高考生物一轮复习第十单元生物技术与工程第36讲细胞工程课件

高考生物一轮复习第十单元生物技术与工程第36讲细胞工程课件

生物技术与工程 （选择性必修 3 ） 第十单元 第 36 讲　细胞工程 等级考 (2017 级 ) 课标要求 内容标准 活动要求 1 ．简述植物的组织培养。 2 ．简述动物的细胞培养与体细胞克隆。 3 ．举例说出细胞融合与单克隆抗体。 1 ．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。 2 ．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。 1 ． 细胞工程的概念 考点一　植物细胞工程 细胞工程 细胞　 分子　 细胞　 细胞器　 遗传物质　 细胞产品　 2 ． 细胞的全能性 (1) 含义：具有某种生物 ________________ 的任何一个细胞，都具有 ____________________ 的潜能。 (2) 物质基础：细胞内含有本物种全部的 ____________ 。 (3) 植物细胞全能性表达的条件：具有完整的细胞结构；处于 ________ 状态；提供一定的 ______________ 和其他适宜外界条件。 全部遗传信息　 发育成完整生物体　 遗传信息　 离体　 营养、激素　 3 ． 植物组织培养技术 ( 选 1 内容 ) (1) 细胞分化：在植物的个体发育过程中，细胞在形态、结构和生理功能上出现 _________ 差异的过程。其实质是在特定的时间和空间条件下，细胞通过 _________ ______________________ 最终形成不同组织和器官的过程。 稳定性 基因的 选择性表达 (2) 过程 植物组织 愈伤组织 疏松而无规则 液泡化 薄壁 愈伤组织 根、芽 (3) 影响植物组织培养的因素 ① 植物材料的选取 a ．不同的植物组织，培养的难易程度 _________________ 。 b ．对于同一种植物材料，材料的 ______ 、 ____________ 的长短也会影响实验结果。 c ．菊花的组织培养，一般选择 ________ 植株的 ____________________ 。 ② MS 培养茎 a ．大量元素： ______________________________ ； b ．微量元素： ___________________________________ ； c ．有机物：如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素以及 _________ 等。 差别很大 年龄 保存时间 未开花 茎上部新萌生的侧枝 N 、 P 、 K 、 Ca 、 Mg 、 S B 、 Mn 、 Cu 、 Zn 、 Fe 、 Na 、 I 、 Co 蔗糖 ③ 植物激素： ________ 和 ______________ 是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，两者使用顺序不同，得到的实验结果不同。 生长素 细胞分裂素 使用顺序 实验结果 先使用生长素，后使用细胞分裂素 先使用细胞分裂素，后使用生长素 同时使用 有利于细胞分裂，但细胞不分化 细胞既分裂也分化 分化频率提高 ④ 环境因素： pH 、 _________ 、 ________ 等。 温度 光照 高压蒸汽 流水 体积分数为 70% 的酒精 无菌水 质量分数为 0.1% 氯化汞 无菌水 用体积分数为 70% 酒精 倒插 无菌箱 消毒 18 ～ 22℃ 消过毒 4 ． 植物体细胞杂交技术 (1) 概念：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) 操作流程 不同种　 杂种细胞　 新的植物体　 ① 过程 a 为去除 __________ 获得具有活力的原生质体，用到的酶是 ____________________ 。 ②过程 b 是原生质体的融合，其原理是 __________________________ 。人工诱导的方法有物理法，包括 _______________________ 等；化学法一般用 ____________________ 作为诱导剂来诱导细胞融合。 ③过程 c 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 d 是 ________________ ，其原理是 ____________________ 。 (3) 意义：克服了 __________________ 的障碍。 细胞壁　 纤维素酶和果胶酶　 细胞膜具有一定的流动性　 离心、振动、电激　 聚乙二醇 (PEG) 　 细胞壁　 植物组织培养　 植物细胞的全能性　 远缘杂交不亲和　 5 ． 植物细胞工程的应用 (1) 微型繁殖：优点是能够 ______________________ 。 (2) 作物脱毒：利用 ______________ 等无毒组织进行微型繁殖。 (3) 培育 ____________ ：可以解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。 (4) 作物新品种的培育 保持亲本的优良性状　 茎尖、根尖　 人工种子　 单倍体　 (5) 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。 基因突变　 突变　 植物组织培养　 [ 归纳整合 ] 1 ． 脱分化和再分化的比较 过程 特点 条件 脱分化 外植体 → 愈伤组织 形成排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团 离体、营养、物质、植物激素和其他适宜条件 再分化 愈伤组织 → 根、芽或胚状体结构 形成根、芽或有生根发芽的能力 2 ． 植物激素在植物组织培养中的作用 生长素 / 细胞分裂素的比值 作用效果 比值高时 促进根分化、抑制芽形成 比值低时 促进芽分化、抑制根形成 比值适中 促进愈伤组织形成 3 ． 杂种植物遗传物质的变化 (1) 遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。 (2) 染色体组数 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，属于异源多倍体，变异类型属于染色体变异。 ③若一植物细胞含有 2x 条染色体， 2 个染色体组，基因型为 Aabb ，另一植物细胞含有 2y 条染色体， 2 个染色体组，基因型为 ccDd ，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为 (2x ＋ 2y) 条， 4 个染色体组，基因型为 AabbccDd 。 [ 思维探究 ] 据图分析植物体细胞杂交过程 (1) 植物体细胞杂交依据的生物学原理是什么？ 提示： 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。 (2) 如何根据细胞膜表面荧光判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的？ 提示： 融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光。 (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： 2( m ＋ n ) 条。 (4) 若杂种细胞培育成的 “ 番茄 — 马铃薯 ” 植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于几倍体植株？ 提示： 单倍体植株。 [ 教材深挖 ] 1 ．教材选修 1P 34 旁栏小知识：什么叫做外植体？ 提示： 用于离体培养的植物器官或组织片段。 2 ．教材选修 1P 36 练习 1 ：在组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，且要求无菌操作？ 提示： 植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，对培养条件的要求较高。用于植物组织培养的培养基同样适合于某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。而培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。 3 ．教材选修 3P 36 “ 小知识 ” ：说出植物组织培养的培养基组成。 提示： 一般由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。 命题点一　植物组织培养技术及其应用 1 ． (2017 · 海南卷， T31) 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 _______________________________________________ _________________________________ 。 (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 ” ) 。 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 　 葡萄糖、果糖　 具有完整的细胞核 　 (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子的名贵花卉，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 ” ) 采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是 _________________ ________________________________________________________________________________________________________________________ 。 细胞分裂素、生长素　 脱分化　 不能　 对杂合子的植株来说，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的花卉基因型不同于原植株　 解析 　 利用绿色叶片和白色花瓣作为外植体，进行组织培养的原理是高度分化了的植物细胞仍具有全能性。 (2) 蔗糖属于二糖，其单位是一分子果糖和一分子葡萄糖，具有完整细胞核的植物细胞才具有全能性。 (3) 在组织培养过程中，常需要添加的两种植物激素为细胞分裂素和生长素，由叶肉细胞形成愈伤组织的过程为脱分化。 (4) 杂合子经减数分裂形成不同基因型的花粉，若用花粉离体培养，所得到的个体基因型与原植株不同。 2 ． (2019 · 四川乐山一模 ) 下图是胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管内的培养基后，在一定的条件下形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题。 (1) 要促进植物细胞分裂生长，培养基中应含有营养物质和植物激素，营养物质包括 _________ 和小分子有机物；植物激素包括细胞分裂素和 ___________ 两类。 (2) 此过程依据的原理是 ____________________ 。 A 阶段和 B 阶段细胞进行的分裂方式主要是 _________ ， B 阶段除了细胞分裂外，还进行细胞 _________ 。 (3) 此过程要无菌操作，主要是指对 _________ 进行灭菌消毒。 B 阶段需要光照，原因是 ______________________________________________________ 。 (4) 试管苗的根细胞中没有叶绿素，而叶的叶肉细胞中具有叶绿素，这是 __________________ 的结果。 (5) 将胡萝卜韧皮部组织块接种到培养基上时，为防止杂菌污染，应如何操作？ ________________________________ 。 无机物　 生长素　 植物细胞的全能性　 有丝分裂　 分化　 培养基　 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件　 基因选择性表达　 接种要在酒精灯火焰旁进行　 解析 　 植物组织培养的培养基中，营养物质包括无机盐和小分子有机物；生长素和细胞分裂素是亲代细胞分裂、脱分化和再分化的关键性因素。 (2) 植物组织培养的原理是植物细胞的全能性；脱分化和再分化过程中细胞进行的都是有丝分裂，再分化过程中会发生了细胞分化。 (3) 植物组织培养要严格灭菌，避免混入杂菌导致实验失败，主要是对培养基进行灭菌消毒。再分化过程需要光照条件，因为芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。 (4) 由同一个细胞培养而来的试管苗体细胞中含有一套相同的基因，即根和叶的细胞中都含有控制叶绿素合成的基因，而根细胞没有叶绿素，叶肉细胞中有叶绿素，这是基因的选择性表达的结果。 (5) 为防止杂菌污染，将胡萝卜韧皮部组织块接种到培养基的过程应该在酒精灯火焰旁进行。 命题点二　植物体细胞杂交技术及其应用 3 ． (2013 · 全国卷 Ⅱ ， T40) 甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分 A ，乙含有效成分 B 。某研究小组拟培育同时含有 A 和 B 的新型药用植物。回答下列问题： (1) 为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用 _________ 酶和 _______ 酶去除细胞壁，获得具有活力的 __________ ，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成 _______ 组织，然后经过 ______________ 形成完整的杂种植株。这种培育技术称为 _______________________ 。 纤维素　 果胶　 原生质体　 愈伤　 再分化 ( 分化 ) 　 植物体细胞杂交技术　 (2) 上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指 ______________________________ _________________ 。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是 _____________________________________________ _________________________________ 。 (3) 这种杂交植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的 _________________________________ 等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。 体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体　 在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常　 胚状体、不定芽、顶芽、腋芽　 解析 　 该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的。要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交，因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁，然后用 PEG 化学诱导剂 ( 物理方法：离心、振动等 ) 诱导二者的原生质体整合。然后采用植物组织培养技术获得杂种植株，植物组织培养的主要过程是：先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植物体，利用了植物细胞的全能性。 (2) 如果植物甲、乙是两个物种，二者不能通过有性杂交产生可育后代，原因是甲、乙有性杂交所产生的后代在减数分裂过程中同源染色体联会异常，也就是存在着生殖隔离。但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可育的，因为在减数分裂过程中同源染色体能完成正常的联会，产生正常的配子。由于甲、乙都是二倍体，因此，植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体 ( 四倍体 ) 。 (3) 人工种子生产不受气候、季节和地域等因素限制，而且可以避免后代不发生性状分离等优点，因此，植物细胞工程重要的应用之一是制备人工种子，用到的核心技术是植物组织培养技术。将植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。 4 ． (2019 · 福建三明市段考 ) 利用现代生物技术，科研人员对马铃薯的培育进行了研究，请回答相关问题： (1) 培育马铃薯脱毒苗所依据的原理是 ___________________ ，该培育过程涉及 ___________ 和 __________ 两个阶段。 (2) 研究马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响，结果如图。据图可知：茎尖越小，脱毒率 __________ ，成苗率 _________ ，培养脱毒苗茎尖的适宜大小为 _________ 。 (3) 若想培育出 “ 番茄 马铃薯 ” 植株，运用传统有性杂交能否得到可育的杂种植株？为什么？ ______________________________________________ 。 植物细胞全能性　 脱分化　 再分化　 越高　 越低　 0.27mm 　 否 ( 或不能 ) ，不同种的植物存在生殖隔离　 解析 　 培育马铃薯脱毒苗是对植物组织培养技术的应用，所依据的原理是植物细胞全能性；该培育过程涉及脱分化和再分化两个阶段。 (2) 据图可知：茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低；培养脱毒苗茎尖的适宜大小为 0.27mm 。 (3) 由于番茄和马铃薯属于两个不同物种，而不同种的植物存在生殖隔离，所以若想培育出 “ 番茄－马铃薯 ” 植株，运用传统有性杂交不能得到可育的杂种植株。 1 ． 动物细胞培养 (1) 原理： ____________ 。 (2) 动物细胞的培养过程 考点二　动物细胞培养与核移植技术 细胞增殖　 胰蛋白酶　 原代培养　 胰蛋白酶　 传代培养　 (3) 培养条件 ①无菌、无毒的环境：对 __________ 和所有培养用具进行无菌处理，添加 __________ ，定期更换培养液以清除 ____________ 。 ②营养：除正常的有机和无机营养外，通常需加入 ______________ 等一些天然成分。 ③适宜的温度和 pH ：温度为 _________________( 哺乳动物 ) ， pH 为 ______________ 。 ④气体环境：含 95% 空气加 ___________ 的混合气体。 (4) 应用：生物制品的生产、检测 ____________ 、医学研究。 培养液　 抗生素　 代谢产物　 血清、血浆　 36.5±0.5℃ 　 7.2 ～ 7.4 　　 5%CO 2 　 有毒物质　 2 ． 动物体细胞核移植技术和克隆动物 (1) 原理：动物 ____________ 具有全能性。 (2) 过程 体细胞核　 细胞培养　 去核　 重组细胞　 供体　 (3) 结果： ______________ 。 (4) 应用：①加速家畜 ____________ 进程，促进优良畜群繁育；②保护 ____________ ；③生产医用蛋白；④作为异种移植的 ________ ；⑤用于组织器官的移植。 产生新个体　 遗传改良　 濒危物种　 供体　 [ 归纳整合 ] 1 ． 植物组织培养与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 理论基础 植物细胞的全能性 细胞增殖 前处理 无菌、离体 无菌；用胰蛋白酶处理，使组织细胞相互分散开 取材 植物较幼嫩的部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 培养基性质 固体 液体 培养基成分 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、琼脂等 糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等 结果 最终产生新个体，体现了细胞的全能性 细胞培养产生大量细胞，不形成新个体，不能体现细胞的全能性 相同点 ① 都需人工条件下的无菌操作； ② 都需要适宜的温度、 pH 等条件； ③ 都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂 2 ． 动物细胞培养与动物体细胞核移植的比较 动物细胞培养 动物体细胞核移植 结果 获得细胞群 获得克隆动物 应 用 ① 生产生物制品 ② 用于基因工程 ③ 检测有毒物质 ① 加速家畜遗传改良进程，促进良种繁育 ② 保护濒危物种 ③ 生产医用蛋白 ④ 提供克隆器官、组织等 3 ． 核移植的四点关注 (1) 核移植中供体动物、提供卵母细胞的动物、代孕动物和克隆动物之间的关系：克隆动物绝大部分性状与供体动物相同，少数性状 ( 由线粒体 DNA 控制的性状 ) 与提供卵母细胞的动物相同，与代孕动物的性状无遗传关系。 (2) 核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本可能不同的 3 个原因： ① 克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本，与植物组织培养不同 ( 来自一个亲本 ) ，即克隆动物遗传物质来自两个亲本。 ② 在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。 ③ 外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。 (3) 细胞核移植技术形成重组细胞并发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。 (4) 克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。 [ 思维探究 ] 如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线，图中 B 、 E 两点表示经筛选、分装后继续培养。据图分析： (1) 原代培养和传代培养的分界点是哪个？ 提示： B 点之前的培养称为原代培养，之后的培养称为传代培养。 (2)AB 段和 DE 段繁殖速度缓慢的原因是什么？ 提示： AB 段发生了接触抑制； DE 段细胞大部分衰老失去分裂能力。 (3)E 点后的细胞大多数具有异倍体核型，这样的细胞有什么特点？ 提示： E 点后的细胞属于细胞系，能无限增殖。 [ 教材深挖 ] 教材选修 3P 44 “ 旁栏问题 ” 动物细胞培养时用胃蛋白酶分散细胞行吗？为什么？ 提示： 不能。胃蛋白酶适于在较强的酸性条件下发挥作用，而较强的酸性条件会对贴壁细胞造成伤害。 命题点一　动物细胞培养技术 1 ． (2019 · 广东江门一模 ) 回答下列有关动物细胞培养的问题： (1) 在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面 _____________ 时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的 ___________ 。此时，瓶壁上形成的细胞是 ___________ 层的。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是 _____________ 。 (2) 随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现 _______________ 现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成 _________ 细胞，该种细胞的黏着性 _________ ，细胞膜表面糖蛋白的量 _________ 。 相互接触　 接触抑制　 单 ( 或一 ) 　 胰蛋白酶　 衰老甚至死亡　 不死性　 降低　 减少　 (3) 现用某种大分子染料对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不被染色，原因是 ________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 。 (4) 检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用分裂 _________ 期的细胞在显微镜下进行观察。 (5) 在细胞培养过程中，通常在 ________________________ 条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中 ______ 的活性降低，细胞 ____________ 的速率降低。 (6) 给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作 _________ 进行攻击。 解析 　 动物细胞培养过程中会出现接触抑制现象；能够连续增殖的细胞具有癌细胞的特点；活细胞的细胞膜具有选择透过性；通常在冷冻条件下保存动物细胞。 活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内 ( 或死细胞的细胞膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而使其着色 ) 　 中　 冷冻 ( 或超低温、液氮 ) 　 酶　 新陈代谢　 抗原　 消毒　 胰蛋白酶　 血清、血浆　 抗生素　 维持培养液的 pH 　 传代培养　 基因选择性表达　 解析 　 离体动物细胞培养需要无菌、无毒的环境，因此在对小鼠皮肤组织进行培养过程中，过程甲中要对实验小鼠进行消毒处理，过程乙必须用胰蛋白酶或者胶原蛋白酶处理，使之分散成单个细胞。 (2) 由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，所以体外培养动物细胞过程中，在使用合成培养基时，通常要加入血清、血浆等天然成分；为防止细菌感染，培养液中应添加抗生素，且还要置于含 5%CO 2 气体环境中， CO 2 的作用是维持培养液 pH 的相对稳定。 (3) 丁过程属于传代培养；细胞分化是基因选择性表达的结果。 关于动物细胞培养的两组概念辨析 (1) 细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制。 (2) 原代培养与传代培养 a 原代培养：细胞悬液第一次在瓶中培养，没有分瓶培养之前的细胞培养。原代培养的细胞核型正常。 b 传代培养：进行分瓶后的扩大培养，即传代培养。一般情况下，细胞传至 10 ～ 50 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。 命题点二　动物体细胞核移植技术 3 ． (2018 · 全国卷 Ⅲ ， T38) 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 ” ) 。 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) 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 ” ) 。 小于　 胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易　 相同　 不同　 解析 　 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。重组细胞形成的早期胚胎可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的染色体数目与提供细胞核的个体的体细胞相同。 (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。 4 ． (2019 · 河南新乡一模 ) 下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病 ( 基因缺陷导致胰岛 B 细胞不能正常合成胰岛素 ) 的过程设计图解。请据图回答： (1) 图中①、②所示的结构分别是 _________ 、 _____________ 。 (2) 图中③、④所示的生物工程技术分别是 _______________________ 、 _________________________________________ 。 (3) 过程③通常用去核卵细胞作受体细胞的原因除了它体积大、易操作，含有营养物质丰富外，还因为它 ________________________________________________ 。 (4) 过程④通常采用的方法是 _________________ 。 (5) 过程④的完成需要用到的非酶基因操作工具为 ___________ 。 (6) 图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是 ______________________ 。 细胞核　 内细胞团细胞　 ( 体细胞 ) 核移植技术　 基因工程 ( 转基因技术或重组 DNA 技术 ) 　 含有促进 ( 或激活 ) 细胞核全能性表达的物质　 显微注射技术　 载体　 不发生免疫排斥反应　 解析 　 体细胞核移植利用的是体细胞的细胞核和去核的卵细胞。内细胞团细胞具有发育的全能性，其中导入健康胰岛 B 细胞基因，可以形成能正常分泌胰岛素的胰岛 B 细胞群。因此①为细胞核，②为内细胞团细胞。 (2) 图中③是将体细胞的细胞核和去核卵细胞重组为一个细胞，为体细胞核移植技术。图中④是将健康胰岛 B 细胞基因导入受体细胞，为基因工程技术。 (3) 过程③通常用去核卵细胞作为受体细胞，除了因为它体积大，易操作，含有营养物质丰富外，还因为其含有能够激活细胞核全能性表达的物质。 (4) 将目的基因导入动物细胞通常用显微注射法。 (5) 基因工程的基本工具为限制酶、 DNA 连接酶、载体，载体为非酶基因操作工具，通常为质粒。 (6) 图示方法与一般的异体移植相比可避免免疫排斥。 1 ． 动物细胞融合 (1) 概念： ______ 个或 ______ 个动物细胞结合形成 ______ 个细胞的过程，也称细胞杂交。 (2) 条件：需要用聚乙二醇 (PEG) 、 ______________ 或电激等诱导因素。 (3) 原理： __________________ 。 考点三　动物细胞融合与单克隆抗体的制备 两　 多　 一　 灭活的病毒　 细胞膜的流动性　 (4) 结果：形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为 ____________ 。 (5) 意义：突破了 ____________ 方法的局限，使 ____________ 成为可能。成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段，为制造 ______________ 开辟了新途径。 杂交细胞　 有性杂交　 远缘杂交　 单克隆抗体　 2 ． 单克隆抗体 (1) 制备过程 杂交瘤细胞　 产生所需抗体　 (2) 优点：特异性强、 ____________ ，可大量制备。 (3) 用途：作为 ____________ ；用于治疗疾病和 ____________ 。 灵敏度高　 诊断试剂　 运载药物　 [ 归纳整合 ] 1 ． 植物体细胞杂交与动物细胞融合比较 植物体细胞杂交 动物细胞融合 培养条件 营养物质 ( 水、无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等 ) 、激素 ( 细胞分裂素、生长素等 ) 及其他条件 ( 无菌、适宜的温度和 pH 等 ) 葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、血清或血浆等天然成分 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、细胞增殖 植物体细胞杂交 动物细胞融合 细胞融 合方法 用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合 用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞后，诱导细胞融合 诱导 手段 ① 物理法：离心、振动、电激等 ② 化学法：聚乙二醇 (PEG) ① 物理、化学法：与植物体细胞杂交的相同 ② 生物法：灭活的病毒 结果 获得杂种植株 获得杂种细胞，以生产细胞产品 用途 克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等 2 ． 单克隆抗体制备过程中两次筛选分析 项目 第一次筛选 第二次筛选 筛选 原因 诱导融合后会得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞 由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞 筛选 方法 用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞 ( “ BB ” 细胞、 “ 瘤瘤 ” 细胞 ) 都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞 ( “ B 瘤 ” 细胞 ) 才能生长 用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群 筛选 目的 得到杂交瘤细胞 得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞 [ 思维探究 ] 图中 a 、 b 分别为骨髄瘤细胞和已免疫的 B 淋巴细胞，图 2 为单克隆抗体制备流程 ( 顺序已被打乱 ) 。请思考 (1) 针对图 1 为了能充分发挥图中两种细胞各自的特点，经特殊处理，在促细胞融合因子的作用下，两种细胞发生融合，形成图中的 d 细胞， d 细胞的特点是 _________________ 。由 d 细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较，具有 ___________________ 等特点。 (2) 图 2 中 B 注射的物质是什么？其目的是什么？ (3) 在获取 C 细胞时，曾筛选淘汰了哪些细胞？ (4) 请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来。 提示： (1) 既能无限增殖，又能产生特定的抗体　特异性强、灵敏度高，并可能大量制备 (2) 特定抗原；刺激机体产生免疫反应。 (3) 未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞 ( “ BB ” 细胞、 “ 瘤瘤 ” 细胞 ) 都会被淘汰，只有融合的杂交瘤细胞 ( “ B 瘤 ” 细胞 ) 才能生长。 (4) 如图所示： [ 教材深挖 ] 1 ．教材选修 3P 52 “ 生物技术资料卡 ” 病毒灭活的含义是什么？ 提示： 灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。 2 ．教材选修 3P 53 ：这里的骨髓瘤细胞就是癌细胞吗？ 提示： 这里的骨髓瘤是良性瘤细胞，不扩散、不转移。 命题点一　细胞融合的原理及过程分析 1 ． (2019 · 山西太原一模 ) 下图表示细胞工程的流程图 (a 、 b 表示过程 ) ，请据图回答下列问题： (1) 若图示为动物细胞融合的过程，则 a 特有的诱导剂是 ________________ 。以动物细胞融合为基础发展起来的杂交瘤技术为制造单克隆抗体开辟了新途径，通过把能产生抗体的 _____________ 细胞与能在体外大量增殖的 ____________ 细胞进行融合，得到既能迅速大量繁殖，又能产生专一抗体的杂交瘤细胞。 (2) 若图示为植物体细胞杂交过程，则在甲、乙融合之前，需要用 ____________ ___________( 填酶 ) 制备 __________ 。这项工程的意义是 ____________________ ________________________________________ 。 (3) 由甲、乙融合得到丙细胞的基本原理是 __________________ 。 灭活的病毒　 B 淋巴 ( 浆 ) 　 骨髓瘤　 纤维素酶　 和果胶酶　 原生质体　 克服远缘杂交不亲和　 的障碍，扩大亲本组合的范围　 细胞膜的流动性　 解析 　 若 a 是诱导动物细胞融合，则特有的诱导剂是灭活的病毒。在单克隆抗体的制备过程中，利用已免疫的 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，该细胞既可以迅速大量增殖，又可以产生专一的抗体。 (2) 在植物体细胞杂交过程中，需要对甲、乙细胞先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，然后再诱导甲、乙的原生质体融合。该技术可以克服远缘杂交不亲和的障碍，扩大亲本组合的范围。 (3) 甲、乙细胞融合形成丙细胞，利用了细胞膜的流动性。 命题点二　单克隆抗体的制备 2 ．某研究者用抗原 (A) 分别免疫 3 只同种小鼠 (X 、 Y 和 Z) ，每只小鼠免疫 5 次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价 ( 能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数 ) ，结果如下图所示。 若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的 B 淋巴细胞 ( 染色体数目为 40 条 ) ，并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞 ( 染色体数目为 60 条 ) 按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗 A 抗体的杂交瘤细胞。 回答下列问题： (1) 制备融合所需的 B 淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到 16000 以上，则小鼠最少需要经过 _________ 次免疫后才能有符合要求的。达到要求的 X 、 Y 、 Z 这 3 只免疫小鼠中，最适合用于制备 B 淋巴细胞的是 ___________ 小鼠，理由是 __________________________________ 。 4 　 Y 　 Y 小鼠的血清抗体效价最高　 (2) 细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交廇细胞外，可能还有 _____________________________________________________________ ，体系中出现多种类型细胞的原因是 _________________________________________ 。 (3) 杂交瘤细胞中有 ________ 个细胞核，染色体数目最多是 ___________ 条。 (4) 未融合的 B 淋巴细胞经过多次传代培养后都不能存活，原因是 ___________________ 。 B 淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞　 细胞融合是随机的，且融合率达不到 100% 　 1 　 100 　 不能无限增殖　　 解析 　 在第四次免疫后， Y 的血清抗体效价大于 16000 ，所以最少需要经过四次免疫．由图可知，血清抗体效价均达到 16000 以上时， Y 的效价最大，最适合用于制备 B 淋巴细胞。 (2)B 细胞与骨髓瘤细胞在一起融合时，可能发生 B 细胞与骨髓瘤细胞融合， B 细胞之间的融合，骨髓瘤细胞之间的融合和 B 细胞与骨髓瘤细胞融合。由于细胞融合是随机的，且融合率达不到 100% 故体系中会出现多种类型的细胞。 (3) 由于核膜也具有流动性，故小鼠的免疫 B 淋巴细胞核与其骨髓瘤细胞核会融合形成一个杂交的细胞核。 B 细胞有 40 条染色体，骨髓瘤细胞有 60 条染色体，融合后的杂交瘤细胞有 100 条染色体。 (4) 未融合的 B 淋巴细胞是已分化的细胞，不能无限增殖，所以多次培养后不能存活。 回答下列问题： (1) 制备抗 HCG 单克隆抗体过程中，用到的动物细胞工程技术有 _________________ 和 ____________________ 。 (2) 细胞 DNA 合成有 D 和 S 两条途径，其中 D 途径能被氨基嘌呤阻断。在 HAT 培养基中加入了氨基嘌呤，杂交瘤细胞能连续增殖，未融合细胞以及同种融合细胞因不能增殖而死亡。由此可判断骨髓瘤细胞 DNA 合成存在 _______ ( 填 “ D ”“ S ” 或 “ D 和 S ” ) 途径。 动物细胞融合　 动物细胞培养　 D 　 (3) 步骤③需对选择培养的杂交瘤细胞进行克隆化培养及抗体检测，该过程一般在多孔细胞培养板上进行。先将细胞悬液稀释到 7 ～ 10 个细胞 /mL ，再在每个培养孔中滴入 0.1 mL 细胞稀释液，其目的是 ________________________________________ __________________ 。 (4) 用抗 HCG 单克隆抗体作出诊断试剂，能在妊娠初期即可作出诊断，主要是因为该抗体具有 _____________________ 的优点。 使每个孔内不多于一个细胞，达到单克隆　 培养的目的　 特异性强、灵敏度高　 解析 　 制备单克隆抗体过程中，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) 免疫后的 B 淋巴细胞不能分裂增殖，鼠骨髓瘤细胞能不断分裂增殖。在 HAT 培养基中加入氨基嘌呤，阻断了细胞 DNA 合成的 D 途径，但 DNA 合成的 S 途径没有被阻断，结果未融合的细胞 ( 包括骨髓瘤细胞和淋巴细胞 ) 以及同种融合细胞 ( 包括骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、淋巴细胞与淋巴细胞融合 ) 因不能增殖而死亡，由此可判断骨髓瘤细胞 DNA 合成存在 D 途径。 (3) 在多孔细胞培养板上对选择培养的杂交瘤细胞进行培养时，先将细胞悬液稀释到 7 ～ 10 个细胞 /mL ，再在每个培养孔中滴入 0.1 mL 细胞稀释液的目的是使每个孔内不多于一个细胞，从而实现单克隆培养。 (4) 单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的优点。 1 ．棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性 ( 　　 ) 2 ．愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的 ( 　　 ) 3 ．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 ( 　　 ) 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 ( 　　 ) 课堂小结 · 内化体系 ……………………………………………………………………………………………………………… ◎ √ 　 × 　 √　 × 　 5 ．培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交 ( 　　 ) 6 ．植物原生质体融合与动物细胞融合原理是相同的 ( 　　 ) 7 ．体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体 ( 　　 ) 8 ．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 ( 　　 ) 9 ． B 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 ) ( 　　 ) × 　 √　 × 　 × 　 √　 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。 3 ．动物细胞培养的 2 个易错点 (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，因为其分化程度低，增殖能力强，更易于培养。 (2) 动物细胞培养时加入 CO 2 的主要作用是维持培养液的 pH ； O 2 的作用是促进细胞有氧呼吸。 4 ．动物细胞核移植技术中的 3 个易错点 (1) 动物细胞核移植技术，体现了动物细胞核的全能性而非细胞的全能性。 (2) 克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。 (3) 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：① 克隆动物线粒体中的 DNA 来自去核卵 ( 母 ) 细胞；② 性状受环境的影响；③ 在个体发育过程中有可能发生基因突变。 5 ．与单克隆抗体有关的 2 个易错点 (1) 除了受到注射的抗原的刺激，小鼠在生活过程中还可能受到其他抗原的刺激，因此从小鼠体内取出的多个 B 淋巴细胞可能产生多种不同抗体。 (2) 单克隆抗体制备过程中，进行了多次动物细胞培养的操作，说明动物细胞培养是动物细胞工程的基础。