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2024届人教版高中生物一轮复习植物细胞工程和动物细胞工程学案（不定项）
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这是一份2024届人教版高中生物一轮复习植物细胞工程和动物细胞工程学案（不定项），共49页。
第3讲 植物细胞工程和动物细胞工程
课标解读
核心素养
1.阐明植物组织培养的原理和条件
2.概述植物体细胞杂交的过程及应用
3.理解动物细胞培养的原理、条件和过程
4.概述细胞融合是单克隆抗体制备的重要技术
科学思维
建立动物细胞培养与单克隆抗体制备的基本流程模型
科学探究
探究动物细胞工程的应用
社会责任
克隆动物及其对人类社会的可能影响
考点一 植物细胞工程
1.细胞工程的概念。
2.细胞的全能性。
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
原理
细胞内含有本物种的全部遗传信息
全能性表
达条件
具有完整的细胞结构,处于离体状态,提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件
3.植物组织培养技术。
(1)定义和流程。
(2)探究实践——菊花的组织培养。
提醒 ①植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖,少数为葡萄糖和果糖,原因是蔗糖既可提供充足的碳源,又可维持相对适中的渗透压,而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下,其造成的渗透压可能过高。
②由愈伤组织进行细胞分化时,一般要先诱导其生芽,然后诱导其生根,可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。
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。
提醒 植物体细胞杂交属于无性生殖。
(3)意义。
植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离,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。
(2)作物新品种的培育。
(3)细胞产物的工厂化生产。
①次生代谢物:是一类小分子有机化合物,在植物抗病、抗虫等方面发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
②细胞产物的工厂化生产:人们利用植物细胞培养来获得目标产物的过程。
③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。
正误判断
(1)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。(×)
(2)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。(×)
(3)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。(×)
(4)植物体细胞杂交所获得的杂种植株的变异类型属于染色体变异。(√)
(5)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。(×)
(6)植物体细胞杂交属于有性生殖,结果只是形成杂种细胞。(×)
教材微点
1.(选择性必修3 P38“拓展应用”)“番茄—马铃薯”没有像想象的那样,地上结番茄,地下长马铃薯,推测原因可能是生物基因之间相互调控、相互影响。
2.(选择性必修3 P38“概念检测”)科学家在制备原生质体时,有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析,蜗牛消化道提取液中可能含有的成分是纤维素酶、果胶酶。
3.(选择性必修3 P41“相关信息”)初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动,因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。
长句突破
1.(科学思维)在进行植物组织培养的实验时,要严格控制杂菌污染的原因是杂菌在培养基上生长争夺营养,杂菌产生的物质影响植物组织的生长。
2.(事实概述)[2019·全国卷Ⅱ,T38(4)]植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是含目的基因的细胞愈伤组织小植株(用流程图表示)。
3.(事实概述)[2019·全国卷Ⅱ,T38(1)]植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁殖技术的特点有能保持植物原有的遗传特性;繁殖速度快(答出2点即可)。
1.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较。
2.植物体细胞杂交和有性杂交的辨析。
角度一 结合植物组织培养的过程,考查理解能力
1.(2023·南通模拟)以二倍体兰花花药为外植体,经植物组织培养过程获得兰花植株,下列相关叙述错误的是( )
A.为防止杂菌污染,①②③过程要进行严格的无菌操作
B.②过程需在培养基中添加多种植物激素以利于再分化
C.该育种过程体现了细胞的全能性
D.经④过程形成的植株中可筛选获得纯合的二倍体
解析 植物组织培养过程要求无菌、无毒的环境,其中外植体要进行消毒处理,而培养基需灭菌处理,即①②③过程要进行严格的无菌操作,A项正确;②过程需在培养基中添加多种植物激素以利于脱分化,B项错误;高度分化的细胞,首先经过脱分化形成愈伤组织,然后再分化形成植株,整个育种过程体现了植物细胞的全能性,C项正确;④过程形成的植株中可筛选获得纯合的二倍体兰花植株,D项正确。
答案 B
2.(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗,获得试管苗的过程如图所示。
回答下列问题。
(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有 。
(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层,原因是 。
(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基,其原因是 。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的 过程,最终可形成试管苗。
(4)步骤⑥要进行照光培养,其作用是 。
(5)经组织培养得到的植株,一般可保持原品种的 ,这种繁殖方式属于 繁殖。
解析 (1)植物细胞具有全能性,利用已分化的植物细胞通过植物组织培养可以培养成完整植株。(2)形成层细胞分化程度低,全能性较高,更容易诱导形成愈伤组织,进而获得完整植株。(3)愈伤组织的形成和试管苗的分化需要不同的生长素与细胞分裂素比例,因此诱导愈伤组织的形成阶段到分化阶段需要不同的培养基。愈伤组织通过再分化过程,最终可形成试管苗。(4)叶绿素的形成需要光,试管苗的发育也需要光,因此试管苗的诱导阶段需要光照。(5)通过植物组织培养获得植株的方式是无性繁殖的一种,可以保持原品种的遗传特性。
答案 (1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因) (2)形成层容易诱导形成愈伤组织 (3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同 分化(或再分化) (4)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用 (5)遗传特性 无性
组织培养得到植株的两种常见途径
(1)愈伤组织形成后经诱导发芽形成丛状苗,再生根形成植株。
(2)愈伤组织形成后经液体悬浮培养得到单个细胞,诱导形成胚状体再形成植株。
角度二 围绕植物体细胞杂交,考查科学探究能力
3.(2023·湖南郴州模拟)科学家利用马铃薯和西红柿叶片分离原生质体并进行细胞杂交,最终获得了杂种植株,相关过程如图所示。有关分析正确的是( )
A.过程①应将叶片上表皮向上,置于含纤维素酶和果胶酶的等渗或略高渗溶液中
B.过程②中的原生质体由细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质构成
C.④过程常用灭活病毒诱导法,目的是促进原生质体融合
D.⑤进行脱分化和再分化过程,杂种植株一定具有马铃薯和西红柿的优良性状
解析 过程①应将叶片下表皮的一面朝下(能与溶液接触),置于含有纤维素酶和果胶酶的溶液中去除细胞壁,原生质体没有细胞壁,为避免原生质体吸水涨破,将叶片置于等渗或略高渗溶液中,A项正确;原生质层是由细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质组成的,而原生质体是指植物细胞去除细胞壁后的剩余部分,B项错误;诱导原生质体融合的化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+-高pH融合法等,灭活病毒是用于诱导动物细胞融合的方法,C项错误;由于基因的选择性表达,获得的杂种植株不一定能够表现亲本的优良性状,如番茄-马铃薯杂种植物,地上没有结番茄,地下也没有长马铃薯,D项错误。
答案 A
4.(2023·山西联考)植物体细胞杂交育种的一个重要应用是将栽培品种与相关的野生资源作为亲本,经过原生质体融合、选择与再生,使栽培品种获得野生型的抗性特征。下列说法错误的是( )
A.若杂种植株可育并能稳定地遗传,就有可能形成农业上有用的新物种
B.体细胞杂交可转移核染色体、细胞质DNA,在一定程度上克服远缘杂交的不亲和性
C.可用电激、聚乙二醇或灭活的病毒来诱导原生质体的融合
D.由二倍体亲本体细胞杂交可获得异源四倍体,与二倍体亲本回交,产生不育的三倍体
解析 经植物体细胞杂交将来自两个不同植物的体细胞融合成杂种细胞,把其培养成植株,若杂种植株能稳定遗传,就有可能形成农业上有用的新物种,A项正确;植物体细胞杂交实现了两个不同物种的细胞融合,B项正确;可用电激、聚乙二醇等来诱导原生质体的融合,但灭活的病毒只能诱导动物细胞融合,C项错误;利用植物体细胞杂交得到的植株含有双亲的全部遗传物质,因此由二倍体亲本体细胞杂交可获得可育的异源四倍体,与二倍体亲本回交,产生不育的三倍体,D项正确。
答案 C
角度三 围绕植物细胞工程的应用,考查创新应用能力
5.(2023·北京海淀模拟预测)黑胫病对甘蓝型油菜的危害十分严重,黑芥能抗黑胫病,两者不能直接杂交。为解决该问题,科研人员通过下图所示过程获得抗病品系。据图分析,下列相关叙述不正确的是( )
A.最终获得的抗病植株具有完整的甘蓝型油菜和黑芥的遗传信息
B.过程①可使用纤维素酶,过程②可利用PEG进行诱导
C.过程③发生脱分化,过程④体现出植物细胞具有全能性
D.黑芥与甘蓝型油菜存在生殖隔离
解析 黑芥的叶肉细胞原生质体经X射线照射后发生部分染色体结构破坏,因而最终获得的抗病植株不具有完整的黑芥的遗传信息,A项错误;过程①表示去除细胞壁的过程,可以用纤维素酶和果胶酶处理;过程②表示诱导原生质体融合的过程,可利用PEG进行诱导,B项正确;融合后的原生质体经过诱导长出细胞壁,经过程③发生脱分化和过程④后形成抗病植株,由杂种细胞培育成完整植株的过程体现出植物细胞具有全能性,C项正确;根据题意可知,黑芥与甘蓝型油菜不能直接杂交,说明两者存在生殖隔离,D项正确。
答案 A
6.(2023·福建南平模拟)马铃薯是同源四倍体,是由正常二倍体通过染色体加倍形成的,通常通过无性繁殖产生后代。长期种植会使病毒积累在体内,使其产量降低,品质变差。如图表示利用马铃薯外植体(即离体的器官、组织或细胞)经植物组织培养技术培育脱毒马铃薯苗的过程。
外植体愈伤组织胚状体→脱毒苗→马铃薯
回答下列问题:
(1)外植体能够形成幼苗所依据的原理是 ;图中①②过程分别是 。
(2)培育脱毒苗时,一般选取 作为外植体,经过植物组织培养,再生植株就有可能不带病毒,原因是 。
(3)若用基因型为AAaa的四倍体马铃薯的花药作为外植体进行组织培养,经诱导染色体加倍后得到的马铃薯幼苗的基因型是 。
解析 (1)植物体的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜能,称为植物细胞的全能性,所以外植体能够形成幼苗所依据的原理是植物细胞的全能性;已分化的细胞经过诱导后失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程叫脱分化,所以①过程是脱分化,②是再分化过程,再分化是指已经脱分化的愈伤组织在一定条件下,再分化出胚状体,形成完整植株。(2)培育脱毒苗时,一般选取茎尖作为外植体,其依据是植物分生区附近(茎尖)病毒极少,甚至无病毒。(3)由于AAaa基因型的马铃薯经过减数分裂能够产生AA、Aa、aa三种基因型的配子,并且比例为1∶4∶1,因此AAaa基因型的马铃薯经花药离体培养过程得到AA、Aa、aa三种基因型的单倍体幼苗,在幼苗时期常用秋水仙素试剂处理,使染色体数目加倍,得到AAAA、AAaa、aaaa三种基因型的四倍体植株。
答案 (1)植物细胞的全能性 脱分化、再分化
(2)(一定大小的)茎尖 植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒 (3)AAAA、aaaa、AAaa
考点二 动物细胞工程
1.动物细胞培养。
(1)地位。
动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植等。其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
(2)培养条件。
提醒 动物细胞培养一般用液体培养基,植物组织培养一般用固体培养基。
(3)培养过程。
①制备细胞悬液。
②动物细胞培养。
提醒 ①区分原代培养和传代培养的关键是看用胰蛋白酶处理的对象和是否分瓶。
②分瓶前,第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理后的培养是原代培养。
③第二次用胰蛋白酶处理,使细胞从瓶壁上脱离下来,分瓶后的细胞培养为传代培养。
2.干细胞培养及其应用。
(1)概念:干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞,与组织、器官的发育、再生和修复密切相关。
(2)来源:早期胚胎、骨髓和脐带血等。
(3)分类:包括胚胎干细胞和成体干细胞等。
①
②
(4)诱导多能干细胞(iPS细胞)。
正误判断
(1)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织,再用胃蛋白酶处理。(×)
(2)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(×)
(3)在25 ℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养。(×)
(4)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(×)
(5)二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的。(×)
(6)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。(×)
长句突破
如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线,图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。据图分析:
(1)原代培养和传代培养的分界点是图中哪个点?
提示 B点之前的培养称为原代培养,之后的培养称为传代培养。
(2)AB段和DE段繁殖速度缓慢的原因是什么?
提示 AB段发生了接触抑制;DE段细胞大部分衰老失去分裂能力。
(3)E点后的细胞大多数具有异倍体核型,这样的细胞有什么特点?
提示 E点后的细胞属于细胞系,能无限增殖。
归纳比较植物组织培养与动物细胞培养。
比较项目
植物组织培养
动物细胞培养
理论基础
植物细胞全能性
细胞增殖
培
养
基
类型
固体或半固体培养基
液体培养基
成分
水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等
取材
植物幼嫩部位或花药等
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
关键环节
细胞的脱分化和再分化
细胞增殖和癌变
结果
新的组织或植株个体,可以体现全能性
新的细胞系或细胞株,不形成个体,不体现全能性
应用
①植株快速繁殖
②脱毒植株的培育
③制备人工种子
④生产药物、杀虫剂等
⑤转基因植物的培育
①蛋白质生物制品的生产
②皮肤移植材料的培育
③检测有毒物质
④生理、病理、药理学研究
相同点
①两技术手段培养过程中细胞都进行有丝分裂,都是无性繁殖,都可称克隆,都不涉及减数分裂
②均为无菌操作,需要适宜的温度、pH等条件
角度一 通过动物细胞培养过程的分析,考查理解能力
1.实验小鼠皮肤细胞培养(非克隆培养)的基本过程如图所示。下列叙述错误的是( )
实验小鼠 皮肤组织 皮肤细胞 细胞培养1 细胞培养2
A.甲过程需要对实验小鼠进行消毒
B.乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶处理
C.丙过程是原代培养
D.丁过程直接将丙过程得到的细胞分瓶培养
解析 动物细胞培养需要无毒无菌的环境,甲过程是指从实验小鼠身上取下皮肤组织,该过程需要对小鼠进行消毒处理,A项正确;乙过程表示将皮肤组织分散成单个细胞制备成细胞悬液,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理,B项正确;丁过程表示传代培养,需要再次用胰蛋白酶处理并离心收集,将收集细胞制成细胞悬液,然后分瓶培养,D项错误。
答案 D
2.(2023·北京延庆模拟)6⁃磷酸葡萄糖脱氢酶(G⁃6PD)有F和S两种类型,分别由一对等位基因XF和XS编码。将基因型为XFXS的女性皮肤组织用胰蛋白酶处理,进行原代培养,然后用不同的单个细胞分别进行单克隆培养。分别从原代培养和各单克隆培养取样,对G⁃6PD进行电泳检测,结果如图所示。以下叙述错误的是( )
A.原代培养的细胞中都含有XF基因和XS基因
B.原代培养细胞电泳图有2个条带,是因为同时检测了多个细胞
C.单克隆培养的细胞1、2、4、5、8、9与3、6、7所含基因不同
D.实验结果可能是女性细胞中一条X染色体随机失活导致的
解析 将基因型为XFXS的女性皮肤组织用胰蛋白酶处理,进行原代培养,由于细胞分裂过程中遗传物质不变,所以原代培养的细胞中都含有XF基因和XS基因,A项正确;对原代培养的细胞进行电泳检测,结果出现F型蛋白和S型蛋白,而单克隆培养的细胞只能出现一种条带,说明原代培养的细胞为不同类型,即原代培养细胞电泳图有2个条带是因为同时检测了多个细胞,B项正确;动物细胞培养过程中细胞分裂方式为有丝分裂,遗传物质不变,故细胞1、2、4、5、8、9与3、6、7所含基因相同,C项错误;原代培养的细胞后代用胰蛋白酶处理形成的单个细胞进行克隆培养,在克隆培养的后代中,有的细胞群只合成F型蛋白,有的细胞群只合成S型蛋白,说明XFXS的雌性体细胞的两个X染色体会有一个随机失活,且这个细胞的后代相应的X染色体均会发生同样的变化,D项正确。
答案 C
角度二 通过干细胞培养及其应用的分析,考查生命观念和社会责任
3.(不定项)科学家们从27种候选分子中,通过排列组合实验,最终选取了8种在卵子发育早期十分关键的分子(NOBOX,FIGLA,TBPL2,SOHLH1,STAT3,DYNLL1,SUB1,and LHX8),通过基因工程的方法改造胚胎干细胞,赋予了胚胎干细胞制造这8种蛋白质的能力。这些蛋白质表达以后,通过调控细胞的分化,将这些胚胎干细胞转化成了像卵子一样的细胞,它们甚至还可以与精子受精,并且发育成一个早期胚胎。下列相关叙述错误的是( )
A.胚胎干细胞制造出这8种蛋白质是细胞全能性的体现
B.上述方法得到的早期胚胎通过代孕能发育为正常个体
C.胚胎干细胞转化成像卵子一样的细胞是通过细胞分化来实现的
D.胚胎干细胞能够不断分裂和分化,不会发生衰老和凋亡
解析 胚胎干细胞制造出8种蛋白质并未体现细胞的全能性,A项错误;由于上述方法得到的早期胚胎是由胚胎干细胞转化后和精子受精结合形成的,胚胎干细胞是体细胞,并不是经过减数分裂得到染色体减半的卵细胞,故通过代孕不能得到正常个体,B项错误;据题干信息可知,通过基因工程赋予胚胎干细胞制造8种蛋白质的能力,在这些蛋白质表达以后,通过调控细胞的分化,将这些胚胎干细胞转化成了像卵子一样的细胞,C项正确;胚胎干细胞也会发生衰老和凋亡,D项错误。
答案 ABD
4.角膜缘干细胞能更新角膜上皮细胞,角膜上皮细胞对维持角膜的透明性至关重要。回答下列问题:
(1)将角膜缘组织剪碎,加入 处理,可获得大量游离分散的细胞。
(2)通常角膜缘干细胞的培养控制在10代以内,原因是 。
(3)离体培养角膜缘干细胞时,一般需要在合成培养基中加入 等天然成分,培养时所需的气体主要有 。
(4)研究发现,细胞因子能够调控角膜缘干细胞分化。放线菌素D能通过阻碍RNA聚合酶的功能进而抑制细胞因子的调控,由此推断该抑制过程发生在 (填“复制”“转录”或“翻译”)水平。
解析 (1)将动物组织剪碎后,加入胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,可获得大量游离分散的细胞。(2)一般来说,10代以内的细胞能保持细胞正常的二倍体核型,故通常角膜缘干细胞的培养控制在10代以内。(3)离体培养动物细胞时,一般需要在合成培养基中加入血清(或血浆)等天然成分,培养时所需的气体主要有O2和CO2。(4)放线菌素D能通过阻碍RNA聚合酶的功能进而抑制细胞因子的调控,RNA聚合酶是催化DNA转录形成RNA的酶,故被抑制的过程发生在转录水平。
答案 (1)胰蛋白酶或胶原蛋白酶
(2)保持细胞正常的二倍体核型
(3)血清(或血浆) O2和CO2
(4)转录
考点三 动物细胞融合技术与单克隆抗体
1.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)融合原理和结果。
①融合原理:细胞膜的流动性。
②融合结果:形成杂交细胞。
(3)诱导融合方法:PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。
(4)意义:突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。
(5)动物细胞融合技术的应用。
①成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种的重要手段。
②为制造单克隆抗体开辟了新途径。
提醒 灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力,但是并不破坏这些病原体的抗原结构。
2.单克隆抗体及其应用。
(1)制备原理。
①B淋巴细胞特点:一种B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。
②骨髓瘤细胞特点:能在体外大量增殖。
③杂交瘤细胞特点:既能迅速大量增殖,又能产生抗体。
(2)制备过程。
(3)单克隆抗体的应用。
正误判断
(1)植物原生质体融合与动物细胞融合的原理是相同的。(√)
(2)动物细胞融合过程中既有细胞膜融合也有核的融合。(√)
(3)与植物原生质体融合相比,动物细胞融合特有的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒。(×)
(4)动物细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。(×)
(5)单克隆抗体的制备首先要从小鼠体内提取B淋巴细胞。(×)
(6)单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的相同。(×)
(7)杂交瘤细胞进行体内培养,更容易控制培养条件。(√)
长句突破
1.(科学思维)[2018·全国卷Ⅲ,T38(2)]哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度小于(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是胚胎细胞分化程度低,表现全能性相对容易。
2.(科学思维)[全国卷Ⅱ,T40(3)]若经核移植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卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。
3.(科学思维)[全国卷Ⅰ,T40(2)]B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合实验完成后,融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外,可能还有B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞,体系中出现多种类型细胞的原因是细胞融合是随机的,且融合率达不到100%。
4.(科学思维)[全国卷Ⅰ,T40(4)]未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活,原因是B淋巴细胞不能无限增殖。
1.比较植物体细胞杂交和动物细胞融合。
项目
植物体细胞杂交
动物细胞融合
原理
细胞膜的流动性、细胞的全能性
细胞膜的流动性、细胞增殖
融合
前处理
除去细胞壁
使细胞分散开
相关酶
纤维素酶和果胶酶
胰蛋白酶或胶原蛋白酶
诱导
方法
物理法:电融合法、离心法;
化学法:聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法
物理法:电融合法;
化学法:聚乙二醇融合法;
生物法:灭活的病毒诱导
结果
杂种植株
杂交细胞
应用
培育植物新品种
主要用于制备单克隆抗体
意义
突破远缘杂交不亲和的障碍,打破了生殖隔离,扩展了杂交的亲本组合
相同点
动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理都是细胞膜的流动性,诱导动物细胞融合与植物原生质体融合的方法都常用PEG融合法和电融合法等
2.单克隆抗体制备过程中两次筛选的原因、方法及目的。
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选
原因
诱导融合后会得到多种杂交细胞,另外还有未融合的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
筛选
方法
用特定的选择培养基筛选:未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“B—B”细胞、“瘤—瘤”细胞)都会死亡,只有融合的杂交瘤细胞(“B—瘤”细胞)才能生长
用多孔培养皿培养,在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测,经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
筛选
目的
得到杂交瘤细胞
得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
角度 结合单克隆抗体及其应用,考查科学探究能力
1.B7分子是一类在抗原呈递细胞表面表达的重要分子,主要参与T细胞、B细胞活化。其异常表达与系统性红斑狼疮的发生有关。研究者利用流式细胞术检测荧光标记的鼠抗人B7单克隆抗体(B7单抗)与不同细胞的结合能力,结果如图。下列说法错误的是( )
注:纵坐标表示细胞数目相对值,横坐标103-104区间为B7荧光信号特异性区域。
A.B7单抗能识别小鼠成纤维细胞转入B7细胞、人B淋巴瘤细胞株
B.B7单抗不识别小鼠成纤维细胞,识别食蟹猴中脾脏细胞表达的B7
C.系统性红斑狼疮可能的免疫机理是B细胞大量活化,产生自身抗体
D.结果表明B7单抗对自身免疫性疾病不能具有一定的预防治疗作用
解析 由图示可知,小鼠成纤维细胞转入B7细胞、人B淋巴瘤细胞株在103~104区间B7荧光信号较高,说明单抗能识别小鼠成纤维细胞转入B7细胞、人B淋巴瘤细胞株,A项正确;由图示可知,小鼠成纤维细胞在103~104区间没有B7荧光信号,说明B7单抗不识别小鼠成纤维细胞;食蟹猴脾脏细胞在103~104区间B7荧光信号较高,说明B7单抗能识别食蟹猴中脾脏细胞表达的B7,B项正确;由题意可知,若B细胞大量活化,产生自身抗体,攻击自身组织细胞,则可能引起自身免疫病—系统性红斑狼疮,C项正确;由题意可知,B7单抗能与B7分子特异性结合,抑制B7分子参与B细胞活化,故B7单抗对自身免疫性疾病具有一定的预防治疗作用,D项错误。
答案 D
2.(2023·山西朔州期末)抗体—药物偶联物(ADC)通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合。实现对肿瘤细胞的选择性杀伤,同时对正常细胞没有毒性。回答下列问题:
(1)制备ADC中所用抗肿瘤抗原的单克隆抗体时,首先需要利用基因工程技术建立肿瘤抗原表达载体,然后用抗原对小鼠进行免疫,使小鼠产生 ,此过程需要多次免疫小鼠的原因是 。
(2)单克隆抗体制备过程中要经过两次筛选。第一次筛选的目的是 ,第二次筛选所用的方法是 ,经过筛选,最终得到的细胞的特点是 。
(3)为了得到大量抗肿瘤抗原的单克隆抗体,可将抗体检测呈 的杂交瘤细胞,在体外条件下大规模培养或 ,最终从细胞培养液或小鼠腹水中获得。
(4)单克隆抗体除了在ADC中的应用,在临床上的应用还有 (答出两点)。
解析 (1)制备单克隆抗体时,用抗原对小鼠进行免疫,使小鼠产生B淋巴细胞,此过程需要多次免疫小鼠以便获得更多的B淋巴细胞。(2)单克隆抗体制备过程中要经过两次筛选,第一次用选择培养基筛选,目的是获得杂交瘤细胞,第二次用抗原抗体杂交法检测法筛选,最终得到的杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生特异性抗体。(3)获得杂交瘤细胞后,需要进行克隆化培养和抗体检测。为了得到大量抗肿瘤抗原的单克隆抗体,可将抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞,注射到小鼠腹腔内使其增殖,可以从小鼠的腹水中提取大量的单克隆抗体。(4)除ADC外,单克隆抗体在临床上的应用还有作为诊断试剂、单独使用治疗疾病、病原体鉴定等。
答案 (1)特异性抗体 获得更多相应的B淋巴细胞
(2)筛选出杂交瘤细胞 抗原—抗体杂交法 既能无限增殖,又能产生特异性抗体
(3)阳性 注射到小鼠腹腔内
(4)疾病的诊断、病原体鉴定
考点四 动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.概念、原理及类型。
2.体细胞核移植的过程。
3.体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题。
畜牧业
加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育
保护濒危物种
医药
卫生
①作为生物反应器生产医用蛋白;
②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可用于异种移植;
③人核移植胚胎干细胞,经过诱导分化形成相应的细胞组织或器官,可用于器官移植,可避免发生免疫排斥反应
成功率非常低
克隆动物存在健康问题,表现出遗传和生理缺陷
正误判断
(1)与多莉羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植。(√)
(2)克隆植物和克隆动物都只具备一个亲本的遗传特性。(×)
(3)动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。(√)
(4)选择MⅡ期的卵母细胞作为核移植的受体细胞的主要原因是该细胞大,显微操作方便。(×)
(5)可用Ca2+载体激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育进程。(√)
(6)重构胚是指人工重新构建的胚胎,具有发育成完整个体的能力。(√)
(7)动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是梯度离心法。(×)
教材微点
1.(选择性必修3 P54“相关信息”)目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。也可采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。
2.(选择性必修3 P54“思考·讨论”)(1)体细胞核移植技术中必须先去掉受体卵母细胞的细胞核的原因是保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞。
(2)通过体细胞核移植方法生产的克隆动物,不是对体细胞供体动物进行了100%的复制,原因是克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核,其核外还有少量的DNA,即线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。此外,动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。
动物细胞培养与动物体细胞核移植的比较。
角度一 围绕动物体细胞核移植操作原理和过程,考查理解能力
1.(不定项)下列对动物核移植技术的描述正确的是( )
A.体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核
B.用于体细胞核移植的卵母细胞通常要在体外培养到减数分裂Ⅱ中期
C.通过体细胞核移植方法生产的克隆动物与核供体性状并不完全相同
D.非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难,至今没有成功实例
解析 体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核,A项正确;用于体细胞核移植的卵母细胞通常要在体外培养至减数分裂Ⅱ中期,B项正确;体细胞核移植中,重组细胞的遗传物质有部分来自去核卵母细胞,因此克隆动物的性状与核供体性状不完全相同,C项正确;在动物体细胞核移植中,非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难,我国科学家经过多年努力,攻克了障碍,成功获得了体细胞克隆猴,D项错误。
答案 ABC
2.(2021·辽宁卷)下图是利用体细胞核移植技术克隆优质奶牛的简易流程图,下列有关叙述正确的是( )
A.后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同决定
B.过程①需要提供95%空气和5%CO2的混合气体
C.过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行处理
D.过程③将激活后的重组细胞培养至原肠胚后移植
解析 后代丁的细胞核的遗传物质来自甲,细胞质的遗传物质来自乙,则丁的遗传性状由甲和乙的遗传物质共同决定,A项错误;动物细胞培养中需要提供95%空气(保证细胞的有氧呼吸)和5%CO2(维持培养液的pH)的混合气体,B项正确;过程②常使用显微操作去核法对卵母细胞进行处理,C项错误;过程③将激活后的重组细胞培养至囊胚或桑葚胚后移植,D项错误。
答案 B
角度二 借助克隆动物及其应用,考查社会责任
3.如图为体细胞克隆猴“中中”和“华华”的培育流程,为建立人类疾病的动物模型、研究疾病机理带来光明前景。下列叙述正确的是( )
A.过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞中,体现细胞膜的选择透过性
B.过程②在培养基中加入的动物血清含有激发成纤维细胞核全能性表达的物质
C.过程③进行同期发情处理,可降低代孕母猴对“中中”“华华”的免疫排斥反应
D.与模型小鼠相比,模型猴更适合于研究人类疾病的发病机理、研发诊治药物
解析 过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞中,未体现细胞膜的选择透过性,A项错误;培养细胞时在培养基中加入一定量的动物血清的作用是模拟内环境和补充未知的缺少的营养物质,激发成纤维细胞核全能性的是卵细胞的细胞质中的物质,B项错误;过程③进行同期发情处理,是为胚胎移入受体提供相同的生理环境,C项错误;猴子与人类的亲缘关系比小鼠近,与模型小鼠相比,模型猴更适合于研究人类疾病的发病机理、研发诊治药物,D项正确。
答案 D
4.(2021·湖南卷)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 。
从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞,在形态上表现为 (答出两点即可),功能上具有 。
(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: 。
解析 (1)限制酶识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸间的磷酸二酯键断开。(2)动物细胞体外培养需要无菌、无毒等适宜环境,因此动物细胞培养的培养液及所有培养用具使用前应进行无菌处理,还应定期更换培养液,以便清除代谢(产)物,防止代谢(产)物积累对细胞自身造成危害。(3)哺乳动物核移植分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,其中胚胎细胞核移植较易成功,因为与胚胎细胞相比,动物体细胞分化程度高,表现全能性十分困难。胚胎干细胞存在于早期胚胎中,在形态上表现为细胞体积小、细胞核大、核仁明显;在功能上具有发育的全能性。(4)制备单克隆抗体时,应将从免疫小鼠中得到的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合并筛选出可大量产生M蛋白抗体的杂交瘤细胞。为确定克隆动物A中M基因是否失活,可利用抗原—抗体特异性结合原理,将制备的M蛋白的单克隆抗体与转基因动物肝脏中提取的蛋白质混合,观察是否产生杂交带,若未出现杂交带,说明M基因已失活。
答案 (1)限制酶(限制性内切核酸酶) 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 (3)体细胞分化程度高,恢复其(表现)全能性十分困难 细胞体积小,细胞核大,核仁明显 发育的全能性 (4)B 提取此克隆动物的肝脏蛋白,作为抗原,与M蛋白的单克隆抗体进行抗原—抗体杂交,若未出现杂交带,证明M基因已失活
1.(2020·山东卷)两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂,形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出,未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理,将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种,过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂
C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合
D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
解析 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,过程①需用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得原生质体,A项正确;紫外线属于诱发变异的物理因素,紫外线照射的目的是使中间偃麦草的染色体断裂,B项正确;过程③为诱导植物原生质体融合,常用电融合法、离心法、聚乙二醇融合法、高Ca2+-高pH融合法等方式处理,不用灭活的病毒诱导,C项错误;普通小麦没有耐盐基因,耐盐小麦的形成是将来自中间偃麦草的含有耐盐基因的染色体片段整合到普通小麦染色体上的结果,D项正确。
答案 C
2.(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图。下列叙述正确的是( )
A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%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保持细胞的全能性
解析 过程①是制备原生质体,获得的原生质体若悬浮在30%的蔗糖溶液中会导致原生质体失水皱缩甚至死亡,A项错误;过程②为再分化过程,需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化,B项错误;秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成,且愈伤组织细胞已经具备细胞壁,故过程③不需要用秋水仙素处理,C项错误;原生质体虽无细胞壁,但含有细胞核等结构,即含有个体发育所需的全部遗传信息,故原生质体仍保持细胞的全能性,D项正确。
答案 D
3.(2021·山东卷)一个抗原往往有多个不同的抗原决定簇,一个抗原决定簇只能刺激机体产生一种抗体,由同一抗原刺激产生的不同抗体统称为多抗。将非洲猪瘟病毒衣壳蛋白p72注入小鼠体内,可利用该小鼠的免疫细胞制备抗p72的单抗,也可以从该小鼠的血清中直接分离出多抗。下列说法正确的是( )
A.注入小鼠体内的抗原纯度对单抗纯度的影响比对多抗纯度的影响大
B.单抗制备过程中通常将分离出的浆细胞与骨髓瘤细胞融合
C.利用该小鼠只能制备出一种抗p72的单抗
D.p72部分结构改变后会出现原单抗失效而多抗仍有效的情况
解析 单抗的制作需要筛选,而多抗不需要筛选,抗原纯度越高,产生的多抗纯度越高,因此抗原纯度对单抗纯度的影响比对多抗纯度的影响小,A项错误;单抗制备过程中通常是免疫后将脾脏破碎,然后用离心法将脾脏细胞(包含各种产生或不产生抗体的B细胞)和红细胞分开,然后用脾细胞与骨髓瘤细胞融合,而不能直接分离出浆细胞,B项错误;非洲猪瘟病毒衣壳蛋白 p72 上有多种抗原决定簇,一个抗原决定簇只能刺激机体产生一种抗体,所以向小鼠体内注入p72 后,可以刺激小鼠产生多种抗p72的单抗,C项错误;p72 部分结构改变只改变了部分抗原决定簇,因此由这部分抗原决定簇产生的抗体失效,但由于还存在由其他抗原决定簇刺激机体产生的抗体,所以多抗仍有效,D项正确。
答案 D
4.(2022·山东卷)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
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项正确;根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性,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项正确;在两种不同的抗原刺激下,B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成两种抗体,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项正确;同时注射2种抗原可刺激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项错误。
答案 D
5.(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)。
解析 (1)利用小鼠甲制备单克隆抗体时,先要给小鼠甲注射相应的抗原,目的是获得经免疫的、能产生相应抗体的B淋巴细胞。(2)利用小鼠甲的脾脏制备单细胞悬液的主要步骤是①取小鼠甲的脾脏并剪碎;②用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞;③利用培养液将分散的细胞制成细胞悬液。(3)为了得到所需要的杂交瘤细胞,在细胞培养过程中要进行筛选。第一次筛选(筛选1)是利用选择培养基进行筛选,在选择培养基上只有融合的杂种细胞才能生长,未融合的、同种细胞融合的细胞都不能存活。后续过程还需要利用抗原与抗体的反应具有特异性的原理进行多次筛选(筛选2),目的是得到能产生所需要的抗体并能无限增殖的杂交瘤细胞。(4)若要将得到的杂交瘤细胞进行大量培养,可以在体外条件下进行大规模培养或将其注射到小鼠腹腔内增殖。
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
第3讲 植物细胞工程和动物细胞工程
课标解读
核心素养
1.阐明植物组织培养的原理和条件
2.概述植物体细胞杂交的过程及应用
3.理解动物细胞培养的原理、条件和过程
4.概述细胞融合是单克隆抗体制备的重要技术
科学思维
建立动物细胞培养与单克隆抗体制备的基本流程模型
科学探究
探究动物细胞工程的应用
社会责任
克隆动物及其对人类社会的可能影响
考点一 植物细胞工程
1.细胞工程的概念。
2.细胞的全能性。
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
原理
细胞内含有本物种的全部遗传信息
全能性表
达条件
具有完整的细胞结构,处于离体状态,提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件
3.植物组织培养技术。
(1)定义和流程。
(2)探究实践——菊花的组织培养。
提醒 ①植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖,少数为葡萄糖和果糖,原因是蔗糖既可提供充足的碳源,又可维持相对适中的渗透压,而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下,其造成的渗透压可能过高。
②由愈伤组织进行细胞分化时,一般要先诱导其生芽,然后诱导其生根,可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。
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。
提醒 植物体细胞杂交属于无性生殖。
(3)意义。
植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离,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。
(2)作物新品种的培育。
(3)细胞产物的工厂化生产。
①次生代谢物:是一类小分子有机化合物,在植物抗病、抗虫等方面发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
②细胞产物的工厂化生产:人们利用植物细胞培养来获得目标产物的过程。
③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。
正误判断
(1)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。(×)
(2)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。(×)
(3)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。(×)
(4)植物体细胞杂交所获得的杂种植株的变异类型属于染色体变异。(√)
(5)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。(×)
(6)植物体细胞杂交属于有性生殖,结果只是形成杂种细胞。(×)
教材微点
1.(选择性必修3 P38“拓展应用”)“番茄—马铃薯”没有像想象的那样,地上结番茄,地下长马铃薯,推测原因可能是生物基因之间相互调控、相互影响。
2.(选择性必修3 P38“概念检测”)科学家在制备原生质体时,有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析,蜗牛消化道提取液中可能含有的成分是纤维素酶、果胶酶。
3.(选择性必修3 P41“相关信息”)初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动,因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。
长句突破
1.(科学思维)在进行植物组织培养的实验时,要严格控制杂菌污染的原因是杂菌在培养基上生长争夺营养,杂菌产生的物质影响植物组织的生长。
2.(事实概述)[2019·全国卷Ⅱ,T38(4)]植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是含目的基因的细胞愈伤组织小植株(用流程图表示)。
3.(事实概述)[2019·全国卷Ⅱ,T38(1)]植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁殖技术的特点有能保持植物原有的遗传特性;繁殖速度快(答出2点即可)。
1.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较。
2.植物体细胞杂交和有性杂交的辨析。
角度一 结合植物组织培养的过程,考查理解能力
1.(2023·南通模拟)以二倍体兰花花药为外植体,经植物组织培养过程获得兰花植株,下列相关叙述错误的是( )
A.为防止杂菌污染,①②③过程要进行严格的无菌操作
B.②过程需在培养基中添加多种植物激素以利于再分化
C.该育种过程体现了细胞的全能性
D.经④过程形成的植株中可筛选获得纯合的二倍体
解析 植物组织培养过程要求无菌、无毒的环境,其中外植体要进行消毒处理,而培养基需灭菌处理,即①②③过程要进行严格的无菌操作,A项正确;②过程需在培养基中添加多种植物激素以利于脱分化,B项错误;高度分化的细胞,首先经过脱分化形成愈伤组织,然后再分化形成植株,整个育种过程体现了植物细胞的全能性,C项正确;④过程形成的植株中可筛选获得纯合的二倍体兰花植株,D项正确。
答案 B
2.(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗,获得试管苗的过程如图所示。
回答下列问题。
(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有 。
(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层,原因是 。
(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基,其原因是 。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的 过程,最终可形成试管苗。
(4)步骤⑥要进行照光培养,其作用是 。
(5)经组织培养得到的植株,一般可保持原品种的 ,这种繁殖方式属于 繁殖。
解析 (1)植物细胞具有全能性,利用已分化的植物细胞通过植物组织培养可以培养成完整植株。(2)形成层细胞分化程度低,全能性较高,更容易诱导形成愈伤组织,进而获得完整植株。(3)愈伤组织的形成和试管苗的分化需要不同的生长素与细胞分裂素比例,因此诱导愈伤组织的形成阶段到分化阶段需要不同的培养基。愈伤组织通过再分化过程,最终可形成试管苗。(4)叶绿素的形成需要光,试管苗的发育也需要光,因此试管苗的诱导阶段需要光照。(5)通过植物组织培养获得植株的方式是无性繁殖的一种,可以保持原品种的遗传特性。
答案 (1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因) (2)形成层容易诱导形成愈伤组织 (3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同 分化(或再分化) (4)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用 (5)遗传特性 无性
组织培养得到植株的两种常见途径
(1)愈伤组织形成后经诱导发芽形成丛状苗,再生根形成植株。
(2)愈伤组织形成后经液体悬浮培养得到单个细胞,诱导形成胚状体再形成植株。
角度二 围绕植物体细胞杂交,考查科学探究能力
3.(2023·湖南郴州模拟)科学家利用马铃薯和西红柿叶片分离原生质体并进行细胞杂交,最终获得了杂种植株,相关过程如图所示。有关分析正确的是( )
A.过程①应将叶片上表皮向上,置于含纤维素酶和果胶酶的等渗或略高渗溶液中
B.过程②中的原生质体由细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质构成
C.④过程常用灭活病毒诱导法,目的是促进原生质体融合
D.⑤进行脱分化和再分化过程,杂种植株一定具有马铃薯和西红柿的优良性状
解析 过程①应将叶片下表皮的一面朝下(能与溶液接触),置于含有纤维素酶和果胶酶的溶液中去除细胞壁,原生质体没有细胞壁,为避免原生质体吸水涨破,将叶片置于等渗或略高渗溶液中,A项正确;原生质层是由细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质组成的,而原生质体是指植物细胞去除细胞壁后的剩余部分,B项错误;诱导原生质体融合的化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+-高pH融合法等,灭活病毒是用于诱导动物细胞融合的方法,C项错误;由于基因的选择性表达,获得的杂种植株不一定能够表现亲本的优良性状,如番茄-马铃薯杂种植物,地上没有结番茄,地下也没有长马铃薯,D项错误。
答案 A
4.(2023·山西联考)植物体细胞杂交育种的一个重要应用是将栽培品种与相关的野生资源作为亲本,经过原生质体融合、选择与再生,使栽培品种获得野生型的抗性特征。下列说法错误的是( )
A.若杂种植株可育并能稳定地遗传,就有可能形成农业上有用的新物种
B.体细胞杂交可转移核染色体、细胞质DNA,在一定程度上克服远缘杂交的不亲和性
C.可用电激、聚乙二醇或灭活的病毒来诱导原生质体的融合
D.由二倍体亲本体细胞杂交可获得异源四倍体,与二倍体亲本回交,产生不育的三倍体
解析 经植物体细胞杂交将来自两个不同植物的体细胞融合成杂种细胞,把其培养成植株,若杂种植株能稳定遗传,就有可能形成农业上有用的新物种,A项正确;植物体细胞杂交实现了两个不同物种的细胞融合,B项正确;可用电激、聚乙二醇等来诱导原生质体的融合,但灭活的病毒只能诱导动物细胞融合,C项错误;利用植物体细胞杂交得到的植株含有双亲的全部遗传物质,因此由二倍体亲本体细胞杂交可获得可育的异源四倍体,与二倍体亲本回交,产生不育的三倍体,D项正确。
答案 C
角度三 围绕植物细胞工程的应用,考查创新应用能力
5.(2023·北京海淀模拟预测)黑胫病对甘蓝型油菜的危害十分严重,黑芥能抗黑胫病,两者不能直接杂交。为解决该问题,科研人员通过下图所示过程获得抗病品系。据图分析,下列相关叙述不正确的是( )
A.最终获得的抗病植株具有完整的甘蓝型油菜和黑芥的遗传信息
B.过程①可使用纤维素酶,过程②可利用PEG进行诱导
C.过程③发生脱分化,过程④体现出植物细胞具有全能性
D.黑芥与甘蓝型油菜存在生殖隔离
解析 黑芥的叶肉细胞原生质体经X射线照射后发生部分染色体结构破坏,因而最终获得的抗病植株不具有完整的黑芥的遗传信息,A项错误;过程①表示去除细胞壁的过程,可以用纤维素酶和果胶酶处理;过程②表示诱导原生质体融合的过程,可利用PEG进行诱导,B项正确;融合后的原生质体经过诱导长出细胞壁,经过程③发生脱分化和过程④后形成抗病植株,由杂种细胞培育成完整植株的过程体现出植物细胞具有全能性,C项正确;根据题意可知,黑芥与甘蓝型油菜不能直接杂交,说明两者存在生殖隔离,D项正确。
答案 A
6.(2023·福建南平模拟)马铃薯是同源四倍体,是由正常二倍体通过染色体加倍形成的,通常通过无性繁殖产生后代。长期种植会使病毒积累在体内,使其产量降低,品质变差。如图表示利用马铃薯外植体(即离体的器官、组织或细胞)经植物组织培养技术培育脱毒马铃薯苗的过程。
外植体愈伤组织胚状体→脱毒苗→马铃薯
回答下列问题:
(1)外植体能够形成幼苗所依据的原理是 ;图中①②过程分别是 。
(2)培育脱毒苗时,一般选取 作为外植体,经过植物组织培养,再生植株就有可能不带病毒,原因是 。
(3)若用基因型为AAaa的四倍体马铃薯的花药作为外植体进行组织培养,经诱导染色体加倍后得到的马铃薯幼苗的基因型是 。
解析 (1)植物体的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜能,称为植物细胞的全能性,所以外植体能够形成幼苗所依据的原理是植物细胞的全能性;已分化的细胞经过诱导后失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程叫脱分化,所以①过程是脱分化,②是再分化过程,再分化是指已经脱分化的愈伤组织在一定条件下,再分化出胚状体,形成完整植株。(2)培育脱毒苗时,一般选取茎尖作为外植体,其依据是植物分生区附近(茎尖)病毒极少,甚至无病毒。(3)由于AAaa基因型的马铃薯经过减数分裂能够产生AA、Aa、aa三种基因型的配子,并且比例为1∶4∶1,因此AAaa基因型的马铃薯经花药离体培养过程得到AA、Aa、aa三种基因型的单倍体幼苗,在幼苗时期常用秋水仙素试剂处理,使染色体数目加倍,得到AAAA、AAaa、aaaa三种基因型的四倍体植株。
答案 (1)植物细胞的全能性 脱分化、再分化
(2)(一定大小的)茎尖 植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒 (3)AAAA、aaaa、AAaa
考点二 动物细胞工程
1.动物细胞培养。
(1)地位。
动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植等。其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
(2)培养条件。
提醒 动物细胞培养一般用液体培养基,植物组织培养一般用固体培养基。
(3)培养过程。
①制备细胞悬液。
②动物细胞培养。
提醒 ①区分原代培养和传代培养的关键是看用胰蛋白酶处理的对象和是否分瓶。
②分瓶前,第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理后的培养是原代培养。
③第二次用胰蛋白酶处理,使细胞从瓶壁上脱离下来,分瓶后的细胞培养为传代培养。
2.干细胞培养及其应用。
(1)概念:干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞,与组织、器官的发育、再生和修复密切相关。
(2)来源:早期胚胎、骨髓和脐带血等。
(3)分类:包括胚胎干细胞和成体干细胞等。
①
②
(4)诱导多能干细胞(iPS细胞)。
正误判断
(1)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织,再用胃蛋白酶处理。(×)
(2)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(×)
(3)在25 ℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养。(×)
(4)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(×)
(5)二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的。(×)
(6)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。(×)
长句突破
如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线,图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。据图分析:
(1)原代培养和传代培养的分界点是图中哪个点?
提示 B点之前的培养称为原代培养,之后的培养称为传代培养。
(2)AB段和DE段繁殖速度缓慢的原因是什么?
提示 AB段发生了接触抑制;DE段细胞大部分衰老失去分裂能力。
(3)E点后的细胞大多数具有异倍体核型,这样的细胞有什么特点?
提示 E点后的细胞属于细胞系,能无限增殖。
归纳比较植物组织培养与动物细胞培养。
比较项目
植物组织培养
动物细胞培养
理论基础
植物细胞全能性
细胞增殖
培
养
基
类型
固体或半固体培养基
液体培养基
成分
水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等
取材
植物幼嫩部位或花药等
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
关键环节
细胞的脱分化和再分化
细胞增殖和癌变
结果
新的组织或植株个体,可以体现全能性
新的细胞系或细胞株,不形成个体,不体现全能性
应用
①植株快速繁殖
②脱毒植株的培育
③制备人工种子
④生产药物、杀虫剂等
⑤转基因植物的培育
①蛋白质生物制品的生产
②皮肤移植材料的培育
③检测有毒物质
④生理、病理、药理学研究
相同点
①两技术手段培养过程中细胞都进行有丝分裂,都是无性繁殖,都可称克隆,都不涉及减数分裂
②均为无菌操作,需要适宜的温度、pH等条件
角度一 通过动物细胞培养过程的分析,考查理解能力
1.实验小鼠皮肤细胞培养(非克隆培养)的基本过程如图所示。下列叙述错误的是( )
实验小鼠 皮肤组织 皮肤细胞 细胞培养1 细胞培养2
A.甲过程需要对实验小鼠进行消毒
B.乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶处理
C.丙过程是原代培养
D.丁过程直接将丙过程得到的细胞分瓶培养
解析 动物细胞培养需要无毒无菌的环境,甲过程是指从实验小鼠身上取下皮肤组织,该过程需要对小鼠进行消毒处理,A项正确;乙过程表示将皮肤组织分散成单个细胞制备成细胞悬液,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理,B项正确;丁过程表示传代培养,需要再次用胰蛋白酶处理并离心收集,将收集细胞制成细胞悬液,然后分瓶培养,D项错误。
答案 D
2.(2023·北京延庆模拟)6⁃磷酸葡萄糖脱氢酶(G⁃6PD)有F和S两种类型,分别由一对等位基因XF和XS编码。将基因型为XFXS的女性皮肤组织用胰蛋白酶处理,进行原代培养,然后用不同的单个细胞分别进行单克隆培养。分别从原代培养和各单克隆培养取样,对G⁃6PD进行电泳检测,结果如图所示。以下叙述错误的是( )
A.原代培养的细胞中都含有XF基因和XS基因
B.原代培养细胞电泳图有2个条带,是因为同时检测了多个细胞
C.单克隆培养的细胞1、2、4、5、8、9与3、6、7所含基因不同
D.实验结果可能是女性细胞中一条X染色体随机失活导致的
解析 将基因型为XFXS的女性皮肤组织用胰蛋白酶处理,进行原代培养,由于细胞分裂过程中遗传物质不变,所以原代培养的细胞中都含有XF基因和XS基因,A项正确;对原代培养的细胞进行电泳检测,结果出现F型蛋白和S型蛋白,而单克隆培养的细胞只能出现一种条带,说明原代培养的细胞为不同类型,即原代培养细胞电泳图有2个条带是因为同时检测了多个细胞,B项正确;动物细胞培养过程中细胞分裂方式为有丝分裂,遗传物质不变,故细胞1、2、4、5、8、9与3、6、7所含基因相同,C项错误;原代培养的细胞后代用胰蛋白酶处理形成的单个细胞进行克隆培养,在克隆培养的后代中,有的细胞群只合成F型蛋白,有的细胞群只合成S型蛋白,说明XFXS的雌性体细胞的两个X染色体会有一个随机失活,且这个细胞的后代相应的X染色体均会发生同样的变化,D项正确。
答案 C
角度二 通过干细胞培养及其应用的分析,考查生命观念和社会责任
3.(不定项)科学家们从27种候选分子中,通过排列组合实验,最终选取了8种在卵子发育早期十分关键的分子(NOBOX,FIGLA,TBPL2,SOHLH1,STAT3,DYNLL1,SUB1,and LHX8),通过基因工程的方法改造胚胎干细胞,赋予了胚胎干细胞制造这8种蛋白质的能力。这些蛋白质表达以后,通过调控细胞的分化,将这些胚胎干细胞转化成了像卵子一样的细胞,它们甚至还可以与精子受精,并且发育成一个早期胚胎。下列相关叙述错误的是( )
A.胚胎干细胞制造出这8种蛋白质是细胞全能性的体现
B.上述方法得到的早期胚胎通过代孕能发育为正常个体
C.胚胎干细胞转化成像卵子一样的细胞是通过细胞分化来实现的
D.胚胎干细胞能够不断分裂和分化,不会发生衰老和凋亡
解析 胚胎干细胞制造出8种蛋白质并未体现细胞的全能性,A项错误;由于上述方法得到的早期胚胎是由胚胎干细胞转化后和精子受精结合形成的,胚胎干细胞是体细胞,并不是经过减数分裂得到染色体减半的卵细胞,故通过代孕不能得到正常个体,B项错误;据题干信息可知,通过基因工程赋予胚胎干细胞制造8种蛋白质的能力,在这些蛋白质表达以后,通过调控细胞的分化,将这些胚胎干细胞转化成了像卵子一样的细胞,C项正确;胚胎干细胞也会发生衰老和凋亡,D项错误。
答案 ABD
4.角膜缘干细胞能更新角膜上皮细胞,角膜上皮细胞对维持角膜的透明性至关重要。回答下列问题:
(1)将角膜缘组织剪碎,加入 处理,可获得大量游离分散的细胞。
(2)通常角膜缘干细胞的培养控制在10代以内,原因是 。
(3)离体培养角膜缘干细胞时,一般需要在合成培养基中加入 等天然成分,培养时所需的气体主要有 。
(4)研究发现,细胞因子能够调控角膜缘干细胞分化。放线菌素D能通过阻碍RNA聚合酶的功能进而抑制细胞因子的调控,由此推断该抑制过程发生在 (填“复制”“转录”或“翻译”)水平。
解析 (1)将动物组织剪碎后,加入胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,可获得大量游离分散的细胞。(2)一般来说,10代以内的细胞能保持细胞正常的二倍体核型,故通常角膜缘干细胞的培养控制在10代以内。(3)离体培养动物细胞时,一般需要在合成培养基中加入血清(或血浆)等天然成分,培养时所需的气体主要有O2和CO2。(4)放线菌素D能通过阻碍RNA聚合酶的功能进而抑制细胞因子的调控,RNA聚合酶是催化DNA转录形成RNA的酶,故被抑制的过程发生在转录水平。
答案 (1)胰蛋白酶或胶原蛋白酶
(2)保持细胞正常的二倍体核型
(3)血清(或血浆) O2和CO2
(4)转录
考点三 动物细胞融合技术与单克隆抗体
1.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)融合原理和结果。
①融合原理:细胞膜的流动性。
②融合结果:形成杂交细胞。
(3)诱导融合方法:PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。
(4)意义:突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。
(5)动物细胞融合技术的应用。
①成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种的重要手段。
②为制造单克隆抗体开辟了新途径。
提醒 灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力,但是并不破坏这些病原体的抗原结构。
2.单克隆抗体及其应用。
(1)制备原理。
①B淋巴细胞特点:一种B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。
②骨髓瘤细胞特点:能在体外大量增殖。
③杂交瘤细胞特点:既能迅速大量增殖,又能产生抗体。
(2)制备过程。
(3)单克隆抗体的应用。
正误判断
(1)植物原生质体融合与动物细胞融合的原理是相同的。(√)
(2)动物细胞融合过程中既有细胞膜融合也有核的融合。(√)
(3)与植物原生质体融合相比,动物细胞融合特有的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒。(×)
(4)动物细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。(×)
(5)单克隆抗体的制备首先要从小鼠体内提取B淋巴细胞。(×)
(6)单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的相同。(×)
(7)杂交瘤细胞进行体内培养,更容易控制培养条件。(√)
长句突破
1.(科学思维)[2018·全国卷Ⅲ,T38(2)]哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度小于(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是胚胎细胞分化程度低,表现全能性相对容易。
2.(科学思维)[全国卷Ⅱ,T40(3)]若经核移植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卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。
3.(科学思维)[全国卷Ⅰ,T40(2)]B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合实验完成后,融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外,可能还有B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞,体系中出现多种类型细胞的原因是细胞融合是随机的,且融合率达不到100%。
4.(科学思维)[全国卷Ⅰ,T40(4)]未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活,原因是B淋巴细胞不能无限增殖。
1.比较植物体细胞杂交和动物细胞融合。
项目
植物体细胞杂交
动物细胞融合
原理
细胞膜的流动性、细胞的全能性
细胞膜的流动性、细胞增殖
融合
前处理
除去细胞壁
使细胞分散开
相关酶
纤维素酶和果胶酶
胰蛋白酶或胶原蛋白酶
诱导
方法
物理法:电融合法、离心法;
化学法:聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法
物理法:电融合法;
化学法:聚乙二醇融合法;
生物法:灭活的病毒诱导
结果
杂种植株
杂交细胞
应用
培育植物新品种
主要用于制备单克隆抗体
意义
突破远缘杂交不亲和的障碍,打破了生殖隔离,扩展了杂交的亲本组合
相同点
动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理都是细胞膜的流动性,诱导动物细胞融合与植物原生质体融合的方法都常用PEG融合法和电融合法等
2.单克隆抗体制备过程中两次筛选的原因、方法及目的。
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选
原因
诱导融合后会得到多种杂交细胞,另外还有未融合的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
筛选
方法
用特定的选择培养基筛选:未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“B—B”细胞、“瘤—瘤”细胞)都会死亡,只有融合的杂交瘤细胞(“B—瘤”细胞)才能生长
用多孔培养皿培养,在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测,经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
筛选
目的
得到杂交瘤细胞
得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
角度 结合单克隆抗体及其应用,考查科学探究能力
1.B7分子是一类在抗原呈递细胞表面表达的重要分子,主要参与T细胞、B细胞活化。其异常表达与系统性红斑狼疮的发生有关。研究者利用流式细胞术检测荧光标记的鼠抗人B7单克隆抗体(B7单抗)与不同细胞的结合能力,结果如图。下列说法错误的是( )
注:纵坐标表示细胞数目相对值,横坐标103-104区间为B7荧光信号特异性区域。
A.B7单抗能识别小鼠成纤维细胞转入B7细胞、人B淋巴瘤细胞株
B.B7单抗不识别小鼠成纤维细胞,识别食蟹猴中脾脏细胞表达的B7
C.系统性红斑狼疮可能的免疫机理是B细胞大量活化,产生自身抗体
D.结果表明B7单抗对自身免疫性疾病不能具有一定的预防治疗作用
解析 由图示可知,小鼠成纤维细胞转入B7细胞、人B淋巴瘤细胞株在103~104区间B7荧光信号较高,说明单抗能识别小鼠成纤维细胞转入B7细胞、人B淋巴瘤细胞株,A项正确;由图示可知,小鼠成纤维细胞在103~104区间没有B7荧光信号,说明B7单抗不识别小鼠成纤维细胞;食蟹猴脾脏细胞在103~104区间B7荧光信号较高,说明B7单抗能识别食蟹猴中脾脏细胞表达的B7,B项正确;由题意可知,若B细胞大量活化,产生自身抗体,攻击自身组织细胞,则可能引起自身免疫病—系统性红斑狼疮,C项正确;由题意可知,B7单抗能与B7分子特异性结合,抑制B7分子参与B细胞活化,故B7单抗对自身免疫性疾病具有一定的预防治疗作用,D项错误。
答案 D
2.(2023·山西朔州期末)抗体—药物偶联物(ADC)通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合。实现对肿瘤细胞的选择性杀伤,同时对正常细胞没有毒性。回答下列问题:
(1)制备ADC中所用抗肿瘤抗原的单克隆抗体时,首先需要利用基因工程技术建立肿瘤抗原表达载体,然后用抗原对小鼠进行免疫,使小鼠产生 ,此过程需要多次免疫小鼠的原因是 。
(2)单克隆抗体制备过程中要经过两次筛选。第一次筛选的目的是 ,第二次筛选所用的方法是 ,经过筛选,最终得到的细胞的特点是 。
(3)为了得到大量抗肿瘤抗原的单克隆抗体,可将抗体检测呈 的杂交瘤细胞,在体外条件下大规模培养或 ,最终从细胞培养液或小鼠腹水中获得。
(4)单克隆抗体除了在ADC中的应用,在临床上的应用还有 (答出两点)。
解析 (1)制备单克隆抗体时,用抗原对小鼠进行免疫,使小鼠产生B淋巴细胞,此过程需要多次免疫小鼠以便获得更多的B淋巴细胞。(2)单克隆抗体制备过程中要经过两次筛选,第一次用选择培养基筛选,目的是获得杂交瘤细胞,第二次用抗原抗体杂交法检测法筛选,最终得到的杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生特异性抗体。(3)获得杂交瘤细胞后,需要进行克隆化培养和抗体检测。为了得到大量抗肿瘤抗原的单克隆抗体,可将抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞,注射到小鼠腹腔内使其增殖,可以从小鼠的腹水中提取大量的单克隆抗体。(4)除ADC外,单克隆抗体在临床上的应用还有作为诊断试剂、单独使用治疗疾病、病原体鉴定等。
答案 (1)特异性抗体 获得更多相应的B淋巴细胞
(2)筛选出杂交瘤细胞 抗原—抗体杂交法 既能无限增殖,又能产生特异性抗体
(3)阳性 注射到小鼠腹腔内
(4)疾病的诊断、病原体鉴定
考点四 动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.概念、原理及类型。
2.体细胞核移植的过程。
3.体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题。
畜牧业
加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育
保护濒危物种
医药
卫生
①作为生物反应器生产医用蛋白;
②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可用于异种移植;
③人核移植胚胎干细胞,经过诱导分化形成相应的细胞组织或器官,可用于器官移植,可避免发生免疫排斥反应
成功率非常低
克隆动物存在健康问题,表现出遗传和生理缺陷
正误判断
(1)与多莉羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植。(√)
(2)克隆植物和克隆动物都只具备一个亲本的遗传特性。(×)
(3)动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。(√)
(4)选择MⅡ期的卵母细胞作为核移植的受体细胞的主要原因是该细胞大,显微操作方便。(×)
(5)可用Ca2+载体激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育进程。(√)
(6)重构胚是指人工重新构建的胚胎,具有发育成完整个体的能力。(√)
(7)动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是梯度离心法。(×)
教材微点
1.(选择性必修3 P54“相关信息”)目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。也可采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。
2.(选择性必修3 P54“思考·讨论”)(1)体细胞核移植技术中必须先去掉受体卵母细胞的细胞核的原因是保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞。
(2)通过体细胞核移植方法生产的克隆动物,不是对体细胞供体动物进行了100%的复制,原因是克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核,其核外还有少量的DNA,即线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。此外,动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。
动物细胞培养与动物体细胞核移植的比较。
角度一 围绕动物体细胞核移植操作原理和过程,考查理解能力
1.(不定项)下列对动物核移植技术的描述正确的是( )
A.体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核
B.用于体细胞核移植的卵母细胞通常要在体外培养到减数分裂Ⅱ中期
C.通过体细胞核移植方法生产的克隆动物与核供体性状并不完全相同
D.非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难,至今没有成功实例
解析 体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核,A项正确;用于体细胞核移植的卵母细胞通常要在体外培养至减数分裂Ⅱ中期,B项正确;体细胞核移植中,重组细胞的遗传物质有部分来自去核卵母细胞,因此克隆动物的性状与核供体性状不完全相同,C项正确;在动物体细胞核移植中,非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难,我国科学家经过多年努力,攻克了障碍,成功获得了体细胞克隆猴,D项错误。
答案 ABC
2.(2021·辽宁卷)下图是利用体细胞核移植技术克隆优质奶牛的简易流程图,下列有关叙述正确的是( )
A.后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同决定
B.过程①需要提供95%空气和5%CO2的混合气体
C.过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行处理
D.过程③将激活后的重组细胞培养至原肠胚后移植
解析 后代丁的细胞核的遗传物质来自甲,细胞质的遗传物质来自乙,则丁的遗传性状由甲和乙的遗传物质共同决定,A项错误;动物细胞培养中需要提供95%空气(保证细胞的有氧呼吸)和5%CO2(维持培养液的pH)的混合气体,B项正确;过程②常使用显微操作去核法对卵母细胞进行处理,C项错误;过程③将激活后的重组细胞培养至囊胚或桑葚胚后移植,D项错误。
答案 B
角度二 借助克隆动物及其应用,考查社会责任
3.如图为体细胞克隆猴“中中”和“华华”的培育流程,为建立人类疾病的动物模型、研究疾病机理带来光明前景。下列叙述正确的是( )
A.过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞中,体现细胞膜的选择透过性
B.过程②在培养基中加入的动物血清含有激发成纤维细胞核全能性表达的物质
C.过程③进行同期发情处理,可降低代孕母猴对“中中”“华华”的免疫排斥反应
D.与模型小鼠相比,模型猴更适合于研究人类疾病的发病机理、研发诊治药物
解析 过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞中,未体现细胞膜的选择透过性,A项错误;培养细胞时在培养基中加入一定量的动物血清的作用是模拟内环境和补充未知的缺少的营养物质,激发成纤维细胞核全能性的是卵细胞的细胞质中的物质,B项错误;过程③进行同期发情处理,是为胚胎移入受体提供相同的生理环境,C项错误;猴子与人类的亲缘关系比小鼠近,与模型小鼠相比,模型猴更适合于研究人类疾病的发病机理、研发诊治药物,D项正确。
答案 D
4.(2021·湖南卷)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 。
从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞,在形态上表现为 (答出两点即可),功能上具有 。
(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: 。
解析 (1)限制酶识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸间的磷酸二酯键断开。(2)动物细胞体外培养需要无菌、无毒等适宜环境,因此动物细胞培养的培养液及所有培养用具使用前应进行无菌处理,还应定期更换培养液,以便清除代谢(产)物,防止代谢(产)物积累对细胞自身造成危害。(3)哺乳动物核移植分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,其中胚胎细胞核移植较易成功,因为与胚胎细胞相比,动物体细胞分化程度高,表现全能性十分困难。胚胎干细胞存在于早期胚胎中,在形态上表现为细胞体积小、细胞核大、核仁明显;在功能上具有发育的全能性。(4)制备单克隆抗体时,应将从免疫小鼠中得到的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合并筛选出可大量产生M蛋白抗体的杂交瘤细胞。为确定克隆动物A中M基因是否失活,可利用抗原—抗体特异性结合原理,将制备的M蛋白的单克隆抗体与转基因动物肝脏中提取的蛋白质混合,观察是否产生杂交带,若未出现杂交带,说明M基因已失活。
答案 (1)限制酶(限制性内切核酸酶) 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 (3)体细胞分化程度高,恢复其(表现)全能性十分困难 细胞体积小,细胞核大,核仁明显 发育的全能性 (4)B 提取此克隆动物的肝脏蛋白,作为抗原,与M蛋白的单克隆抗体进行抗原—抗体杂交,若未出现杂交带,证明M基因已失活
1.(2020·山东卷)两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂,形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出,未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理,将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种,过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂
C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合
D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
解析 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,过程①需用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得原生质体,A项正确;紫外线属于诱发变异的物理因素,紫外线照射的目的是使中间偃麦草的染色体断裂,B项正确;过程③为诱导植物原生质体融合,常用电融合法、离心法、聚乙二醇融合法、高Ca2+-高pH融合法等方式处理,不用灭活的病毒诱导,C项错误;普通小麦没有耐盐基因,耐盐小麦的形成是将来自中间偃麦草的含有耐盐基因的染色体片段整合到普通小麦染色体上的结果,D项正确。
答案 C
2.(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图。下列叙述正确的是( )
A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%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保持细胞的全能性
解析 过程①是制备原生质体,获得的原生质体若悬浮在30%的蔗糖溶液中会导致原生质体失水皱缩甚至死亡,A项错误;过程②为再分化过程,需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化,B项错误;秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成,且愈伤组织细胞已经具备细胞壁,故过程③不需要用秋水仙素处理,C项错误;原生质体虽无细胞壁,但含有细胞核等结构,即含有个体发育所需的全部遗传信息,故原生质体仍保持细胞的全能性,D项正确。
答案 D
3.(2021·山东卷)一个抗原往往有多个不同的抗原决定簇,一个抗原决定簇只能刺激机体产生一种抗体,由同一抗原刺激产生的不同抗体统称为多抗。将非洲猪瘟病毒衣壳蛋白p72注入小鼠体内,可利用该小鼠的免疫细胞制备抗p72的单抗,也可以从该小鼠的血清中直接分离出多抗。下列说法正确的是( )
A.注入小鼠体内的抗原纯度对单抗纯度的影响比对多抗纯度的影响大
B.单抗制备过程中通常将分离出的浆细胞与骨髓瘤细胞融合
C.利用该小鼠只能制备出一种抗p72的单抗
D.p72部分结构改变后会出现原单抗失效而多抗仍有效的情况
解析 单抗的制作需要筛选,而多抗不需要筛选,抗原纯度越高,产生的多抗纯度越高,因此抗原纯度对单抗纯度的影响比对多抗纯度的影响小,A项错误;单抗制备过程中通常是免疫后将脾脏破碎,然后用离心法将脾脏细胞(包含各种产生或不产生抗体的B细胞)和红细胞分开,然后用脾细胞与骨髓瘤细胞融合,而不能直接分离出浆细胞,B项错误;非洲猪瘟病毒衣壳蛋白 p72 上有多种抗原决定簇,一个抗原决定簇只能刺激机体产生一种抗体,所以向小鼠体内注入p72 后,可以刺激小鼠产生多种抗p72的单抗,C项错误;p72 部分结构改变只改变了部分抗原决定簇,因此由这部分抗原决定簇产生的抗体失效,但由于还存在由其他抗原决定簇刺激机体产生的抗体,所以多抗仍有效,D项正确。
答案 D
4.(2022·山东卷)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
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项正确;根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性,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项正确;在两种不同的抗原刺激下,B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成两种抗体,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项正确;同时注射2种抗原可刺激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项错误。
答案 D
5.(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)。
解析 (1)利用小鼠甲制备单克隆抗体时,先要给小鼠甲注射相应的抗原,目的是获得经免疫的、能产生相应抗体的B淋巴细胞。(2)利用小鼠甲的脾脏制备单细胞悬液的主要步骤是①取小鼠甲的脾脏并剪碎;②用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞;③利用培养液将分散的细胞制成细胞悬液。(3)为了得到所需要的杂交瘤细胞,在细胞培养过程中要进行筛选。第一次筛选(筛选1)是利用选择培养基进行筛选,在选择培养基上只有融合的杂种细胞才能生长,未融合的、同种细胞融合的细胞都不能存活。后续过程还需要利用抗原与抗体的反应具有特异性的原理进行多次筛选(筛选2),目的是得到能产生所需要的抗体并能无限增殖的杂交瘤细胞。(4)若要将得到的杂交瘤细胞进行大量培养,可以在体外条件下进行大规模培养或将其注射到小鼠腹腔内增殖。
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
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