新教材高考生物一轮复习第十一单元细胞工程基因工程及生物技术的安全性与伦理问题第1讲细胞工程课件新人教版

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1.阐明植物组织培养是在一定条件下,将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织,并重新分化,最终形成完整植株的过程。2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞,继而培育成新植物体的技术。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。4.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。5.阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程。6.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段,使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。7.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。8.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。9.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。10.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。
1.运用列表比较法理解两个不同:植物组织培养和动物细胞培养的不同、植物体细胞杂交与动物细胞融合的不同。2.运用图解法理解单克隆抗体的制备过程。3.运用图解法理解胚胎发育的过程和胚胎移植的程序。4.运用列表比较法理解胚胎工程几个相似的过程。
第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第三环节　核心素养提升
知识筛查1.细胞工程的概念2.细胞的全能性(1)概念:细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。(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、激素和其他适宜的外界条件。
3.植物组织培养技术(1)概念:将离体的植物器官、组织或细胞等,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。(2)原理:植物细胞一般具有全能性。(3)流程:接种外植体→诱导愈伤组织→诱导生芽→诱导生根→移栽成活4.植物体细胞杂交技术(1)概念:将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
(2)操作流程①过程a为去除细胞壁获得具有活力的原生质体,用到的酶是纤维素酶和果胶酶。②过程b是原生质体间的融合,其原理是细胞膜具有流动性。人工诱导原生质体融合的物理法包括电融合法、离心法等;化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。③过程c是原生质体融合后再生出细胞壁,这是原生质体融合成功的标志。(3)意义:在打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
5.植物细胞工程的应用(1)植物繁殖的新途径①快速繁殖(也叫微型繁殖):优点是不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传特性。②作物脱毒:植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒。因此,切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。(2)作物新品种的培育①单倍体育种:极大地缩短了育种的年限,节约了大量的人力和物力。②突变体的利用。
(3)细胞产物的工厂化生产①方法:植物细胞培养,是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。②成果:紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等,它们都属于植物细胞次生代谢物。
知识落实1.(2019江苏卷)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力,某研究小组的实验过程如下图所示。下列叙述正确的是(　　)A.过程①获得的原生质体需悬浮在质量分数为30%的蔗糖溶液中B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生D.原生质体虽无细胞壁但仍具有细胞的全能性
①表示用纤维素酶和果胶酶处理得到原生质体的过程;②③均表示再分化过程。原生质体在质量分数为30%的蔗糖溶液中会失水皱缩,A项错误。②诱导生芽时,需要提高细胞分裂素的比例,B项错误。③可以表示诱导根的分化形成幼苗,此时细胞壁已经形成,C项错误。原生质体无细胞壁,但由于含有一整套的遗传物质,故具有全能性,D项正确。
2.(不定项选择题)“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种,它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。下图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图。下列说法错误的是(　 　)A.除去细胞壁形成原生质体,可利用的酶是纤维素酶、淀粉酶和果胶酶B.通常可诱导上述原生质体相互融合的方法是PEG融合法和灭活病毒诱导法C.杂种细胞形成的标志是再生出细胞壁D.愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体必须经过脱分化和再分化两个过程
除去细胞壁的酶有纤维素酶和果胶酶;诱导植物原生质体融合不能用灭活病毒诱导法;杂种细胞形成的标志是再生出细胞壁;愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体必须经过再分化过程。
知识筛查1.动物细胞培养(1)概念:从动物体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后在适宜的培养条件下,让这些细胞生长和增殖的技术。
(2)动物细胞培养的条件①营养:细胞在体外培养时,培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质。在使用合成培养基时,通常需要加入血清等一些天然成分。②无菌、无毒的环境:需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。培养液还需要定期更换,以便清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。③温度、pH和渗透压:哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5 ℃为宜。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。此外,渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。
(3)动物细胞培养的过程细胞贴壁:细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上的现象。接触抑制: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。
2.干细胞培养及其应用(1)干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。(2)类型:胚胎干细胞和成体干细胞等。(3)应用①造血干细胞的应用:移植到病人体内,恢复病人的造血和免疫功能。②神经干细胞的应用:在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病方面有重要的应用价值。③诱导多能干细胞(iPS细胞)的应用:诱导过程无须破坏胚胎,将它移植回病人体内后,理论上可以避免免疫排斥反应。
3.动物细胞融合技术(1)概念:使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。(2)常用方法:PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。(3)原理:细胞膜的流动性。(4)结果:融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。(5)意义:突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。已成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段,特别是利用动物细胞融合技术发展起来的杂交瘤技术,为制造单克隆抗体开辟了新途径。
4.单克隆抗体及其应用(1)制备原理:每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体,B淋巴细胞在体外不能大量增殖;骨髓瘤细胞能在体外大量增殖;B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到的杂交瘤细胞,既能大量增殖,又能产生特异性抗体。(2)制备过程
(3)应用①作为诊断试剂。例如, 利用同位素或荧光标记的单克隆抗体在特定组织中成像的技术,可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。②用单克隆抗体运载药物。如抗体—药物偶联物,通常由抗体、接头和药物三部分组成,通过将细胞毒素与能特异性识别抗原的单克隆抗体结合,实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。
5.动物体细胞核移植技术(1)过程(2)原理:动物细胞的细胞核具有全能性。(3)结果:产生新个体。
(4)应用①加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。②保护濒危物种。③生产医用蛋白。④在治疗人类疾病时,转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体。⑤以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞,经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官,将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应。
知识落实1.(2019江苏卷改编)下图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述错误的是(　　)A.可用灭活的病毒诱导细胞融合B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
两两融合的细胞包括B淋巴细胞与B淋巴细胞融合形成的具有同种核的细胞、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合形成的具有同种核的细胞、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成的杂交瘤细胞。骨髓瘤细胞虽然能无限增殖,但缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶,B淋巴细胞虽然有次黄嘌呤磷酸核糖转移酶,但不能无限增殖,所以在HAT筛选培养液中,两两融合的具有同种核的细胞都无法生长,只有杂交瘤细胞才能生长。
2.为研究小鼠皮肤愈合机理,现将小鼠皮肤进行分离培养,过程如下图所示,请回答下列问题。(1)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　　　　处理,过程乙可用　　　　　　　　酶处理。 (2)体外培养动物细胞时,通常要加入　　　　等一些天然成分,且还要置于含5%CO2和95%　　　　的混合气体环境中,CO2的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)丁过程属于　　　　　　。在机体内,皮肤干细胞分化成皮肤是机体细胞中　　　　　　　　　　　　的结果。 
答案:(1)消毒　胰蛋白(或胶原蛋白)(2)血清　空气　维持培养液的pH(3)传代培养　基因选择性表达
知识筛查1.胚胎工程的理论基础(1)受精①场所:雌性动物的输卵管内。②受精前的准备阶段a.精子获能:刚刚排出的精子不能立即与卵子受精,必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后,才能获得受精能力。b.卵子的准备:卵子要在输卵管内进一步成熟,到MⅡ期时,才具备与精子受精的能力。
③受精阶段获能后的精子与卵子相遇→释放出多种酶,以溶解卵细胞膜外的一些结构→精子与卵细胞膜接触,卵细胞膜外的透明带发生生理反应,阻止后来的精子进入透明带→精子入卵→卵细胞膜立即发生生理反应,拒绝其他精子再进入卵内→雌、雄原核的形成与融合。
(2)胚胎早期发育①最初发育的场所及方式:受精卵在输卵管内进行有丝分裂。②胚胎早期发育的过程a.卵裂:胚胎发育早期,有一段时间是在透明带内进行分裂,细胞数量不断增加,但胚胎的总体积并不增加,这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
b.胚胎早期发育的几个阶段桑葚胚:当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团,形似桑葚时,这时的胚胎称为桑葚胚↓↓
2.胚胎工程技术及其应用(1)体外受精①哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。②一般情况下,可以将获能的精子和培养成熟的卵子置于适当的培养液中共同培养一段时间,来促使它们完成受精。
(2)胚胎移植①概念:指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内,使之继续发育为新个体的技术。②过程(以牛胚胎移植为例)③优势:可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,大大缩短了供体本身的繁殖周期。
(3)胚胎分割①概念:指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。②定位:动物无性繁殖或克隆的方法之一。③材料:发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚。④要求:在分割囊胚阶段的胚胎时,要注意将内细胞团均等分割。
知识落实1.(2021北京海淀月考)下图为受精作用及胚胎早期发育示意图。下列叙述错误的是(　　)A.①过程需依赖细胞表面的糖蛋白识别B.②过程通过有丝分裂方式增殖C.③过程细胞的“核/质”逐渐变小D.④过程细胞的基因表达发生了差异
细胞卵裂过程中,单个细胞体积减小,因此“核/质”增大。
2.培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。据图回答下列问题。
答案:(1)卵母细胞的采集　促性腺激素　(2)对精子进行获能　(3)胚胎移植
(1)甲过程为　　　　　　　　　　　,该过程中可通过给母山羊注射　　　　　　　　　　使其超数排卵。 (2)乙过程的操作之一是　　　　　　　　　　　　　　　处理。 (3)丙过程是　　　　　　　　　,是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内。 
3.(2021云南玉溪调研)下页左上图表示利用体外受精和胚胎分割技术培育优质奶牛的过程,请回答下列问题。(1)A细胞是　　　　　　　　　,为了获得更多的A细胞,对供体母牛进行　　　　　　　　　处理。 (2)在进行体外受精前要对精子进行　　　　处理;受精后,体外培养受精卵时,提供CO2的目的是　　　　　　　　　　　　　　。 (3)在进行胚胎分割时,应选择发育良好,形态正常的　　　　　进行操作。(4)②指的是　　　　　　。在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,应注意　　　　　　　　　　　　。 (5)胚胎移植后,要对受体母牛进行　　　　检查。 
答案:(1)(次级)卵母细胞　超数排卵　(2)获能　维持培养液的pH　(3)桑葚胚或囊胚　(4)囊胚腔　将内细胞团均等分割　(5)妊娠
典型例题下图为植物体细胞杂交技术流程图,请回答下列问题。(1)从功能上来说,细胞膜是一层　　　　　　　膜。从结构上来说,细胞膜具有　　　　。 (2)由基因型为AaBb的植株培育出基因型为AAaaBBbb的植株时常用化学药剂作用的对象是　　　　　　　　　　　　　,其作用的时期是　　　　　　　　　。基因型为AAaaBBbb的植株是　　　倍体。
(3)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到杂种植株?请说明理由。  　。 (4)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中,运用的技术手段是　　　　　　　　,依据的原理是　　　　　　　　　　。 (5)图中过程②称为　　　　　　　　　　,与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为　　　　　　　　,过程④相当于　　　　　　,过程⑤涉及的分裂方式为　　　　　　　。 (6)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。 
答案:(1)选择透过性　流动性　(2)萌发的种子或幼苗　有丝分裂前期　四　(3)不能,不同种的植物存在生殖隔离　(4)植物组织培养　细胞的全能性　(5)原生质体融合　高尔基体　脱分化　有丝分裂　(6)六
解析:(2)由基因型为AaBb的植株培育出基因型为AAaaBBbb的植株为多倍体育种,需用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,以抑制有丝分裂前期纺锤体的形成。基因型为AAaaBBbb的植株属于四倍体。(3)由于番茄和马铃薯属于不同的物种,两者之间存在生殖隔离,所以运用传统的有性杂交不能得到杂种植株。(4)将杂种细胞培育成杂种植株利用的是植物组织培养技术,其原理是细胞的全能性。(5)图中的过程②是将马铃薯细胞的原生质体和番茄细胞的原生质体进行融合,形成融合的原生质体。过程③是诱导融合的原生质体形成细胞壁,与之密切相关的具有单层膜结构的细胞器是高尔基体。过程④是将高度分化的细胞诱导成未分化的愈伤组织,为脱分化过程。过程⑤为再分化,此过程的细胞分裂方式为有丝分裂。(6)马铃薯为四倍体,含有四个染色体组,番茄为二倍体,含有两个染色体组,“番茄—马铃薯”含有两者的染色体,共有六个染色体组,为六倍体。
整合构建1.植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系
2.植物体细胞杂交过程中杂种细胞的类型及检测方法(1)诱导产生的细胞类型(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)①未融合的细胞:A和B。②两两融合的细胞:AA、BB和AB。③多细胞融合体。
(2)检测方法:对诱导产生的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植物性状进行判断。①若只表现出一种植物的性状,说明是未融合细胞。②若得到的是具有两种亲本性状的植物,说明是杂种细胞。③若得到的是两种亲本性状的植物,且一种植物的性状得到加强,则可能是多细胞融合体。④若得到的是一种植物的性状,但是效果得到加强,则是同种细胞融合的结果。
训练突破1.(2021四川乐山一模)下图是胡萝卜的离体组织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,植物激素中细胞分裂素和　　　　是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,它们的　　　　　　等都会影响植物细胞的发育方向。 
(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,主要是指对实验中使用的　　　　　　和所有的器械进行灭菌。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?   　。 
答案:(1)生长素　浓度、比例(2)植物细胞的全能性　有丝分裂　分化(3)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(4)基因选择性表达(5)接种操作必须在酒精灯火焰旁进行,并且每次使用后的器械都要灭菌
2.(2021河南郑州调研)应用植物组织培养技术,不仅可实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株,也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程。回答下列问题。茎段→愈伤组织 挑选生长的愈伤组织→耐盐植株(1)愈伤组织是由离体的茎段经　　　　　过程形成的,此时愈伤组织细胞　　　　(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。 (2)对愈伤组织进行了两次处理,处理1中γ射线照射的目的是　　　　　,用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织,原因是　  　;处理2中添加的物质X为　　　　　　。 (3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜—甘蓝、三倍体无子西瓜、农杆菌转化法获得的抗虫棉中,必须用到植物组织培养技术的是　　　　　　　　　　　　　。 
答案:(1)脱分化　具有(2)诱发突变　愈伤组织细胞一直处于不断增殖的状态,容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变　NaCl(或盐)(3)白菜—甘蓝、抗虫棉
典型例题下图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病的过程图解。请据图回答下列问题。(1)图中②所示的结构名称是　　　　　　　　　。 (2)图中③④所示的生物技术名称分别是　　　　、　　　　　　　。 (3)完成过程③常用的方法是　　　　　　　。 (4)过程④通常用②作受体细胞的原因是　　　　　　　　　　　。 (5)图示方法与一般的异体移植相比,最大的优点是　　　　　　　。 
答案:(1)胚胎干细胞(2)核移植技术　转基因技术(3)显微操作法(4)这些细胞分化程度极低,具有全能性,可以定向地诱导分化为各类细胞(5)没有排斥反应解析:(1)①是从供体(患者)体细胞分离出的细胞核,②是从核移植得到的重组细胞A培养形成的早期胚胎中提取的胚胎干细胞。(2)③表示核移植技术,④表示转基因技术。(3)完成过程③常用的方法是显微操作法。(4)早期胚胎中的干细胞分化程度低,全能性高,可诱导分化成各种组织器官。(5)图示培育出的细胞(胰岛B细胞)来自患者本人,所以移植后不发生免疫排斥反应。
整合构建1.动物细胞培养与动物体细胞核移植的比较
2.植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
3.单克隆抗体制备过程中几个需要注意的问题(1)对动物进行免疫的原因:B淋巴细胞要经过免疫过程,即接触抗原,增殖、分化为有特异性免疫功能的浆细胞,才能产生相应的抗体,所以,与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是浆细胞。(2)在单克隆抗体制备过程中,一般认为有两次筛选过程。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抗体的杂交瘤细胞(用抗原—抗体结合法)。(3)杂交瘤细胞不仅具有B淋巴细胞产生特异性抗体的特性,而且具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的特性,从而可以克服B淋巴细胞不能无限增殖的缺点,大量生产单克隆抗体。(4)获取单克隆抗体的场所:若在体外条件下进行杂交瘤细胞的大规模培养,则从细胞培养液中获取;若注射到小鼠或其他动物腹腔内增殖,则从腹水中获取。
训练突破1.自然界中的生殖细胞融合能产生有性后代,细胞工程中体细胞杂交技术被广泛应用于培育杂种植株和生产单克隆抗体等方面。请回答下列问题。(1)若a、b分别为动物的精子和卵细胞,则产生a、b的分裂方式是　　　　　　　　　。
(2)若a、b表示植物的体细胞,两者融合完成的标志是　　　　　　　　。由d细胞形成杂种植株的原理是　　　　　　　　　　　　　,其中使用了植物组织培养技术,该技术的中心环节是形成愈伤组织,然后诱导它再分化形成植株,再分化的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)生产单克隆抗体时一般不直接培养B淋巴细胞,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。若用15N标记的氨基酸培养能产生单克隆抗体的细胞,放射性物质在细胞的细胞器中出现的先后顺序是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案:(1)减数分裂(2)再生出细胞壁　植物细胞的全能性　基因选择性表达(3)在体外培养条件下,B淋巴细胞不能无限增殖　核糖体、内质网、高尔基体解析:(1)形成精子和卵细胞的分裂方式是减数分裂。(2)杂种植物细胞融合成功的标志是再生出细胞壁。杂种细胞具有全能性,在适宜的条件下可以发育成杂种植株;细胞分化是基因选择性表达的结果。(3)骨髓瘤细胞能大量增殖,但不能产生抗体;B淋巴细胞能产生抗体,但不能大量增殖。15N标记的氨基酸可用于抗体的合成,抗体属于分泌蛋白,在细胞的细胞器中出现的顺序依次是核糖体、内质网、高尔基体。
2.(2021山东威海模拟)人心肌细胞中的肌钙蛋白I(cTnI)在血液中含量上升是心肌损伤的特异指标。为制备抗cTnI的单克隆抗体,科研人员完成了以下过程。请回答下列问题。(1)细胞体外培养一般需要在合成培养基中添加　　　　等一些天然成分。细胞培养中,为防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害,可采用　　　　　　　的方法。细胞培养所需气体主要有　　　　　　　　。 
(2)实验之初,每隔1周用cTnI作为抗原注射小鼠1次,共注射3次,其目的是　　　　　　　　　　。注射抗原一段时间后,取部分脾组织制成细胞悬液与骨髓瘤细胞诱导融合,常用的诱导方法有　　　　　　　　　　。(3)图中②过程表示将乙细胞接种到多孔培养板上,进行抗体阳性检测,之后稀释、培养、再检测,并多次重复上述操作,其目的是筛选获得能产生　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的杂交瘤细胞。杂交瘤细胞具有的特点是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案:(1)血清　定期更换培养液　O2和CO2(2)刺激小鼠产生更多的B淋巴细胞　灭活病毒诱导法、PEG融合法、电融合法(3)抗cTnI抗体　既能迅速大量增殖,又能产生特异性抗体
典型例题1.下列关于高等哺乳动物胚胎早期发育的叙述,正确的是(　　)A.囊胚的每一个细胞都属于全能细胞B.原肠胚开始出现细胞分化并形成两个胚层C.胚胎如果不能正常孵化,就无法继续发育D.从受精卵到桑葚胚时期,细胞的相对表面积逐渐减小
囊胚的内细胞团属于全能细胞,滋养层细胞不是全能细胞,A项错误。囊胚期开始出现细胞分化,B项错误。孵化非常重要,如果不能正常孵化,胚胎就无法继续发育,C项正确。从受精卵到桑葚胚时期,胚胎的总体积基本不变,因此单个细胞的体积缩小,细胞的相对表面积逐渐变大,D项错误。
2.为了加快优良种牛的繁殖速度,科学家采用了以下两种方法,请据图回答下列问题。(1)试管牛的培育属于　　　　　　　(填“有性生殖”或“无性生殖”);试管牛和克隆牛的培育过程中均用到的工程技术是　　　　　　　　　等;克隆牛的培育依据的原理是　  　。 
(2)促使B牛多排卵的激素一般是　　　　　　　　　　　　　　　。对B牛和D牛要进行　　　　　　　　　　　　　　　处理。 (3)在受精的过程中,受精的标志是　　　　　　　　　　　　　　。 (4)要建立能产生生长激素的乳腺生物反应器,科学家需将　　　　　和乳腺蛋白基因的　　　　　　、　　　　　　等调控组件重组在一起(该过程需要用到的酶有　　　　　　　　　　　　　),再通过　　　　　法导入牛的　　　　　　中。 
答案:(1)有性生殖　胚胎移植　动物细胞的细胞核具有全能性(2)促性腺激素　同期发情(3)观察到两个极体或者雌、雄原核(4)生长激素基因　启动子　终止子　限制性内切核酸酶和DNA连接酶　显微注射　受精卵
解析:(1)试管牛的培育属于有性生殖,试管牛和克隆牛的培育过程中均用到的工程技术是胚胎移植等。克隆牛的培育依据的原理是动物细胞的细胞核具有全能性。(2)一般用促性腺激素处理供体母牛,促使其超数排卵;胚胎移植时,要对受体母畜和供体母畜进行同期发情处理。(3)在受精的过程中,受精的标志是观察到两个极体或者雌、雄原核。(4)要建立能产生生长激素的乳腺生物反应器,科学家需将生长激素基因和乳腺蛋白基因的启动子、终止子等调控组件重组在一起(该过程需要用到的酶是限制性内切核酸酶和DNA连接酶),再通过显微注射法导入牛的受精卵中。
整合构建1.卵裂期胚胎中的物质和体积变化的规律(1)有机物:卵裂期胚胎没有和母体建立联系,不从母体获取有机物,而一直通过呼吸等代谢过程消耗有机物,有机物总量减少。(2)细胞体积:细胞数量不断增加,但胚胎的总体积并不增加,所以每个细胞体积减小。(3)细胞中DNA含量:伴随细胞分裂,细胞数目增多,总DNA含量增多,但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。
2.胚胎移植中的四个注意点(1)胚胎移植过程中两次使用激素:第一次是用孕激素对受体和供体进行同期发情处理;第二次是用促性腺激素处理供体使其超数排卵。(2)胚胎移植过程中有两次检查:第一次是对收集的胚胎进行检查;第二次是对受体母畜进行妊娠检查。(3)不同动物胚胎移植的时间不同:牛、羊要培养到桑葚胚或囊胚阶段;小鼠、家兔在桑葚胚前。几乎所有的动物都不能到原肠胚阶段移植,因为此时分化程度高,移植成功率很低。(4)胚胎移植是有性生殖还是无性生殖,取决于胚胎是由受精卵发育成的,还是由核移植技术形成的重组细胞发育而成的,或由胚胎分割获得的。
训练突破1.下图表示哺乳动物发育过程的几个阶段,请据图回答下列问题。(1)写出各个阶段的名称。A.　　　　　,B.　　　　　。 (2)写出图中各序号的名称。[①]　　　　　　,[②]　　　　,[③]　　　　　　,[④]　　　　。 (3)A时期的细胞具有发育上的　　　　性,B时期开始出现　　　　　。(4)[①]将来发育成　　　　　　　;[②]将来发育成　　　　　　　　。(5)动物胚胎是由受精卵经有丝分裂形成的,受精卵只由一个精子和卵子结合,防止多精入卵的两个反应分别是　　　　　　、　　　　　　　。
答案:(1)桑葚胚　囊胚(2)滋养层　内细胞团　透明带　囊胚腔(3)全能　细胞分化(4)胎膜和胎盘　胎儿的各种组织(5)透明带发生生理反应　卵细胞膜发生生理反应
2.科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示,请据图回答下列问题。(1)此过程用到的生物技术有　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。 (2)为了获得更多的卵母细胞,需用　　　　　　　　　对雌性杜泊羊进行处理。进行体外受精前,需将卵母细胞培养到　　　　　期;精子需进行　　　　处理。 (3)生产上常用　　　　　　期的胚胎进行胚胎移植,胚胎移植实质上是　　　　　　　。 
答案:(1)体外受精技术、胚胎移植(2)促性腺激素　MⅡ　获能(3)桑葚胚或囊胚　早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移
高考真题剖析【例题】 (2020天津卷)某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时,参照品种B的最佳激素配比(见下表)进行预实验。
据表回答下列问题。(1)Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体,原因是　 。 (2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是　　　　　　阶段。 (3)为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度,参照品种B的激素配比(m1>2.0),以0.5 μml/L为梯度,设计5个浓度水平的实验,细胞分裂素最高浓度应设为　　　　　　μml/L。 (4)Ⅲ阶段时,科研人员分别选用浓度低于或高于n3μml/L的生长素处理品种A幼芽都能达到最佳生根效果,原因是处理幼芽时,选用低浓度生长素时的处理方法为　　　　　　　　　　,选用高浓度生长素时的处理方法为　　　　　　　　　　。 (5)在　　阶段用秋水仙素对材料进行处理,最易获得由单个细胞形成的多倍体。 
核心素养考查点剖析:本题以植物组织培养技术为载体,重点考查了植物组织培养的注意事项,较好地考查了“科学思维”这一学科素养。答案:(1)细胞分化程度低,容易诱导产生愈伤组织(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ　(3)m1+1.0　(4)浸泡法(长时间处理) 沾蘸法(短时间处理)　(5)Ⅰ
解析:(1)植物组织培养时通常选用根尖、芽尖和茎尖等作为外植体,原因是这部分细胞属于分生组织,细胞分化程度低,具有旺盛的分裂能力,容易诱导产生愈伤组织。(2)在植物组织培养的整个过程中,始终存在基因的选择性表达过程。(3)由于品种A的Ⅰ阶段的细胞分裂素需要设置5个浓度水平,且以m1μml/L为标准对照,以0.5 μml/L为梯度,因此这5个浓度水平是m1-1.0 μml/L、m1-0.5 μml/L、m1 μml/L、m1+0.5 μml/L、m1+1.0 μml/L,因此细胞分裂素最高浓度是m1+1.0 μml/L。(4)探究生长素促进插条生根,可以用浸泡法和沾蘸法。低浓度的生长素适合用浸泡法,高浓度生长素则适合用沾蘸法。(5)用秋水仙素处理有丝分裂旺盛的细胞,容易获得由单个细胞发育成的多倍体,因此应在Ⅰ阶段愈伤组织形成期进行秋水仙素处理。
典题训练1.(2020全国Ⅰ卷)为研制抗病毒A的单克隆抗体,某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。回答下列问题。(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A,该处理的目的是　　　　　　。 (2)写出以小鼠甲的脾为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤:　　　　　。(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞,需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于　　　　　　　　,使用该培养基进行细胞培养的结果是　　　　　　　　。图中筛选2含多次筛选,筛选所依据的基本原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖,可采用的方法有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。 
答案:(1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞(2)取小鼠甲的脾剪碎,用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理使其分散成单个细胞,加入培养液制成单细胞悬液(3)选择培养基　只有杂交瘤细胞能够生存　抗原与抗体的反应具有特异性(4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖;将杂交瘤细胞在体外培养
解析:(1)若要制备抗病毒A的单克隆抗体,实验前必须给小鼠甲注射病毒A,诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。(2)制备单细胞悬液时,先将小鼠的脾剪碎,然后用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间,使脾组织分散成单个细胞,最后,用培养液将分散的细胞稀释,制成单细胞悬液。(3)由题图可知,经筛选1后获得了杂交瘤细胞,因此筛选1所采用的培养基能够淘汰未融合的细胞以及同种细胞相互融合的细胞,保留杂交瘤细胞。经筛选2后获得了能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞。经筛选1后获得的杂交瘤细胞数量少,且包含多种,不同杂交瘤细胞产生的抗体不同,因此需要进行克隆化培养,并依据抗原与抗体的反应具有特异性的原理,进行多次抗体检测,方可获得能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞。(4)要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖,应将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖,或者将杂交瘤细胞在培养液中进行体外培养。
2.下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。请回答下列问题。(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,常通过　　　　　去核。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”培育成功一样,其他克隆动物的成功获得也证明了　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。