1、第第3232讲细胞工程讲细胞工程第十单元第十单元2023内容索引强基础强基础 增分策略增分策略增素能增素能 精准突破精准突破悟考情悟考情 演练真题演练真题知考向明考情提素养重考能全国卷内容要求1.阐明植物的组织培养和植物体细胞杂交技术2.概述动物细胞培养与动物细胞核移植技术3.阐明细胞融合与单克隆抗体的制备4.实验:收集单克隆抗体在临床上实际应用的资料,并进行交流分享科学思维建立动物细胞培养与单克隆抗体制备的基本流程模型科学探究探究动物细胞工程的应用近五年全国卷考情2020全国(38)、2019全国(38)、2019全国(38)、2018全国(38)社会责任克隆动物及其对人类社会的可能影响强基
2、础强基础 增分策略增分策略一、植物细胞工程一、植物细胞工程1.细胞工程的概念 细胞水平或细胞器水平遗传物质细胞产品2.植物细胞的全能性 遗传信息完整生物体全部遗传信息离体营养、激素3.植物组织培养技术无菌条件(1)理论基础:植物细胞具有。(2)操作流程(以胡萝卜的组织培养为例)全能性注:(1)体内细胞未表现全能性的原因:基因的表达具有选择性。(2)幼嫩的组织脱分化较为容易,如茎尖、根尖、形成层细胞。而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。(3)对外植体要进行消毒处理,而对各种器械要彻底灭菌。(4)植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖,用葡萄糖也可以,但后者的成本高。4.植物体细胞杂交技术(1)概念
3、:将的植物体细胞,在一定条件下融合成,并把杂种细胞培育成的技术。(2)原理:体细胞杂交利用了细胞膜的,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的。不同种杂种细胞新的植物体流动性全能性(3)过程(以“番茄马铃薯”的培育为例)(4)意义:克服不同种生物远缘杂交的性。不亲和5.植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径微型繁殖:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。作物脱毒技术:选取作物(如茎尖)进行组织培养,获得脱毒苗的技术。无毒组织人工种子:以植物组织培养得到的、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。是无性生殖,而自然种子是有性生殖 胚状体(2)作物新品种的培育:单倍体育种、的
4、利用。突变体(3)细胞产物的工厂化生产:即利用技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。采用液体培养基,培养到愈伤组织阶段,得到的是愈伤组织细胞的代谢产物 植物组织培养旁栏边角1.(选修3P36“小知识”)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。 2.(选修3P40“讨论”)人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分,请思考:人工种皮中应该具有的有效成分是什么?为了促进胚状体的生长发育,我们还可以向人工种皮中加入哪些物质?无机营养成分琼脂提示 针对植物种类和土壤等条件,在人工种子的包裹剂中还可以加
5、入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育,还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。易错辨析(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。()(2)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。()(3)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。()(4)利用物理法或化学法,可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。()(5)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。()(6)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。() 植物细胞全能性的表达需要在离体的前提条件下。愈伤组织是外植体经脱分化形成的。植物细胞融合前需先制备原生质体。用纤
6、维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体仍具备全能性。 二、动物细胞工程二、动物细胞工程1.动物细胞培养(1)地位:动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、等。其中是其他动物细胞工程技术的基础。动物细胞融合动物细胞培养(2)培养过程二氧化碳培养箱胰蛋白酶(3)培养条件营养:除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外,通常还需加入等一些天然成分。适宜的温度:36.50.5;适宜的pH:7.27.4。气体环境抗生素培养液血清、血浆细胞代谢2.动物体细胞克隆技术(核移植技术)而非细胞的全能性(1)原理:动物细胞核具有全能性。(2)核移植分类:移植和体细胞核移植。胚胎细胞核(3)核
7、移植过程(以克隆高产奶牛为例)(4)应用:加速家畜进程,促进优良畜群繁育。保护。生产医用蛋白。作为异种移植的供体。用于组织器官的移植。提醒核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因:克隆动物线粒体中的DNA来自去核卵母细胞;性状受环境的影响:在个体发育过程中有可能发生基因突变。遗传改良濒危物种3.动物细胞融合和单克隆抗体的制备(1)动物细胞融合原理:。融合方法:聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。 动物细胞特有的融合方法意义:突破了的局限,使成为可能,也为制造开辟了新途径。细胞膜的流动性有性杂交方法远缘杂交单克隆抗体(2)单克隆抗体制备过程优点:特异性强、,并可大量制备。用途:作为
8、;用于治疗疾病和。提醒(1)动物体细胞核移植技术选用去核卵(母)细胞的原因:卵母细胞体积大,易操作;卵黄多,含有丰富营养物质,能提供早期胚胎发育所需的营养;含有能够激发细胞核全能性表达的物质。(2)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)。灵敏度高诊断试剂运载药物旁栏边角(选修3P46“正文内容”改编)用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞,想一想,这是为什么?提示 培养的动物细胞一般当传代至1050代时,部分细胞核型可能会发生变化,其细胞遗传物质可能会发生突变,而10代以
9、内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此,在体细胞核移植中,为了保证供体细胞正常的遗传基础,通常采用传代10代以内的细胞。易错辨析(1)制备肝细胞悬液时用胃蛋白酶处理。()(2)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。()(3)与多利羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植技术。()(4)植物原生质体融合和动物细胞融合原理是相同的。()应使用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。CO2的主要作用是维持培养液的pH。 (5)动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用相同。()(6)杂交瘤细胞进行体内培养,是为了获得能产生单克隆抗体的胚胎。()(7)动物体细胞杂交技术可用于克隆动物
10、和制备单克隆抗体。()动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶作用不同。第一次使用胰蛋白酶处理组织使之分散成单个细胞,第二次使用胰蛋白酶处理使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。杂交瘤细胞进行体内培养,是为了获得单克隆抗体。动物体细胞杂交技术可用于制备单克隆抗体,细胞核移植技术可用于克隆动物培养。增素能增素能 精准突破精准突破主题一主题二能力解读主题一主题一 植物细胞工程植物细胞工程主题一主题二命题解读主题一主题二角度一、植物组织培养的原理、过程及应用角度一、植物组织培养的原理、过程及应用考向探究考向1植物组织培养的原理及过程分析1.(2019全国)培养胡萝卜根组织可获得试管苗,获得试管苗的过程如图所示。主题一主
11、题二回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有。(2)步骤切取的组织块中要带有形成层,原因是。(3)从步骤到步骤需要更换新的培养基,其原因是。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的过程,最终可形成试管苗。(4)步骤要进行照光培养,其作用是。(5)经组织培养得到的植株,一般可保持原品种的,这种繁殖方式属于繁殖。主题一主题二答案 (1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同分化(或再分化)(4)诱导叶绿素的形成,
12、使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性无性主题一主题二考向2植物组织培养的选材及条件控制2.(2021贵州贵阳监测节选)紫杉醇是治疗癌症的有效药物,可以从红豆杉植株中直接提取,还可以通过真菌发酵、细胞培养及生物合成等途径获得。紫杉醇可以促进微管蛋白装配成微管,抑制微管的解聚,由此抑制纺锤体的正常形成,抑制细胞有丝分裂。下图为提取紫杉醇的部分步骤。请回答下列问题。主题一主题二(1)图中“A”一般选用组织作为培养材料,理由是。(2)生长素与细胞分裂素的协同调控作用在组织培养过程中非常重要,当生长素与细胞分裂素时,主要诱导A通过过程形成愈伤组织。利用愈伤组织诱导形成的C经人工薄膜包装后就可得到。答案
13、 (1)分生(或幼嫩的)容易诱导形成愈伤组织(2)比例适中人工种子主题一主题二方法突破1.植物组织培养操作流程(1)培养对象:离体的植物器官、组织、细胞。(2)培养条件:无菌、人工配制的培养基、相关激素等。(3)培养结果:产生愈伤组织、丛芽(或丛根、胚状体),最终形成完整植株。主题一主题二2.植物激素对植物组织培养的影响(1)生长素、细胞分裂素使用先后顺序对植物细胞分化的影响使用顺序实验结果先使用生长素,后使用细胞分裂素有利于细胞分裂,但细胞不分化先使用细胞分裂素,后使用生长素细胞既分裂也分化同时使用分化频率提高主题一主题二(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生长
14、素用量/细胞分裂素用量植物细胞的发育方向高有利于根的分化、抑制芽的形成低有利于芽的分化,抑制根的形成中促进愈伤组织的形成主题一主题二角度二、植物体细胞杂交技术及应用角度二、植物体细胞杂交技术及应用考向探究考向1植物体细胞杂交过程1.(2021内蒙古包头一模)某研究人员设计了下列技术路线,以期获得甘蓝和萝卜体细胞杂交植株。主题一主题二请回答下列问题。(1)制备原生质体时,常用两种酶处理,分别是和。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是。原生质体融合成功的标志是。图中X是,除了被直接诱导出芽生根外,还可以通过形成获得再生植株。(2)为诱导融合体产生不定芽,通常应在培养基中加入两类植物激素,其中起主要作
15、用的是。(3)若想获得抗盐植株,可选用融合原生质体作为人工诱变的材料,原因是,且需在含较高浓度的NaCl培养基中筛选。主题一主题二答案 (1)纤维素酶果胶酶PEG(聚乙二醇)杂种细胞再生出细胞壁愈伤组织形成胚状体制成人工种子(2)细胞分裂素(3)具有分裂分化能力,突变频率高,融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息,具有全能性主题一主题二考向2杂种植株的培育与筛选2.花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥对黑腐病等多种常见病害具有抗性。我国科学家将紫外线(UV)照射处理的黑芥叶肉原生质体和花椰菜根原生质体融合,获得了抗黑腐病的杂合新植株。对双亲和部分杂合新植株的染色体计数,结果如下表所示
16、。请回答下列问题。植株花椰菜 黑芥 杂合新植株A杂合新植株B杂合新植株C染色体数/条 1816343058(1)原生质体融合的理论依据是。诱导原生质体融合常用的化学物质是。(2)将花椰菜和黑芥体细胞在一定条件下融合成杂种细胞,继而培养成新植物体的技术称为,该技术的优势在于。主题一主题二(3)已知用一定剂量的UV处理黑芥原生质体可破坏其染色体。根据表中数据,尝试推测已获得的花椰菜黑芥杂合新植株B染色体数目少于34(双亲染色体数之和)、杂合新植株C染色体数目大于34,可能的原因是。若要分析杂合新植株的染色体变异类型,应剪取杂合新植株与植株的根尖,制成装片,在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。(4
17、)简要写出从杂合新植株中筛选出具有高抗性的杂合新植株的思路:。主题一主题二答案 (1)细胞膜具有一定的流动性聚乙二醇(或PEG)(2)植物体细胞杂交克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍(3)融合过程中染色体可能会丢失;融合是随机的,可能存在多个细胞的融合双亲(花椰菜和黑芥)(4)将不同的杂合新植株分别进行黑腐病菌接种实验,观察比较它们的生长情况,生长最好的即为高抗性的杂合新植株主题一主题二方法突破有关植物体细胞杂交的三个易误点误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞指正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误认为植物体细胞杂交属于有性生殖指正植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合
18、,因此不属于有性生殖,应为无性生殖误认为杂种植株的变异类型属于基因重组指正杂种植株的变异类型属于染色体变异,杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和,杂种植株属于异源多倍体主题一主题二能力解读主题二主题二 动物细胞工程动物细胞工程主题一主题二命题解读主题一主题二角度一、动物细胞培养与体细胞核移植技术及角度一、动物细胞培养与体细胞核移植技术及应用应用考向探究考向1动物细胞培养技术及探究1.小鼠体细胞有同源染色体20对,是生物实验和科学研究中最常用的一种小型哺乳动物。回答下列问题。(1)培养小鼠细胞时,从体内取出组织块,剪碎,用胰蛋白酶处理,使其分散成单个细胞,制成细胞悬液,放入培养瓶内进
19、行(填“传代”或“原代”)培养,该培养需要的条件有(答3点即可)。主题一主题二(2)下图为动物细胞培养过程中细胞增殖曲线(甲)及细胞变化图(乙)。主题一主题二图甲中点以后表示细胞的传代培养,AB段可能发生了图乙所示的现象,在进行B至C过程培养前需要用处理细胞。动物细胞培养,一般传至代以内细胞能保持正常的二倍体核型。(3)为探究血清对动物细胞培养的影响,实验的设计思路为:。主题一主题二答案 (1)原代无毒、无菌的环境,适宜的温度和pH,一定的气体环境,充足的营养(2)BF接触抑制胰蛋白酶10(3)将配制好的基本培养基均分成甲、乙两组,乙组加入适量的血清,甲组加等量的生理盐水,然后将等量的动物细胞
20、分别放入甲、乙两组培养基中,在相同适宜的条件下培养,观察细胞的生长发育状况(其他表述合理也可)主题一主题二考向2动物体细胞核移植技术及应用2.我国科学家突破了体细胞克隆猴的世界难题,成功培育出世界上首个体细胞克隆猴“中中”和“华华”。这标志着我国将率先开启以猕猴作为实验动物模型的时代。下图为克隆猴的流程示意图。请回答下列问题。(1)我国克隆猴利用的是猴胎儿成纤维细胞,该细胞是一种已分化的体细胞,从理论上分析,它具有细胞的全能性,这是因为。主题一主题二(2)克隆猴时需要进行“去核”操作,即去掉卵母细胞的细胞核。先在体外培养卵母细胞让其分裂,一般选择的细胞进行去核操作;然后进行“核移植”,即将体细
21、胞的细胞核移到去核卵母细胞中形成重组细胞,此时采用的技术是;得到的重组细胞再进行人工激活使其分裂形成胚胎。(3)科学家将79枚克隆胚胎移植到21只代孕母猴中,最终只有两只母猴正常怀孕产下“中中”和“华华”,它俩的性别是否一致?;原因是。(4)克隆动物有很多优点:可以加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育;。主题一主题二答案 (1)成纤维细胞的细胞核中含有猴的全部核基因(2)减数第二次分裂中期显微注射技术(3)是“中中”“华华”的细胞核中遗传物质一样,是经过有丝分裂形成的(4)可以增加濒危物种的存活数量(或可以建立实验动物模型研究人类疾病)主题一主题二方法突破关于动物细胞培养的两组概念辨析(1)
22、细胞贴壁和接触抑制细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上,这种现象称为细胞贴壁。当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞通常会停止分裂增殖,这种现象称为接触抑制。(2)原代培养与传代培养原代培养:分瓶之前的细胞培养,即动物组织经处理后的初次培养。原代培养的细胞核型正常。传代培养:分瓶后的细胞培养,即传代培养。一般情况下,细胞传至1050代后,增殖会明显减缓,甚至完全停止,部分细胞出现核型异常。主题一主题二角度二、动物细胞融合技术及应用角度二、动物细胞融合技术及应用考向探究考向1单克隆抗体的制备及应用1.研究发现,新冠病毒外壳中的S蛋白具有很强的抗原性,可利用其制备单克隆抗体,制备流程设计如下图所示。请分
23、析回答问题。主题一主题二(1)人体内,分泌抗体的细胞可来自细胞的增殖分化。(2)根据病毒的结构,图中过程常用酶处理,完成过程需要的酶是。(3)检测过程是否获得成功的方法是,过程常用的方法是。(4)细胞Y的特点是。主题一主题二(5)为克服鼠源性单抗的异源性反应,科研人员通过人工改造鼠源性单抗获得了嵌合抗体。分析下图,你认为最符合临床要求的嵌合抗体是AD中的。嵌合抗体的研制属于这一科技范畴。主题一主题二答案 (1)B淋巴细胞或记忆B(2)蛋白逆转录酶(3)抗原抗体杂交技术显微注射技术(4)能无限增殖且能合成并分泌与S蛋白发生特异性结合的抗体(5)D蛋白质工程主题一主题二考向2动植物细胞融合技术及比
24、较2.下图为细胞融合的简略过程示意图,请据图回答下列问题。(1)若A、B是植物细胞,在细胞融合之前已用酶处理掉了细胞壁,所用的酶是,由此生成的A和B称为;A、B到C的过程中,常用的物理方法有离心、振动、电激。融合完成的标志是。主题一主题二(2)若A、B是动物细胞,一般取自幼龄动物的器官组织,然后用使其分散开来;A、B到C的过程中,常用的不同于植物细胞工程的方法是用诱导细胞融合。对融合得到的D进行大规模培养时需要提供的气体环境为,其中CO2的主要作用是。此外,培养液还应进行无菌处理,通常还要在培养液中添加一定量的抗生素,以防。(3)若A为骨髓瘤细胞,B为经免疫的B淋巴细胞,那么D称为,这种细胞既
25、能大量增殖,又能产生。(4)从A、B到C的过程中,可形成种类型的细胞(仅考虑两个细胞间的融合)。若该过程用于单克隆抗体的制备,应筛选出符合要求的D,方法是用特定的培养基培养,为了大规模地生产单克隆抗体,还需对D进行第二次筛选,第二次筛选的目的是。主题一主题二答案 (1)纤维素酶和果胶酶原生质体杂种细胞产生新的细胞壁(2)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)灭活的病毒95%的空气加5%的CO2维持培养液的pH培养过程中的污染(3)杂交瘤细胞专一的抗体(4)3选择性筛选出能分泌特定抗体的杂交瘤细胞悟考情悟考情 演练真题演练真题1.(2020江苏)新型冠状病毒可通过表面的刺突蛋白(S蛋白)与人呼吸道粘膜上皮细胞
26、的ACE2受体结合,侵入人体,引起肺炎。图1为病毒侵入后,人体内发生的部分免疫反应示意图。单克隆抗体可阻断病毒的粘附或入侵,故抗体药物的研发已成为治疗新冠肺炎的研究热点之一。图2为筛选、制备抗S蛋白单克隆抗体的示意图。请据图回答下列问题。图1图2(1)图1中人体内抗原呈递细胞吞噬病毒,并将病毒的抗原暴露在细胞表面,被细胞表面的受体识别后激活该细胞。(2)B细胞识别入侵的病毒后,在淋巴因子作用下,经过细胞的,形成细胞。(3)为判断疑似患者是否为新型冠状病毒感染者,可采集鼻、咽拭子用于病原学检查,检测病毒的;采集血液样本主要用于血清学检查,检测。(4)据图2所示,研制抗S蛋白单克隆抗体,需先注射免
27、疫小鼠以激活小鼠的免疫细胞,再提取激活的B细胞与骨髓瘤细胞融合,用HAT培养基筛选获得细胞。因为同一种抗原可能激活细胞,还需继续筛选才能获得分泌单克隆抗体的细胞株。答案 (1)T(2)增殖、分化浆细胞和记忆(3)核酸抗新型冠状病毒抗体(4)刺突蛋白(或S蛋白)杂交瘤多种B2.(2019全国)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁殖技术的特点是(答出2点即可)。(2)通过组织培养技术,可把植物组织细胞培养成胚状体,再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示),这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质,因此应含有植物激素、和等几类物质。(3)用脱毒苗进行繁殖,可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的进行组织培养。(4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是(用流程图表示)。答案 (1)能保持植物原有的遗传特性,繁殖速度快(2)有利于胚状体进行呼吸作用矿质元素糖(3)茎尖(4)含目的基因的细胞愈伤组织小植株本本 课课 结结 束束
