PAGE13-第4講細胞工程[考綱展示]1.植物的組織培育(Ⅱ)2.動物細胞培育與體細胞克隆(Ⅱ)3.細胞融合與單克隆抗體(Ⅱ)考點一|植物細胞工程技術及其應用1．細胞工程的概念(1)原理方法：細胞生物學和分子生物學的原理和方法。(2)操作水平：細胞水平或細胞器水平。(3)達到目的：依據人們的意愿來變更細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品。(4)類型：依據操作對象的不同，可分為植物細胞工程和動物細胞工程。2．細胞的全能性(1)含義：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發育成完整生物體的潛能。(2)物質基礎：細胞內含有本物種全部的遺傳信息。(3)植物細胞全能性表達的條件：具有完整的細胞結構，處于離體狀態，供應肯定的養分、激素和其他相宜的外界條件。3．植物組織培育技術(1)理論基礎：植物細胞的全能性。(2)填寫操作過程圖eq\x(外植體)eq\o(→,\s\up10(①))eq\x(A)eq\o(→,\s\up10(②))eq\x(B)→eq\x(植物體)圖中①表示脫分化，②表示再分化，A表示愈傷組織，B表示叢芽或胚狀體。(3)培育條件①無菌：培育基滅菌、培育材料和培育器械消毒。②固體培育基：大多由無機養分成分、有機養分成分、激素、瓊脂四部分組成。③光照：脫分化階段不須要光照。④激素調控：培育基中生長素和細胞分裂素的比例調控組織培育進程。4．植物體細胞雜交技術(1)概念：將不同種的植物體細胞，在肯定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。(2)原理：體細胞雜交利用了細胞膜的流淌性，雜種細胞培育成雜種植株利用了植物細胞的全能性。(3)過程(4)意義：克服不同種生物遠緣雜交不親和的障礙、獲得雜種植株。5．植物細胞工程的實際應用(1)植物繁殖的新途徑①微型繁殖：用于快速繁殖優良品種的植物組織培育技術。②作物脫毒：選取作物莖尖、根尖等無毒組織進行組織培育，獲得脫毒苗的技術。③人工種子：以植物組織培育得到的胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽等材料，經過人工薄膜包裝得到的種子，可以解決某些植物牢固率低、繁殖困難的問題。(2)作物新品種的培育：單倍體育種和突變體的利用。(3)細胞產物的工廠化生產：即利用植物組織培育技術生產蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料和生物堿等。eq\a\vs4\al([思索回答])1．通過植物體細胞雜交形成的雜交植株是否肯定可育？提示：是否可育看同源染色體能否正常聯會。若植物體細胞雜交過程得到的雜種植物存在同源染色體，能正常聯會，則可育。2．如圖表示植物分化、脫分化和再分化過程及其關系。試回答相關問題：(1)脫分化形成的愈傷組織細胞與正常體細胞相比，前者在結構的特點是什么？提示：高度液泡化、無定形、細胞壁薄。(2)經脫分化形成愈傷組織為什么須要避光培育？提示：避光的作用是為了愈傷組織的形成，若賜予光照，則會不同程度的形成維管組織(處于已分化狀態)，就不能接著分化，造成組織培育失敗。(3)利用紫草細胞脫分化形成的愈傷組織細胞進行培育提取紫草素，與常規的從植物體內提取具有的明顯優點是什么？(至少答出三點)提示：可以克服地理、氣候等植物生長環境條件的限制，實現工業化、自動化生產；產量大、純度高。(4)從分化、脫分化和再分化的結果看，它們的實質都是什么？提示：基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達的結果。1．激素比例與細胞分裂分化的關系(1)適當提高生長素與細胞分裂素的比例簡單生根。(2)適當提高細胞分裂素與生長素的比例簡單生芽。(3)比例適中誘導產生愈傷組織。如圖所示：2．對不同物種植物體細胞雜交和有性雜交的比較(1)結果不同①體細胞雜交：不管染色體數、基因組還是染色體組都采納干脆相加。②植物有性雜交：先減半再相加。(2)適用的定律不同①有性生殖過程中符合孟德爾遺傳定律。②植物體細胞雜交：屬于無性生殖，不符合孟德爾遺傳定律。考法1植物組織培育過程分析1．(2024·海南高考)甲、乙兩名同學分別以某種植物的綠色葉片和白色花瓣為材料，利用植物組織培育技術繁殖該植物。回答下列問題：(1)以該植物的綠色葉片和白色花瓣作為外植體，在肯定條件下進行組織培育，均能獲得試管苗，其原理是______________________。(2)甲、乙同學在誘導愈傷組織所用的培育基中，均加入肯定量的蔗糖，蔗糖水解后可得到______________。若要用細胞作為材料進行培育獲得幼苗，該細胞應具備的條件是____________________(填“具有完整的細胞核”“具有葉綠體”或“已轉入抗性基因”)。(3)圖中A、B、C所示的是不同的培育結果，該不同結果的出現主要是由于培育基中兩種激素用量的不同造成的，這兩種激素是_________。A中的愈傷組織是葉肉細胞經________形成的。(4)若該種植物是一種雜合體的珍貴花卉，要快速獲得與原植株基因型和表現型都相同的該種花卉，可用組織培育方法繁殖，在培育時，________(填“能”或“不能”)采納經減數分裂得到的花粉粒作為外植體，緣由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)外植體在肯定條件下進行組織培育獲得試管苗的原理是植物細胞的全能性。(2)蔗糖水解后可得到一分子的葡萄糖和一分子果糖；若要用細胞作為材料進行培育獲得幼苗，該細胞應具備的條件是應當具備整套遺傳物質，即具有完整的細胞核。(3)在植物組織培育過程中加入的細胞分裂素、生長素的比例不同，誘導形成的器官不同；外植體經脫分化形成愈傷組織，再分化形成完整的植株。(4)依題意不能采納經減數分裂得到的花粉粒作為外植體，緣由是對雜合體的植株來說，其體細胞的基因型相同，而花粉粒的基因型與體細胞的基因型不同，用花粉粒進行組織培育得到的花卉基因型不同于原植株。答案：(1)植物細胞的全能性(2)葡萄糖、果糖具有完整的細胞核(3)細胞分裂素、生長素脫分化(4)不能對雜合體的植株來說，其體細胞的基因型相同，而花粉粒的基因型與體細胞的基因型不同，用花粉粒進行組織培育得到花卉基因型不同于原植株考法2考查植物細胞工程技術及應用2．(2013·全國卷Ⅱ)甲、乙是染色體數目相同的兩種二倍體藥用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某探討小組擬培育同時含有A和B的新型藥用植物。回答下列問題：(1)為了培育該新型藥用植物，可取甲和乙的葉片，先用________酶和________酶去除細胞壁，獲得具有活力的________，再用化學誘導劑誘導二者融合。形成的融合細胞進一步培育形成________組織，然后經過________形成完整的雜種植株。這種培育技術稱為________________。(2)上述雜種植株屬于多倍體，多倍體是指__________________________________________________________________________________。假設甲與乙有性雜交的后代是不育的，而上述雜種植株是可育的，造成這種差異的緣由是______________________________________________________________________________________________________。(3)這種雜種植株可通過制作人工種子的方法來大量繁殖。經植物組織培育得到的____________________________等材料用人工薄膜包裝后可得到人工種子。解析：(1)植物體細胞雜交的過程包括植物細胞融合和植物組織培育，其過程依次為酶解法去除植物細胞的細胞壁、用物理或化學法誘導原生質體融合、雜種細胞再生出細胞壁、雜種細胞經植物組織培育(脫分化形成愈傷組織，再分化形成幼根和芽進而形成完整植株)培育成完整植株。其中，酶解法去除植物細胞的細胞壁利用了酶的專一性，選擇纖維素酶和果膠酶，水解植物細胞的細胞壁的主要成分——纖維素和果膠，暴露出有活力的原生質體。(2)多倍體是指體細胞中含有三個或三個以上的染色體組的個體。甲和乙均為二倍體植物，假設二者有性雜交的后代不行育，其緣由是該后代在進行減數第一次分裂過程中，由于沒有同源染色體，聯會出現紊亂，不能產生可育的配子。而植物體細胞雜交產生的雜種植株，細胞內含有原物種體細胞內的染色體，在減數第一次分裂過程中能夠進行同源染色體配對，產生可育的配子。(3)經植物組織培育得到的胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽等，用人工薄膜包裝后可得到人工種子。答案：(1)纖維素果膠原生質體愈傷再分化(或分化)植物體細胞雜交技術(2)體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體(其他合理答案也可以)在減數分裂過程中，前者染色體聯會異樣，而后者染色體聯會正常(其他合理答案也可以)(3)胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽(答對其中一個即可)3．回答下列有關植物細胞工程應用有關的問題：(1)植物細胞工程可用于培育脫毒苗，這一方法的原理是__________________，所以再生的植株可能不帶病毒。(2)微型繁殖過程中，相宜濃度的生長素單獨運用可誘導試管苗________，而與________配比相宜時可促進芽的增殖。若要抑制試管苗的生長，促使愈傷組織產生和生長，須要相宜的生長調整劑是________(填“脫落酸”或“2,4-D”)。(3)為了獲得植物次生代謝產物，先用植物外植體獲得愈傷組織，然后在液體培育基中懸浮培育。請回答下列問題：在愈傷組織懸浮培育時，細胞干重、蔗糖濃度和pH的變更如圖所示。細胞干重在12d后下降的緣由有______________________。解析：(1)利用莖尖等分生部位進行組織培育獲得脫毒苗的原理是植物體細胞具有全能性。(2)相宜濃度的生長素單獨運用可誘導試管苗生根。微型繁殖培育基中運用的生長素與細胞分裂素比例不同，可以分別誘導根、芽的形成。運用高濃度的植物生長素類似物(如2,4-D)可以抑制試管苗的生長。(3)由蔗糖濃度下降可知，外植體離體培育過程中須要消耗蔗糖，12天后蔗糖濃度變更不大；pH下降會影響酶的活性，愈傷組織細胞不能進行光合作用，對物質的合成小于分解，故細胞干重下降。答案：(1)植物細胞的全能性(2)生根細胞分裂素2,4-D(3)蔗糖濃度下降，pH降低考點二|動物細胞培育與核移植技術1．動物細胞培育(1)地位：動物細胞工程常用的技術手段有動物細胞培育、動物細胞核移植、動物細胞融合等。其中動物細胞培育是其他動物細胞工程技術的基礎。(2)原理：細胞增殖。(3)培育過程(4)培育條件①無菌、無毒環境eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(培育液和培育用具進行無菌處理,培育過程加抗生素,定期更換培育液，清除代謝產物))②養分：除糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素之外通常還需加入血清、血漿等一些自然成分。③相宜的溫度：36.5°C±0.5℃④氣體環境eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(95%的空氣：其中O2為細胞代謝必需,5%的CO2：維持培育液的pH))2．動物體細胞核移植技術和克隆動物(1)動物體細胞核移植技術的過程eq\o(→,\s\up10(細胞),\s\do17(融合))重組細胞eq\o(→,\s\up10(發育))胚胎eq\o(→,\s\up10(胚胎移植))代孕母體→生出與細胞核供體遺傳性狀基本相同的個體(2)原理：動物體細胞核具有全能性。(3)應用①加速家畜遺傳改良進程，促進優良畜群繁育。②愛護瀕危物種。③生產醫用蛋白。④作為異種移植的供體。eq\a\vs4\al([思索回答])1．動物細胞培育中兩次運用胰蛋白酶的作用有何不同？提示：第一次運用胰蛋白酶處理剪碎的組織使之分散成單個細胞，其次次用胰蛋白酶的目的是使貼壁細胞從瓶壁上脫落下來，分散成單個細胞。2．動物細胞工程技術推動了免疫學和畜牧業的發展。如圖為通過體細胞核移植過程得到克隆牛的流程圖。eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(高產奶牛,供體)→取體細胞,(受體→\a\vs4\al(去核的,卵母細胞))))eq\a\vs4\al(將供體細胞注入,去核卵母細胞)→eq\a\vs4\al(構建重,組胚胎)→eq\a\vs4\al(將胚胎移入受體,代孕母牛體內)→犢牛(1)與去核卵母細胞融合的供體高產奶牛細胞培育一般不會超過10代，緣由是什么？激活受體細胞除了用電刺激的方法外，還可以用什么方法？(寫兩種實際方法)提示：保持細胞正常的二倍體核型；鈣離子載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑等。(2)動物體細胞核移植的難度高于胚胎細胞核移植的緣由是什么？提示：動物胚胎的細胞分化程度低，復原其全能性相對簡單，而動物體細胞分化程度高，復原其全能性非常困難。(3)在現有技術條件下，還不能將從動物體內分別出來的成熟體細胞，干脆培育成一個新個體，而是將體細胞的細胞核移植到去核的卵細胞中才能發育成新個體，你認為最可能的緣由是什么？提示：卵細胞的細胞質可使體細胞核的全能性得到表達。動物細胞培育和核移植時留意的五個問題(1)在分散細胞時，需用胰蛋白酶分散細胞，不能用胃蛋白酶，因為胃蛋白酶作用的相宜pH約為1.8，胰蛋白酶作用的相宜pH為7.2～7.8，而多數動物細胞培育的相宜pH為7.2～7.4。(2)取供體動物的體細胞培育，一般選用10代以內的細胞，因為10代以內的細胞一般能保持正常的二倍體核型，保證了供體細胞正常的遺傳基礎。(3)克隆動物是由重組的細胞經培育而來的，該重組細胞的細胞質基因來源于受體細胞，細胞核基因來源于供應細胞核的親本，其遺傳物質來自兩個親本。(4)克隆動物絕大部分性狀與供體動物相同，少數性狀與供應卵母細胞的動物相同，與代孕動物的性狀無遺傳關系。(5)從生殖方式的角度看，動物體細胞核移植技術(克隆)屬無性生殖，重組細胞相當于受精卵，須要動物細胞培育和胚胎工程技術的支持。考法1動物細胞培育過程分析1．某探討小組進行藥物試驗時，以動物肝細胞為材料，測定藥物對體外培育細胞的毒性。供培育的細胞有甲、乙兩種，甲細胞為正常肝細胞，乙細胞為肝腫瘤細胞。請回答下列有關動物細胞培育的問題：(1)動物細胞培育應在含5%CO2的恒溫培育箱中進行，CO2的作用是__________________________________________________________。(2)將數量相等的甲細胞和乙細胞分別置于培育瓶中培育，培育液及其他培育條件均相同，一段時間后，視察到甲細胞數量比乙細胞數量________。(3)在兩種細胞生長過程中，當甲細胞鋪滿瓶壁時，其生長______。藥物試驗須要大量細胞，兩種細胞頻繁傳代，甲細胞比乙細胞可以傳代的次數更________。若用動物的肝臟組織塊制備肝細胞懸液，需用________消化處理。(4)某探討小組探討了血清對正常細胞和癌細胞培育的影響，試驗結果如圖。從該圖供應的信息可以獲得的正確結論有_____________________________________________________________________________。解析：(1)動物細胞培育時加入含5%CO2的目的是為了維持培育液的pH。(2)已知甲細胞為正常肝細胞，乙細胞為肝腫瘤細胞。肝腫瘤細胞比正常肝細胞的分裂實力強，細胞周期短，因此在其他條件相同時，相同時間內肝腫瘤細胞產生的子代細胞多。(3)甲細胞為正常肝細胞，存在接觸抑制，而乙細胞為腫瘤細胞，已經失去接觸抑制現象，因此在這兩種細胞生長過程中，當甲細胞鋪滿瓶壁時，其生長停止。乙細胞能無限增殖，因此其傳代的次數比甲多；胰蛋白酶能消化組織細胞間的蛋白質，使組織細胞分散成單個細胞。(4)從圖中曲線可看出培育基中有無血清對癌細胞的培育影響不大，即二者的細胞數在曲線上差別不大。正常細胞的培育過程中有血清的培育基在相同時間內培育得到的細胞數遠遠多于無血清的培育基所獲得的細胞數。癌細胞培育與正常細胞培育二者的差距比較大，正常細胞達到肯定的數目后不再增加，而癌細胞卻能不斷增加。答案：(1)維持培育液的pH(2)少(3)停止少胰蛋白酶(4)①有無血清對正常細胞培育的影響不同；②培育基中補充血清有助于正常細胞的培育；③培育基中是否補充血清對癌細胞的培育影響不大考法2細胞核移植技術及應用2．(2024·全國卷Ⅱ)如圖表示通過核移植等技術獲得某種克隆哺乳動物(二倍體)的流程。回答下列問題：(1)圖中A表示正常細胞核，染色體數為2n，則其性染色體的組成可為______。過程①表示去除細胞核，該過程一般要在卵母細胞培育至適當時期再進行，去核時常采納______的方法。②代表的過程是______。(2)經過多次傳代后，供體細胞中________的穩定性會降低。因此，選材時必需關注傳代次數。(3)若獲得的克隆動物與供體動物性狀不完全相同，從遺傳物質的角度分析其緣由是_________________________________________________________________________________________________________。(4)與克隆羊“多莉(利)”培育勝利一樣，其他克隆動物的勝利獲得也證明白_________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)哺乳動物的正常細胞核中性染色體的組成為XX(雌性)或XY(雄性)。卵母細胞在培育至減數其次次分裂的中期時，常采納顯微操作法去除細胞核。②過程是將早期胚胎移植到代孕個體的子宮中，即代表的是胚胎移植。(2)一般來說，動物細胞在傳代培育到10～50代時，部分細胞的細胞核型可能會發生變更，即遺傳物質的穩定性會降低。因此，選材時一般選10代以內的細胞，以保證細胞正常的二倍體核型。(3)獲得的克隆動物性狀與供體動物基本相同，但不完全相同，從遺傳物質的角度分析，性狀不完全相同的緣由是：克隆動物細胞質中的遺傳物質來自去核卵母細胞的細胞質，細胞質中的遺傳物質會對克隆動物的性狀產生影響。(4)高度分化的動物體細胞的全能性受到限制，但其細胞核的全能性在卵母細胞細胞質中的物質的作用下仍能得以表達。故克隆羊“多莉(利)”以及其他克隆動物的培育勝利，證明白高度分化的動物體細胞的細胞核仍具有全能性。答案：(1)XX或XY顯微操作胚胎移植(2)遺傳物質(3)卵母細胞的細胞質中的遺傳物質會對克隆動物的性狀產生影響(4)動物已分化體細胞的細胞核具有全能性考點三|動物細胞融合與單克隆抗體的制備1．動物細胞融合(1)原理：細胞膜的流淌性。(2)融合方法：聚乙二醇(PEG)、滅活的病毒、電刺激等。(3)意義：突破了有性雜交方法的局限，使遠緣雜交成為可能，也為制造單克隆抗體開拓了新途徑。2．單克隆抗體制備(1)單克隆抗體制備過程(2)單克隆抗體的優點：特異性強、靈敏度高、可大量制備。(3)單克隆抗體的應用：作為診斷試劑；制成“生物導彈”；用于治療疾病和運載藥物。eq\a\vs4\al([思索回答])1．若僅考慮細胞的兩兩融合，B淋巴細胞和骨髓瘤細胞經細胞融合后產生的細胞有3種類型，緣由是什么？提示：出現不同種類型是因為細胞融合是隨機的。2．下面兩幅圖是單克隆抗體制備的示意圖，請據圖回答下列問題：(1)圖1和圖2所示的過程中，都必需用到的動物細胞工程技術手段是什么？提示：動物細胞培育(或動物細胞融合)。(2)圖2中受體細胞A代表的是何種細胞？B所示的細胞特點是什么？提示：漿細胞(效應B)；既能無限增殖，又能產生特異性抗體。(3)圖1中Ⅱ過程與植物原生質體融合的不同之處是用什么？Ⅱ過程的原理是什么？提示：Ⅱ過程用滅活的病毒誘導；細胞膜的流淌性。單克隆抗體制備過程的關鍵分析(1)對動物免疫的緣由：B淋巴細胞要經過免疫過程，即接觸抗原，增殖分化為有特異性免疫功能的B淋巴細胞，才能產生相應的抗體，所以與骨髓瘤細胞融合的B淋巴細胞事實上是漿細胞。(2)雜交瘤細胞具備雙親的遺傳物質，不僅具有漿細胞產生特異性抗體的實力，還具有骨髓瘤細胞在體外培育條件下大量增殖的實力，可以克服單純B淋巴細胞不能無限增殖的缺點，而大量生產單克隆抗體。考法動物細胞融合技術及單克隆抗體的制備(2014·全國卷Ⅰ改編)某探討者用抗原(A)分別免疫3只同種小鼠(X、Y和Z)，每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后測定各小鼠血清抗體的效價(能檢測出抗原抗體反應的血清最大稀釋倍數)，結果如圖所示。若要制備雜交瘤細胞，需取免疫后小鼠的B淋巴細胞(染色體數目40條)，并將該細胞與體外培育的小鼠骨髓瘤細胞(染色體數目60條)按肯定比例加入試管中，再加入聚乙二醇誘導細胞融合，經篩選培育及抗體檢測，得到不斷分泌抗A抗體的雜交瘤細胞。回答下列問題：(1)制備融合所需的B淋巴細胞時，所用免疫小鼠的血清抗體效價需達到16000以上，則小鼠最少須要經過________次免疫后才能有符合要求的。達到要求后的X、Y、Z這3只免疫小鼠中，最適合用于制備B淋巴細胞的是________小鼠，理由是____________________________。(2)細胞融合試驗完成后，融合體系中除含有未融合的細胞和雜交瘤細胞外，可能還有_________________________________________________________________，體系中出現多種類型細胞的緣由是_______________________________________________________________________。(3)雜交瘤細胞中有________個細胞核。(4)未融合的B淋巴細胞經多次傳代培育后都不能存活，緣由是___________________________________________________________。解析：(1)據圖分析可知，第四次注射后X、Y、Z小鼠的血清抗體效價幾乎都達到16000以上，小鼠Y的血清抗體的效價最高，最適合用于制備單克隆抗體。(2)融合體系中除了未融合的細胞和雜交瘤細胞之外，還有骨髓瘤細胞的自身融合細胞和B淋巴細胞的自身融合細胞。細胞的融合是隨機的，并且不行能全部細胞都融合，故體系中會出現多種類型的細胞。(3)動物細胞融合后形成的是具有原來兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞。(4)正常細胞的分裂次數是有限的，且經過免疫的B淋巴細胞高度分化，不能無限增殖，而是經多次傳代培育后漸漸蒼老死亡。答案：(1)4YY小鼠的血清抗體效價最高(2)B淋巴細胞相互融合形成的細胞、骨髓瘤細胞相互融合形成的細胞細胞融合是隨機的，且融合率達不到100%(3)1(4)不能無限增殖真題體驗|感悟高考淬煉考能1．(2024·江蘇高考)牛雄性胚胎中存在特異性H-Y抗原，可在牛早期胚胎培育液中添加H-Y單克隆抗體，篩選胚胎進行移植，以利用乳腺生物反應器進行生物制藥。下列相關敘述正確的是()A．H-Y單克隆抗體由骨髓瘤細胞分泌B．應選用原腸胚做雌雄鑒別C．鑒別后的雄性胚胎可干脆做胚胎移植D．用H-Y抗原免疫母牛可獲得相應抗體D[A錯：抗體是由漿細胞產生的。B錯：原腸胚分化程度較高，取原腸胚細胞做雌雄鑒別易損傷胚胎，影響胚胎發育，應選用囊胚期的滋養層細胞。C錯：因題干中明確了利用的是乳腺生物