高三一轮复习生物第40讲细胞工程导学案

第40讲细胞工程与旧教材对比：增：①玉米单倍体育种流程图；②外植体；③初、次生代谢概念。删：①人工种子；②植物生长调节剂在组织培养中的作用。改：①细胞全能性的概念；②胡萝卜组织培养改为菊花组织培养。第1课时——植物细胞工程学习目标：植物细胞工程包括组织培养和体细胞杂交等技术自主学习.知识梳理1.细胞工程的定义：是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过、水平上的操作，有目的的获得的一门综合性的生物工程。（选必3P31）细胞器、细胞或组织特定的细胞、组织、器官、个体或其产品2.细胞的全能性：细胞经后，仍然具有产生或分化成的潜能，即细胞具有全能性。原因是提醒：生物体内的细胞未表达出全能性的原因是在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达。分裂和分化完整生物体其他各种细胞每个细胞都有发育成完整个体所必需的全部遗传信息3.植物组织培养(1)概念：指将的植物器官、组织或细胞等（也称为），培养在的培养基上，给与适宜的，诱导其形成的技术。（2）培养过程接种外植体eq\o(→,\s\up17(一定的营养、激素),\s\do17(脱分化))诱导____________eq\o(→,\s\up17(调整激素比例),\s\do17(__________))诱导生芽、生根→完整植株提醒：①由愈伤组织进行细胞分化时，一般先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中的比例来实现。②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离体外植体人工配制培养条件完整植株愈伤组织再分化生长素和细胞分裂素4.植物体细胞杂交技术（1）概念：将的植物体细胞，在一定条件下融合成，并把杂种细胞培养成的技术。提醒：植物体细胞杂交属于无性生殖。（3）意义：在打破，实现育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。不同来源杂种细胞新植物体生殖隔离远缘杂交5.植物细胞工程的应用（1）植物繁殖的新途径①快速繁殖：快速大量繁殖，还可以保持。②作物脱毒：选材；原因。（2）作物新品种的培育①单倍体育种优点：；②突变体的利用：此过程通常是对进行诱变处理。原因：细胞一直处于的状态，易受到和的影响而产生突变。（3）细胞产物的工厂化生产①初生代谢与次生代谢初生代谢是生物生长和生存所______的代谢活动。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的____________中，并在一定的环境和时间条件下才进行。②工厂化生产不一定要培养出植物体，一般培养到阶段，从培养愈伤组织细胞的培养液中就可提取细胞产物。5.优良品种的遗传特性分生区分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒明显缩短育种年限愈伤组织不断增殖培养条件和诱变因素必需组织或器官愈伤组织二、课堂过关.重难点突破（一）植物体细胞杂交技术依据的原理及操作流程①原理：。②操作流程：细胞膜具有流动性、植物细胞的全能性纤维素酶和果胶酶原生质体物理聚乙二醇（PEG）细胞壁（一）深挖教材1．诱导愈伤组织期间一般________光照，在后续的培养过程中，每日________给予适当时间和强度的光照。（填“需要”或“不需要”）2.(选择性必修3P38练习应用)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。3．(选择性必修3P38拓展应用)为什么“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄、地下长马铃薯？_______________________________________________________________。4.(选必3P42拓展应用1)紫色非甜玉米（AASuSu）和白色甜玉米（aasusu）杂交（Su和su代表一对等位基因），得到的F1（AaSusu）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。（1）运用常规育种方法，如何筛选纯合的紫色甜玉米？请设计实验思路。（2）若利用花药培养的技术，又应该怎样做？请你设计相关实验的思路。（二）长句应答1．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2.[2019·全国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______________________________________________(用流程图表示)。（一）1.不需要需要2.纤维素酶和果胶酶3.主要原因是生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以“番茄—马铃薯”杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达4.（1）将F2中的紫色甜玉米进行自交，从中筛选紫色甜玉米，不断逐代自交，直至不再发生性状分离（2）用F1产生的花粉进行花药离体培养，得到单倍体幼苗后进行秋水仙素诱导染色体加倍，即可得到纯合的紫色甜玉米。（二）1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.含目的基因的细胞培养→愈伤组织诱导分化→小植株（三）典例：下图为植物体细胞杂交过程，下列叙述错误的是(D)A．上述技术应用的生物学原理包括细胞膜的流动性、植物细胞的全能性B．若细胞膜表面只有红色荧光，则融合的原生质体至少由两个番茄细胞形成C．③过程为脱分化，过程中杂种细胞失去了其特有的结构和功能D．当细胞分裂素的效应高于生长素时，主要诱导根原基的形成●生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响总结：生长素/细胞分裂素植物细胞的发育方向比值高有利于根的分化、抑制芽的形成比值低有利于芽的分化、抑制根的形成比值适中促进愈伤组织的形成简记：“高”根，“低”芽，“中”愈伤三.考向预测.高考真题1.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。下列叙述正确的是(D)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四、课后作业.巩固提高1．水竹是单子叶禾本科植物，易管理和培植，干净而雅致。下图为通过植物组织培养大量获得水竹幼苗的过程。下列叙述不正确的是(B)eq\x(\a\al(水竹,外植体))eq\o(――→,\s\up17(①))eq\x(\a\al(愈伤,组织))eq\o(――→,\s\up17(②))eq\x(幼苗)―→eq\x(移栽)A．选择水竹的叶和根尖分生区作为外植体诱导形成愈伤组织的难度不同B．愈伤组织是一团排列疏松而无规则、高度液泡化、有一定形态和功能的薄壁细胞C．①过程为脱分化，②过程为再分化，②过程的实质是基因的选择性表达D．在水竹植物组织培养过程中，经过筛选可能获得有用的突变体2．科学家将番茄和马铃薯细胞利用图示技术获得了“番茄—马铃薯”植株。下列有关叙述不正确的是(B)A．图示技术涉及的原理有细胞膜的流动性、植物细胞的全能性等B．过程②可用电融合法、聚乙二醇或灭活的病毒诱导原生质体融合C．过程④⑤需提供无机营养成分、有机营养成分和植物激素等D．f培养基中生长素与细胞分裂素的配比与e培养基中的不同3.(2022·山东济南调研)科学家用植物体细胞杂交技术，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株，培育过程如下图所示，其中①～⑤表示过程，a～f表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题：(1)在植物体细胞杂交技术中，过程①常用酶处理植物细胞以除去细胞壁。(2)过程②表示__________________，依据的生物学原理是__。(3)与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器是。(4)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是，其中过程④表示过程，过程⑤涉及的细胞分裂方式为。(5)若番茄细胞内含m条染色体，马铃薯细胞内含n条染色体，则“番茄—马铃薯”杂种植株的体细胞内含条染色体；若由杂种细胞培育成的“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为几倍体？。(6)如果形成c的原生质体a、b来源于同一株番茄，那么更常用且有效地得到番茄植株f的处理方法是_________________________________________________答案：（1）纤维素酶和果胶（2）诱导原生质体融合细胞膜具有流动性（3）高尔基体（4）植物细胞的全能性脱分化有丝分裂（5）m+n单倍体（6）用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的番茄种子或幼苗第40讲细胞工程第2课时动物细胞培养和干细胞培养及其应用与旧教材对比改：①干细胞的培养及其应用；②传代培养内容精减。学习目标：动物细胞培养和干细胞培养及其应用一、自主学习.知识梳理1.动物细胞工程常用的技术包括、和等，其中是动物细胞工程的基础。2.动物细胞培养（1）概念：指从动物体内取出相关的组织，将它分散成，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞的技术。（2）培养条件①营养：糖类、氨基酸、无机盐、维生素和等。培养动物细胞一般使用培养基。②无菌、无毒的环境：③温度、pH和渗透压：培养温度多以为宜。适宜的pH为。④气体环境3.干细胞培养及其应用干细胞是一类具有的细胞，与组织、器官的发育、再生和修复密切相关。存在于早期胚胎、和脐带血等。包括干细胞和干细胞等。（1）胚胎干细胞（ES细胞）：存在于中，具有分化为成年动物体内的的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至的潜能。（2）成体干细胞：是成体组织或器官内的干细胞，包括骨髓中的、神经系统中的和睾丸中的等。特点：具有，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成的能力。（3）诱导多能干细胞（iPS细胞）：在体外诱导，获得的类似的一种细胞。因诱导过程无须，而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内，理论上可以避免，应用前景优于胚胎干细胞。1.动物细胞培养、动物细胞融合动物细胞核移植动物细胞培养2.单个细胞生长和增殖血清液体36.5±0.5℃7.27.43.自我更新能力及分化潜能骨髓胚胎成体早期胚胎任何一种类型个体造血干细胞神经干细胞精原干细胞组织特异性完整个体成纤维胚胎干细胞破坏胚胎免疫排斥反应二、课堂过关.重难点突破（一）深挖教材1.进行动物细胞培养时，培养液中需加入血清等一些天然成分的原因是。2.在体外培养细胞时，须保证环境是无菌、无毒的。为达到无菌环境，需；为达到无毒环境需要定期更换培养液，目的是。3.动物细胞培养需要的气体环境为，其中O2的作用是，CO2的作用是。4.进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞，这说明细胞间的物质主要是。此过程不用胃蛋白酶的原因是。5.用胰蛋白酶处理动物组织，短时间内细胞不会被消化，原因很可能是细胞表面具有，对细胞有一定的保护作用。（二）动物细胞培养的过程1.血清中含有尚未全部研究清楚的细胞所需的营养物质2.对培养液和培养用具进行灭菌处理及在无菌环境下操作，或添加一些抗生素等清除代谢废物，防止代谢物积累对细胞自身造成危害3.95%空气和5%CO2细胞代谢所必需的维持培养液的pH4.蛋白质因大多数动物细胞培养的适宜pH为7.27.4，而胃蛋白酶的适宜pH为1.5左右，在该环境中胃蛋白酶会失活5.糖蛋白（二）胰蛋白酶、胶原蛋白酶原代培养细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等接触抑制传代培养离心法胰蛋白酶1.植物组织培养和动物细胞培养的比较项目植物组织培养动物细胞培养原理细胞全能性、细胞增殖细胞增殖取材幼嫩的细胞、组织或器官胚胎或出生不久的幼龄动物器官或组织培养基成分固体培养：无机盐、蔗糖、维生素、植物激素、琼脂等液体培养基：糖类、氨基酸、无机盐、微量元素、维生素、动物血清等结果植株或大量细胞只能获得大量细胞，不能得到生物个体相同点都需人工条件下的无菌操作；适宜的温度、pH等条件三、考向预测.高考真题1．(2022·哈尔滨高三模拟)下图为动物细胞培养的基本过程示意图，相关叙述错误的是(B)A．容器A中放置的一般是幼龄动物的器官或组织，需要用胰蛋白酶将组织分散成单个细胞B．在D瓶中极少数细胞存活，是因为存活的细胞获得不死性，其遗传物质不发生改变C．为保证培养条件无菌，除进行灭菌外，所有操作都需在无菌环境下完成D．细胞培养时，需通入5%CO2，其主要作用是维持培养液的pH2．(2021·辽宁省适应性考试模考改编)下列有关干细胞的叙述，错误的是(B)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．胚胎干细胞必须在胚胎中获取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四.课后作业.巩固提高1．(2022·湖北武汉高三模拟)荷兰某研究所利用蛇干细胞培养出可分泌毒液的蛇毒腺微型组织，使毒素的获取途径更加安全和简单。下列叙述正确的是(B)A．培养蛇干细胞时O2的作用是维持培养液pH的稳定B．蛇毒腺微型组织基因的表达与蛇干细胞不完全相同C．利用蛇干细胞的大量增殖即可获得大量分泌毒液的细胞D．培养蛇毒腺微型组织与哺乳动物细胞培养的条件完全相同2．干眼症是由泪液分泌减少导致的眼睛干涩的病症。通过将有关基因导入已分化的体细胞获得类似胚胎干细胞(ES细胞)的诱导多能干细胞(iPS细胞)，进而培养得到眼结膜组织，可分泌泪液成分“黏液素”，有望治疗干眼症。下列说法错误的是(D)A．导入的基因能促使已分化的体细胞恢复分裂能力B．利用iPS细胞获得眼结膜组织时应加入分化诱导因子C．iPS细胞核移植比体细胞核移植更容易表现全能性D．利用ES细胞治疗人类疾病的前景优于iPS细胞3．下列关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述，错误的是(B)A．动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同B．动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶C．烟草叶片离体培养能产生新个体，小鼠杂交瘤细胞可离体培养增殖D．动物细胞培养可用于检测有毒物质，茎尖培养可用于植物脱去病毒4．培育肉是利用动物体内分离的成肌细胞或全能干细胞，采用动物细胞培养技术培养出类似动物肌肉的肉丝，同时添加了人体所需的元素如铁、钙等，使其营养更加丰富。下列相关叙述不正确的是(B)A．用胰蛋白酶处理肌肉组织，可以获得分裂能力强的肌肉母细胞B．生物反应器内应控制温度适宜，并充入一定量的CO2保证细胞呼吸C．培养液中的支架为细胞提供了更多的附着面积，有利于细胞贴壁生长D．“人造牛肉”的培养有利于工厂化生产，产品是真肉5．(2022·大连高三模拟)美国科学家已经在实验室中成功培育出膀胱，并顺利移植到7名患者体内。此项技术为那些急需器官移植的患者带来福音。回答下列问题。(1)科学家从患者的膀胱上取下一小块活细胞样本，将其中的肌肉细胞和膀胱上皮细胞分别置于不同的培养瓶中培养。在培养之前，需用_______________________处理以分散细胞，细胞在培养瓶中的培养过程属于________代培养。与植物组织培养的培养基相比，其培养基的主要不同点是含有______________。(2)约一周后将培养瓶中培养的细胞放在由胶原质制成的“支架”上继续培养，再过7周左右，原先的数万个细胞已经繁殖到15亿个左右，布满“支架”，膀胱上皮细胞在内，肌肉细胞在外，形成“新膀胱”。细胞数目大量增加，其增殖方式是_____________；由这些细胞再形成肌肉细胞和膀胱上皮细胞的过程中要经过_____________。(3)医生将“新膀胱”移植到患者膀胱的上面，这样新器官会继续生长并与老器官“重组”取代老器官中丧失功能的部分。新器官与老器官的“重组”________(填“是”或“不是”)基因重组；“新膀胱”移植后，________(填“会”或“不会”)引起免疫排斥反应。(4)除上述方法外，还可将患者的体细胞核移入去核的___________中，利用体细胞________技术，形成相应组织、器官用于疾病的治疗。胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）原动物血清等有丝分裂细胞分化不是不会卵母细胞核移植第40讲细胞工程第3课时动物细胞融合技术和动物细胞核移植技术学习目标：动物细胞融合技术和动物细胞核移植技术一、自主学习.知识梳理1.动物细胞融合技术：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。植物体细胞杂交技术和动物细胞融合技术的比较比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞膜的流动性、植物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和胶原蛋白酶诱导方法物理法：电融合法、离心法等；化学法：聚乙二醇融合法、高Ca2＋—高pH融合法等PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等结果杂种植株杂交细胞应用培育植物新品种等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2.动物体细胞核移植技术和克隆动物（1）概念：动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的____________移入__________________中，并使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。分为__________________和__________________。（2）过程[提醒]核移植时应选MⅡ期的卵母细胞的原因(1)此类细胞体积大，易于操作；(2)卵黄多，营养物质丰富；(3)卵母细胞的细胞质中存在激发细胞核全能性表达的物质。（3）应用前景①加速家畜进程，促进优良畜群繁育。②保护③转基因克隆动物可作为，生产医用蛋白④转基因克隆动物的细胞、组织和器官可以用于。5.细胞核去核的卵母细胞胚胎细胞核移植体细胞核移植细胞培养去核重构胚胚胎移植供体遗传改良濒危物种生物反应器异种移植二、课堂过关.重难点突破（一）单克隆抗体及其应用1.制备原理：一种B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，B淋巴细胞在体外______无限增殖；骨髓瘤细胞能____________；B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到___________细胞，该细胞的特点是。2.制备过程：3.优点：能准确识别的细微差异，与特定发生特异性结合，并且可以。4.用途：作为诊断试剂；治疗疾病和，如抗体药物偶联（ADCA）。1.不能无限增殖杂交瘤既能无限增殖，又能产生特异性抗体2.杂交瘤细胞选择未融合的亲本细胞和融合的具有同种核杂交瘤细胞能分泌所需抗体克隆化培养和抗体检测3.抗原抗原大量制备4.运载药物（二）深挖教材1．(选择性必修3P48相关信息)(1)灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去____________，但并不破坏病原体的____________。(2)灭活病毒诱导细胞融合与病毒和细胞所含的__________有关。2．(选择性必修3P50思考·讨论)抗体—药物偶联物(antibodydrugconjugates，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，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC通常由抗体、接头和药物(如细胞毒素)三部分组成，它的作用机制如下图所示。(1)ADC的抗体和药物各具有什么作用？__________________________________________________________________________________。(2)除了细胞毒素，还有哪些物质理论上可以作为ADC偶联的药物？__________________________。(3)单克隆抗体诊断试剂盒和ADC在临床应用上各具有什么优势？1.感染能力抗原结构糖蛋白2.ADC的抗体在生物体内与特定目标细胞或组织相结合，具有导向作用。药物起治疗作用化学药物、抗癌药物等单克隆抗体诊断试剂盒具有特异性强、灵敏度高、可大量制备的优势。ADC在临床上用于治疗癌症或其他疾病，具有疗效高、毒副作用小的特点3．(选择性必修3P54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____________法。也可采用梯度离心、________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________________。4．(选择性必修3P54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__________________________________________。(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_______________________________________________________________________________________________________。此外，动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。3.显微操作法紫外线DNA变性4.保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞克隆动物绝大部分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（三）长句应答1．[2018·全国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________(填“大于”或“小于”)体细胞核移植，其原因是__________________________________小于胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易2．[2014·全国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____________________。其不能无限增殖三.考向预测.高考真题[2020·全国Ⅰ，T38]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)。（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）取小鼠甲的脾脏用物理方法或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四.课后作业.巩固提高1.右图为细胞融合的示意图，下列叙述正确的是(B)A．若a细胞和b细胞是植物细胞，需先去分化再诱导融合B．a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现C．c细胞的