資源簡介

高考生物一輪專題知識梳理
第32講　植物細胞工程和動物細胞工程
課標解讀 核心素養
1.闡明植物組織培養的原理和條件 2.概述植物體細胞雜交的過程及應用 3.理解動物細胞培養的原理、條件和過程 4.概述細胞融合是單克隆抗體制備的重要技術 科學思維 建立動物細胞培養與單克隆抗體制備的基本流程模型
科學探究 探究動物細胞工程的應用
社會責任 克隆動物及其對人類社會的可能影響
考點一　植物細胞工程
1.細胞工程的概念。
2.細胞的全能性。
概念 細胞經分裂和分化后,仍然具有產生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能
原理 細胞內含有本物種的全部遺傳信息
全能性表 達條件 具有完整的細胞結構,處于離體狀態,提供一定的營養、激素和其他適宜外界條件
3.植物組織培養技術。
(1)定義和流程。
(2)探究實踐——菊花的組織培養。
提醒　①植物組織培養中所需的碳源一般為蔗糖,少數為葡萄糖和果糖,原因是蔗糖既可提供充足的碳源,又可維持相對適中的滲透壓,而葡萄糖和果糖在與蔗糖提供相同數量碳源的前提下,其造成的滲透壓可能過高。
②由愈傷組織進行細胞分化時,一般要先誘導其生芽,然后誘導其生根,可通過控制培養基中生長素和細胞分裂素的比例來實現。
4.植物體細胞雜交技術。
(1)概念:將不同來源的植物體細胞,在一定條件下融合成雜種細胞,并把雜種細胞培育成新植物體的技術。
(2)操作流程。
提醒　植物體細胞雜交屬于無性生殖。
(3)意義。
植物體細胞雜交技術在打破生殖隔離,實現遠緣雜交育種,培育植物新品種等方面展示出獨特的優勢。
5.植物細胞工程的應用。
(1)植物繁殖的新途徑。
(2)作物新品種的培育。
(3)細胞產物的工廠化生產。
①次生代謝物:是一類小分子有機化合物,在植物抗病、抗蟲等方面發揮作用,也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。
②細胞產物的工廠化生產:人們利用植物細胞培養來獲得目標產物的過程。
③植物細胞培養:是指在離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養使其增殖的技術。
正誤判斷
(1)植物的每個細胞在植物體內和體外都能表現出細胞的全能性。 (×)
(2)愈傷組織是外植體通過脫分化和再分化后形成的。 (×)
(3)用纖維素酶和果膠酶水解法獲得的植物原生質體失去了全能性。 (×)
(4)植物體細胞雜交所獲得的雜種植株的變異類型屬于染色體變異。 (√)
(5)培養草莓脫毒苗所采用的主要技術是細胞雜交。 (×)
(6)植物體細胞雜交屬于有性生殖,結果只是形成雜種細胞。 (×)
教材微點
1.(選擇性必修3 P38“拓展應用”)“番茄—馬鈴薯”沒有像想象的那樣,地上結番茄,地下長馬鈴薯,推測原因可能是生物基因之間相互調控、相互影響。
2.(選擇性必修3 P38“概念檢測”)科學家在制備原生質體時,有時使用蝸牛消化道提取液來降解植物細胞的細胞壁。據此分析,蝸牛消化道提取液中可能含有的成分是纖維素酶、果膠酶。
3.(選擇性必修3 P41“相關信息”)初生代謝是生物生長和生存所必需的代謝活動,因此在整個生命過程中它一直進行著。初生代謝物有糖類、脂質、蛋白質和核酸等。
長句突破
1.(科學思維)在進行植物組織培養的實驗時,要嚴格控制雜菌污染的原因是雜菌在培養基上生長爭奪營養,雜菌產生的物質影響植物組織的生長。
2.(事實概述)[2019·全國卷Ⅱ,T38(4)]植物組織培養技術可與基因工程技術相結合獲得轉基因植株。將含有目的基因的細胞培養成一個完整植株的基本程序是含目的基因的細胞愈傷組織小植株(用流程圖表示)。
3.(事實概述)[2019·全國卷Ⅱ,T38(1)]植物微型繁殖是植物繁殖的一種途徑。與常規的種子繁殖方法相比,這種微型繁殖技術的特點有能保持植物原有的遺傳特性;繁殖速度快(答出2點即可)。
1.植物組織培養與植物體細胞雜交的比較。
2.植物體細胞雜交和有性雜交的辨析。
角度一 結合植物組織培養的過程,考查理解能力
1.(2023·南通模擬)以二倍體蘭花花藥為外植體,經植物組織培養過程獲得蘭花植株,下列相關敘述錯誤的是 (　　)
A.為防止雜菌污染,①②③過程要進行嚴格的無菌操作
B.②過程需在培養基中添加多種植物激素以利于再分化
C.該育種過程體現了細胞的全能性
D.經④過程形成的植株中可篩選獲得純合的二倍體
解析　植物組織培養過程要求無菌、無毒的環境,其中外植體要進行消毒處理,而培養基需滅菌處理,即①②③過程要進行嚴格的無菌操作,A項正確;②過程需在培養基中添加多種植物激素以利于脫分化,B項錯誤;高度分化的細胞,首先經過脫分化形成愈傷組織,然后再分化形成植株,整個育種過程體現了植物細胞的全能性,C項正確;④過程形成的植株中可篩選獲得純合的二倍體蘭花植株,D項正確。
答案　B
2.(2019·全國卷Ⅲ)培養胡蘿卜根組織可獲得試管苗,獲得試管苗的過程如圖所示。
回答下列問題。
(1)利用胡蘿卜根段進行組織培養可以形成試管苗。用分化的植物細胞可以培養成完整的植株,這是因為植物細胞具有　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)步驟③切取的組織塊中要帶有形成層,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)從步驟⑤到步驟⑥需要更換新的培養基,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。在新的培養基上愈傷組織通過細胞的　　　　　　過程,最終可形成試管苗。
(4)步驟⑥要進行照光培養,其作用是　　　　　　　　。
(5)經組織培養得到的植株,一般可保持原品種的　　　　,這種繁殖方式屬于　　　　繁殖。
解析　(1)植物細胞具有全能性,利用已分化的植物細胞通過植物組織培養可以培養成完整植株。(2)形成層細胞分化程度低,全能性較高,更容易誘導形成愈傷組織,進而獲得完整植株。(3)愈傷組織的形成和試管苗的分化需要不同的生長素與細胞分裂素比例,因此誘導愈傷組織的形成階段到分化階段需要不同的培養基。愈傷組織通過再分化過程,最終可形成試管苗。(4)葉綠素的形成需要光,試管苗的發育也需要光,因此試管苗的誘導階段需要光照。(5)通過植物組織培養獲得植株的方式是無性繁殖的一種,可以保持原品種的遺傳特性。
答案　(1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因)　(2)形成層容易誘導形成愈傷組織　(3)誘導愈傷組織形成和誘導愈傷組織分化形成試管苗所需的生長素和細胞分裂素的比例不同　分化(或再分化)　(4)誘導葉綠素的形成,使試管苗能夠進行光合作用　(5)遺傳特性　無性
組織培養得到植株的兩種常見途徑
(1)愈傷組織形成后經誘導發芽形成叢狀苗,再生根形成植株。
(2)愈傷組織形成后經液體懸浮培養得到單個細胞,誘導形成胚狀體再形成植株。
角度二 圍繞植物體細胞雜交,考查科學探究能力
3.(2023·湖南郴州模擬)科學家利用馬鈴薯和西紅柿葉片分離原生質體并進行細胞雜交,最終獲得了雜種植株,相關過程如圖所示。有關分析正確的是 (　　)
A.過程①應將葉片上表皮向上,置于含纖維素酶和果膠酶的等滲或略高滲溶液中
B.過程②中的原生質體由細胞膜、液泡膜及兩層膜之間的細胞質構成
C.④過程常用滅活病毒誘導法,目的是促進原生質體融合
D.⑤進行脫分化和再分化過程,雜種植株一定具有馬鈴薯和西紅柿的優良性狀
解析　過程①應將葉片下表皮的一面朝下(能與溶液接觸),置于含有纖維素酶和果膠酶的溶液中去除細胞壁,原生質體沒有細胞壁,為避免原生質體吸水漲破,將葉片置于等滲或略高滲溶液中,A項正確;原生質層是由細胞膜、液泡膜以及這兩層膜之間的細胞質組成的,而原生質體是指植物細胞去除細胞壁后的剩余部分,B項錯誤;誘導原生質體融合的化學法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+-高pH融合法等,滅活病毒是用于誘導動物細胞融合的方法,C項錯誤;由于基因的選擇性表達,獲得的雜種植株不一定能夠表現親本的優良性狀,如番茄-馬鈴薯雜種植物,地上沒有結番茄,地下也沒有長馬鈴薯,D項錯誤。
答案　A
4.(2023·山西聯考)植物體細胞雜交育種的一個重要應用是將栽培品種與相關的野生資源作為親本,經過原生質體融合、選擇與再生,使栽培品種獲得野生型的抗性特征。下列說法錯誤的是 (　　)
A.若雜種植株可育并能穩定地遺傳,就有可能形成農業上有用的新物種
B.體細胞雜交可轉移核染色體、細胞質DNA,在一定程度上克服遠緣雜交的不親和性
C.可用電激、聚乙二醇或滅活的病毒來誘導原生質體的融合
D.由二倍體親本體細胞雜交可獲得異源四倍體,與二倍體親本回交,產生不育的三倍體
解析　經植物體細胞雜交將來自兩個不同植物的體細胞融合成雜種細胞,把其培養成植株,若雜種植株能穩定遺傳,就有可能形成農業上有用的新物種,A項正確;植物體細胞雜交實現了兩個不同物種的細胞融合,B項正確;可用電激、聚乙二醇等來誘導原生質體的融合,但滅活的病毒只能誘導動物細胞融合,C項錯誤;利用植物體細胞雜交得到的植株含有雙親的全部遺傳物質,因此由二倍體親本體細胞雜交可獲得可育的異源四倍體,與二倍體親本回交,產生不育的三倍體,D項正確。
答案　C
角度三 圍繞植物細胞工程的應用,考查創新應用能力
5.(2023·北京海淀模擬預測)黑脛病對甘藍型油菜的危害十分嚴重,黑芥能抗黑脛病,兩者不能直接雜交。為解決該問題,科研人員通過下圖所示過程獲得抗病品系。據圖分析,下列相關敘述不正確的是 (　　)
A.最終獲得的抗病植株具有完整的甘藍型油菜和黑芥的遺傳信息
B.過程①可使用纖維素酶,過程②可利用PEG進行誘導
C.過程③發生脫分化,過程④體現出植物細胞具有全能性
D.黑芥與甘藍型油菜存在生殖隔離
解析　黑芥的葉肉細胞原生質體經X射線照射后發生部分染色體結構破壞,因而最終獲得的抗病植株不具有完整的黑芥的遺傳信息,A項錯誤;過程①表示去除細胞壁的過程,可以用纖維素酶和果膠酶處理;過程②表示誘導原生質體融合的過程,可利用PEG進行誘導,B項正確;融合后的原生質體經過誘導長出細胞壁,經過程③發生脫分化和過程④后形成抗病植株,由雜種細胞培育成完整植株的過程體現出植物細胞具有全能性,C項正確;根據題意可知,黑芥與甘藍型油菜不能直接雜交,說明兩者存在生殖隔離,D項正確。
答案　A
6.(2023·福建南平模擬)馬鈴薯是同源四倍體,是由正常二倍體通過染色體加倍形成的,通常通過無性繁殖產生后代。長期種植會使病毒積累在體內,使其產量降低,品質變差。如圖表示利用馬鈴薯外植體(即離體的器官、組織或細胞)經植物組織培養技術培育脫毒馬鈴薯苗的過程。
外植體愈傷組織胚狀體→脫毒苗→馬鈴薯
回答下列問題:
(1)外植體能夠形成幼苗所依據的原理是　　　　　　　　　;圖中①②過程分別是　　　　　　　　　。
(2)培育脫毒苗時,一般選取　　　　　　作為外植體,經過植物組織培養,再生植株就有可能不帶病毒,原因是　　　　　。
(3)若用基因型為AAaa的四倍體馬鈴薯的花藥作為外植體進行組織培養,經誘導染色體加倍后得到的馬鈴薯幼苗的基因型是　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)植物體的任何一個細胞都具有發育成完整植株的潛能,稱為植物細胞的全能性,所以外植體能夠形成幼苗所依據的原理是植物細胞的全能性;已分化的細胞經過誘導后失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程叫脫分化,所以①過程是脫分化,②是再分化過程,再分化是指已經脫分化的愈傷組織在一定條件下,再分化出胚狀體,形成完整植株。(2)培育脫毒苗時,一般選取莖尖作為外植體,其依據是植物分生區附近(莖尖)病毒極少,甚至無病毒。(3)由于AAaa基因型的馬鈴薯經過減數分裂能夠產生AA、Aa、aa三種基因型的配子,并且比例為1∶4∶1,因此AAaa基因型的馬鈴薯經花藥離體培養過程得到AA、Aa、aa三種基因型的單倍體幼苗,在幼苗時期常用秋水仙素試劑處理,使染色體數目加倍,得到AAAA、AAaa、aaaa三種基因型的四倍體植株。
答案　(1)植物細胞的全能性　脫分化、再分化
(2)(一定大小的)莖尖　植物分生區附近(如莖尖)的病毒極少,甚至無病毒　(3)AAAA、aaaa、AAaa
考點二　動物細胞工程
1.動物細胞培養。
(1)地位。
動物細胞工程常用的技術包括動物細胞培養、動物細胞融合、動物細胞核移植等。其中動物細胞培養是動物細胞工程的基礎。
(2)培養條件。
提醒　動物細胞培養一般用液體培養基,植物組織培養一般用固體培養基。
(3)培養過程。
①制備細胞懸液。
②動物細胞培養。
提醒　①區分原代培養和傳代培養的關鍵是看用胰蛋白酶處理的對象和是否分瓶。
②分瓶前,第一次用胰蛋白酶對動物組織進行處理后的培養是原代培養。
③第二次用胰蛋白酶處理,使細胞從瓶壁上脫離下來,分瓶后的細胞培養為傳代培養。
2.干細胞培養及其應用。
(1)概念:干細胞是一類具有自我更新和分化潛能的細胞,與組織、器官的發育、再生和修復密切相關。
(2)來源:早期胚胎、骨髓和臍帶血等。
(3)分類:包括胚胎干細胞和成體干細胞等。
①
②
(4)誘導多能干細胞(iPS細胞)。
正誤判斷
(1)制備肝細胞懸液時先用剪刀剪碎肝組織,再用胃蛋白酶處理。 (×)
(2)肝細胞培養過程中通常在培養液中通入5%的CO2刺激細胞呼吸。 (×)
(3)在25 ℃的實驗條件下可順利完成大鼠神經細胞的培養。 (×)
(4)培養保留接觸抑制的細胞在培養瓶壁上可形成多層細胞。 (×)
(5)二倍體細胞的傳代培養次數通常是無限的。 (×)
(6)動物細胞核移植的受體細胞必須是卵細胞。 (×)
長句突破
如圖為動物細胞培養過程中細胞增殖情況的變化曲線,圖中B、E兩點表示經篩選、分裝后繼續培養。據圖分析:
(1)原代培養和傳代培養的分界點是圖中哪個點
提示　B點之前的培養稱為原代培養,之后的培養稱為傳代培養。
(2)AB段和DE段繁殖速度緩慢的原因是什么
提示　AB段發生了接觸抑制;DE段細胞大部分衰老失去分裂能力。
(3)E點后的細胞大多數具有異倍體核型,這樣的細胞有什么特點
提示　E點后的細胞屬于細胞系,能無限增殖。
歸納比較植物組織培養與動物細胞培養。
比較項目 植物組織培養 動物細胞培養
理論基礎 植物細胞全能性 細胞增殖
培 養 基 類型 固體或半固體培養基 液體培養基
成分 水、礦質元素、維生素、蔗糖、氨基酸、瓊脂 葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、促生長因子、動物血清等
取材 植物幼嫩部位或花藥等 動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織
關鍵環節 細胞的脫分化和再分化 細胞增殖和癌變
結果 新的組織或植株個體,可以體現全能性 新的細胞系或細胞株,不形成個體,不體現全能性
應用 ①植株快速繁殖 ②脫毒植株的培育 ③制備人工種子 ④生產藥物、殺蟲劑等 ⑤轉基因植物的培育 ①蛋白質生物制品的生產 ②皮膚移植材料的培育 ③檢測有毒物質 ④生理、病理、藥理學研究
相同點 ①兩技術手段培養過程中細胞都進行有絲分裂,都是無性繁殖,都可稱克隆,都不涉及減數分裂 ②均為無菌操作,需要適宜的溫度、pH等條件
角度一 通過動物細胞培養過程的分析,考查理解能力
1.實驗小鼠皮膚細胞培養(非克隆培養)的基本過程如圖所示。下列敘述錯誤的是 (　　)
實驗小鼠 皮膚組織 皮膚細胞 細胞培養1 細胞培養2
A.甲過程需要對實驗小鼠進行消毒
B.乙過程對皮膚組織可用胰蛋白酶處理
C.丙過程是原代培養
D.丁過程直接將丙過程得到的細胞分瓶培養
解析　動物細胞培養需要無毒無菌的環境,甲過程是指從實驗小鼠身上取下皮膚組織,該過程需要對小鼠進行消毒處理,A項正確;乙過程表示將皮膚組織分散成單個細胞制備成細胞懸液,可用胰蛋白酶或膠原蛋白酶進行處理,B項正確;丁過程表示傳代培養,需要再次用胰蛋白酶處理并離心收集,將收集細胞制成細胞懸液,然后分瓶培養,D項錯誤。
答案　D
2.(2023·北京延慶模擬)6 磷酸葡萄糖脫氫酶(G 6PD)有F和S兩種類型,分別由一對等位基因XF和XS編碼。將基因型為XFXS的女性皮膚組織用胰蛋白酶處理,進行原代培養,然后用不同的單個細胞分別進行單克隆培養。分別從原代培養和各單克隆培養取樣,對G 6PD進行電泳檢測,結果如圖所示。以下敘述錯誤的是 (　　)
A.原代培養的細胞中都含有XF基因和XS基因
B.原代培養細胞電泳圖有2個條帶,是因為同時檢測了多個細胞
C.單克隆培養的細胞1、2、4、5、8、9與3、6、7所含基因不同
D.實驗結果可能是女性細胞中一條X染色體隨機失活導致的
解析　將基因型為XFXS的女性皮膚組織用胰蛋白酶處理,進行原代培養,由于細胞分裂過程中遺傳物質不變,所以原代培養的細胞中都含有XF基因和XS基因,A項正確;對原代培養的細胞進行電泳檢測,結果出現F型蛋白和S型蛋白,而單克隆培養的細胞只能出現一種條帶,說明原代培養的細胞為不同類型,即原代培養細胞電泳圖有2個條帶是因為同時檢測了多個細胞,B項正確;動物細胞培養過程中細胞分裂方式為有絲分裂,遺傳物質不變,故細胞1、2、4、5、8、9與3、6、7所含基因相同,C項錯誤;原代培養的細胞后代用胰蛋白酶處理形成的單個細胞進行克隆培養,在克隆培養的后代中,有的細胞群只合成F型蛋白,有的細胞群只合成S型蛋白,說明XFXS的雌性體細胞的兩個X染色體會有一個隨機失活,且這個細胞的后代相應的X染色體均會發生同樣的變化,D項正確。
答案　C
角度二 通過干細胞培養及其應用的分析,考查生命觀念和社會責任
3.(不定項)科學家們從27種候選分子中,通過排列組合實驗,最終選取了8種在卵子發育早期十分關鍵的分子(NOBOX,FIGLA,TBPL2,SOHLH1,STAT3,DYNLL1,SUB1,and LHX8),通過基因工程的方法改造胚胎干細胞,賦予了胚胎干細胞制造這8種蛋白質的能力。這些蛋白質表達以后,通過調控細胞的分化,將這些胚胎干細胞轉化成了像卵子一樣的細胞,它們甚至還可以與精子受精,并且發育成一個早期胚胎。下列相關敘述錯誤的是 (　　)
A.胚胎干細胞制造出這8種蛋白質是細胞全能性的體現
B.上述方法得到的早期胚胎通過代孕能發育為正常個體
C.胚胎干細胞轉化成像卵子一樣的細胞是通過細胞分化來實現的
D.胚胎干細胞能夠不斷分裂和分化,不會發生衰老和凋亡
解析　胚胎干細胞制造出8種蛋白質并未體現細胞的全能性,A項錯誤;由于上述方法得到的早期胚胎是由胚胎干細胞轉化后和精子受精結合形成的,胚胎干細胞是體細胞,并不是經過減數分裂得到染色體減半的卵細胞,故通過代孕不能得到正常個體,B項錯誤;據題干信息可知,通過基因工程賦予胚胎干細胞制造8種蛋白質的能力,在這些蛋白質表達以后,通過調控細胞的分化,將這些胚胎干細胞轉化成了像卵子一樣的細胞,C項正確;胚胎干細胞也會發生衰老和凋亡,D項錯誤。
答案　ABD
4.角膜緣干細胞能更新角膜上皮細胞,角膜上皮細胞對維持角膜的透明性至關重要。回答下列問題:
(1)將角膜緣組織剪碎,加入　　　　　　　　　　　處理,可獲得大量游離分散的細胞。
(2)通常角膜緣干細胞的培養控制在10代以內,原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)離體培養角膜緣干細胞時,一般需要在合成培養基中加入　　　　　　　　等天然成分,培養時所需的氣體主要有　　　。
(4)研究發現,細胞因子能夠調控角膜緣干細胞分化。放線菌素D能通過阻礙RNA聚合酶的功能進而抑制細胞因子的調控,由此推斷該抑制過程發生在　　　　(填“復制”“轉錄”或“翻譯”)水平。
解析　(1)將動物組織剪碎后,加入胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理,可獲得大量游離分散的細胞。(2)一般來說,10代以內的細胞能保持細胞正常的二倍體核型,故通常角膜緣干細胞的培養控制在10代以內。(3)離體培養動物細胞時,一般需要在合成培養基中加入血清(或血漿)等天然成分,培養時所需的氣體主要有O2和CO2。(4)放線菌素D能通過阻礙RNA聚合酶的功能進而抑制細胞因子的調控,RNA聚合酶是催化DNA轉錄形成RNA的酶,故被抑制的過程發生在轉錄水平。
答案　(1)胰蛋白酶或膠原蛋白酶
(2)保持細胞正常的二倍體核型
(3)血清(或血漿)　O2和CO2
(4)轉錄
考點三　動物細胞融合技術與單克隆抗體
1.動物細胞融合技術。
(1)概念:使兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的技術。
(2)融合原理和結果。
①融合原理:細胞膜的流動性。
②融合結果:形成雜交細胞。
(3)誘導融合方法:PEG融合法、電融合法和滅活病毒誘導法等。
(4)意義:突破了有性雜交的局限,使遠緣雜交成為可能。
(5)動物細胞融合技術的應用。
①成為研究細胞遺傳、細胞免疫、腫瘤和培育生物新品種的重要手段。
②為制造單克隆抗體開辟了新途徑。
提醒　滅活是指用物理或化學手段使病毒或細菌失去感染能力,但是并不破壞這些病原體的抗原結構。
2.單克隆抗體及其應用。
(1)制備原理。
①B淋巴細胞特點:一種B淋巴細胞只分泌一種特異性抗體。
②骨髓瘤細胞特點:能在體外大量增殖。
③雜交瘤細胞特點:既能迅速大量增殖,又能產生抗體。
(2)制備過程。
(3)單克隆抗體的應用。
正誤判斷
(1)植物原生質體融合與動物細胞融合的原理是相同的。 (√)
(2)動物細胞融合過程中既有細胞膜融合也有核的融合。 (√)
(3)與植物原生質體融合相比,動物細胞融合特有的誘導因素有聚乙二醇、滅活的病毒。 (×)
(4)動物細胞融合后的雜交細胞仍然是二倍體細胞。 (×)
(5)單克隆抗體的制備首先要從小鼠體內提取B淋巴細胞。 (×)
(6)單克隆抗體制備過程中兩次篩選的目的相同。 (×)
(7)雜交瘤細胞進行體內培養,更容易控制培養條件。 (√)
長句突破
1.(科學思維)[2018·全國卷Ⅲ,T38(2)]哺乳動物的核移植可以分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植,胚胎細胞核移植獲得克隆動物的難度小于(填“大于”或“小于”)體細胞核移植,其原因是胚胎細胞分化程度低,表現全能性相對容易。
2.(科學思維)[全國卷Ⅱ,T40(3)]若經核移植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原因是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。
3.(科學思維)[全國卷Ⅰ,T40(2)]B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合實驗完成后,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,體系中出現多種類型細胞的原因是細胞融合是隨機的,且融合率達不到100%。
4.(科學思維)[全國卷Ⅰ,T40(4)]未融合的B淋巴細胞經多次傳代培養后都不能存活,原因是B淋巴細胞不能無限增殖。
1.比較植物體細胞雜交和動物細胞融合。
項目 植物體細胞雜交 動物細胞融合
原理 細胞膜的流動性、細胞的全能性 細胞膜的流動性、細胞增殖
融合 前處理 除去細胞壁 使細胞分散開
相關酶 纖維素酶和果膠酶 胰蛋白酶或膠原蛋白酶
誘導 方法 物理法:電融合法、離心法; 化學法:聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法 物理法:電融合法; 化學法:聚乙二醇融合法; 生物法:滅活的病毒誘導
結果 雜種植株 雜交細胞
應用 培育植物新品種 主要用于制備單克隆抗體
意義 突破遠緣雜交不親和的障礙,打破了生殖隔離,擴展了雜交的親本組合
相同點 動物細胞融合與植物原生質體融合的基本原理都是細胞膜的流動性,誘導動物細胞融合與植物原生質體融合的方法都常用PEG融合法和電融合法等
2.單克隆抗體制備過程中兩次篩選的原因、方法及目的。
項目 第一次篩選 第二次篩選
篩選 原因 誘導融合后會得到多種雜交細胞,另外還有未融合的細胞 由于小鼠在生活中還受到其他抗原的刺激,所以經選擇性培養獲得的雜交瘤細胞中有能產生其他抗體的細胞
篩選 方法 用特定的選擇培養基篩選:未融合的細胞和同種細胞融合后形成的細胞(“B—B”細胞、“瘤—瘤”細胞)都會死亡,只有融合的雜交瘤細胞(“B—瘤”細胞)才能生長 用多孔培養皿培養,在每個孔只有一個雜交瘤細胞的情況下開始克隆化培養和抗體檢測,經多次篩選得到能產生特異性抗體的細胞群
篩選 目的 得到雜交瘤細胞 得到能分泌所需抗體的雜交瘤細胞
角度 結合單克隆抗體及其應用,考查科學探究能力
1.B7分子是一類在抗原呈遞細胞表面表達的重要分子,主要參與T細胞、B細胞活化。其異常表達與系統性紅斑狼瘡的發生有關。研究者利用流式細胞術檢測熒光標記的鼠抗人B7單克隆抗體(B7單抗)與不同細胞的結合能力,結果如圖。下列說法錯誤的是 (　　)
注:縱坐標表示細胞數目相對值,橫坐標103-104區間為B7熒光信號特異性區域。
A.B7單抗能識別小鼠成纖維細胞轉入B7細胞、人B淋巴瘤細胞株
B.B7單抗不識別小鼠成纖維細胞,識別食蟹猴中脾臟細胞表達的B7
C.系統性紅斑狼瘡可能的免疫機理是B細胞大量活化,產生自身抗體
D.結果表明B7單抗對自身免疫性疾病不能具有一定的預防治療作用
解析　由圖示可知,小鼠成纖維細胞轉入B7細胞、人B淋巴瘤細胞株在103~104區間B7熒光信號較高,說明單抗能識別小鼠成纖維細胞轉入B7細胞、人B淋巴瘤細胞株,A項正確;由圖示可知,小鼠成纖維細胞在103~104區間沒有B7熒光信號,說明B7單抗不識別小鼠成纖維細胞;食蟹猴脾臟細胞在103~104區間B7熒光信號較高,說明B7單抗能識別食蟹猴中脾臟細胞表達的B7,B項正確;由題意可知,若B細胞大量活化,產生自身抗體,攻擊自身組織細胞,則可能引起自身免疫病—系統性紅斑狼瘡,C項正確;由題意可知,B7單抗能與B7分子特異性結合,抑制B7分子參與B細胞活化,故B7單抗對自身免疫性疾病具有一定的預防治療作用,D項錯誤。
答案　D
2.(2023·山西朔州期末)抗體—藥物偶聯物(ADC)通過將細胞毒素與能特異性識別腫瘤抗原的單克隆抗體結合。實現對腫瘤細胞的選擇性殺傷,同時對正常細胞沒有毒性。回答下列問題:
(1)制備ADC中所用抗腫瘤抗原的單克隆抗體時,首先需要利用基因工程技術建立腫瘤抗原表達載體,然后用抗原對小鼠進行免疫,使小鼠產生　　　　,此過程需要多次免疫小鼠的原因是　　　　　　　　　　。
(2)單克隆抗體制備過程中要經過兩次篩選。第一次篩選的目的是　　　　　　　　　　　　,第二次篩選所用的方法是　　　　　　　　　　　　,經過篩選,最終得到的細胞的特點是　　　　　　　　　　。
(3)為了得到大量抗腫瘤抗原的單克隆抗體,可將抗體檢測呈　　　　的雜交瘤細胞,在體外條件下大規模培養或　　　　　　　　　　,最終從細胞培養液或小鼠腹水中獲得。
(4)單克隆抗體除了在ADC中的應用,在臨床上的應用還有　　　　　　　　　　　　(答出兩點)。
解析　(1)制備單克隆抗體時,用抗原對小鼠進行免疫,使小鼠產生B淋巴細胞,此過程需要多次免疫小鼠以便獲得更多的B淋巴細胞。(2)單克隆抗體制備過程中要經過兩次篩選,第一次用選擇培養基篩選,目的是獲得雜交瘤細胞,第二次用抗原抗體雜交法檢測法篩選,最終得到的雜交瘤細胞既能無限增殖,又能產生特異性抗體。(3)獲得雜交瘤細胞后,需要進行克隆化培養和抗體檢測。為了得到大量抗腫瘤抗原的單克隆抗體,可將抗體檢測呈陽性的雜交瘤細胞,注射到小鼠腹腔內使其增殖,可以從小鼠的腹水中提取大量的單克隆抗體。(4)除ADC外,單克隆抗體在臨床上的應用還有作為診斷試劑、單獨使用治療疾病、病原體鑒定等。
答案　(1)特異性抗體　獲得更多相應的B淋巴細胞
(2)篩選出雜交瘤細胞　抗原—抗體雜交法　既能無限增殖,又能產生特異性抗體
(3)陽性　注射到小鼠腹腔內
(4)疾病的診斷、病原體鑒定
考點四　動物體細胞核移植技術和克隆動物
1.概念、原理及類型。
2.體細胞核移植的過程。
3.體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題。
畜牧業 加速家畜遺傳改良進程,促進優良畜群繁育
保護瀕危物種
醫藥 衛生 ①作為生物反應器生產醫用蛋白; ②轉基因克隆動物的細胞、組織或器官可用于異種移植; ③人核移植胚胎干細胞,經過誘導分化形成相應的細胞組織或器官,可用于器官移植,可避免發生免疫排斥反應
成功率非常低
克隆動物存在健康問題,表現出遺傳和生理缺陷
正誤判斷
(1)與多莉羊等克隆哺乳動物相關的技術有胚胎移植、細胞培養和核移植。 (√)
(2)克隆植物和克隆動物都只具備一個親本的遺傳特性。 (×)
(3)動物體細胞核移植的難度明顯高于胚胎細胞核移植。 (√)
(4)選擇MⅡ期的卵母細胞作為核移植的受體細胞的主要原因是該細胞大,顯微操作方便。 (×)
(5)可用Ca2+載體激活重構胚,使其完成細胞分裂和發育進程。 (√)
(6)重構胚是指人工重新構建的胚胎,具有發育成完整個體的能力。 (√)
(7)動物細胞核移植技術中普遍使用的去核方法是梯度離心法。 (×)
教材微點
1.(選擇性必修3 P54“相關信息”)目前動物細胞核移植技術中普遍使用的去核方法是顯微操作法。也可采用梯度離心、紫外線短時間照射和化學物質處理等方法。這些方法是在沒有穿透卵母細胞透明帶的情況下去核或使其中的DNA變性。
2.(選擇性必修3 P54“思考·討論”)(1)體細胞核移植技術中必須先去掉受體卵母細胞的細胞核的原因是保證核移植動物的核遺傳物質全部來自供體細胞。
(2)通過體細胞核移植方法生產的克隆動物,不是對體細胞供體動物進行了100%的復制,原因是克隆動物絕大部分DNA來自供體細胞核,其核外還有少量的DNA,即線粒體中的DNA來自受體卵母細胞。此外,動物的一些行為、習性的形成與所處環境有很大關系。
動物細胞培養與動物體細胞核移植的比較。
角度一 圍繞動物體細胞核移植操作原理和過程,考查理解能力
1.(不定項)下列對動物核移植技術的描述正確的是 (　　)
A.體細胞核移植的過程中可通過顯微操作去核法去除卵母細胞中的核
B.用于體細胞核移植的卵母細胞通常要在體外培養到減數分裂Ⅱ中期
C.通過體細胞核移植方法生產的克隆動物與核供體性狀并不完全相同
D.非人靈長類動物的體細胞核移植非常困難,至今沒有成功實例
解析　體細胞核移植的過程中可通過顯微操作去核法去除卵母細胞中的核,A項正確;用于體細胞核移植的卵母細胞通常要在體外培養至減數分裂Ⅱ中期,B項正確;體細胞核移植中,重組細胞的遺傳物質有部分來自去核卵母細胞,因此克隆動物的性狀與核供體性狀不完全相同,C項正確;在動物體細胞核移植中,非人靈長類動物的體細胞核移植非常困難,我國科學家經過多年努力,攻克了障礙,成功獲得了體細胞克隆猴,D項錯誤。
答案　ABC
2.(2021·遼寧卷)下圖是利用體細胞核移植技術克隆優質奶牛的簡易流程圖,下列有關敘述正確的是 (　　)
A.后代丁的遺傳性狀由甲和丙的遺傳物質共同決定
B.過程①需要提供95%空氣和5%CO2的混合氣體
C.過程②常使用顯微操作去核法對受精卵進行處理
D.過程③將激活后的重組細胞培養至原腸胚后移植
解析　后代丁的細胞核的遺傳物質來自甲,細胞質的遺傳物質來自乙,則丁的遺傳性狀由甲和乙的遺傳物質共同決定,A項錯誤;動物細胞培養中需要提供95%空氣(保證細胞的有氧呼吸)和5%CO2(維持培養液的pH)的混合氣體,B項正確;過程②常使用顯微操作去核法對卵母細胞進行處理,C項錯誤;過程③將激活后的重組細胞培養至囊胚或桑葚胚后移植,D項錯誤。
答案　B
角度二 借助克隆動物及其應用,考查社會責任
3.如圖為體細胞克隆猴“中中”和“華華”的培育流程,為建立人類疾病的動物模型、研究疾病機理帶來光明前景。下列敘述正確的是 (　　)
A.過程①將成纖維細胞注射到去核的卵母細胞中,體現細胞膜的選擇透過性
B.過程②在培養基中加入的動物血清含有激發成纖維細胞核全能性表達的物質
C.過程③進行同期發情處理,可降低代孕母猴對“中中”“華華”的免疫排斥反應
D.與模型小鼠相比,模型猴更適合于研究人類疾病的發病機理、研發診治藥物
解析　過程①將成纖維細胞注射到去核的卵母細胞中,未體現細胞膜的選擇透過性,A項錯誤;培養細胞時在培養基中加入一定量的動物血清的作用是模擬內環境和補充未知的缺少的營養物質,激發成纖維細胞核全能性的是卵細胞的細胞質中的物質,B項錯誤;過程③進行同期發情處理,是為胚胎移入受體提供相同的生理環境,C項錯誤;猴子與人類的親緣關系比小鼠近,與模型小鼠相比,模型猴更適合于研究人類疾病的發病機理、研發診治藥物,D項正確。
答案　D
4.(2021·湖南卷)M基因編碼的M蛋白在動物A的肝細胞中特異性表達。現設計實驗,將外源DNA片段F插入M基因的特定位置,再通過核移植、胚胎培養和胚胎移植等技術獲得M基因失活的轉基因克隆動物A,流程如圖所示。回答下列問題:
(1)在構建含有片段F的重組質粒過程中,切割質粒DNA的工具酶是　　　　　　,這類酶能將特定部位的兩個核苷酸之間的　　　　　　　　斷開。
(2)在無菌、無毒等適宜環境中進行動物A成纖維細胞的原代和傳代培養時,需要定期更換培養液,目的是　　　　　　　　。
(3)與胚胎細胞核移植技術相比,體細胞核移植技術的成功率更低,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
從早期胚胎中分離獲得的胚胎干細胞,在形態上表現為　　　　　　　　　　　　　　(答出兩點即可),功能上具有　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)鑒定轉基因動物:以免疫小鼠的　　　　淋巴細胞與骨髓瘤細胞進行融合,篩選融合雜種細胞,制備M蛋白的單克隆抗體。簡要寫出利用此抗體確定克隆動物A中M基因是否失活的實驗思路:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)限制酶識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸間的磷酸二酯鍵斷開。(2)動物細胞體外培養需要無菌、無毒等適宜環境,因此動物細胞培養的培養液及所有培養用具使用前應進行無菌處理,還應定期更換培養液,以便清除代謝(產)物,防止代謝(產)物積累對細胞自身造成危害。(3)哺乳動物核移植分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植,其中胚胎細胞核移植較易成功,因為與胚胎細胞相比,動物體細胞分化程度高,表現全能性十分困難。胚胎干細胞存在于早期胚胎中,在形態上表現為細胞體積小、細胞核大、核仁明顯;在功能上具有發育的全能性。(4)制備單克隆抗體時,應將從免疫小鼠中得到的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合并篩選出可大量產生M蛋白抗體的雜交瘤細胞。為確定克隆動物A中M基因是否失活,可利用抗原—抗體特異性結合原理,將制備的M蛋白的單克隆抗體與轉基因動物肝臟中提取的蛋白質混合,觀察是否產生雜交帶,若未出現雜交帶,說明M基因已失活。
答案　(1)限制酶(限制性內切核酸酶)　磷酸二酯鍵　(2)清除代謝(產)物,防止細胞代謝(產)物積累對細胞自身造成危害　(3)體細胞分化程度高,恢復其(表現)全能性十分困難　細胞體積小,細胞核大,核仁明顯　發育的全能性　(4)B　提取此克隆動物的肝臟蛋白,作為抗原,與M蛋白的單克隆抗體進行抗原—抗體雜交,若未出現雜交帶,證明M基因已失活
1.(2020·山東卷)兩種遠緣植物的細胞融合后會導致一方的染色體被排出。若其中一個細胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂,形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出,未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中。依據該原理,將普通小麥與耐鹽性強的中間偃麥草進行體細胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種,過程如下圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.過程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細胞
B.過程②的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂
C.過程③中常用滅活的病毒誘導原生質體融合
D.耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段
解析　植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠,過程①需用纖維素酶和果膠酶除去細胞壁獲得原生質體,A項正確;紫外線屬于誘發變異的物理因素,紫外線照射的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂,B項正確;過程③為誘導植物原生質體融合,常用電融合法、離心法、聚乙二醇融合法、高Ca2+-高pH融合法等方式處理,不用滅活的病毒誘導,C項錯誤;普通小麥沒有耐鹽基因,耐鹽小麥的形成是將來自中間偃麥草的含有耐鹽基因的染色體片段整合到普通小麥染色體上的結果,D項正確。
答案　C
2.(2019·江蘇卷)為探究矮牽牛原生質體的培養條件和植株再生能力,某研究小組的實驗過程如圖。下列敘述正確的是 (　　)
A.過程①獲得的原生質體需懸浮在30%蔗糖溶液中
B.過程②需提高生長素的比例以促進芽的分化
C.過程③需用秋水仙素處理誘導細胞壁再生
D.原生質體雖無細胞壁但仍保持細胞的全能性
解析　過程①是制備原生質體,獲得的原生質體若懸浮在30%的蔗糖溶液中會導致原生質體失水皺縮甚至死亡,A項錯誤;過程②為再分化過程,需提高細胞分裂素的比例以促進芽的分化,B項錯誤;秋水仙素的作用是抑制紡錘體的形成,且愈傷組織細胞已經具備細胞壁,故過程③不需要用秋水仙素處理,C項錯誤;原生質體雖無細胞壁,但含有細胞核等結構,即含有個體發育所需的全部遺傳信息,故原生質體仍保持細胞的全能性,D項正確。
答案　D
3.(2021·山東卷)一個抗原往往有多個不同的抗原決定簇,一個抗原決定簇只能刺激機體產生一種抗體,由同一抗原刺激產生的不同抗體統稱為多抗。將非洲豬瘟病毒衣殼蛋白p72注入小鼠體內,可利用該小鼠的免疫細胞制備抗p72的單抗,也可以從該小鼠的血清中直接分離出多抗。下列說法正確的是 (　　)
A.注入小鼠體內的抗原純度對單抗純度的影響比對多抗純度的影響大
B.單抗制備過程中通常將分離出的漿細胞與骨髓瘤細胞融合
C.利用該小鼠只能制備出一種抗p72的單抗
D.p72部分結構改變后會出現原單抗失效而多抗仍有效的情況
解析　單抗的制作需要篩選,而多抗不需要篩選,抗原純度越高,產生的多抗純度越高,因此抗原純度對單抗純度的影響比對多抗純度的影響小,A項錯誤;單抗制備過程中通常是免疫后將脾臟破碎,然后用離心法將脾臟細胞(包含各種產生或不產生抗體的B細胞)和紅細胞分開,然后用脾細胞與骨髓瘤細胞融合,而不能直接分離出漿細胞,B項錯誤;非洲豬瘟病毒衣殼蛋白 p72 上有多種抗原決定簇,一個抗原決定簇只能刺激機體產生一種抗體,所以向小鼠體內注入p72 后,可以刺激小鼠產生多種抗p72的單抗,C項錯誤;p72 部分結構改變只改變了部分抗原決定簇,因此由這部分抗原決定簇產生的抗體失效,但由于還存在由其他抗原決定簇刺激機體產生的抗體,所以多抗仍有效,D項正確。
答案　D
4.(2022·山東卷)如圖所示,將由2種不同的抗原分別制備的單克隆抗體分子,在體外解偶聯后重新偶聯可制備雙特異性抗體,簡稱雙抗。下列說法錯誤的是 (　　)
A.雙抗可同時與2種抗原結合
B.利用雙抗可以將蛋白類藥物運送至靶細胞
C.篩選雙抗時需使用制備單克隆抗體時所使用的2種抗原
D.同時注射2種抗原可刺激B細胞分化為產雙抗的漿細胞
解析　根據抗原和抗體發生特異性結合的原理推測,雙抗可同時與2種抗原結合,A項正確;根據抗原與抗體能夠發生特異性結合的特性,利用雙抗可以將蛋白類藥物運送至靶細胞,從而使藥物發揮相應的作用,B項正確;在兩種不同的抗原刺激下,B細胞增殖、分化產生不同的漿細胞分泌形成兩種抗體,因此,篩選雙抗時需使用制備單克隆抗體時所使用的2種抗原來進行抗原-抗體檢測,從而實現對雙抗的篩選,C項正確;同時注射2種抗原可刺激B細胞分化形成不同的漿細胞,而不是分化成產雙抗的漿細胞,D項錯誤。
答案　D
5.(2020·全國卷Ⅰ)為研制抗病毒A的單克隆抗體,某同學以小鼠甲為實驗材料設計了以下實驗流程。
回答下列問題:
(1)上述實驗前必須給小鼠甲注射病毒A,該處理的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)寫出以小鼠甲的脾臟為材料制備單細胞懸液的主要實驗步驟:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)為了得到能產生抗病毒A的單克隆抗體的雜交瘤細胞,需要進行篩選。圖中篩選1所采用的培養基屬于　　　　　　　　,使用該培養基進行細胞培養的結果是　　　　　　　　　　　　　　　　。
圖中篩選2含多次篩選,篩選所依據的基本原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若要使能產生抗病毒A的單克隆抗體的雜交瘤細胞大量增殖,可采用的方法有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2點即可)。
解析　(1)利用小鼠甲制備單克隆抗體時,先要給小鼠甲注射相應的抗原,目的是獲得經免疫的、能產生相應抗體的B淋巴細胞。(2)利用小鼠甲的脾臟制備單細胞懸液的主要步驟是①取小鼠甲的脾臟并剪碎;②用胰蛋白酶處理使其分散成單個細胞;③利用培養液將分散的細胞制成細胞懸液。(3)為了得到所需要的雜交瘤細胞,在細胞培養過程中要進行篩選。第一次篩選(篩選1)是利用選擇培養基進行篩選,在選擇培養基上只有融合的雜種細胞才能生長,未融合的、同種細胞融合的細胞都不能存活。后續過程還需要利用抗原與抗體的反應具有特異性的原理進行多次篩選(篩選2),目的是得到能產生所需要的抗體并能無限增殖的雜交瘤細胞。(4)若要將得到的雜交瘤細胞進行大量培養,可以在體外條件下進行大規模培養或將其注射到小鼠腹腔內增殖。
答案　(1)誘導小鼠甲產生能夠分泌抗病毒A抗體的B淋巴細胞　(2)取小鼠甲脾臟剪碎,用胰蛋白酶處理使其分散成單個細胞,加入培養液制成單細胞懸液　(3)選擇培養基　只有雜交瘤細胞能夠生存　抗原與抗體的反應具有特異性　(4)將雜交瘤細胞注射到小鼠腹腔內增殖;將雜交瘤細胞在體外培養

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