2023届高考生物二轮复习细胞工程学案 （不定项）

考点2　细胞工程

植物组织培养是植物细胞工程的基础，植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍，植物细胞工程在农业、医药工业等方面有广泛的应用；动物细胞培养是动物细胞工程的基础，动物细胞融合技术为单克隆抗体的制备提供重要技术，动物体细胞核移植技术可产生相同遗传背景的动物，为模型动物的培养提供了支持；胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。

(对照课本回顾主干知识)

重要概念1　植物细胞工程包括组织培养和体细胞杂交等技术

[例1]　辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.要获得脱毒苗，通常需要对外植体进行茎尖组织培养

B.通常需用体积分数为50%的酒精对外植体进行消毒

C.通过液体培养基来大量培养高产细胞系，可以实现对辣椒素的工业化生产

D.诱导愈伤组织分化成根还是芽，需要通过平衡生长调节剂的配比进行调控

答案　B

解析　外植体消毒所用酒精的体积分数为70%，B错误。

[例2]　下图为植物体细胞杂交及组织培养过程示意图。下列说法不正确的是(　　)

A.高尔基体在过程③中发挥了重要作用

B.过程④、⑤说明杂种细胞具有全能性

C.若原生质体A、B均含有两个染色体组，则理论上杂种植株为四倍体

D.过程①需要将细胞A、B置于低渗溶液中，过程②通常用聚乙二醇处理

答案　D

解析　过程①需要将植物细胞A、B置于等渗溶液中，不能放在低渗溶液中，防止去除细胞壁后，原生质体吸水涨破。

[例3]　(不定项)紫草宁具有抗菌、消炎等效果，可通过植物组织培养技术培养出愈伤组织，从愈伤组织的细胞中提取紫草宁，大大加快了紫草宁的生产进程。下列叙述不正确的是(　　)

A.紫草离体的叶片灭菌后可作外植体

B.愈伤组织通过减数分裂进行细胞增殖

C.破碎愈伤组织细胞能提高紫草宁的提取率

D.愈伤组织生产紫草宁体现了细胞的全能性

答案　ABD

解析　紫草离体的叶片消毒后可作外植体，A错误；愈伤组织细胞不能进行减数分裂，其通过有丝分裂进行细胞增殖，B错误；细胞的全能性是指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，愈伤组织生产紫草宁不能体现细胞的全能性，D错误。

[练]　用一片兰花叶子，可以培养很多兰花。所涉及的主要生物学原理和技术是什么？

答案　原理：植物细胞全能性；技术：植物组织培养。

重要概念2　动物细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术

[例4]　(2022·湖北，7)某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究，结果发现其培养的原代神经元生长缓慢，其原因不可能的是(　　)

A．实验材料取自小鼠胚胎的脑组织

B．为了防止污染将培养瓶瓶口密封

C．血清经过高温处理后加入培养基

D．所使用的培养基呈弱酸性

答案　A

解析　来自小鼠胚胎的脑组织原代神经元细胞分化程度低，生长较快；将培养瓶密封会导致神经元细胞缺氧而生长缓慢；高温会使血清含有的促进细胞生长和增殖所需要的某些物质失活，而使神经元细胞生长缓慢；多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4，弱酸性的环境会导致神经元细胞生长缓慢，故A项不是导致培养的原代神经元生长缓慢的原因。

[例5]　下列关于动物细胞融合的说法不正确的是(　　)

A．动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术

B．动物细胞融合需要用纤维素酶处理

C．动物细胞融合时需要人工诱导

D．常用的诱导动物细胞融合的因素有：聚乙二醇、灭活的病毒、电激等

答案　B

[例6]　CD47是一种跨膜糖蛋白。它可与巨噬细胞表面的信号调节蛋白结合，从而抑制巨噬细胞的吞噬作用。肺癌、结肠癌等多种肿瘤细胞表面的CD47含量比正常细胞高1.6～5倍，导致巨噬细胞对肿瘤细胞的清除效果减弱。为证明抗CD47的单克隆抗体可以解除CD47对巨噬细胞的抑制作用，科学家按照如下流程进行了实验。

下列叙述不正确的是(　　)

A．多次进行步骤①的目的是获得更多分泌抗CD47抗体的浆细胞

B．步骤②中可以利用聚乙二醇或灭活的病毒诱导完成细胞融合

C．经筛选可得到既能产生抗CD47抗体又能无限增殖的杂交瘤细胞

D．对照组应在巨噬细胞＋正常细胞共培养体系中加入单克隆抗体

答案　D

解析　多次进行步骤①的目的是加强免疫，获得更多分泌抗CD47抗体的浆细胞，A正确；诱导动物细胞融合可以利用聚乙二醇或灭活的病毒，B正确；经两次筛选可得到既能产生抗CD47抗体又能无限增殖的杂交瘤细胞，C正确；对照组应在巨噬细胞＋肿瘤细胞共培养体系中不加入单克隆抗体，D错误。

[例7]　(2022·山东，15)如图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是(　　)

A．双抗可同时与2种抗原结合

B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞

C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原

D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞

答案　D

解析　根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与2种抗原结合，A正确；抗原与抗体能够发生特异性结合，双抗既可以特异性作用于靶细胞，又可以特异性携带蛋白类药物，所以利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B正确；双抗是将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子在体外解偶联后重新偶联形成的，可同时与这两种抗原结合，因此，筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原—抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C正确；同时注射2种抗原可刺激不同B细胞分化形成不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D错误。

[例8]　(不定项)我国科学家利用基因编辑技术，获得一只生物节律核心基因BMAL1敲除的猕猴。取其成纤维细胞与去核的卵母细胞融合，发育形成的早期胚胎植入代孕雌猴，获得5只克隆猴，用于研究节律机制。以下叙述不正确的是(　　)

A．克隆猴基因组成差异小，作为实验动物便于研究

B．可通过电融合法使去核卵母细胞和成纤维细胞融合

C．受精卵经基因编辑后形成的胚胎可发育为克隆猴

D．克隆猴的获得体现了动物体细胞具有全能性

答案　CD

解析　由于克隆猴基因组成差异小，用克隆猴作为实验动物，有利于使实验中的无关变量得到控制，有利于增强实验的可信度，A正确；受精卵经基因编辑后形成的胚胎发育成的个体不能叫作克隆猴，克隆猴是通过核移植技术获得的重构胚发育而成的，C错误；动物细胞核含有该物种的全套遗传信息，克隆猴的获得体现了动物体细胞的细胞核具有全能性，D错误。

[例9]　(不定项)(2021·辽宁适应性测试改编)下列有关干细胞的叙述，正确的是(　　)

A．干细胞是具有分裂和分化能力的细胞

B．造血干细胞可定向诱导分化成机体所有种类的细胞

C．诱导多能干细胞(iPS)移植回病人体内治疗疾病，可避免免疫排斥反应

D．移植胚胎干细胞可使退化的组织得以修复并恢复正常功能

答案　ACD

解析　造血干细胞可分化形成血细胞，胚胎干细胞在一定条件下可定向诱导分化成机体所有种类的细胞，B错误；当身体某一类细胞功能退化时，可以通过诱导胚胎干细胞定向分化来及时修复，并恢复正常功能，D正确。

[例10]　(2020·全国卷Ⅰ)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)写出以小鼠甲的脾脏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)取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶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　(3)图中筛选1需要用到选择培养基，只有杂交瘤细胞可以存活。筛选2是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞，该过程要用到抗原—抗体杂交，故筛选所依据的原理是抗原与抗体的反应具有特异性。

(4)获得能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞后，可以在体外培养液中进行培养，或在小鼠的腹腔中进行培养，使杂交瘤细胞大量增殖。

[例11]　(2021·湖南选择性考试改编)M基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验，将外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M基因失活的转基因克隆动物A，流程如图所示。回答下列问题：

(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是____________________，这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的________________断开。

(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是___________________________________。

(3)与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低，原因是________________________________________________。

(4)鉴定转基因动物：以免疫小鼠的________淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合，筛选融合杂种细胞，制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活的实验思路________________________________________________________。

答案　(1)限制性内切核酸酶(限制酶)　磷酸二酯键

(2)清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，同时给细胞提供足够的营养

(3)动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难

(4)B　取克隆动物A的肝组织细胞，提取蛋白质进行抗原—抗体杂交

解析　(4)先给小鼠注射特定抗原使之发生免疫反应，之后从小鼠脾脏中获取已经免疫的B淋巴细胞；诱导B细胞和骨髓瘤细胞融合，利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，制备M蛋白的单克隆抗体；若要利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活，如果M基因已经失活，则克隆动物A的肝细胞中无法产生M蛋白，则可利用抗原—抗体杂交技术进行检测。故实验思路为：取克隆动物A的肝组织细胞，提取蛋白质进行抗原—抗体杂交。

[练1]　说出动物细胞工程在现实生活中应用的2个实例。

答案　培养动物细胞用于物质毒性检测；用抗人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体做成“早早孕诊断试剂盒”等。

[练2]　在优良奶牛的繁殖中，经常会用到体细胞核移植技术和胚胎细胞核移植技术。请简要说出两种技术的主要区别。

答案　供体细胞不同，体细胞核移植的供体细胞是体细胞，胚胎细胞核移植的供体细胞是胚胎细胞；体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。

重要概念3　对动物早期胚胎或配子进行显微操作和处理以获得目标个体

[例12]　关于胚胎发育过程中桑葚胚和囊胚的比较，以下说法不正确的是(　　)

A．囊胚期的细胞出现了细胞分化，但遗传物质未发生改变

B．桑葚胚期所有细胞DNA总量小于囊胚期所有细胞DNA总量

C．桑葚胚期的各细胞分化程度低，全能性容易实现

D．囊胚期内细胞团和滋养层细胞差异是由遗传物质不同造成的

答案　D

解析　囊胚期内细胞团和滋养层细胞是分化的结果，二者遗传物质是相同的。

[例13]　(2022·全国甲卷，38，改编)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题：

(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是________。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是______________________________________。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到__________________时才具备与精子受精的能力。

(2)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是________________________________________________________________________________________________________________。

答案　(1)冷冻保存　刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能受精　减数第二次分裂中期

(2)对受体母羊进行同期发情处理，将保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代

[例14]　(2022·广东开学考)如图为纯种荷斯坦小奶牛的繁殖过程，请回答下列问题：

(1)为让供体母牛进行超数排卵，需要给母牛注射____________。从供体母牛采集的卵母细胞都需要进行体外培养，其目的是________________。从优秀种公牛采集的精子需________后才能进行受精作用。

(2)胚胎在早期培养时，培养液中除含有无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及________等物质。如需对初期胚胎进行性别鉴定，宜取囊胚期的________细胞进行鉴定。

(3)如果培育转基因荷斯坦奶牛，可采用________技术将药用蛋白基因导入到________中。在检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因时，常采用____________技术进行检测。

答案　(1)促性腺激素　使卵母细胞成熟　获能

(2)血清　滋养层

(3)显微注射　受精卵　PCR

例　(2020·北京等级考)研究者以拟南芥根段作为组织培养材料，探讨了激素诱导愈伤组织分化生芽的机制。

(1)离体的拟南芥根段在适宜条件下可以培育出完整的植株，说明植物细胞具有________。在组织培养过程中，根段细胞经过________形成愈伤组织，此后调整培养基中细胞分裂素(CK)与生长素的比例可诱导愈伤组织分化。

(2)在愈伤组织生芽过程中，CK通过ARRs(A)基因和WUS(W)基因起作用。为探讨A基因与W基因的关系，将A基因功能缺失突变体(突变体a)和野生型的愈伤组织分别置于CK与生长素比例高的(高CK)培养基中诱导生芽，在此过程中测定W基因的表达量。图1中，野生型的W基因表达量与高CK诱导时间的关系是________________________________________________________。分析图1结果可得出的结论是：在高CK诱导下A基因促进W基因表达。得出结论的依据为：与野生型相比，______________________________。

(3)用转基因方法在上述突变体a中过量表达W基因，获得材料甲。将材料甲、突变体a和野生型三组愈伤组织在高CK培养基中培养，三组愈伤组织分化生芽的比例如图2，由此能得出的结论包括________。

A．A基因在愈伤组织分化生芽的过程中起作用

B．W基因的表达产物调控A基因的表达

C．缺失A基因时W基因表达不能促进生芽

D．过量表达W基因可使生芽时间提前

第(2)题为柱形图、曲线图分析类试题，这类试题的解题方法为：首先要观察坐标轴，明确横纵坐标轴包含的信息及生物学含义，并分析自变量与因变量，横坐标是自变量[若是有两个或两个以上的对象(曲线)，则有两个自变量]，纵坐标是因变量；再单独分析每个对象(曲线)横纵坐标的关系，即横坐标对纵坐标的影响；最后结合题目的选项确定比较对象，比较时要遵循单一变量原则和对照原则。

1．分析横纵坐标含义

(1)横坐标：高CK诱导时间。

(2)纵坐标：W基因的相对表达量。

2．单独分析每个对象横纵坐标的关系

(1)只分析野生型(A基因功能正常)，发现诱导时间延长，W基因的相对表达量增加。

(2)只分析突变体a(A基因功能缺失)，发现诱导时间延长，W基因的相对表达量也增加。

3．确定比较对象进行比较

突变体a(A基因功能缺失)与野生型(A基因正常)相比，突变体a的W基因相对表达量较少。

第(3)题也为曲线图分析类试题，根据(2)解题方法，自己填写本题思路引领。

1．分析横纵坐标含义

(1)横坐标：高CK诱导时间。

(2)纵坐标：愈伤组织分化生芽的比例。

2．单独分析每条曲线横纵坐标的关系

(1)只分析突变体a(A基因功能缺失)，发现随诱导时间延长，愈伤组织分化生芽比例一直为0。

(2)只分析野生型(A基因功能正常)，发现随诱导时间延长，在8_d后，愈伤组织分化生芽比例突然增加。

(3)只分析材料甲，发现随诱导时间延长，愈伤组织分化生芽比例增加。

3．结合题目选项确定比较对象，进行比较

(1)比较野生型(A基因功能正常)和突变体a(A基因功能缺失)，可以得出：A基因在愈伤组织分化生芽的过程中起作用。

(2)比较材料甲(过量表达W基因，A基因功能缺失)和突变体a(A基因功能缺失)，可以得出：缺失A基因时，W基因过量表达可以促进愈伤组织分化生芽。

(3)比较材料甲(过量表达W基因)和野生型(A基因功能正常)，可以得出：过量表达W基因可使生芽时间提前。

答案　(1)全能性　脱分化

(2)野生型的W基因的相对表达量随高CK诱导时间延长而增加　突变体a的W基因的相对表达量较少

(3)AD

[练1－1]　为了探究6－BA和IAA对某菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，某研究小组在MS培养基中加入6－BA和IAA，配制成四种培养基(见下表)，灭菌后分别接种数量相同、生长状态一致、消毒后的茎尖外植体，在适宜条件下培养一段时间后，统计再生丛芽外植体的比例(m)，以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)，结果如下表所示。请分析回答：

(1)按照植物的需求量，培养基中无机盐的元素可分为________和________两类。上述培养基中，6－BA属于____________类调节剂。

(2)在该实验中，自变量是________，取值范围是________。因变量是____________________________________________。

(3)从实验结果可知，诱导丛芽总数量最少的培养基是________号培养基。

(4)为了诱导该菊花试管苗生根，培养基中一般不加入或少加入________(填“6－BA”或“IAA”)。

答案　(1)大量元素　微量元素　细胞分裂素

(2)IAA浓度　0～0.5 mg·L－1　再生丛芽外植体的比例(m)和再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)

(3)1　(4)6－BA

[练1－2]　铁皮石斛是我国名贵中药，生物碱是其有效成分之一，应用组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎(简称PLBs，类似愈伤组织)生产生物碱的实验流程如下：

在固体培养基上，PLBs的重量、生物碱含量随培养时间的变化如下图所示，请分析回答：

(1)选用新生营养芽为外植体的原因是_________________________，诱导外植体形成PLBs的过程称________。

(2)与黑暗条件下相比，PLBs在光照条件下生长的优势体现在____________，________________，____________。

(3)脱落酸(ABA)能提高生物碱含量，但会抑制PLBs的生长。若采用液体培养，推测添加适量的ABA可提高生物碱产量。同学们模拟开展探究实验验证该推测，在设计实验方案时探讨了以下问题：

①ABA的浓度梯度设置和添加方式：设4个ABA处理组，1个空白对照组，3次重复。因ABA受热易分解，故一定浓度的无菌ABA母液应在各组液体培养基________后按比例加入。

②实验进程和取样：实验计划50天完成，每10天取样，将样品(PLBs)称重(g/瓶)后再测定生物碱含量。如初始(第0天)数据已知，实验过程中还需测定的样品数为________。

③依据所测定数据确定适宜的ABA浓度和培养时间：当某3个样品(重复样)的____________________时，其对应的ABA浓度为适宜浓度，对应的培养时间是适宜培养时间。

答案　(1)分化程度低，分裂能力强，容易诱导形成PLBs　脱分化

(2)生长起始较快　快速生长时间较长　PLBs产量较高

(3)①灭菌冷却　②75　③PLBs的质量和生物碱含量乘积的平均值最大

解析　(3)①ABA受热易分解，待培养基灭菌冷却后，再添加。②实验中4组ABA处理加1组对照，3次重复，测定第10、20、30、40、50天的数据，共计75组样品。③要确定ABA最适浓度，可根据PLBs的质量和生物碱含量来判断，它们的乘积平均值最大时所对应的ABA浓度为ABA最适浓度。