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选修3《现代生物科技专题》专题2 细胞工程综合与测试导学案
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这是一份选修3《现代生物科技专题》专题2 细胞工程综合与测试导学案，共11页。学案主要包含了交汇分析，解题关键，补偿训练等内容，欢迎下载使用。
尝试填写图中序号代表的含义:
A.愈伤组织 B.植物体细胞杂交 C.杂种细胞 D.原代培养 E.体细胞核移植 F.胚胎移植 G.骨髓瘤细胞 H.单克隆抗体
【典例1】(2017·海南高考节选)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)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。
(3)若该种植物是一种杂合体(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____________________________________。
【解析】(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。
(2)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培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是细胞分裂素和生长素,二者对于根和芽的形成具有重要调节作用,二者的用量比例影响根和芽的发育顺序。A中的愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。
(3)若该种植物是一种杂合体(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,由于对杂合体(子)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的基因型不同于原植株,因此不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体。
答案:(1)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 (2)细胞分裂素、生长素 脱分化 (3)不能 对杂合体(子)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的基因型不同于原植株
【交汇分析】(1)考查植物组织培养的原理。该考点联系必修1“细胞的全能性”交汇命题。
(2)考查植物生长调节剂在植物组织培养中的作用。该考点联系必修3“植物的激素调节”交汇命题。
(3)考查利用植物组织培养技术繁殖的新个体的基因型和表现型。该考点联系必修2“减数分裂”交汇命题。
【典例2】(2021·北京高二检测)Ⅰ型糖尿病(T1D)是一种以胰岛B细胞进行性损伤、胰岛素分泌不足为主要表现的自身免疫病。T1D患者体内仍存留部分具有再生能力的胰岛B细胞,研究促进其再生的机制,对减少并发症的发生具有重要意义。
(1)基因突变导致T1D患者胰岛B细胞表面产生了________,引起机体发生特异性免疫攻击胰岛B细胞,参与免疫反应的细胞包括B淋巴细胞、__________________等,参与免疫反应的物质包括淋巴因子、__________等,这些免疫细胞和免疫物质共同作用使胰岛B细胞损伤。
(2)CD20是B淋巴细胞的特异性膜蛋白之一,研究者设计如下技术流程制备抗CD20的单克隆抗体。
用CD20蛋白免疫小鼠获取细胞甲,诱导其与骨髓瘤细胞融合,通过筛选逐步获得细胞乙即______________和丙即____________________,采用________的方式培养细胞丙,最终从小鼠腹水中提取抗CD20单克隆抗体。
(3)IL-10是一种免疫抑制因子。研究者利用腺病毒将IL-10基因导入糖尿病鼠胰腺组织,检测四组小鼠的胰岛炎症等级(0～3级代表自身免疫反应依次增强)及抗CD20单抗和IL-10联合治疗对糖尿病鼠胰岛B细胞再生作用的影响,结果如图2、3。
①依据图2中数据:______________________________,判断抗CD20单抗+IL-10联合治疗可减弱糖尿病鼠的自身免疫反应,且作用强于单独治疗。
②检测四组小鼠促进胰岛B细胞再生的相关蛋白表达情况,结果如图3所示。结果表明________________________________________________________。
(4)为进一步研究“抗CD20单抗+IL-10联合治疗对糖尿病鼠胰岛B细胞功能的影响”,研究者还需检测四组糖尿病鼠的___________________________ (至少写出2项)等指标。
【解析】(1)Ⅰ型糖尿病(T1D)是一种损伤胰岛B细胞的自身免疫病,基因突变能引起胰岛B细胞被特异性免疫攻击,说明胰岛B细胞表面产生了抗原;特异性免疫过程中,参与免疫反应的细胞有吞噬细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞等;参与免疫反应的免疫活性物质包括淋巴因子和抗体等。
(2)动物细胞融合过程中,B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经诱导融合后初步筛选得到的是杂交瘤细胞;然后经克隆化培养和抗体检测,可得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞;将杂交瘤细胞注入小鼠体内,即可在小鼠腹水中提取单克隆抗体。
(3)①由图可知,联合治疗组小鼠胰岛炎症等级主要是0、1级;单抗治疗组主要是1、2级;IL-10 治疗组胰岛炎症等级主要是1、2级;对照组小鼠胰岛炎症等级主要是2、3级。联合治疗组与单抗治疗组相比,0级自身免疫反应占更多,即自身免疫反应弱,可得出结论为联合治疗可减弱自身免疫反应,且强于单独治疗。
②由图3可知,联合治疗组与其他组相比,各蛋白均产生更多,可得出抗CD20单抗+IL-10联合治疗可促进胰岛B细胞的再生,且作用强于单独治疗。
(4)若研究“抗CD20单抗+IL-10联合治疗对糖尿病鼠胰岛B细胞功能的影响”,需检测胰岛B细胞的功能变化,胰岛B细胞可分泌胰岛素,因此可对小鼠进行胰岛素和血糖含量的检测,也可检测糖尿病小鼠的体重。
答案:(1)抗原 吞噬细胞、T淋巴细胞 抗体 (2)杂交瘤细胞 产生抗CD20单克隆抗体的杂交瘤细胞 体内培养
(3)联合治疗组小鼠胰岛炎症等级主要是0、1级;单抗治疗组主要是1、2级;IL-10 治疗组胰岛炎症等级主要是1、2级;对照组小鼠胰岛炎症等级主要是2、3级 抗CD20单抗+IL-10联合治疗可促进胰岛B细胞的再生,且作用强于单独治疗 (4)胰岛素的分泌量、血糖水平、小鼠体重
【交汇分析】(1)考查单克隆抗体的制备。该考点联系必修3“特异性免疫”交汇命题。
(2)考查特异性免疫。该考点联系必修3“体液调节”交汇命题。
交汇点1:植物的组织培养技术、植物体细胞杂交以及动物细胞培养、核移植技术,联系必修1“细胞的分化”及“细胞的全能性”交汇考查
(1)细胞全能性的原因是已分化的体细胞(或细胞核)仍含有本物种个体发育所需要的全部基因。
(2)植物细胞全能性实现的条件。
①离体状态。
②水、无机盐、有机营养及激素等。
③适宜的温度等外界条件。
交汇点2:植物的组织培养技术、植物体细胞杂交,联系必修3“植物的激素调节”交汇考查
下列属于在经组织培养形成试管苗的过程中发挥作用的植物激素是②④。
①乙烯 ②生长素 ③2,4-D ④细胞分裂素
⑤赤霉素 ⑥乙烯利
交汇点3:植物体细胞杂交过程中原生质体的制备,联系必修1“细胞壁的化学组成”交汇考查
植物体细胞杂交时首先需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,说明植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。
交汇点4:植物体细胞杂交、动物细胞融合所得杂种细胞中染色体数目及染色体组数目的变化,联系必修2“染色体变异”交汇考查
若将植物细胞A(染色体数为a)和植物细胞B(染色体数为b)杂交,经组织培养形成的杂种植物中体细胞染色体数为a+b。从生殖方式上来看属于无性生殖。
交汇点5:常见的育种方式及其原理,联系必修2“从杂交育种到基因工程”交汇考查
(1)杂交育种——基因重组。
(2)单倍体育种——染色体数目变异。
(3)多倍体育种——染色体数目变异。
(4)诱变育种——基因突变。
(5)基因工程育种——基因重组。
(6)植物组织培养——植物细胞的全能性。
(7)植物体细胞杂交——细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
交汇点6:植物体细胞杂交去除细胞壁、动物细胞培养、动物细胞融合过程中分散动物细胞,联系必修1“酶”交汇考查
(1)本质:酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数酶是蛋白质。
(2)合成场所:若酶的成分是蛋白质,则其合成场所是核糖体。
(3)特性:具有专一性。
1.通过植物组织培养技术可以快速繁殖、生产药物及培育无病毒的植物等。据图表回答问题:
植物的花芽分别在含有不同浓度及比例的生长素和细胞分裂素的培养基中的生长状况
(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是____。
(2)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构,若包裹上人造种皮,制成人工种子,可能解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。胚状体来源于离体的植物体细胞,其形成过程中要经过的生理变化大体上是图中[ ]____________和[ ]________过程,在此过程中被培养的细胞始终受________的调节。
(3)应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株,其原因是植物的茎尖或根尖很少________。
(4)从上表的实验结果可看出:生长素和细胞分裂素是实验中的两种重要物质,其中,新芽形成必需的条件是细胞分裂素的浓度________(填“大于”或“小于”)生长素的浓度;而在培养形成完整新个体过程中,对它们的调控关键是________。
【解题关键】解答本题关键要明确以下两点:
(1)图示信息:植物组织培养过程,其原理是细胞的全能性。
(2)表格信息:当细胞分裂素的浓度大于生长素的浓度时,愈伤组织才能分化出嫩芽。
【解析】(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是植物细胞具有全能性。
(2)胚状体来源于离体的植物体细胞,其形成过程中要经过的生理变化大体上是图甲中①脱分化和②再分化过程,脱分化和再分化过程需要植物激素的调节。
(3)植物的茎尖或根尖很少被病毒感染,甚至无病毒,因此应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株。
(4)在植物组织培养过程中,细胞分裂素和生长素起着重要的调节作用,当细胞分裂素浓度高时,可以诱导丛芽的产生;当生长素浓度高时,可以诱导根的产生。由此可见,调控的关键是适当控制好不同培养期的培养基中细胞分裂素和生长素的浓度及二者的比例。
答案:(1)植物细胞具有全能性
(2)[①]脱分化 [②]再分化 植物激素
(3)被病毒感染,甚至无病毒
(4)大于 调控好不同培养期的培养基中细胞分裂素与生长素的浓度及其比例
2.科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株,为了便于杂种细胞的筛选和鉴定,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,其培育过程如图所示:
(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有______________________________。
(2)过程①常用的酶是____________,细胞融合完成的标志是____________。
(3)在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察,根据细胞膜表面荧光的不同可观察到____________种不同的原生质体,当观察到_______________________时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯的原生质体融合而成的。
(4)过程③和过程④依次为____________,过程④中的培养基常添加的植物激素是____________。
(5)若番茄细胞中有m条染色体,马铃薯细胞中有n条染色体,则“番茄-马铃薯”细胞在有丝分裂后期有____________条染色体。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养得到的植株属于________倍体植株。
【解析】(1)植物体细胞杂交就是将不同种植物的体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,再利用植物组织培养技术把杂种细胞培育成新的植物体的技术,所以植物体细胞杂交依据的生物学原理有细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
(2)过程①是去除植物细胞的细胞壁获得原生质体,而植物细胞细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,依据酶的专一性,常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出新的细胞壁。
(3)依题意,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯原生质体膜上的蛋白质,所以融合后根据细胞膜表面呈现荧光的不同可观察到3种不同类型的原生质体:红色荧光标记的番茄原生质体及其融合后的原生质体、绿色荧光标记的马铃薯原生质体及其融合后的原生质体、红色荧光和绿色荧光共同存在的番茄与马铃薯的原生质体融合后所形成的原生质体。当观察到融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光时,可判断该原生质体是由番茄和马铃薯的原生质体融合而成的。
(4)过程③表示将杂种细胞培育成愈伤组织,属于植物组织培养过程中的脱分化;过程④表示将愈伤组织培育成植物体,该过程属于再分化,培养基常添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。
(5)杂种细胞的染色体数为融合前两种细胞染色体数之和,即(m+n)条。“番茄-马铃薯”细胞在有丝分裂后期,着丝点分裂、姐妹染色单体分开,使得杂种细胞中的染色体数目加倍为2(m+n)条。杂种植株的花粉经离体培养形成的植株属于单倍体。
答案:(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
(2)纤维素酶和果胶酶 形成新的细胞壁
(3)3 融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光
(4)脱分化和再分化 生长素和细胞分裂素
(5)2(m+n) 单
3.(2021·郑州高二检测)下列是生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。
(1)上述制备抗体1和抗体2过程中用到的现代生物技术手段主要有________________、________________、________。
(2)在制备抗体1的过程中,先给小鼠注射一种纯化的抗原蛋白,一段时间后,从小鼠的________(免疫器官)中获取B淋巴细胞,将获得的细胞与________细胞融合,诱导融合的原理是________________,再经过筛选、检测,最终可获得所需的细胞Y。获得细胞Y后,常用的培养方法是培养液中体外培养和__________________,图中细胞Y具有_____________________的特点。抗体1的特点是____________________________。
(3)抗体 2 制备过程中将 mRNA 逆转录为 cDNA 再进行 PCR 扩增被称为 RT-PCR 技术,RT-PCR 过程需要的酶有____________________。将 VⅠ基因与普通质粒经某种限制酶切割连接并成功导入大肠杆菌细胞后,发现仍有部分细胞不能表达出抗体2,最可能的原因是________________________________。为避免上述情况发生,最好用________(填“1”或“2”)种限制酶切割 VⅠ 基因与普通质粒。
(4)事实上,用上述方法生产的抗体 1 与抗体 2 的氨基酸排列顺序相同,两者的空间结构往往不同,请分析原因:__________________________________。
【解析】(1)制备抗体1的过程包括:①诱导动物细胞融合及②细胞增殖,据此可知:用到的现代生物技术手段主要有动物细胞培养和动物细胞融合;制备抗体2的过程为:将通过③④过程得到的目的基因(VⅠ基因)与普通质粒结合并通过⑤过程构建基因表达载体(结构甲),再将构建的基因表达载体通过⑥过程导入受体细胞(大肠杆菌),用到的现代生物技术手段主要是转基因技术,因此上述制备抗体1和抗体2过程中用到的现代生物技术手段主要有动物细胞培养、动物细胞融合和转基因技术。
(2)在制备抗体1的过程中,将从免疫(注射一种纯化的抗原蛋白)小鼠的脾脏中获取的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,诱导融合的原理是细胞膜的流动性。经过筛选、检测,最终获得的细胞Y是能分泌所需专一抗体的杂交瘤细胞。常将其放入培养液中体外培养或注射到小鼠腹腔内增殖。杂交瘤细胞具有既能产生特异性抗体,又能无限增殖的特点。抗体1的特点是特异性强、 灵敏度高、 可大量制备。
(3)依题意可知:在制备抗体2的RT-PCR过程中,将mRNA逆转录为cDNA的过程需要逆转录酶参与催化,在对cDNA进行PCR扩增时需要Taq酶参与催化。因切割VⅠ基因与普通质粒时使用的是同一种限制酶,所以在构建基因表达载体时可能会出现目的基因与质粒载体反向拼接的情况;若将目的基因与质粒载体反向拼接的基因表达载体导入大肠杆菌细胞,则该部分细胞不能表达出抗体2。为避免上述情况发生,最好用2种限制酶切割VⅠ基因与普通质粒。
(4)大肠杆菌为原核生物,其细胞中没有内质网和高尔基体,因此大肠杆菌分泌的抗体2形成过程中没有经过内质网和高尔基体的加工;杂交瘤细胞中有内质网和高尔基体,所以杂交瘤细胞产生的抗体1形成过程经过了内质网和高尔基体的加工。可见,抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同,但两者的空间结构往往不同。
答案:(1)动物细胞培养 动物细胞融合 转基因技术
(2)脾脏 骨髓瘤 细胞膜的流动性 注射到小鼠腹腔内增殖 既能产生特异性抗体,又能无限增殖 特异性强、 灵敏度高、 可大量制备
(3)逆转录酶和Taq酶 目的基因与质粒载体反向拼接 2
(4)抗体2 形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工, 抗体 1 形成过程经过内质网和高尔基体的加工
【补偿训练】
人感染埃博拉病毒(EV)会引起致命的出血热。为了寻找治疗EV病的有效方法,中外科学家进行了系列研究。
(1)EV表面的糖蛋白(EV-GP)作为________刺激机体产生________性免疫反应。
(2)科学家采集了多年前感染EV并已康复的甲、乙两人的血液,检测抗EV-GP抗体的水平。据图1,应选取________的血液分离记忆B细胞用以制备单克隆抗体(单抗)。
(3)将制备的多种单抗分别与病毒混合,然后检测病毒对宿主细胞的感染率。根据图2,抑制效果最好的两种单抗是________。
(4)EV-GP具有多个与抗体结合的位点。科学家用分子结构成像技术证实了上述两种单抗与EV-GP结合的位点不同。基于上述系列研究,请你为治疗EV病毒提供两种思路:①__________________________________________。
②_____________________________________。
【解析】(1)EV表面的糖蛋白(EV-GP)作为抗原刺激机体产生特异性免疫反应。
(2)据图1可知,多年前感染EV并已康复的甲的血液中抗EV-GP抗体水平明显高于乙和对照组,故应选取甲的血液分离记忆B细胞用以制备单克隆抗体。
(3)据图2可知,单克隆抗体和病毒混合,加入单抗Ⅲ、Ⅴ后,病毒对宿主细胞的感染率较低。因此抑制效果最好的两种单抗是Ⅲ、Ⅴ。
(4)一种抗原的表面不只有一个抗体结合位点,可能有多个,目的就是让抗原最终和抗体结合形成沉淀,被吞噬细胞分解。因此有三种思路,①单独或共同使用Ⅲ、Ⅴ进行治疗;②利用单抗制成靶向药物;③针对EV-GP与抗体结合位点的结构研制新型药物。
答案:(1)抗原 特异 (2)甲 (3)Ⅲ和Ⅴ
(4)①单独或共同使用Ⅲ、Ⅴ进行治疗
②利用单抗制成靶向药物
③针对EV-GP与抗体结合位点的结构研制新型药物(答出两种即可) 项目
A组
B组
C组
D组
E组
生长素
0
3 ppm
3 ppm
0.03 ppm
0
细胞
分裂素
0
0.2 ppm
0.002 ppm
1.0 ppm
0.2 ppm
花芽生
长状况
仍是组
织切块
形成愈
伤组织
愈伤组织
分化出根
愈伤组织分
化出嫩芽
稍生长
尝试填写图中序号代表的含义:
A.愈伤组织 B.植物体细胞杂交 C.杂种细胞 D.原代培养 E.体细胞核移植 F.胚胎移植 G.骨髓瘤细胞 H.单克隆抗体
【典例1】(2017·海南高考节选)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)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。
(3)若该种植物是一种杂合体(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____________________________________。
【解析】(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。
(2)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培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是细胞分裂素和生长素,二者对于根和芽的形成具有重要调节作用,二者的用量比例影响根和芽的发育顺序。A中的愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。
(3)若该种植物是一种杂合体(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,由于对杂合体(子)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的基因型不同于原植株,因此不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体。
答案:(1)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 (2)细胞分裂素、生长素 脱分化 (3)不能 对杂合体(子)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的基因型不同于原植株
【交汇分析】(1)考查植物组织培养的原理。该考点联系必修1“细胞的全能性”交汇命题。
(2)考查植物生长调节剂在植物组织培养中的作用。该考点联系必修3“植物的激素调节”交汇命题。
(3)考查利用植物组织培养技术繁殖的新个体的基因型和表现型。该考点联系必修2“减数分裂”交汇命题。
【典例2】(2021·北京高二检测)Ⅰ型糖尿病(T1D)是一种以胰岛B细胞进行性损伤、胰岛素分泌不足为主要表现的自身免疫病。T1D患者体内仍存留部分具有再生能力的胰岛B细胞,研究促进其再生的机制,对减少并发症的发生具有重要意义。
(1)基因突变导致T1D患者胰岛B细胞表面产生了________,引起机体发生特异性免疫攻击胰岛B细胞,参与免疫反应的细胞包括B淋巴细胞、__________________等,参与免疫反应的物质包括淋巴因子、__________等,这些免疫细胞和免疫物质共同作用使胰岛B细胞损伤。
(2)CD20是B淋巴细胞的特异性膜蛋白之一,研究者设计如下技术流程制备抗CD20的单克隆抗体。
用CD20蛋白免疫小鼠获取细胞甲,诱导其与骨髓瘤细胞融合,通过筛选逐步获得细胞乙即______________和丙即____________________,采用________的方式培养细胞丙,最终从小鼠腹水中提取抗CD20单克隆抗体。
(3)IL-10是一种免疫抑制因子。研究者利用腺病毒将IL-10基因导入糖尿病鼠胰腺组织,检测四组小鼠的胰岛炎症等级(0～3级代表自身免疫反应依次增强)及抗CD20单抗和IL-10联合治疗对糖尿病鼠胰岛B细胞再生作用的影响,结果如图2、3。
①依据图2中数据:______________________________,判断抗CD20单抗+IL-10联合治疗可减弱糖尿病鼠的自身免疫反应,且作用强于单独治疗。
②检测四组小鼠促进胰岛B细胞再生的相关蛋白表达情况,结果如图3所示。结果表明________________________________________________________。
(4)为进一步研究“抗CD20单抗+IL-10联合治疗对糖尿病鼠胰岛B细胞功能的影响”,研究者还需检测四组糖尿病鼠的___________________________ (至少写出2项)等指标。
【解析】(1)Ⅰ型糖尿病(T1D)是一种损伤胰岛B细胞的自身免疫病,基因突变能引起胰岛B细胞被特异性免疫攻击,说明胰岛B细胞表面产生了抗原;特异性免疫过程中,参与免疫反应的细胞有吞噬细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞等;参与免疫反应的免疫活性物质包括淋巴因子和抗体等。
(2)动物细胞融合过程中,B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经诱导融合后初步筛选得到的是杂交瘤细胞;然后经克隆化培养和抗体检测,可得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞;将杂交瘤细胞注入小鼠体内,即可在小鼠腹水中提取单克隆抗体。
(3)①由图可知,联合治疗组小鼠胰岛炎症等级主要是0、1级;单抗治疗组主要是1、2级;IL-10 治疗组胰岛炎症等级主要是1、2级;对照组小鼠胰岛炎症等级主要是2、3级。联合治疗组与单抗治疗组相比,0级自身免疫反应占更多,即自身免疫反应弱,可得出结论为联合治疗可减弱自身免疫反应,且强于单独治疗。
②由图3可知,联合治疗组与其他组相比,各蛋白均产生更多,可得出抗CD20单抗+IL-10联合治疗可促进胰岛B细胞的再生,且作用强于单独治疗。
(4)若研究“抗CD20单抗+IL-10联合治疗对糖尿病鼠胰岛B细胞功能的影响”,需检测胰岛B细胞的功能变化,胰岛B细胞可分泌胰岛素,因此可对小鼠进行胰岛素和血糖含量的检测,也可检测糖尿病小鼠的体重。
答案:(1)抗原 吞噬细胞、T淋巴细胞 抗体 (2)杂交瘤细胞 产生抗CD20单克隆抗体的杂交瘤细胞 体内培养
(3)联合治疗组小鼠胰岛炎症等级主要是0、1级;单抗治疗组主要是1、2级;IL-10 治疗组胰岛炎症等级主要是1、2级;对照组小鼠胰岛炎症等级主要是2、3级 抗CD20单抗+IL-10联合治疗可促进胰岛B细胞的再生,且作用强于单独治疗 (4)胰岛素的分泌量、血糖水平、小鼠体重
【交汇分析】(1)考查单克隆抗体的制备。该考点联系必修3“特异性免疫”交汇命题。
(2)考查特异性免疫。该考点联系必修3“体液调节”交汇命题。
交汇点1:植物的组织培养技术、植物体细胞杂交以及动物细胞培养、核移植技术,联系必修1“细胞的分化”及“细胞的全能性”交汇考查
(1)细胞全能性的原因是已分化的体细胞(或细胞核)仍含有本物种个体发育所需要的全部基因。
(2)植物细胞全能性实现的条件。
①离体状态。
②水、无机盐、有机营养及激素等。
③适宜的温度等外界条件。
交汇点2:植物的组织培养技术、植物体细胞杂交,联系必修3“植物的激素调节”交汇考查
下列属于在经组织培养形成试管苗的过程中发挥作用的植物激素是②④。
①乙烯 ②生长素 ③2,4-D ④细胞分裂素
⑤赤霉素 ⑥乙烯利
交汇点3:植物体细胞杂交过程中原生质体的制备,联系必修1“细胞壁的化学组成”交汇考查
植物体细胞杂交时首先需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,说明植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。
交汇点4:植物体细胞杂交、动物细胞融合所得杂种细胞中染色体数目及染色体组数目的变化,联系必修2“染色体变异”交汇考查
若将植物细胞A(染色体数为a)和植物细胞B(染色体数为b)杂交,经组织培养形成的杂种植物中体细胞染色体数为a+b。从生殖方式上来看属于无性生殖。
交汇点5:常见的育种方式及其原理,联系必修2“从杂交育种到基因工程”交汇考查
(1)杂交育种——基因重组。
(2)单倍体育种——染色体数目变异。
(3)多倍体育种——染色体数目变异。
(4)诱变育种——基因突变。
(5)基因工程育种——基因重组。
(6)植物组织培养——植物细胞的全能性。
(7)植物体细胞杂交——细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
交汇点6:植物体细胞杂交去除细胞壁、动物细胞培养、动物细胞融合过程中分散动物细胞,联系必修1“酶”交汇考查
(1)本质:酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数酶是蛋白质。
(2)合成场所:若酶的成分是蛋白质,则其合成场所是核糖体。
(3)特性:具有专一性。
1.通过植物组织培养技术可以快速繁殖、生产药物及培育无病毒的植物等。据图表回答问题:
植物的花芽分别在含有不同浓度及比例的生长素和细胞分裂素的培养基中的生长状况
(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是____。
(2)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构,若包裹上人造种皮,制成人工种子,可能解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。胚状体来源于离体的植物体细胞,其形成过程中要经过的生理变化大体上是图中[ ]____________和[ ]________过程,在此过程中被培养的细胞始终受________的调节。
(3)应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株,其原因是植物的茎尖或根尖很少________。
(4)从上表的实验结果可看出:生长素和细胞分裂素是实验中的两种重要物质,其中,新芽形成必需的条件是细胞分裂素的浓度________(填“大于”或“小于”)生长素的浓度;而在培养形成完整新个体过程中,对它们的调控关键是________。
【解题关键】解答本题关键要明确以下两点:
(1)图示信息:植物组织培养过程,其原理是细胞的全能性。
(2)表格信息:当细胞分裂素的浓度大于生长素的浓度时,愈伤组织才能分化出嫩芽。
【解析】(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是植物细胞具有全能性。
(2)胚状体来源于离体的植物体细胞,其形成过程中要经过的生理变化大体上是图甲中①脱分化和②再分化过程,脱分化和再分化过程需要植物激素的调节。
(3)植物的茎尖或根尖很少被病毒感染,甚至无病毒,因此应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株。
(4)在植物组织培养过程中,细胞分裂素和生长素起着重要的调节作用,当细胞分裂素浓度高时,可以诱导丛芽的产生;当生长素浓度高时,可以诱导根的产生。由此可见,调控的关键是适当控制好不同培养期的培养基中细胞分裂素和生长素的浓度及二者的比例。
答案:(1)植物细胞具有全能性
(2)[①]脱分化 [②]再分化 植物激素
(3)被病毒感染,甚至无病毒
(4)大于 调控好不同培养期的培养基中细胞分裂素与生长素的浓度及其比例
2.科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株,为了便于杂种细胞的筛选和鉴定,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,其培育过程如图所示:
(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有______________________________。
(2)过程①常用的酶是____________,细胞融合完成的标志是____________。
(3)在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察,根据细胞膜表面荧光的不同可观察到____________种不同的原生质体,当观察到_______________________时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯的原生质体融合而成的。
(4)过程③和过程④依次为____________,过程④中的培养基常添加的植物激素是____________。
(5)若番茄细胞中有m条染色体,马铃薯细胞中有n条染色体,则“番茄-马铃薯”细胞在有丝分裂后期有____________条染色体。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养得到的植株属于________倍体植株。
【解析】(1)植物体细胞杂交就是将不同种植物的体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,再利用植物组织培养技术把杂种细胞培育成新的植物体的技术,所以植物体细胞杂交依据的生物学原理有细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
(2)过程①是去除植物细胞的细胞壁获得原生质体,而植物细胞细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,依据酶的专一性,常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出新的细胞壁。
(3)依题意,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯原生质体膜上的蛋白质,所以融合后根据细胞膜表面呈现荧光的不同可观察到3种不同类型的原生质体:红色荧光标记的番茄原生质体及其融合后的原生质体、绿色荧光标记的马铃薯原生质体及其融合后的原生质体、红色荧光和绿色荧光共同存在的番茄与马铃薯的原生质体融合后所形成的原生质体。当观察到融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光时,可判断该原生质体是由番茄和马铃薯的原生质体融合而成的。
(4)过程③表示将杂种细胞培育成愈伤组织,属于植物组织培养过程中的脱分化;过程④表示将愈伤组织培育成植物体,该过程属于再分化,培养基常添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。
(5)杂种细胞的染色体数为融合前两种细胞染色体数之和,即(m+n)条。“番茄-马铃薯”细胞在有丝分裂后期,着丝点分裂、姐妹染色单体分开,使得杂种细胞中的染色体数目加倍为2(m+n)条。杂种植株的花粉经离体培养形成的植株属于单倍体。
答案:(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
(2)纤维素酶和果胶酶 形成新的细胞壁
(3)3 融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光
(4)脱分化和再分化 生长素和细胞分裂素
(5)2(m+n) 单
3.(2021·郑州高二检测)下列是生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。
(1)上述制备抗体1和抗体2过程中用到的现代生物技术手段主要有________________、________________、________。
(2)在制备抗体1的过程中,先给小鼠注射一种纯化的抗原蛋白,一段时间后,从小鼠的________(免疫器官)中获取B淋巴细胞,将获得的细胞与________细胞融合,诱导融合的原理是________________,再经过筛选、检测,最终可获得所需的细胞Y。获得细胞Y后,常用的培养方法是培养液中体外培养和__________________,图中细胞Y具有_____________________的特点。抗体1的特点是____________________________。
(3)抗体 2 制备过程中将 mRNA 逆转录为 cDNA 再进行 PCR 扩增被称为 RT-PCR 技术,RT-PCR 过程需要的酶有____________________。将 VⅠ基因与普通质粒经某种限制酶切割连接并成功导入大肠杆菌细胞后,发现仍有部分细胞不能表达出抗体2,最可能的原因是________________________________。为避免上述情况发生,最好用________(填“1”或“2”)种限制酶切割 VⅠ 基因与普通质粒。
(4)事实上,用上述方法生产的抗体 1 与抗体 2 的氨基酸排列顺序相同,两者的空间结构往往不同,请分析原因:__________________________________。
【解析】(1)制备抗体1的过程包括:①诱导动物细胞融合及②细胞增殖,据此可知:用到的现代生物技术手段主要有动物细胞培养和动物细胞融合;制备抗体2的过程为:将通过③④过程得到的目的基因(VⅠ基因)与普通质粒结合并通过⑤过程构建基因表达载体(结构甲),再将构建的基因表达载体通过⑥过程导入受体细胞(大肠杆菌),用到的现代生物技术手段主要是转基因技术,因此上述制备抗体1和抗体2过程中用到的现代生物技术手段主要有动物细胞培养、动物细胞融合和转基因技术。
(2)在制备抗体1的过程中,将从免疫(注射一种纯化的抗原蛋白)小鼠的脾脏中获取的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,诱导融合的原理是细胞膜的流动性。经过筛选、检测,最终获得的细胞Y是能分泌所需专一抗体的杂交瘤细胞。常将其放入培养液中体外培养或注射到小鼠腹腔内增殖。杂交瘤细胞具有既能产生特异性抗体,又能无限增殖的特点。抗体1的特点是特异性强、 灵敏度高、 可大量制备。
(3)依题意可知:在制备抗体2的RT-PCR过程中,将mRNA逆转录为cDNA的过程需要逆转录酶参与催化,在对cDNA进行PCR扩增时需要Taq酶参与催化。因切割VⅠ基因与普通质粒时使用的是同一种限制酶,所以在构建基因表达载体时可能会出现目的基因与质粒载体反向拼接的情况;若将目的基因与质粒载体反向拼接的基因表达载体导入大肠杆菌细胞,则该部分细胞不能表达出抗体2。为避免上述情况发生,最好用2种限制酶切割VⅠ基因与普通质粒。
(4)大肠杆菌为原核生物,其细胞中没有内质网和高尔基体,因此大肠杆菌分泌的抗体2形成过程中没有经过内质网和高尔基体的加工;杂交瘤细胞中有内质网和高尔基体,所以杂交瘤细胞产生的抗体1形成过程经过了内质网和高尔基体的加工。可见,抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同,但两者的空间结构往往不同。
答案:(1)动物细胞培养 动物细胞融合 转基因技术
(2)脾脏 骨髓瘤 细胞膜的流动性 注射到小鼠腹腔内增殖 既能产生特异性抗体,又能无限增殖 特异性强、 灵敏度高、 可大量制备
(3)逆转录酶和Taq酶 目的基因与质粒载体反向拼接 2
(4)抗体2 形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工, 抗体 1 形成过程经过内质网和高尔基体的加工
【补偿训练】
人感染埃博拉病毒(EV)会引起致命的出血热。为了寻找治疗EV病的有效方法,中外科学家进行了系列研究。
(1)EV表面的糖蛋白(EV-GP)作为________刺激机体产生________性免疫反应。
(2)科学家采集了多年前感染EV并已康复的甲、乙两人的血液,检测抗EV-GP抗体的水平。据图1,应选取________的血液分离记忆B细胞用以制备单克隆抗体(单抗)。
(3)将制备的多种单抗分别与病毒混合,然后检测病毒对宿主细胞的感染率。根据图2,抑制效果最好的两种单抗是________。
(4)EV-GP具有多个与抗体结合的位点。科学家用分子结构成像技术证实了上述两种单抗与EV-GP结合的位点不同。基于上述系列研究,请你为治疗EV病毒提供两种思路:①__________________________________________。
②_____________________________________。
【解析】(1)EV表面的糖蛋白(EV-GP)作为抗原刺激机体产生特异性免疫反应。
(2)据图1可知,多年前感染EV并已康复的甲的血液中抗EV-GP抗体水平明显高于乙和对照组,故应选取甲的血液分离记忆B细胞用以制备单克隆抗体。
(3)据图2可知,单克隆抗体和病毒混合,加入单抗Ⅲ、Ⅴ后,病毒对宿主细胞的感染率较低。因此抑制效果最好的两种单抗是Ⅲ、Ⅴ。
(4)一种抗原的表面不只有一个抗体结合位点,可能有多个,目的就是让抗原最终和抗体结合形成沉淀,被吞噬细胞分解。因此有三种思路,①单独或共同使用Ⅲ、Ⅴ进行治疗;②利用单抗制成靶向药物;③针对EV-GP与抗体结合位点的结构研制新型药物。
答案:(1)抗原 特异 (2)甲 (3)Ⅲ和Ⅴ
(4)①单独或共同使用Ⅲ、Ⅴ进行治疗
②利用单抗制成靶向药物
③针对EV-GP与抗体结合位点的结构研制新型药物(答出两种即可) 项目
A组
B组
C组
D组
E组
生长素
0
3 ppm
3 ppm
0.03 ppm
0
细胞
分裂素
0
0.2 ppm
0.002 ppm
1.0 ppm
0.2 ppm
花芽生
长状况
仍是组
织切块
形成愈
伤组织
愈伤组织
分化出根
愈伤组织分
化出嫩芽
稍生长
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