高考生物二轮复习专题学案：13 细胞工程（含解析）

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高考生物二轮复习专题学案
13　细胞工程
// 高频易错 考前清零 //
1.判断有关细胞工程说法的正误
(1)以茎尖为材料利用植物组织培养技术可获得具有抗病毒特性的新品种。 (　)
(2)植物组织培养利用了植物细胞全能性的原理,可利用灭活的病毒诱导原生质体融合。 (　)
(3)植物组织培养时,应对外植体进行灭菌处理以防止培养基及愈伤组织污染。 (　)
(4)动物体细胞核移植的基础是动物细胞培养。(　)
(5)动物细胞培养需在培养基中添加血清等天然成分,还需添加琼脂以便于细胞贴壁生长。 (　)
(6)体外培养多能干细胞时需将细胞置于95%的O2和5% CO2的混合气体中培养。 (　)
(7)在“抗体—药物偶联物”中,单克隆抗体的作用是定位而不是杀伤。 (　)
(8)克隆野生森林猫的细胞核来自供体成纤维细胞,其细胞核基因型与核供体细胞一致。 (　)
(9)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。 (　)
2.判断有关胚胎工程说法的正误
(1)在体外受精过程中,精子都需要用ATP溶液进行获能处理后才能用于受精。 (　)
(2)受精卵发育为桑葚胚的过程是在透明带内完成的,孵化后进入囊胚期阶段。 (　)
(3)早期胚胎发育到原肠胚阶段,细胞开始逐渐分化。 (　)
(4)进行胚胎分割操作时要将内细胞团和滋养层均等分割,以免影响胚胎的恢复。 (　)
(5)胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 (　)
(6)牛胚胎移植时可用囊胚期滋养层细胞进行性别鉴定。 (　)
// 常考长句 考前规范 //
(1)切取草莓的一定大小的茎尖作为外植体进行植物组织培养,再生的植株有可能不带病毒,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)进行动物细胞培养时, 保持培养环境处于无菌、无毒条件的操作有　　　　　　　　　。
(3)单克隆抗体制备的过程中,需要进行两次筛选,第一次筛选的目的是　　　　　　　　　　,筛选的方法是　　　　　　　　　　　　,第二次筛选的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)同种动物个体间进行胚胎移植前,通常不需要对受体和供体进行免疫检查,原因是　　　　　　　。
(5)胚胎移植后,经代孕鼠孕育的后代,其遗传特性与供体保持一致,其原理是　　　 。
考点一　植物细胞工程
1.厘清植物组织培养的关键
[提醒]①脱分化阶段避光,再分化阶段需光。
②生长素与细胞分裂素的比值高时,促进根的分化、抑制芽的形成;比值低时,促进芽的分化、抑制根的形成。
③体内细胞未表现全能性的原因:在特定的时间和空间条件下,基因的表达具有选择性。
2.厘清植物体细胞杂交技术的关键
(1)原理:植物细胞的全能性、细胞膜的流动性。
(2)过程
[提醒]①与再生细胞壁密切相关的细胞器是高尔基体。
②从变异角度看,植物体细胞杂交技术的实质是染色体数目变异,杂种植株的基因型、染色体和染色体组数目均为原两植物直接相加。
3.植物细胞工程的应用
应用 原理 主要过程 优点
快速 繁殖 植物细胞的全能性 脱分化、再分化 ①保持优良品种的遗传特性;②高效快速地实现种苗的大量繁殖
作物 脱毒 茎尖病毒极少,植物细胞的全能性 茎尖组织培养 提高作物产量和品质
单倍体 育种 植物细胞的全能性、染色体变异 花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍 明显缩短育种年限
突变体 的利用 突变、植物细胞的全能性 愈伤组织诱变处理后组织培养 提高突变率,获得优良性状
细胞产 物的工 厂化 生产 植物细胞增殖 从愈伤组织中提取次生代谢物 不占用耕地,几乎不受季节、天气等的限制
1.[2023·广东卷] 人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是 (　)
A.细胞融合前应去除细胞壁
B.高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合
C.融合的细胞即为杂交细胞
D.杂交细胞可能具有生长快速的优势
2.[2023·山东卷] 利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是 (　)
A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物
B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产
C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养
D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量
1.[2023·湖南长郡中学模拟] 科研人员利用野生型清水紫花苜蓿和里奥百脉根为材料培育抗鼓胀病的新型牧草,研究主要流程如图。下列说法错误的是(　)
注:IOA可抑制植物细胞呼吸第一阶段,R-6G可阻止线粒体的功能。
A.将两种细胞分别置于较高渗透压环境下,有利于去除细胞壁获得两种植物的原生质体
B.异源融合体因代谢互补可恢复生长并获得再生能力
C.③过程诱导生芽的培养基中BA(细胞分裂素类似物)与NAA的浓度比值低于②过程
D.通过图示技术获得的再生植株发生了染色体变异
2.草莓是无性繁殖的作物,它感染的病毒很容易传播给后代。病毒在草莓体内逐年积累,会导致产量降低,品质变差。如图是育种工作者选育高品质草莓的流程图。下列说法正确的是 (　)
A.通常采用70%的酒精和5%次氯酸钠溶液对甲进行灭菌处理
B.B过程常采用显微注射法将SMYELV-CP导入草莓细胞
C.A、B、C过程都属于细胞工程的操作,体现了植物细胞的全能性
D.判断两种选育方法的效果时,只有方法二需要进行病毒接种实验
考点二　动物细胞工程
1.掌握动物细胞培养的条件与过程
(1)条件
[注意]特殊条件
①添加血清等天然成分以补充合成培养基缺乏的营养物质。
②气体环境是指95%空气和5%CO2的混合气体,其中空气中的氧气是细胞代谢所必需的,二氧化碳的主要作用是维持培养液的pH。
(2)过程
[注意]区分传代培养与原代培养的关键是是否进行过分瓶培养。
(3)干细胞
种类 胚胎干细胞(ES细胞) 成体干细胞
来源 早期胚胎 成体组织或器官
特点 全能性 组织特异性
2.厘清单克隆抗体制备的过程
3.克隆动物的培育过程
[注意](1)卵母细胞作为细胞核移植受体细胞的理由:营养丰富;体积大,易操作;细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质。
(2)体细胞核移植技术的原理是动物体细胞核具有全能性。克隆动物的产生是无性繁殖。
1.[2023·北京卷] 甲状旁腺激素(PTH)水平是人类多种疾病的重要诊断指标。研究者制备单克隆抗体用于快速检测PTH,有关制备过程的叙述不正确的是 (　)
A.需要使用动物细胞培养技术
B.需要制备用PTH免疫的小鼠
C.利用抗原—抗体结合的原理筛选杂交瘤细胞
D.筛选能分泌多种抗体的单个杂交瘤细胞
2.[2023·湖北卷] 某病毒对动物养殖业危害十分严重。我国学者拟以该病毒外壳蛋白A为抗原来制备单克隆抗体,以期快速检测该病毒,其主要技术路线如图所示。
回答下列问题:
(1)与小鼠骨髓瘤细胞融合前,已免疫的脾细胞(含浆细胞)　　　　(填“需要”或“不需要”)通过原代培养扩大细胞数量;添加脂溶性物质PEG可促进细胞融合,该过程中PEG对细胞膜的作用是　　 。
(2)在杂交瘤细胞筛选过程中,常使用特定的选择培养基(如HAT培养基),该培养基对　　　　和　　　 生长具有抑制作用。
(3)单克隆抗体筛选中,将抗体与该病毒外壳蛋白进行杂交,其目的是 　 。
(4)构建重组质粒需要使用DNA连接酶。下列属于DNA连接酶底物的是　　　　。
动物细胞培养、单克隆抗体制备及应用
1.[2023·山东日照三模] 乳腺癌、胃癌细胞表面有大量的HER2蛋白,T细胞表面有CD3蛋白和CD28蛋白。研究人员将上述三种蛋白作为抗原分别制备单克隆抗体,然后将其在体外解偶联后重新偶联制备得到三特异性抗体,简称三抗(如图)。下列说法错误的是 (　)
A.同时注射3种抗原蛋白,可刺激B细胞增殖分化为分泌三抗的浆细胞
B.利用抗原—抗体杂交的原理筛选图示三抗时需要3种相应抗原蛋白
C.与植物原生质体融合相比,制备单抗时可采用灭活的病毒进行诱导融合
D.与单抗相比,三抗增加了两个特异性抗原结合位点,对癌细胞的杀伤更强
动物细胞核移植技术和克隆动物
2.[2023·江苏盐城模拟] 我国科学家成功地用iPS细胞克隆出了活体小鼠,部分流程如图所示,其中Kdm4d为组蛋白去甲基化酶,TSA为组蛋白脱乙酰酶抑制剂。下列说法正确的是 (　)
A.组蛋白乙酰化和去甲基化可以使生物的表型发生可遗传变化
B.①过程的小分子化合物诱导小鼠成纤维细胞突变为iPS细胞
C.②过程中去核前应保证卵母细胞培养至减数第一次分裂中期
D.③过程中可以使用有活性的病毒处理,目的是诱导细胞融合
3.[2023·辽宁锦州质检] 研究人员通过体细胞克隆技术,将分散在国内不同区域养殖场、适应性好、抗逆性强、超高产的“超级奶牛”种质资源集中起来,便于进行良种奶牛繁殖。下列相关叙述错误的是 (　)
A.结合胚胎移植和胚胎分割技术,可快速培育出“超级奶牛”群体
B.运用克隆技术集中“超级奶牛”种质资源,有利于发挥生物多样性的直接价值
C.“超级奶牛”的成功克隆,说明奶牛体细胞具有发育为完整个体的能力
D.体细胞克隆技术在新领域的应用,可避免从国外引进活牛的生物安全风险
考点三　胚胎工程
1.准确记忆哺乳动物的早期胚胎发育过程
2.胚胎移植与胚胎分割的操作流程
3.区分试管婴儿和设计试管婴儿
(1)设计试管婴儿比试管婴儿多出的是过程④(遗传学诊断)。
(2)试管婴儿主要解决不孕夫妇的生育问题,设计试管婴儿用于白血病、贫血症等疾病的治疗。
(3)两者都是体外受精,并进行体外早期胚胎培养,都要经过胚胎移植,都是有性生殖。
1.[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。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
2.[2023·天津卷] 根据下图,正确的是 (　)
A.子代动物遗传性状和受体动物完全一致
B.过程1需要MⅡ期去核卵母细胞
C.过程2可以大幅改良动物性状
D.过程2为过程3提供了量产方式,过程3为过程1、2提供了改良性状的方式
1.[2023·重庆模拟] 如图是科研人员利用胚胎工程技术培育高产奶牛的过程,结合实验过程分析,下列说法错误的是 (　)
A.①是人工授精,卵母细胞需在体外培养到MⅡ期才可进行
B.②是胚胎培养,中途需加入胰蛋白酶处理并进行传代
C.③是胚胎分割,利用细胞全能性提高了胚胎的利用率
D.④是胚胎移植,受体母牛应提前注射激素使其处于发情期
2.[2023·山东师大附中模拟] 基因组印记(通过甲基化实现受精卵中来自双亲的两个等位基因一个表达另一个不表达)阻碍了哺乳动物孤雌生殖的实现。某研究团队利用甲基化酶、去甲基化酶和基因编辑技术,改变了小鼠生殖细胞的“基因组印记”,使其“变性”,然后将一个第二极体注入修饰后的次级卵母细胞(类似受精作用),最终创造出“孤雌生殖”的小鼠。实验过程如下图所示。下列相关叙述正确的是 (　)
A.体外培养卵母细胞时,为防止污染,需将培养皿置于二氧化碳培养箱中进行培养
B.甲基化可能会关闭基因的活性,对某些基因进行去甲基化处理有利于其表达
C.“孤雌小鼠”的诞生过程没有精子参与,其基因型与提供卵母细胞的雌鼠相同
D.移植后的囊胚进一步扩大,会导致滋养层破裂,胚胎从其中伸展出来
高考生物二轮复习专题学案
13　细胞工程（参考答案）
【高频易错·考前清零】
1.(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√ (8)√　(9)√
[解析] (1)以根尖、茎尖为材料,利用植物组织培养技术可获得脱毒苗,但不一定抗病毒。
(2)灭活病毒可用于诱导动物细胞融合,不能用于诱导植物原生质体融合。
(3)植物组织培养时,应对外植体进行消毒处理,培养基需要进行灭菌处理,这样可以防止杂菌污染。
(5)动物细胞培养需在培养基中添加血清等天然成分,不需要添加琼脂,需要用液体培养基。
(6)体外培养多能干细胞时需将细胞置于95%的空气和5% CO2的混合气体中培养。
2.(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√
[解析] (1)精子获能是获得受精的能力,而不是获得能量,获能液常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。
(2)受精卵发育为桑葚胚的过程是在透明带内完成的,孵化后进入原肠胚阶段。
(3)囊胚期细胞开始逐渐分化。
(4)胚胎分割时要将内细胞团均等分割。
【常考长句·考前规范】
(1)植物顶端分生区附近(如茎尖)病毒极少,甚至无病毒
(2)对培养液和所有培养用具进行灭菌处理;在无菌环境下进行操作;定期更换培养液
(3)筛选出杂交瘤细胞　用特定的选择培养基进行培养　从杂交瘤细胞中筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞
(4)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
(5)胚胎与代孕鼠子宫建立的仅是生理和组织上的联系,其遗传特性在孕育过程中一般不会发生变化
考点一
【高考曾经这样考】
1.C　[解析] 在进行体细胞杂交之前,必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得原生质体,再诱导原生质体融合,A正确。人工诱导原生质体融合的方法基本可以分为两大类——物理法和化学法,物理法包括电融合法、离心法等;化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等,B正确。人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,只考虑细胞的两两融合,细胞会发生同种细胞融合与异种细胞融合,只有异种细胞融合得到的融合细胞才是杂交细胞,C错误。由于基因表达间的相互作用,杂交细胞可能具有生长快速的优势,D正确。
2.A　[解析] 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到,故利用植物细胞培养技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物,A正确;利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物,故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产,B错误;次生代谢物不是植物生长所必需的,其含量少,可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢产物的产量,C错误;细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件使细胞数量增加,以提高细胞次生代谢物的产量,不能提高单个细胞中次生代谢物的含量,D错误。
【重点热点题组练】
1.C　[解析] 将两种细胞分别置于较高渗透压环境下,有利于去除细胞壁获得两种植物的原生质体,避免原生质体在酶解过程中受到损伤,同时也不至于导致原生质体吸水涨破,A正确;结合图示信息可推测,异源融合体因代谢互补可恢复生长并获得再生能力,B正确;③过程为再分化过程,诱导生芽的培养基中BA(细胞分裂素类似物)与NAA的浓度比值高于②过程,这样有利于诱导生芽,C错误;图示技术为植物体细胞杂交技术,其原理是染色体变异,D正确。
2.D　[解析] 植物组织培养过程中,需要用体积分数为70%的酒精和质量分数为5%的次氯酸钠溶液对甲(外植体)进行消毒,不是灭菌,保证植物组织培养的成功,A错误;B过程表示将目的基因(SMYELV-CP)导入植物细胞(草莓细胞),常采用农杆菌转化法,显微注射法是将目的基因导入动物细胞常用的方法,B错误;B和C表示通过转基因技术获得抗病毒草莓,属于基因工程技术的操作,C错误;无病毒苗应根据植株性状检测,不需要接种病毒,抗病毒苗需要通过病毒接种的方式来判断选育的效果,因此只有方法二需要进行病毒接种实验,D正确。
考点二
【高考曾经这样考】
1.D　[解析] 单克隆抗体制备过程中需要对骨髓瘤细胞等进行培养,即需要使用动物细胞培养技术,A正确;该操作的目的是制备单克隆抗体用于快速检测PTH,故应用PTH刺激小鼠,使其产生相应的B细胞,B正确;抗原与抗体的结合具有特异性,可利用抗原—抗体结合的原理筛选杂交瘤细胞,C正确;由于一种B细胞经分化形成浆细胞后通常只能产生一种抗体,故筛选出的单个杂交瘤细胞无法分泌多种抗体,D错误。
2.(1)不需要　使细胞接触处质膜的脂类分子发生疏散和重组,从而导致质膜相互亲和,促进融合
(2)未融合的亲本细胞　融合的具有同种核的细胞
(3)通过抗体检测呈阳性来获得分泌所需抗体的杂交瘤细胞
(4)④
[解析] (1)浆细胞是高度分化的细胞,不能增殖,所以不需要通过原代培养扩大细胞数量。(2)在杂交瘤细胞筛选过程中,用特定的选择培养基进行筛选,在该培养基上,未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡,只有融合的杂交瘤细胞才能生长。(3)单克隆抗体筛选中,将抗体与该病毒外壳蛋白进行杂交,运用了抗原—抗体杂交技术,抗体检测呈阳性的细胞为所需的杂交瘤细胞。(4)DNA连接酶能连接DNA片段,脱氧核苷酸的磷酸基团位于5'端,—OH位于3'端,并且DNA连接酶能催化合成磷酸二酯键,即将一条脱氧核苷酸单链的5'端的磷酸基团与另一条脱氧核苷酸单链的3'端的—OH相连,④符合题意,故选④。
【重点热点题组练】
1.A　[解析] 同时注射3种抗原会刺激B细胞增殖分化形成不同的浆细胞,进而产生三种抗体,一种浆细胞只能产生一种抗体,并不能产生三抗,A错误;由于抗体具有特异性,所以利用抗原—抗体杂交的原理筛选图示三抗时需要3种相应抗原蛋白,B正确;与原生质体融合相比,动物细胞融合特有的融合方式是用灭活的病毒进行诱导,C正确;与单克隆抗体相比,三抗增加了两个T细胞特异性结合位点,可将T细胞带至肿瘤处,促进T细胞对肿瘤的杀伤,因此三抗对癌细胞的杀伤更强,D正确。
2.A　[解析] 组蛋白乙酰化和去甲基化属于表观遗传,表观遗传可以使生物体在基因的碱基序列保持不变的情况下,表型发生可遗传变化,A正确;分析题图可知,小鼠成纤维细胞在四种小分子化合物诱导下转变为iPS细胞,但是这个过程不是基因突变,而是类似于植物细胞脱分化的过程,B错误;②过程代表给卵母细胞去核,处于减数第二次分裂中期的卵母细胞,其细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质,因此去核操作一般要在卵母细胞培养至减数第二次分裂中期再进行,C错误;③过程代表将iPS细胞注入去核的卵母细胞中,此过程可以用电融合法、灭活病毒诱导法、PEG融合法来诱导细胞融合,不能使用有活性的病毒,D错误。
3.C　[解析] 胚胎分割能够得到多个基因型相同的个体,胚胎移植是胚胎工程的最后一个技术环节,结合胚胎移植和胚胎分割技术,可快速培育出“超级奶牛”群体,A正确;直接价值是对人类有食用、药用和作为工业原料等实用意义的,以及有旅游观赏、科学研究和文学艺术创作等非实用意义的价值,运用克隆技术集中“超级奶牛”种质资源,有利于发挥生物多样性的直接价值,B正确;“超级奶牛”的成功克隆,说明奶牛体细胞的细胞核具有发育为完整个体的能力,即体细胞细胞核具有全能性,C错误;体细胞克隆技术属于无性繁殖技术,该技术在新领域的应用,可避免从国外引进活牛的生物安全风险,如活牛可能携带某些传染病等,D正确。
考点三
【高考曾经这样考】
1.B　[解析] 分析图示可知,后代丁细胞核遗传物质来源于甲牛,细胞质遗传物质来源于乙牛和甲牛,故后代丁的遗传性状由甲和乙的遗传物质共同决定,A错误;过程①是供体动物细胞培养的过程,需要提供95%空气和5%CO2的混合气体,其中CO2的作用主要是维持培养液的pH,B正确;过程②常使用显微操作去核法对乙牛提供的卵母细胞进行处理,C错误;过程③将激活后的重组细胞培养至桑葚胚或囊胚后进行移植,D错误。
2.D　[解析] 子代动物的遗传性状与受体(只提供子宫)无关,A错误;核移植过程中需要处于MⅡ中期的去核卵母细胞,而过程1是培育试管动物,需要培育到适宜时期(桑葚胚或囊胚时期)进行胚胎移植,B错误;过程2得到的是克隆动物,是无性生殖的一种,不能大幅改良动物性状,C错误;过程2克隆技术可得到大量同种个体,为过程3提供了量产方式,过程3是转基因技术,转基因技术可导入外源优良基因,为过程1、2提供了改良性状的方式,D正确。
【重点热点题组练】
1.B　[解析] ①是人工授精,卵母细胞需在体外培养到MⅡ中期才可进行,且精子也需要进行获能培养,A正确;②是胚胎培养,该过程中不需要加入胰蛋白酶处理并进行传代,因为这里进行的是体外胚胎培养,不是动物细胞培养过程,B错误;③是胚胎分割,利用细胞全能性提高了胚胎的利用率,C正确;④是胚胎移植,受体母牛应提前注射激素使其处于发情期,这样可以实现相同生理条件下的胚胎转移,可提高移植胚胎的存活率,D正确。
2.B　[解析] 体外培养卵母细胞时,将培养皿置于二氧化碳培养箱中,是为了维持培养液的pH,A错误;由题干可知,基因组印记是通过甲基化使一个基因不表达,对某些基因进行去甲基化处理有利于其表达,然后促进了细胞的全能性的表现,获得孤雌小鼠,B正确; “孤雌小鼠”是由修饰后的次级卵母细胞(完成减数第二次分裂后)和一个第二极体结合后发育形成的,同时由于在配子形成过程中会经历减数分裂的基因重组,或发生基因突变,将导致“孤雌小鼠”的基因型不一定与提供卵母细胞的雌鼠相同,C错误;囊胚进一步扩大,会导致透明带破裂,胚胎从其中伸展出来,这一过程叫作孵化,D错误。
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