高中生物苏教版（2019）选择性必修3 生物技术与工程 第二章 微专题　植物细胞工程和动物细胞工程的综合考查（38张PPT）

(共38张PPT)
微专题　植物细胞工程和动物细
胞工程的综合考查
一、植物细胞工程的综合考查
1.细胞的全能性
(1)概念：细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
(2)原因：构成生物体的所有体细胞都是由受精卵通过有丝分裂发育而来的，含有相同的遗传物质，都含有本物种的所有遗传信息，因此每个体细胞都有发育成完整个体的潜能。生物的生殖细胞在一定条件下也具有全能性，是因为生殖细胞中含有本物种生长发育的全套遗传信息，尽管其遗传物质是体细胞的一半。
(3)表达的条件：由于基因的选择性表达，细胞的全能性在植株上受到限制不能表达，只有在离体条件下，在营养、激素和其他条件适宜的情况下，细胞才能表达其全能性。动物细胞难以表达其全能性，但是通过核移植后，细胞核仍可表达其全能性。
(4)表达的难易程度：植物细胞全能性易表达，而动物细胞的全能性不易表达，但动物细胞核的全能性可以表达。在所有细胞中，受精卵可直接发育为个体，有的生殖细胞也可在一定条件下表达其全能性。
(5)意义：细胞全能性是植物组织培养和体细胞杂交的理论基础，也是现代动物体细胞克隆技术的理论基础。
2.植物激素在组织培养过程中的重要作用
生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，其作用及特点如下表：
激素使用 实验结果
使用顺序 先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化
先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂也分化
生长素与细胞分裂素同时使用 分化频率提高
生长素浓度/细胞分裂素浓度的比值 该比值高时 有利于根的形成，抑制芽的形成
该比值低时 有利于芽的形成，抑制根的形成
该比值适中时 促进愈伤组织的生长
例1　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、生物碱含量随增殖培养时间的变化如图所示，请回答下列问题：
(1)选用新生营养芽为外植体的原因是______________________________
________；诱导外植体形成PLBs的过程称为 。
(2)与黑暗条件下相比，PLBs在光照条件下生长的优势体现在__________
_______， ， 。
营养芽细胞分裂能力强，几乎不
脱分化
含病毒
开始增重的
时间早
增重持续的时间长
PLBs增重的量更多
例2　请回答下列有关植物组织培养的问题：
(1)用于植物组织培养的植物材料称为 。
(2)组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为
。
外植体
脱分化
(3)在再分化阶段所用的培养基中，含有植物激素X和植物激素Y。逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如图所示。据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系。
①当植物激素X与植物激素Y的浓度比等于1时，_________________
_______________。
②当植物激素X与植物激素Y的浓度比大于1时，_________________
_______。
未分化细胞群经分
裂形成愈伤组织
未分化细胞群分化
形成芽
③当植物激素X与植物激素Y的浓度比小于1时，____________________
_____。
(4)生产上用试管苗保存植物的优良性状，其原因是__________________
_________________________________________。
未分化细胞群分化形
成根
苗的过程属于无性繁殖，后代不发生性状分离
组织培养形成试管
二、动物细胞工程的综合考查
1.解答动物体细胞核移植类试题时需注意的几个关键点
(1)动物细胞核移植技术形成的重组胚胎能够发育成一个新个体，体现了动物细胞的细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。
(2)利用核移植技术得到克隆动物的过程属于无性生殖。
(3)动物体细胞核移植产生的新个体，其亲本有三个：体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体、代孕母体。
①核移植过程中细胞核只来源于一个个体(体细胞核供体)，故新个体的细胞核基因、基因型与体细胞核供体的完全一样(不考虑基因突变)。
②卵母细胞的细胞质中也有少量的DNA，因此新个体的性状与卵母细胞细胞质供体有一些地方相同。
③代孕母体没有为新个体提供遗传物质，新个体的性状与代孕母体基本没有关系。
(4)克隆动物所用的受体细胞是去核的成熟卵母细胞，这是因为卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核表达全能性的物质，且体积大，易于操作。
(5)克隆动物的过程所利用的生物技术：体细胞核移植、动物细胞培养等。
(6)核移植时，一般先通过电脉冲方法使供体细胞和受体细胞融合，形成重组细胞，再用物理或化学方法激活重组细胞，使其完成细胞分裂和发育进程，形成早期胚胎。
2.单克隆抗体制备的关键思路及操作依据
(1)关键思路
①克隆单一的浆细胞，形成细胞群。
②将浆细胞与骨髓瘤细胞融合，获得杂交细胞。
(2)用浆细胞与骨髓瘤细胞融合的原因
①每一个浆细胞只能分泌一种特异性抗体；不同种类的浆细胞分泌的抗体不同。
②浆细胞在体外培养时不能无限增殖；骨髓瘤细胞能够无限增殖。
3.单克隆抗体制备过程中的筛选及原因
(1)第一次筛选是在浆细胞与骨髓瘤细胞融合之后，因为有三种融合情况(只考虑细胞两两融合)：浆细胞与浆细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、浆细胞与骨髓瘤细胞融合，而只有浆细胞与骨髓瘤细胞的融合细胞才是需要的杂交细胞。
(2)第二次筛选需先在多孔培养板(如96孔板)上培养，在每个孔只有一个杂交细胞的情况下开始培养，然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群。由于该细胞群是由单个杂交细胞克隆来的，所以产生的抗体一定是化学性质单一、特异性强的单克隆抗体。
例3　在单克隆抗体制备过程中，筛选出杂交细胞是关键步骤之一。已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。人浆细胞中有这两种合成途径，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤细胞中尽管没有S途径，但能不断分裂增殖。将这两种细胞在培养皿中混合，加促融剂促进细胞融合，获得杂交细胞并产生单克隆抗体。请回答下列问题：
(1)人浆细胞能与鼠骨髓瘤细胞融合成一个细胞，两种细胞质膜也能“融合”在一起，这说明细胞质膜具有一定的 。除了杂交细胞(可产生单克隆抗体)，还有 种两两融合的细胞。
流动性
2
(2)为了从培养液中分离出杂交细胞，在③过程中需向培养液中加入____
，原因是在这种培养液中，杂交细胞只有可以利用______________途径合成DNA，可能实现增殖。
(3)杂交瘤细胞增殖时进行的是 分裂。
氨基
蝶呤
人浆细胞中的S
有丝
例4　2017年11月7日，中科院神经科学研究所研究团队利用体细胞克隆技术克隆出了猕猴“中中”和“华华”，该成果标志着中国率先开启了以体细胞克隆猴作为实验动物模型的新时代。如图是体细胞克隆猴的技术流程，请据图回答问题：
(1)图中选择猕猴胚胎期而非成年期的成纤维细胞进行培养，其原因是_____
_________________________________。刚放入培养瓶中的细胞沉降到瓶底部后首先会出现细胞贴壁现象。传代培养时，常利用 酶消化处理，制成细胞悬液后转入新的培养瓶中。
成纤维细胞分化程度低，更易于培养
胚胎
胰蛋白
(2)图示过程涉及的主要技术有____________________________________
__________________________(答出
两点即可)。以体细胞克隆猴作为实
验动物模型的显著优势之一是同一
批克隆猴的遗传背景相同，图中克
隆猴的遗传物质主要来自________
。
胎成纤维细胞的细胞核
动物细胞核移植技术(或动物体细胞核移
植技术)、动物细胞培养技术
猕猴胚
(3)体细胞克隆猴的另外一个技术难点是猴的体细胞克隆胚胎发育差。科学家发现，胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关。由此推测，图中KDM4d mRNA翻译产生的酶的作用是__________________
______。
催化组蛋白的去甲
基化
跟踪训练
1.科学家将分离得到的成熟的胡萝卜根韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整的新植株。过程图解如图所示，请回答下列问题：
1
2
3
4
5
6
(1)科学家所用的这种生物技术称为 。②过程称为____
______，C经 形成D。
植物组织培养技术
脱
分化
再分化(细胞分裂和细胞分化)
1
2
3
4
5
6
(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素、氨基酸和琼脂以外，还需要在培养基中加入 。
(3)植物体细胞杂交技术的关键是获取有活力的原生质体和____________
_____，经过再生出新的细胞壁得到杂种细胞，进行组织培养培育成新的植物体。
(4)从育种的角度来看，与有性生殖相比，植物组织培养的优势主要有
(列举两条)。
植物激素(或植物激素类似物)
诱导原生质体
融合
能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高
2.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。请回答下列问题：
(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________________________________
___________________________________。
1
2
3
4
5
6
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
解析　植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性。
(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于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。
1
2
3
4
5
6
细胞分裂素、
脱分化
解析　影响植物组织培养的两种主要激素是细胞分裂素和生长素。愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。
生长素
(3)若该种植物是一种杂合子的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表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
_____________________________________________________________________________________________。
1
2
3
4
5
6
解析　由于花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，组织培养得到的花卉基因型不同于原植株，导致不能保持亲本的优良性状。
不能
杂合子经减数分裂形成不同基因型的花粉粒，用花粉粒进行组织培养得到的花卉基因型不同于原植株
3.据下面植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题：
1
2
3
4
5
6
解析　番茄和马铃薯属于两种植物，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。
(1)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到杂种植株？为什么？
_____________________________________。
不能，不同种的植物之间存在生殖隔离
(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，运用的技术手段是_____________
______，依据的原理是____________
_______，其中过程②称为_________
______技术，该过程的原理是______
______________。与过程③密切相关
的具有单层膜结构的细胞器为 ，
过程④相当于 。
1
2
3
4
5
6
解析　过程②是把a、b两个原生质体融合在一起，所以称为原生质体融合，融合成功依赖于细胞质膜的流动性，过程③是再生细胞壁的过程，而细胞壁的形成与高尔基体有关。过程④的结果是形成了愈伤组织，所以④为脱分化。
脱分化
植物组织培养
技术
植物细胞的
原生质体
细胞
全能性
融合
质膜的流动性
高尔基体
4.华南虎是原产中国的老虎品种，野生华南虎被一些专家认为已经濒临灭绝。科学工作者尝试用普通老虎完成体细胞克隆华南虎的研究，下图是其培育过程。请据图回答下列
问题：
1
2
3
4
5
6
解析　由克隆华南虎的过程可知，华南虎A提供细胞核，普通虎B提供细胞质，所以克隆华南虎D的遗传性状与供核的A虎更接近，即相当于克隆了A虎。
(1)克隆华南虎的遗传性状与___
(填字母)虎基本一致。
A
(2)A、B、C 3只虎哪一只没有提供遗传物质？ 。
1
2
3
4
5
6
解析　老虎C只提供胚胎发育的场所，没有提供遗传物质。
老虎C
__________________________________________________________________________________。
(3)克隆华南虎的过程是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？
1
2
3
4
5
6
解析　核移植过程没有经过两性生殖细胞的结合，属于无性繁殖，没有减数分裂方式的出现，不遵循孟德尔的遗传规律。
不遵循；克隆属于无性繁殖，而孟德尔的遗传规律仅在有性生殖的减数分裂过程中起作用
(4)有人设想将虎的体细胞与牛的体细胞进行融合，以获得新物种“虎—
1
2
3
4
5
6
牛”，你认为依据目前的生物技术和理论能否实现这一愿望？ 。
原因是________________
______________________
____________________________________________________________。
不能
高度分化的动物细胞全能性受到限制，虎和牛体细胞杂交后得到的杂交细胞不能正常发育成完整个体
1
2
3
4
5
6
解析　高度分化的动物细胞全能性受到限制，因此无论是高度分化的动物体细胞，还是不同种动物体细胞融合后的杂交细胞，经细胞培养只会发生细胞增殖，不会发生细胞分化，形成不了个体，动物体细胞的全能性无法体现。
5.肺脏是人体的呼吸器官，对气体交换和抵御病原体入侵至关重要。肺脏一旦受损，人体正常生命活动也将受到影响。中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周斌、季红斌研究团队和广州生物医药与健康研究院彭广敦研究团队合作证实在人体中存在一种参与肺脏再生的肺多能干细胞，它可以“按需分化”，完成肺脏内部的“跨界维修”。请回答下列问题：
(1)在人体内，肺多能干细胞“按需分化”是人体细胞中基因__________
的结果。
1
2
3
4
5
6
选择性表达
(2)在体外培养肺多能干细胞时，除提供无菌、无毒、营养齐全等条件，还需要 作为气体环境。此外还需定期更换培养液，其目的是
。
(3)肺多能干细胞能在体外培养成功，在医学上的意义是______________
____________________________(答出一点即可)。
1
2
3
4
5
6
O2和CO2
防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害
细胞、治疗肺部疾病、再生肺
修复损伤的肺
6.(2021·辽宁大连质检)人乳头状瘤病毒(HPV)与宫颈癌的发生密切相关，抗HPV的单克隆抗体可以准确检测出HPV，从而及时监控宫颈癌的发生。如图是以HPV衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体的过程，请据图回答：
1
2
3
4
5
6
(1)图中向小鼠注射的A是 ，传统产生抗体的方法是反复给小鼠注射A，然后从血清中分离所需抗体，用这种方法生产抗体的缺点是 (答出两点即可)。要想获得大量的单一抗体，无法通过直接培养浆细胞来实现，原因是_______________________
________________。
1
2
3
4
5
6
HPV衣壳蛋白
产量低、纯度低、特异性差
在体外培养条件下，浆细
胞不能无限增殖
(2)图中选用浆细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交细胞，说明细胞质膜具有一定的 。图中筛选①需要用 培养基。筛选②需要进行克隆化培养和 ，目的是筛选出 的细胞。
(3)从图中可以看出，单克隆抗体的制备过程，运用了动物细胞工程中的
和 两大技术。
1
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4
5
6
抗体检测
流动性
选择
(足够数量的)能分泌特定抗体
动物细胞培养
动物细胞融合(两空顺序可颠倒)
(4)科学工作者在单克隆抗体上连接抗癌药物，治疗癌症。这种方法优于化疗，原因是_______________________________________(答出两点即可)。
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4
5
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不损伤正常细胞，且用药量小，毒副作用小
本课结束