2024届人教版高中生物一轮复习细胞工程学案 (2)

第2讲　细胞工程考点1　植物细胞工程技术及其应用1．细胞工程的概念2．细胞的全能性(1)含义：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。(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．植物细胞工程的基本技术(1)植物组织培养技术①理论基础：植物细胞具有全能性。②基本过程eq \x(外植体)eq \o(―――→,\s\UP8(脱分化))eq \x(愈伤组织)eq \o(―――→,\s\UP8(再分化))eq \x(胚状体或丛芽)eq \o(―――→,\s\UP8(发育))eq \x(植株)③培养条件a．无菌：培养基灭菌、培养材料和培养器械消毒。b．固体培养基：大多由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。c．光照：脱分化阶段不需要光照。d．激素调控：培养基中生长素和细胞分裂素的比例调控组织培养进程。(2)植物体细胞杂交技术①概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。②原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。③过程④意义：克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍、获得杂种植株。4．植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。②作物脱毒：选取作物茎尖、根尖等无毒组织进行组织培养，获得脱毒苗的技术。③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料，经过人工薄膜包装得到的种子，可以解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。(2)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。(3)细胞产物的工厂化生产：即利用植物组织培养技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。1．激素比例与细胞分裂分化的关系(1)适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。(2)适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。(3)比例适中诱导产生愈伤组织。如图。2．植物体细胞杂交后的遗传物质分析(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。(2)染色体组数①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体数为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。3．对不同物种植物体细胞杂交和有性杂交的比较(1)结果不同①体细胞杂交：不管染色体数、基因组还是染色体组都采用直接相加。②植物有性杂交：先减半再相加。(2)适用的定律不同①有性生殖过程中符合孟德尔遗传定律。②植物体细胞杂交：属于无性生殖，不符合孟德尔遗传定律。1．研究人员选取番茄叶片进行植物组织培养，制备人工种子，尝试利用箭头及简洁的文字写出其制备流程图。提示：番茄叶片→叶组织块eq \o(―――→,\s\UP8(脱分化))愈伤组织eq \o(―――→,\s\UP8(再分化))有生根发芽能力的胚状体结构eq \o(――――――――→,\s\UP8(细胞的分裂与分化))人工种子。2．结合诱变育种从细胞工程的角度出发，简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及步骤。提示：体细胞诱变育种。利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞发生基因突变，再利用植物组织培养技术发育成完整植株，然后筛选培育出抗寒品种。3．某研究小组不慎做出图中A、B、C所示的不同的培养结果，试分析该不同结果出现的主要原因。A　　　　　B　　　　　C提示：不同结果的出现主要是由于细胞分裂素、生长素的浓度比例不同。当培养基中加入的细胞分裂素和生长素浓度比值等于1时，诱导形成愈伤组织，如A瓶；当培养基中加入的细胞分裂素和生长素浓度比值大于1时，诱导愈伤组织形成芽，如B瓶；当培养基中加入的细胞分裂素和生长素浓度比值小于1时，诱导愈伤组织形成根，如C瓶。植物组织培养过程分析1．(2022·黄山高三质检)紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。如图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。(1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的________，愈伤组织细胞具有较强的____________能力。这一技术的成功实现了组织培养技术在一个重要领域的应用，即__________________。(2)对比分析两个曲线图可知：培养后期紫杉醇产量出现下降的原因可能是______________________；在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌，其目的是______________________(答出三点即可)；与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物组织培养技术生产紫杉醇，具有__________________________等优点(答出两点即可)。(3)植物生长调节剂在组织培养中具有极其重要的作用，其中赤霉素类植物生长调节剂的主要作用是__________________。[解析]　(1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的脱分化产生，愈伤组织细胞具有较强的分裂分化能力。这一技术的成功实现了细胞产物的工厂化生产。(2)对比分析两个曲线图可知：培养后期，培养的细胞数量最少，同时随着培养时间的延长，某些代谢产物积累等导致紫杉醇产量下降。植物细胞培养过程需要充足的氧气，因此，在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌，其目的是防止微生物污染，保证O2供应充足，使细胞与培养液充分接触。与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物组织培养技术生产紫杉醇，具有产量高、节约资源、保护环境等优点。(3)赤霉素类植物生长调节剂的主要作用是促进细胞的伸长。[答案]　(1)脱分化　分裂分化　细胞产物的工厂化生产　(2)培养的细胞数量最少、某些代谢产物积累等　防止微生物污染、保证氧气供应充足、使细胞与培养液充分接触　产量高、节约资源、保护环境　(3)促进细胞的伸长2．如图中①②③代表通过植物组织培养技术培育新植株的三条途径，请回答下列问题：(1)外植体a、b、c来自同一植株的不同部位，它们的全能性表达程度__________(填“一般相同”或“一般不同”)。(2)将含B1的试管放在摇床上，在一定的条件下，通过__________培养可以分散成单细胞。这种单细胞往往细胞质丰富、液泡小而细胞核大，这种细胞发育成的B3称为________。(3)不同来源的C1可通过________________将它们的遗传物质重新组合，再通过对重组细胞进行培养，获得具有特定性状的新植株。(4)通过大量培养特定细胞系，可以实现能产生重要________________(如某些中药)的细胞的大量克隆和产物的工业化生产。(5)植物细胞在培养过程中往往会发生________，在培养基中加入____________可诱发和筛选抗盐突变体。[解析]　(1)外植体a、b、c来自同种植株，由于不同细胞的分化程度不同，因此植株A、B、C中的细胞全能性表达程度一般不同。(2)途径②中用到摇床，因此需要用液体培养基。将含B1的试管放在摇床上，通过液体悬浮培养可以分散成单细胞。这些细胞质丰富、液泡小而细胞核大等特征的细胞再分化成为胚状体。(3)C1已经去除了细胞壁，可以通过原生质体融合将不同来源的C1的遗传物质重新组合。(4)通过大量培养特定细胞系，可以实现能产生重要次生代谢产物(如某些中药)的细胞的大量克隆和产物的工业化生产。(5)植物细胞在培养过程中往往会发生变异(基因突变、染色体变异)，在培养基中加入不同浓度的NaCl可诱发和筛选抗盐突变体。[答案]　(1)一般不同　(2)液体悬浮　胚状体　(3)原生质体融合　(4)次生代谢产物　(5)变异　不同浓度的NaCl植物体细胞杂交技术及应用3．(2022·云南曲靖一中高三模拟)通过细胞工程技术，利用甲、乙两种植物的各自优势(甲耐盐、乙高产)，培育高产耐盐的杂种植株。请完善下列实验流程并回答问题：(1)A是______________酶，B是______________。D是具有耐盐优良性状的幼芽，D长成的幼苗需要选择的原因是_______________________________________________________________________________________________________。(2)由C形成植株的过程利用了____________技术，形成愈伤组织需要经过________过程，愈伤组织再分化形成幼苗，整个培养过程要在________的条件下进行。(3)植物体细胞融合成功的标志是________________。目前，植物体细胞杂交还存在许多问题没有解决，如__________，尽管如此，这项新技术在克服___________________障碍等方面取得的重大突破还是震撼人心的。(4)已知甲、乙植物分别为四倍体、二倍体，则“甲—乙植株”属于________倍体植株。[解析]　(1)植物细胞壁的成分为纤维素和果胶，因此A过程用到纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；B是甲、乙两个原生质体经过融合产生的，所以B是融合的原生质体。D是具有耐盐优良性状的幼芽，D长成后有耐盐高产和耐盐不高产两种，所以要进行选择。(2)由杂种细胞形成植株的过程利用植物组织培养技术；形成愈伤组织需要经过脱分化过程；整个过程都要在无菌条件下进行。(3)再生细胞壁的形成标志着细胞融合的成功，这意味着两个融合的原生质体重新构成了一个植物细胞；植物体细胞杂交的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍；不足之处是不能按照人的意愿表达两个亲本的性状。(4)由于该项技术仅仅是对两个原生质体进行了融合，那么原来的两个细胞中的染色体组进行了简单的加和过程，即有6个染色体组，所以形成的植株为六倍体。[答案]　(1)纤维素酶和果胶　融合的原生质体　植株耐盐但不一定高产，而目的植株应高产耐盐　(2)植物组织培养　脱分化　无菌　(3)再生出新的细胞壁　不能按照人的意愿表达两个亲本的性状　远缘杂交不亲和　(4)六4．(2022·海南海口四中月考)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。请据图回答下列问题：(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)植物原生质体融合过程常利用化学试剂________诱导融合，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(只考虑细胞两两融合的情况)，当观察到融合细胞的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融合而成的。(4)过程③和过程④依次为________和________，过程④中的培养基常添加的植物激素是____________________。(5)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄—马铃薯”杂种细胞在有丝分裂后期含________条染色体。[解析]　(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。(2)过程①获取原生质体常用的酶是纤维素酶和果胶酶，植物原生质体融合完成的标志是杂种细胞形成了新的细胞壁。(3)植物原生质体融合过程常利用化学试剂聚乙二醇(或PEG)诱导融合；在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，根据细胞膜表面的荧光的不同可观察到3种不同的原生质体，即AA型、BB型及AB型(只考虑细胞两两融合的情况)。(4)过程③和过程④依次为脱分化和再分化，④再分化过程中的培养基常添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。(5)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄—马铃薯”杂种细胞的染色体有(m＋n)条，在有丝分裂后期由于着丝点分裂导致染色体数加倍，此时细胞内含2(m＋n)条染色体。[答案]　(1)植物细胞的全能性、细胞膜的流动性(2)纤维素酶和果胶酶　杂种细胞再生出新的细胞壁　(3)聚乙二醇(或PEG)　3　(4)脱分化　再分化　生长素、细胞分裂素　(5)2(m＋n)考点2　动物细胞工程1．动物细胞培养——动物细胞工程技术的基础(1)原理：细胞增殖。(2)过程(3)培养条件①无菌、无毒环境eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(培养液和培养用具进行无菌处理,培养过程加抗生素,定期更换培养液，清除代谢产物))②营养：除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外通常还需加入血清、血浆等一些天然成分。③哺乳动物多以36.5±0.5 ℃为宜，多数细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。④气体环境eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(95%的空气：其中O2为细胞代谢必需,5%的CO2：维持培养液的pH))(4)应用①生产生物制品。②用于基因工程。③用于检测有毒物质。④用于生理、病理、药理等方面的研究。2．动物细胞核移植(1)理论基础：动物体细胞核具有全能性。(2)分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。(3)基本过程(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作为异种移植的供体。3．动物细胞融合(1)原理：细胞膜的流动性。(2)融合方法：聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。(3)意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能，也为制造单克隆抗体开辟了新途径。4．单克隆抗体的制备(1)单克隆抗体制备过程(2)单克隆抗体的优点：特异性强、灵敏度高、可大量制备。(3)单克隆抗体的应用：作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物，制成“生物导弹”。1．动物细胞培养和核移植时注意的五个问题(1)在分散细胞时，需用胰蛋白酶分散细胞，不能用胃蛋白酶，因为胃蛋白酶作用的适宜pH约为1.8，胰蛋白酶作用的适宜pH为7.2～7.8，而多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4。(2)取供体动物的体细胞培养，一般选用10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。(3)克隆动物是由重组的细胞经培养而来的，该重组细胞的细胞质基因来源于受体细胞，细胞核基因来源于提供细胞核的亲本，其遗传物质来自两个亲本。(4)克隆动物绝大部分性状与供体动物相同，少数性状与提供去核卵母细胞的动物相同，与代孕动物的性状无遗传关系。(5)从生殖方式的角度看，动物体细胞核移植技术(克隆)属于无性生殖，重组细胞相当于受精卵，需要动物细胞培养和胚胎工程技术的支持。2．动物细胞融合与植物体细胞杂交3．单克隆抗体制备过程的关键分析(1)对动物免疫的原因：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B淋巴细胞，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)杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质，不仅具有浆细胞产生特异性抗体的能力，还具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的能力，可以克服单纯B淋巴细胞不能无限增殖的缺点，而大量生产单克隆抗体。1．多发性硬化症是一种由纤维蛋白渗入大脑引发的神经系统疾病。科研人员将纤维蛋白作为抗原注射到小鼠体内，并利用该小鼠制备了抗纤维蛋白的单克隆抗体(5B8)，请写出制备的基本技术流程。提示：注射了纤维蛋白的小鼠脾脏中获取的B细胞与小鼠的骨髓瘤细胞融合获得杂交细胞；用特定的选择培养基进行筛选；对杂交瘤细胞进行克隆和抗体检测；在体外环境或小鼠腹腔内，培养筛选后获得的杂交瘤细胞；从细胞培养液或小鼠腹水中提取单克隆抗体(5B8)。2．动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。如图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。血清对正常细胞和癌细胞培养的影响写出从该图提供的信息可以获得的正确结论。 (写出三点)提示：(1)有无血清对正常细胞培养的影响不同。(2)培养基中补充血清有助于正常细胞的培养。(3)培养基中是否补充血清对癌细胞的培养影响不大。动物细胞培养过程及所需条件1．(2022·河南开封模拟)2019年11月18日上午，中国诞生了第一块“人造肉”，即“细胞培养肉”。如图是“细胞培养肉”生物制造流程图，请结合所学知识回答下列问题：(1)生物制造“细胞培养肉”的第一步，就是要获取肌肉干细胞，所谓的干细胞，是指动物和人体内仍保留着少数具有___________能力的细胞。(2)“细胞培养肉”生物制造的关键技术是动物细胞培养技术。①进行动物细胞培养时，需要用________________酶将动物体内取出的组织块分散成单个细胞。在适宜环境中培养，细胞悬液中的细胞很快贴附在瓶壁上，称为________。②在适宜条件下，培养瓶中的细胞进行有丝分裂，数量不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的________。(3)一般的动物细胞培养需要向培养基中添加一定量的血清，以保证________；还需要添加一定量的抗生素，以防_______________。但从食品安全的角度考虑，在生物制造“细胞培养肉”时，这两种成分均不能添加。(4)“细胞培养肉”生物制造过程中，肌肉细胞培养需要利用合适的支架体系，请推测其原因：_________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]　(1)动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞。(2)①胰蛋白酶或胶原蛋白酶可以将组织分散成单个细胞，进行动物细胞培养时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶将动物体内取出的组织块分散成单个细胞。在适宜环境中培养，细胞悬液中的细胞很快贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。②当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。(3)一般的动物细胞培养需要向培养基中添加一定量的血清，以保证细胞顺利地生长增殖；还需要添加一定量的抗生素，以防在培养过程中被污染。(4)“细胞培养肉”最终目标是要得到类似于从动物组织中取得的“肌肉”，这就要求细胞生长的环境也跟体内肌肉生长环境类似。所以采用支架体系主要就是模拟体内肌肉生长环境，辅助形成细胞组织的三维结构。[答案]　(1)分裂和分化　(2)①胰蛋白酶(或胶原蛋白)　细胞贴壁　②接触抑制　(3)细胞顺利地生长增殖　培养过程中被污染　(4)模拟体内肌肉生长环境，辅助形成细胞组织的三维结构细胞核移植技术及应用2．(2022·内江模拟)体细胞克隆猴“中中”和“华华”诞生的实验流程如图所示，回答下列问题：(1)克隆猴在培育过程中用到的细胞工程技术主要有________、________、________等。(2)上述实验操作中，选择卵母细胞的原因可能是_____________________________________________________________________。(3)克隆猴“中中”和“华华”核基因组理论上与________(填“甲”“乙”或“丙”)猴一致；“中中”和“华华”的某些性状与核基因组供体并不完全相同，除环境因素外，产生此现象的主要原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)与克隆羊多利培养成功一样，克隆猴的成功也证明了__________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]　(1)克隆猴在培育过程中用到的细胞工程技术主要有：核移植、早期胚胎培养、胚胎移植。(2)卵母细胞做受体细胞的原因：卵母细胞的细胞质中含有能使已分化的细胞核表达出全能性的营养和物质。(3)甲提供的细胞核，克隆猴“中中”和“华华”核基因组理论上与甲猴一致，“中中”和“华华”的某些性状与核基因组供体并不完全相同，除环境因素外，产生此现象的主要原因是卵母细胞的细胞质中遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。(4)细胞核移植技术的理论基础是动物细胞的细胞核具有全能性。与克隆羊多利培养成功一样，克隆猴的成功也证明了动物细胞的细胞核具有全能性。[答案]　(1)核移植　早期胚胎培养　胚胎移植　(2)卵母细胞的细胞质中含有能使已分化的细胞核表达出全能性的营养和物质　(3)甲　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　(4)动物细胞的细胞核具有全能性动物细胞融合技术及单克隆抗体的制备3．(2022·哈尔滨三中期末)2020年5月中国科研团队发现了可有效阻断新冠病毒(SARS­CoV­2)感染的单克隆抗体，可用于抗新冠药物和疫苗的研发。该单克隆抗体如果注射进人体，将抢先与新冠病毒的刺突蛋白(S蛋白)结合，使病毒无法感染人体细胞，从而被免疫系统清除。如图是单克隆抗体制备过程示意图，1～6代表相关过程，a、e代表相关细胞。请据图回答下列问题：(1)过程1是________________________________，目的是刺激小鼠产生能分泌相应抗体的B淋巴细胞。过程2应用的动物细胞工程的技术是_______，依据的原理是_____________，诱导方法有____________ (答出一种即可)。(2)e细胞是________细胞，其优点是_____________。(3)过程3是________________的过程，经过程4或过程5生产出的单克隆抗体的优点是________________________________。(4)核移植技术与生产单克隆抗体的基础是____________(填技术名称)。该技术需要满足的条件有____________。体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。(5)结合现代生物技术的相关知识，大胆设想，如果已经得到编码上述单克隆抗体的基因，如何利用转基因克隆动物作为生物反应器，大量生产可结合新冠病毒S蛋白的抗体？简要写出设计思路。_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]　(1)过程1是多次给小鼠注射纯化后的S蛋白，目的是刺激小鼠产生能分泌相应抗体的B淋巴细胞。过程2是将a、b细胞融合，应用的动物细胞工程的技术是动物细胞融合，依据的原理是细胞膜具有一定的流动性，诱导动物细胞融合的方法有电激、聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒等。(2)e细胞既能迅速大量增殖，又能产生专一性抗体，是经过筛选后获得的杂交瘤细胞。(3)过程3是克隆化培养及抗体检测的过程，经过程4或过程5生产出的单克隆抗体特异性强、灵敏度高，可大量制备。(4)动物细胞培养是动物细胞工程的基础，所以核移植技术与生产单克隆抗体的基础是动物细胞培养。动物细胞培养需要满足的条件有无菌无毒的环境、提供营养物质、适宜的温度和pH、一定的气体环境。由于体细胞分化程度高，恢复其全能性相对比较困难，所以体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植。(5)如果已经得到编码上述单克隆抗体的基因，若利用转基因克隆动物作为生物反应器，大量生产可结合新冠病毒S蛋白的抗体，可进行如下操作：首先将编码结合新冠病毒S蛋白抗体的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，构建基因表达载体，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵(雌性)中；然后将受精卵进行早期胚胎培养和胚胎移植送入母体内，使其生长发育成转基因动物；再利用核移植技术，克隆多只该转基因动物；多只转基因动物进入泌乳期后，人们可以从分泌的乳汁中分离出大量可结合新冠病毒S蛋白的抗体。[答案]　(1)多次给小鼠注射纯化后的S蛋白　动物细胞融合　细胞膜的流动性　电激、聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒(答出一种即可)　(2)杂交瘤　既能迅速大量增殖，又能产生专一性抗体　(3)克隆化培养及抗体检测(或专一抗体检验阳性)　特异性强、灵敏度高，可大量制备　(4)动物细胞培养　无菌无毒的环境、提供营养物质、适宜的温度和pH、一定的气体环境　体细胞分化程度高，恢复其全能性相对比较困难　(5)首先将编码结合新冠病毒S蛋白抗体的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，构建基因表达载体，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵(雌性)中；然后，将受精卵进行早期胚胎培养和胚胎移植送入母体内，使其生长发育成转基因动物；再利用核移植技术，克隆多只该转基因动物；多只转基因动物进入泌乳期后，人们可以从分泌的乳汁中分离出大量可结合新冠病毒S蛋白的抗体(膀胱生物反应器也可)1．(2021·重庆选择性考试适应性测试)某研究人员设计了下列技术路线，以期获得甘蓝和萝卜体细胞杂交植株。请回答下列问题：(1)制备原生质体时，常用________________酶处理。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是__________。原生质体融合成功的标志是______________________。图中X是________，除了被直接诱导出芽生根外，还可以通过形成________获得再生植株。(2)为诱导融合体产生不定芽，通常应在培养基中加入两类植物激素，其中起主要作用的是_____________________。(3)若想获得抗盐植株，可选用融合原生质体作为人工诱变的材料，原因是______________________________________________________________________________________________________________________，且需在含较高浓度的NaCl培养基中筛选。[解析]　(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以制备原生质体，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是PEG(或聚乙二醇)。原生质体融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁；图中X经过离体培养，可以形成试管苗，所以X是愈伤组织，除了被直接诱导出芽生根外，还可以通过形成胚状体制成人工种子获得再生植株。(2)植物组织培养中常加入细胞分裂素和生长素，当生长素和细胞分裂素的比值低时，有利于芽的形成，所以起主要作用的是细胞分裂素。(3)由于融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性，所以可选用融合原生质体作为人工诱变的材料。[答案]　(1)纤维素酶和果胶　PEG(或聚乙二醇)　杂种细胞再生出细胞壁　愈伤组织　人工种子　(2)细胞分裂素　(3)具有分裂、分化能力，突变频率高，融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性2．(2021·湖南选择性考试)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)基因工程中切割DNA的工具酶是限制性核酸内切酶(或限制酶)，故在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是限制性核酸内切酶(或限制酶)。限制性核酸内切酶作用于其所识别序列中两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。不同的限制酶可以获得不同的末端，主要分为黏性末端和平末端。(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)由于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，故与胚胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率低。胚胎干细胞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，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。(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中无法产生M蛋白的单克隆抗体，则可利用抗原—抗体杂交技术进行检测。故实验思路为：取动物A和克隆动物A的肝组织细胞，分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交。[答案]　(1)限制性核酸内切酶(或限制酶)　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　细胞体积小、细胞核大、核仁明显(任选两点作答)　发育的全能性　(4)B　取动物A和克隆动物A的肝组织细胞，分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交3．(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)实验前给小鼠甲注射病毒A，其目的是刺激机体发生免疫反应，从而产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。(2)制备单细胞悬液的主要实验步骤：从健康动物体内取出组织块，剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间，这样组织就会分散成单个细胞，然后用培养液将分散的细胞稀释制成单细胞悬液。(3)图中筛选1采用特定的选择培养基，在该培养基上，未融合的细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交瘤细胞)才能生存。图中筛选2含多次筛选，利用抗原与抗体特异性结合的原理，就可获得能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。(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，可将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养，或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4．(2020·天津高考)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：(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 μmol/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________μmol/L。(4)Ⅲ阶段时，科研人员分别选用浓度低于或高于n3 μmol/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。[解析]　(1)在诱导愈伤组织形成时，通常采用茎尖、幼叶做外植体，因为这些部位的细胞分裂能力强、分化程度低，全能性容易表达，容易诱导产生愈伤组织。(2)Ⅰ阶段愈伤组织形成是离体的植物细胞脱分化的结果，脱分化过程中细胞的结构和功能发生明显改变，成为未分化状态；Ⅱ、Ⅲ阶段形成幼芽、根的过程存在细胞的分化，分化和脱分化都存在基因的选择性表达，故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段都存在基因的选择性表达。(3)根据题意，表中数据为品种B的最佳激素配比，若要确定品种A的Ⅰ阶段最佳细胞分裂素浓度，以0.5 μmol/L为梯度，可参考m1为中间值，故实验中细胞分裂素最高浓度可设为m1＋1.0 μmol/L。(4)实验中用生长素处理插条的方法可选用浸泡法或沾蘸法，浸泡法时间长、所需浓度低，而沾蘸法处理时间短、所需浓度高。因此Ⅲ过程中分别选用浓度低于或高于n3 μmol/L的生长素处理品种A的幼芽，选用低浓度生长素时的处理方法为浸泡法，时间长，而选用高浓度生长素时的处理方法为沾蘸法，时间短，都能达到比较适宜的浓度，达到最佳生根效果。(5)秋水仙素可抑制纺锤体形成，导致染色体加倍形成多倍体，愈伤组织分裂旺盛，故在Ⅰ阶段用秋水仙素处理，最易获得由单个细胞形成的多倍体。[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)Ⅰ5．(2019·全国卷Ⅱ)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。(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___________________(答出2点即可)。(2)通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示)，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是_____________。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质，因此应含有植物激素、________和________等几类物质。(3)用脱毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗，可以选取植物的________进行组织培养。(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__________________________________________________________________________________________________________________________________________(用流程图表示)。[解析]　(1)与常规的种子繁殖方法相比，植物微型繁殖技术具有能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快等特点。(2)人工种皮具有透气性，有利于胚状体进行呼吸作用；人工胚乳能够为胚状体生长提供植物激素、矿质元素和糖等物质。(3)植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。为获得脱毒苗，可以选取植物的茎尖进行组织培养。(4)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。[答案]　(1)能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快　(2)有利于胚状体进行呼吸作用　矿质元素　糖　(3)茎尖　(4)含目的基因的细胞愈伤组织小植株(教师用书独具)(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，__________________________________________________________________________________________________________________________________________。图1图2(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[解析]　(1)离体的植物组织培养成完整植株的过程体现了植物细胞的全能性。已分化的细胞形成愈伤组织的过程为脱分化。(2)由图1可知，野生型的W基因表达量与高CK诱导时间的关系是随着处理时间的延长，W基因的表达量显著升高，突变体的W基因的表达量明显少于对照组，说明在高CK诱导下A基因促进W基因表达。(3)由题可知，材料甲体内的W基因过量表达，突变体a的A基因不能表达，野生型是正常的，分析图2可知，由野生型曲线和突变体a曲线对比可知，A基因在愈伤组织分化生芽的过程中起作用，缺失A基因时W基因表达不能促进生芽；由材料甲曲线和野生型曲线比较可知，过量表达W基因可使生芽时间提前，故选ACD。[答案]　(1)全能性　脱分化　(2)随着高CK诱导时间的延长，野生型的W基因表达量显著升高　随着高CK诱导时间的延长，突变体的W基因表达量低于野生型　(3)ACD1．植物的组织培养(Ⅱ)2．动物细胞培养与体细胞克隆(Ⅱ)3．细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)1．细胞全能性的物质基础，生物生长的细胞学基础等(生命观念) 2．植物细胞工程的基本操作流程及单克隆抗体的制备过程示意图等(科学思维)3．植物细胞工程的应用等(科学探究)动物细胞融合植物体细胞杂交原理细胞膜的流动性、细胞增殖细胞膜的流动性、细胞的全能性方法步骤分散成单个细胞后诱导融合筛选培养酶解法去除细胞壁后诱导原生质体融合，再生细胞壁后形成杂种细胞，经植物组织培养成杂种植株诱导方法物理方法(电激)、化学方法(PEG)、生物方法(灭活的病毒)物理方法(离心、振动、电激)、化学方法(PEG)结果形成杂交细胞形成杂种植株用途及意义制备单克隆抗体；突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能培育植物新品种；克服远缘杂交不亲和的障碍品种B组织培养阶段细胞分裂素浓度(μmol/L)生长素浓度(μmol/L)Ⅰ诱导形成愈伤组织m1n1Ⅱ诱导形成幼芽m2n2Ⅲ诱导生根m3n3