

5．如图是“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程，其中①～⑤表示过程，字母表示细胞、组织或植株。下列相关叙述正确的是(　　)

A．过程①表示在低渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原生质体

B．过程②诱导原生质体融合，主要依据细胞膜具有选择透过性的原理

C．可以根据质壁分离现象鉴别杂种细胞的细胞壁是否再生

D．植物有性杂交和体细胞杂交都能克服远缘杂交不亲和的障碍

解析：选C　获得植物的原生质体，操作一般在等渗溶液中进行，若在低渗溶液中进行，则去掉细胞壁的原生质体会因吸水而涨破；过程②诱导原生质体融合，主要依据细胞膜具有流动性的原理；可根据质壁分离现象鉴别杂种细胞的细胞壁是否再生；植物有性杂交不能克服远缘杂交不亲和的障碍。

6．(2019·潍坊调研)为研究培养基成分对马铃薯叶肉原生质体培养的影响，科学家配制了如下表所示的2种培养基，开展了有关实验，其他培养条件相同且适宜，实验结果如下图所示，下列有关叙述错误的是(　　)

A．本实验的材料可取自马铃薯试管苗的幼嫩叶片

B．培养基中还需要添加适当比例的生长素和细胞分裂素

C．制备原生质体前需用湿热灭菌法对酶解液进行处理

D．添加纤维二糖的作用可能是促进细胞壁再生和细胞持续分裂生长

解析：选C　本实验的材料可取自马铃薯试管苗的幼嫩叶片；在植物组织培养过程需要加入植物激素，生长素和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化，反之则利于根的分化；用湿热灭菌法对酶解液进行处理，会导致酶丧失活性，使实验失败；据图分析可知，如果在培养基中加入纤维二糖后细胞的出芽率明显降低，细胞的分裂率明显升高，所以添加纤维二糖的作用可能是促进细胞壁再生和细胞持续分裂生长。

二、高考题型练

7．紫杉醇是一种具有抗癌活性的化合物，为了迅速高效地分离、纯化紫杉醇，实验小组以紫杉醇为抗原免疫小鼠，取免疫小鼠的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合，并经过筛选获得能稳定分泌紫杉醇单克隆抗体的杂交瘤细胞，回答下列问题：

(1)紫杉醇单克隆抗体的获得所涉及的生物技术手段有____________________________________，该实例说明单克隆抗体具有________________的优点。

(2)免疫小鼠和骨髓瘤细胞融合后产生多种杂交细胞，为了获得杂交瘤细胞应用特定的________________进行筛选，然后通过专一抗体检测阳性和克隆化培养获得__________________________________的杂交瘤细胞。

(3)若要体内培养杂交瘤细胞，可将杂交瘤细胞注入小鼠的________，若要在体外培养液中培养杂交瘤细胞，需要将培养液放置在95%的空气和5%的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是________________。

(4)紫杉醇是红豆杉产生的一种代谢产物，欲利用植物组织培养获得大量的紫杉醇，应将红豆杉的外植体培育到________________________________________阶段，原因是________________________________________________________________________。

解析：(1)取免疫小鼠的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行融合，采用的是动物细胞融合技术，在融合前和筛选杂交瘤细胞的过程中均需要采用动物细胞培养技术来培养相应的细胞。单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的特点。(2)制备单克隆抗体的过程中至少需要两次对细胞进行筛选：第一次是在特定的选择培养基上，将杂交瘤细胞筛选出来；由于筛选出的杂交瘤细胞有很多种，因此第二次筛选的目的是通过专一抗体检测阳性和克隆化培养，从很多种杂交瘤细胞中将既能大量增殖、又能产生抗紫杉醇的抗体的杂交瘤细胞筛选出来。(3)最终筛选出来的杂交瘤细胞，可以将其注射到小鼠腹腔内进行体内培养，也可以在体外培养液中进行大规模培养。后者需要将培养液放置在95%的空气和5%的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是维持培养液的pH。(4)紫杉醇是红豆杉产生的一种代谢产物。由于愈伤组织的细胞分裂快、代谢旺盛，所以欲利用植物组织培养获得大量的紫杉醇，应将红豆杉的外植体培育到愈伤组织阶段。

答案：(1)动物细胞培养和动物细胞融合　特异性强、灵敏度高　(2)选择培养基　既能大量增殖，又能产生抗紫杉醇的抗体　(3)腹腔　维持培养液的pH　(4)愈伤组织　愈伤组织的细胞分裂快、代谢旺盛

8．下面为菊花植株繁殖的示意图，请据图回答下列问题：

(1)菊花的培养过程证实了植物细胞具有________，这个特性是植物组织培养的理论基础，该过程需要在________条件下进行，并需控制温度、pH和光照等条件。

(2)培养过程中，为诱导愈伤组织形成根或芽等器官，培养基中要添加植物激素，主要是________________等，主要调节细胞的________________。

(3)从单个细胞到愈伤组织的过程中，细胞进行了________。

(4)假设A试管内是某植物的花粉，则培育出的植株称为单倍体植株，这些植株高度不育，所以必须用______________处理才能获得理想的可育植株。

解析：(1)图示菊花的繁殖过程属于植物组织培养，原理是植物细胞的全能性；该过程需在无菌条件下进行，并需控制温度、pH和光照条件。(2)在植物组织培养过程中，植物激素中的生长素与细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。(3)菊花组织培养过程中，外植体的单个细胞经过脱分化形成愈伤组织。(4)花粉经过组织培养形成的植株为单倍体植株，用秋水仙素处理使染色体加倍才能获得理想的可育植株。

答案：(1)全能性　无菌　(2)生长素、细胞分裂素　分裂和分化　(3)脱分化　(4)秋水仙素

9．如图是科学家利用小鼠成纤维细胞获得单克隆抗体的示意图。请据图回答：

(1)获取转录因子基因需要的工具酶是____________，因成纤维细胞较小，过程①将目的基因导入小鼠成纤维细胞时常用的运载体是____________。

(2)过程②称为____________，在此过程中，成纤维细胞在转录因子基因的作用下，转化为iPS胚性细胞，在体外培养条件下，iPS胚性细胞能不断进行________________。

(3)过程③为动物细胞融合，此过程常用________、灭活病毒、电激等诱导细胞融合，融合后的Y细胞具有____________________________的特性。

(4)对杂种细胞Y进行________________和________________后，才能筛选出能产生特异性抗体的杂种细胞。

解析：(1)获取转录因子基因需要的工具酶是限制酶，因成纤维细胞较小，过程①将目的基因导入小鼠成纤维细胞时常用的运载体是动物病毒。(2)过程②称为动物细胞培养，在体外培养条件下，iPS胚性细胞能不断进行细胞分裂。(3)过程③为动物细胞融合，此过程常用聚乙二醇(PEG)、灭活病毒、电激等诱导细胞融合，融合后的Y细胞具有既能大量增殖，又能产生单一抗体的特性。(4)杂种细胞经过克隆化培养，并经抗原—抗体检测后，培养能产生特定抗体的杂种细胞即可制备单克隆抗体。

答案：(1)限制酶　动物病毒　(2)动物细胞培养　细胞增殖(细胞分裂)　(3)聚乙二醇(PEG)　既能大量增殖，又能产生单一抗体 　(4)克隆化培养　抗原—抗体检测

10．(2019·菏泽月考)如图为番茄—马铃薯植株的栽培过程示意图，据图回答：

(1)该栽培过程属于植物细胞工程中的____________技术，这一技术的优点是可以________________________________________________________________________。

(2)①②过程用到的酶是______________。在③过程中，常用的化学方法一般是用____________诱导融合，细胞融合完成的标志是______________________。

(3)该过程除了必要的营养和适宜的培养条件，还必须有植物激素以促进其完成⑤⑥过程，其中激素主要是指________________。若要诱导根原基的形成，应该适当增加____________(植物激素)的含量。另外整个过程需要在________条件下操作。

(4)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________条染色体。

解析：(1)图示表示植物体细胞杂交过程，其优点是能够克服远缘杂交不亲和的障碍。(2)①②过程表示利用酶解法去除植物细胞的细胞壁，细胞壁的成分为纤维素和果胶，因此根据酶的专一性，应使用纤维素酶和果胶酶。③表示原生质体融合，在③过程中，常用的化学方法是用PEG(或聚乙二醇)试剂诱导融合。细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出新的细胞壁。(3)⑤⑥表示植物组织培养的脱分化和再分化过程，该过程除了必要的营养和适宜的培养条件，还必须有生长素、细胞分裂素，若要诱导根原基的形成，应该适当增加生长素的含量。另外整个过程需要在无菌条件下操作。(4)杂种细胞的染色体数为融合前两种细胞染色体数之和，即(m＋n)，细胞有丝分裂后期由于着丝点分裂导致姐妹染色单体分开，使得杂种细胞中的染色体数目加倍为2(m＋n)。

答案：(1)植物体细胞杂交　克服远缘杂交不亲和的障碍　(2)纤维素酶和果胶酶　聚乙二醇(或PEG)　杂种细胞再生出新的细胞壁　(3)生长素、细胞分裂素　生长素　无菌　(4)2(m＋n)

11．下列是利用生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。据图完成有关问题：

(1)上述制备抗体1和2过程中用到的现代生物技术手段主要有________________________。

(2)在制备抗体1的过程中，先给小鼠注射一种纯化的抗原蛋白，一段时间后，从小鼠的________(免疫器官)中获取B淋巴细胞，将获得的细胞与________细胞融合，再经过筛选、检测，最终可获得所需的Y细胞。获得Y细胞后，常用的培养方法是培养液中体外培养和______________________。

(3)抗体2制备过程中将mRNA逆转录为cDNA再进行PCR扩增被称为RT­PCR技术，RT­PCR过程需要的酶有________________________。将V1基因与普通质粒经某种限制酶切割再连接并成功导入大肠杆菌细胞后，发现仍有部分细胞不能表达出抗体2，最可能的原因是________________。为避免上述情况发生，最好用________ (用“1或2”作答)种限制酶切割V1基因与普通质粒。

(4)事实上，用上述方法生产的抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的空间结构往往不同，请分析原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)图示制备抗体1过程中用到的现代生物技术手段主要是生产单克隆抗体，制备抗体2过程中用到的现代生物技术手段主要是基因工程。(2)在制备抗体1的过程中，先给小鼠注射一种纯化的抗原蛋白，一段时间后，从小鼠的脾脏(免疫器官)中获取B淋巴细胞，将获得的细胞与骨髓瘤细胞融合，再经过筛选、检测，最终可获得所需的Y细胞。获得Y细胞后，常用的培养方法是培养液中体外培养和注射到小鼠腹腔内增殖。(3)由题意分析可知，RT­PCR过程需要的酶有逆转录酶和TaqDNA聚合酶；将V1基因与普通质粒经某种限制酶切割再连接并成功导入大肠杆菌细胞后，发现仍有部分细胞不能表达出抗体2，最可能的原因是目的基因与质粒载体反向拼接，为避免上述情况发生，最好用2种限制酶切割V1基因与普通质粒。(4)因为抗体2形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1形成过程经过了内质网和高尔基体的加工，所以抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，但两者的空间结构往往不同。

答案：(1)单克隆抗体制备技术、基因工程　(2)脾脏　骨髓瘤　注射到小鼠腹腔内增殖　(3)逆转录酶和TaqDNA聚合酶　目的基因与质粒载体反向拼接　2　(4)抗体2形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1形成过程经过了内质网和高尔基体的加工

12．2018年1月25日，我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物——食蟹猴，流程如图所示，①～⑥表示过程，该动物可作为研究癌症等人类疾病的动物模型。请分析回答：

(1)2001年，美国科学家已经培育出胚胎细胞核移植猴。获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是________________，恢复其全能性较难。

(2)进行过程①时，为了防止________________对细胞自身造成危害，应定期更换________。

(3)据图分析，过程③是利用________法，将成纤维细胞注入猴去核的MⅡ中期卵母细胞的________________之间。

(4)图中过程⑤用到胚胎移植技术，其实质是早期胚胎在____________条件下空间位置的转移。

(5)研究人员在确定去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的作用时，做了两组实验，其中A组用正常培养液培养融合细胞，B组用正常培养液培养注入了Kd4d的mRNA的融合细胞，实验结果如图所示。分析实验数据可知，Kd4d的mRNA的作用是既能提高__________________________，又能提高____________________________。

解析：(1)动物体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植是因为体细胞分化的程度高，恢复其全能性较难。(2)图中①是培养成纤维细胞的过程，该过程采用的是动物细胞培养技术，在培养动物细胞时，要定期更换培养液，目的是防止细胞自身的代谢产物积累对细胞自身造成危害。(3)过程③是利用显微注射法将成纤维细胞注射到去核的MⅡ期卵母细胞的卵细胞膜和透明带之间。(4)过程⑤为胚胎移植，胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理条件下空间位置的转移。(5)分析图中数据，将正常培养的A组与向融合细胞中注入去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的B组数据进行对照分析，后者的融合细胞发育成囊胚的成功率、囊胚中内细胞团的形成率都高于前者，说明Kd4d的mRNA的作用是既能提高融合细胞发育成囊胚的成功率，又能提高囊胚中内细胞团的形成率。

答案：(1)体细胞分化程度高　(2)细胞代谢产物的积累　培养液　(3)显微注射　卵细胞膜与透明带　(4)相同生理　(5)融合细胞发育成囊胚的成功率　囊胚中内细胞团的形成率