【创新方案】2022年高考生物一轮复习 第二讲 细胞工程训练 新人教版选修3

【创新方案】2022年高考生物一轮复习第二讲细胞工程训练新人教版选修3　　一、植物细胞工程1．植物组织培养技术[判断正误](1)理论上，每个正常活细胞都具有全能性。(√)(2)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。(×)(3)愈伤组织是外植体脱分化和再分化后形成的。(×)2．植物体细胞杂交技术[据图填空](1)过程①为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，常用方法是酶解法，所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。(2)过程②是原生质体的融合，人工诱导的物理法包括离心、震动、电刺激等；化学法一般用聚乙二醇作诱导剂。(3)过程③是原生质体融合后再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。二、动物细胞培养1．培养过程[填图]13\n2．培养条件(1)无菌、无毒的环境。(2)营养：除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外还通常需加入血清等天然成分。(3)适宜的温度和pH：温度为36.5℃±0.5℃，pH为7.2～7.4。(4)气体环境：CO2和O2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。三、体细胞核移植和克隆动物[判断正误](1)动物细胞核移植的受体细胞是卵细胞。(×)(2)克隆动物的性状与供体动物完全相同。(×)(3)体细胞核移植的成功说明了动物细胞也具有全能性。(×)(4)体细胞核移植技术可通过克隆组织器官用于人类某些疾病的治疗。(√)四、单克隆抗体(1)制备过程：(2)单克隆抗体的特点：特异性强、灵敏度高。[知识体系构建]植物的组织培养与植物体细胞杂交(1)(2022·江苏卷T22A)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。(√)13\n(2)(2022·江苏卷T16B)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株。(×)(3)(2022·江苏卷T16B)用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子。(×)(4)(2022·全国大纲卷T4B)不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程。(√)(5)(2022·全国大纲卷T4A)利用植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制，培育远缘杂种。(√)1．植物细胞工程的基本技术(1)植物组织培养技术：①原理：植物细胞的全能性，即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整个体的潜能。②过程：高度分化的组织脱分化,形成愈伤组织再分化,幼根和芽分裂和分化,完整植株(2)植物体细胞杂交技术：①概念：将不同植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，培育成新的植物体的技术。②过程如图所示：③人工诱导的方法：a．物理法：离心、振动、电刺激等。b．化学法：一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂诱导原生质体融合。c．融合成功的标志：杂种细胞再生出细胞壁。④意义：克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍。2．植物细胞工程的应用13\n(1)植物繁殖的新途径：①微型繁殖：a．概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养法。b．特点②作物脱毒：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗。③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。(2)培育作物新品种：①用植物的花药进行离体培养形成单倍体，再经人工诱导染色体加倍后筛选出需要的新品种。②利用组织培养过程中出现的突变体，培育新的品种。(3)细胞产物的工厂化生产：用人工培养的愈伤组织提取细胞中的某种成分。[关键一点]　植物组织培养需要生长素和细胞分裂素，其中生长素可诱导愈伤组织生根，细胞分裂素可促进愈伤组织生芽。高考地位植物的组织培养与植物体细胞杂交在农业生产中的应用极为广泛，成为新课标高考的热点，近几年在高考试题中的比重逐渐提升命题角度与植物育种等知识结合，以图解的形式呈现，以考查基本概念和获取信息的能力为主，如典例1。[典例1]　下面为“番茄－马铃薯”的培育过程示意图，请据图回答：(1)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到可育的杂种植株？为什么？________________________________________________________________________。(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，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________，过程⑤13\n涉及的细胞分裂方式为________。(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄－马铃薯”属于________倍体植株。(4)柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术，将柴油树细胞培养进行到过程________(填字母编号)即可。[解析]　(1)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。(2)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。过程③是在融合的原生质体外再生一层细胞壁，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。(3)“番茄－马铃薯”属于异源多倍体里面的异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物，要实现其工业化生产需将柴油树细胞培养进行到愈伤组织，然后进行提取。[答案]　(1)不能。不同种的植物存在生殖隔离(2)植物组织培养　植物细胞全能性　原生质体融合　高尔基体　脱分化　有丝分裂(3)六(4)e动物细胞培养与核移植技术(1)(2022·江苏卷T14D)动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育。(√)(2)(2022·浙江卷T4A)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(×)(3)(2022·浙江卷T4B)克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变。(×)(4)(2022·浙江卷T4C)二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的。(×)(5)(2022·浙江卷T4D)恶性细胞系的细胞可进行传代培养。(√)1．动物细胞培养和动物体细胞核移植的比较项目动物细胞培养动物体细胞核移植原理细胞增殖动物细胞核的全能性13\n过程结果获得细胞群获得与供体遗传物质基本相同的个体联系动物细胞培养是体细胞克隆的基础2．动物细胞培养需要满足的条件(1)无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。(2)营养：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常还需加入血清、血浆等天然成分。(3)温度：哺乳动物最适温度多是36.5℃±0.5℃；最适pH是7.2～7.4。(4)气体环境：95%空气＋5%CO2，其中O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。[关键一点]　(1)动物细胞培养中两次用到胰蛋白酶，第一次的目的是处理剪碎的组织使之分散成单个细胞，第二次的目的是使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。(2)核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本不完全相同的原因：①克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本的卵细胞，与植物组织培养不同(只来自于一个亲本)，即克隆动物遗传物质来自两个亲本。②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致其性状改变。③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。高考地位本考点内容在近几年的高考中考查不多，但这也给今后在此考点上的命题留下了空间，复习时也应给以足够的重视命题角度以选择题的形式考查动物细胞培养的特点和应用，如典例2。13\n[典例2]　(2022·余杭高中一检)下列有关动物细胞克隆的叙述，错误的是(　　)A．细胞克隆可以从普通细胞系中分离出缺乏特殊基因的突变细胞系B．原代培养物在首次传代时就成为细胞系，都有异倍体核型，遗传物质有所改变C．应用克隆培养法建立的单克隆细胞群可称为细胞株D．提高动物细胞克隆形成率需要以滋养细胞支持生长及激素刺激等条件[解析]　选B　原代培养物在首次传代时就成为细胞系，但遗传物质不一定有所改变。动物细胞融合与单克隆抗体的制备(1)(2022·江苏卷T22C)动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体能体现细胞全能性。(×)(2)(2022·江苏卷T14)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。(×)(3)(2022·全国卷ⅡT5A)B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因。(√)(4)(2022·广东卷T24B)杂交瘤技术可用于制备单克隆抗体。(√)1．植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较植物体细胞杂交动物细胞融合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融合方法用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散后，诱导细胞融合诱导手段离心、电刺激、振动、显微操作、聚乙二醇等诱导与植物体细胞杂交相比，还可用灭活的病毒诱导结果获得杂种植株获得杂种细胞，以生产细胞产品用途克服远缘杂交不亲和的障碍，扩展杂交亲本范围，培育新品种制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等相同点①两者在融合过程中都会发生多种融合方式，如A—A，B—B，A—B，因此要进行筛选；②两者都要用到细胞融合和细胞培养两种技术手段2．单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的及方法(1)在特定的选择性培养基上，未融合的亲本细胞(B淋巴细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞(BB融合细胞、瘤瘤融合细胞)都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交瘤细胞)才能生长。这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产生单一的特异性抗体。13\n(2)经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞(很多种杂交瘤细胞)，需经克隆化培养和抗体检测，经多次筛选后可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。高考地位单克隆抗体的制备在近几年新课标高考中所占分值不大，但每年都有所涉及，一般起点较高，而落点较低命题角度(1)侧重于考查单克隆抗体在制备过程中的技术、方法，如典例3；(2)以简答题的形式呈现，与其他工程技术相结合综合考查，如典例4。[典例3]　(2022·黄山七校联考)下列有关制备单克隆抗体的叙述中，错误的是(　　)A．采用的细胞工程技术包括细胞培养和细胞融合B．两次筛选的目的分别是筛选出杂交瘤细胞和筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞C．要先用胃蛋白酶处理得到单个细胞，然后用诱导剂处理得到杂交瘤细胞D．运用的生物学原理包括细胞分裂和细胞膜具有一定的流动性[解析]　选C　单克隆抗体的制备采用了动物细胞融合和细胞培养技术；第一次筛选是筛选出杂交瘤细胞，第二次筛选是筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞；用胰蛋白酶处理得到单个细胞；制备过程中依据的原理有细胞分裂和细胞膜的流动性。[典例4]　下图1表示利用生物技术制备抗X的单克隆抗体的过程；图2表示体外受精培育优质奶牛的过程；图3表示番茄和马铃薯植物细胞融合和再生植株的过程，请据图回答下面的问题：(1)在图1中注射到小鼠体内的物质是________。融合后的细胞经过多次筛选才能获得理想的细胞，此类细胞的特点是__________________。该过程所用的生物技术有________________________。13\n(2)图2中参与体外受精的精子需要经过成熟和________的过程，才能使卵细胞受精。若要获得多头与此优质奶牛相同的小牛，可对图2中囊胚中的________均等分割后进行胚胎移植。以上技术是在________(填“体内”或“体外”)完成的。(3)图3中过程①是植物细胞形成________的阶段，该阶段所用的酶是____________。在形成再生植株的过程中与组织培养有相似之处的步骤是________。[解析]　(1)图1所示为单克隆抗体的制备过程。小鼠的B细胞经过免疫，再与能无限增殖的骨髓瘤细胞融合，形成的杂交瘤细胞同时具备了分泌抗体和无限增殖的能力。(2)图2所示为胚胎工程中的体外受精和胚胎移植技术。精子只有经过获能处理后才具备使卵细胞受精的能力。将内细胞团进行均等切割后，每个部分都可以再发育成一个个体。以上操作过程都在体外进行。(3)图3所示为植物体细胞杂交和植物组织培养过程。体细胞杂交的第一步就是制备原生质体，可以利用纤维素酶和果胶酶将植物细胞壁分解掉。将杂种细胞培养成植株要经过脱分化和再分化等组织培养过程。[答案]　(1)抗原X　既能无限增殖又能产生抗X的抗体　动物细胞融合技术和动物细胞培养技术(2)获能　内细胞团　体外(3)原生质体　纤维素酶和果胶酶　④⑤(⑥)[高考随堂体验]1．(2022·江苏高考)某研究组对籼稻开展了组织培养及相关研究，请回答下列问题：(1)2,4D常用于籼稻愈伤组织的诱导，对形态的发生有一定的抑制作用。为促进愈伤组织再分化，在配制分化培养基时需________(填“升高”“保持”或“降低”)2,4D的浓度。(2)当籼稻愈伤组织在只含有细胞分裂素的培养基上培养时，出现具有分生能力的绿色芽点，但不能继续出芽，通常在培养基中添加_____________，以促进幼苗形成。(3)研究中用显微镜可以观察到的现象是________(填下列序号)①绿色芽点细胞排列松散②刚融合的籼稻和稗草杂交细胞发生质壁分离③胚状体细胞中有叶绿体④分化的愈伤组织内各细胞的形态大小一致(4)经组织培养筛选获得的籼稻叶绿素突变体，其叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照，叶绿素总量不变。某同学用________(填序号：①绿色②红色③蓝紫色④黄色)光照射突变体和对照叶片，检测到两者光合放氧速率差异不大。若取等量色素提取液进行层析，会发现突变体第________条色素带(自上而下)窄于对照组。13\n(5)胚乳(3n)由一个精子与两个极核受精发育而成。若用籼稻种子的胚乳诱导愈伤组织，培育三倍体，需适时剔除胚，以免胚的存在影响愈伤组织细胞的________，还可避免再生苗中混有________。解析：(1)由题干信息知2,4D对形态的发生有一定的抑制作用，故在愈伤组织的再分化培养基中要降低2,4D的浓度。(2)愈伤组织分化形成幼苗需要细胞分裂素和生长素的共同作用。(3)绿色芽点的细胞是具有分生能力的细胞，排列紧密；刚融合的籼稻和稗草杂交细胞还未形成新的细胞壁和大液泡，不会发生质壁分离；胚状体细胞含有叶绿体；分化后的细胞形态、结构发生稳定性的差异。(4)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，故用绿光和黄光照射突变体和对照叶片，光合作用无明显差异。突变体的叶绿素a与叶绿素b的比值大于对照，而叶绿素的总量不变，分析可知突变体叶绿素a的含量增多、叶绿素b的含量减少，故色素分离的结果是滤纸条自上而下的第4条色素带叶绿素b窄于对照组。(5)胚乳细胞中含三个染色体组，胚细胞中含两个染色体组，胚具有分裂与分化的能力，它的存在可能会影响胚乳细胞诱导形成的愈伤组织细胞的增殖与分化，故需剔除，这样还可避免愈伤组织再分化形成的三倍体幼苗中混有二倍体幼苗。答案：(1)降低　(2)适量的生长素(3)③　(4)①④　4　(5)增殖与分化　二倍体幼苗2．(2022·浙江高考)请根据以下提供的实验材料，完善生物制剂W对动物不同细胞的分裂具有促进作用的实验思路，并预测实验结果。实验材料：培养液、正常体细胞、癌细胞、W、胰蛋白酶。(要求与说明：答题时不考虑加入W后的体积变化等误差。提供的细胞均具有分裂能力，只进行原代培养且培养条件适宜)(1)实验思路：①取培养瓶若干个分组如下：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。每组设置若干个重复样品。②各组样品在培养箱中培养一段合适的时间后，各取其中的几个样品，加入________，摇匀，在显微镜下用血细胞计数板分别计数并记录细胞数。③重复②若干次。④________________________________________________________________________。(2)预测实验结果(用坐标系和细胞数变化曲线示意图表示)：13\n解析：本实验中，自变量是培养液中是否有生物制剂W以及细胞的种类，观察指标是培养液中的细胞数目。所给实验材料涉及的不同细胞是正常细胞和癌细胞。为达到实验目的，需要设置四组实验，可标记出A、B、C、D四组。其中A组培养液中加入正常体细胞，不加入生物制剂W，B组培养液中加入正常体细胞和生物制剂W，对照A、B两组实验结果可知，生物制剂W能促进正常细胞的分裂；同理，C组培养液中加入癌细胞，不加入生物制剂W，D组培养液中加入癌细胞和生物制剂W，对照C、D两组实验结果可知，生物制剂W能促进癌细胞的分裂。由于此实验是验证实验，所以实验结果是加入生物制剂W的实验组比对照组细胞数多，同时癌细胞分裂能力比正常细胞高；D组细胞数比B组多。绘制坐标系时应注意以下几点：一是将坐标名称写准确；二是四条曲线的起点要相同，体现单一变量原则；三是曲线趋势要绘制准确。答案：(1)①A组：培养液中加入体细胞；B组：培养液中加入体细胞，加入W；C组：培养液中加入癌细胞；D组：培养液中加入癌细胞，加入W　②胰蛋白酶　④统计并分析所得数据　(2)如下图(其他合理答案均可)3．(2022·新课标全国卷)请回答：(1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的________，繁殖种苗的速度___________________________________________________________。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部________。(2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免________的污染。(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗________，而与________配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是________(脱落酸、2,4D)。(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如下图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是________，单株鲜重的变化趋势是______。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量________(能、不能)满足自身最佳生长的需要。13\n(5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应________(降低，增加)培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。解析：(1)植物组织培养中的微型繁殖技术属于无性生殖，具有可以保持亲代的遗传特性、繁殖速度快等特点。离体的叶肉细胞具有全能性，是因为其含有控制该植物生长发育所需的全部遗传信息。(2)植物组织培养过程中要保持无菌条件，以避免微生物的污染。(3)生长素能促进生根；植物组织培养中当细胞分裂素浓度大于生长素浓度时可诱导芽的分化。若要抑制试管苗的生长，可用高浓度的生长素或生长素类似物如2,4D。(4)分析图示可知，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用逐渐减弱，而单株鲜重则是先增加后减少；因蔗糖浓度为0时，虽然光合作用强度较大，但单株鲜重比较低，此时试管苗光合作用产生的有机物量不能满足自身最佳生长的需要，蔗糖浓度为1%左右时才能满足自身最佳生长的需要。(5)随着蔗糖浓度的增加，光合作用强度逐渐减小，故要提高光合作用能力，应适当降低培养基中的蔗糖浓度。答案：(1)遗传特性　快　遗传信息(2)微生物(3)生根　细胞分裂素　2,4D(4)逐渐减小　先增加后下降　不能(5)降低4．(2022·天津高考)絮凝性细菌分泌的具有絮凝活性的高分子化合物，能与石油污水中的悬浮颗粒和有机物等形成絮状沉淀，起到净化污水的作用。为进一步提高对石油污水的净化效果，将絮凝性细菌和石油降解菌融合，构建目的菌株。其流程图如下。据图回答：(1)溶菌酶的作用是________________________________________________________。(2)PEG的作用是____________________________________________________。(3)经处理后，在再生培养基上，未融合的A、B难以生长。图中AB融合菌能生长和繁殖的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。13\n(4)目的菌株的筛选：筛选既能分泌具有絮凝活性的化合物，又能在含有__________的培养基上生长的AB融合菌，选择效果最好的为目的菌株。(5)为探究目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果，将目的菌株进行发酵培养，定时取发酵液，加入石油污水中；同时设置________________为对照组。经搅拌、静置各3分钟后，分别测定上层水样的石油浓度和COD值(COD值越高表示有机物污染程度越高)，计算石油去除率和COD去除率，结果如下图。(6)目的菌的种群增长曲线呈________型。在40～44小时，发酵液对石油污水的净化效果最好，其原因是________________。解析：细菌含有细胞壁，溶菌酶的作用是去除其细胞壁，便于原生质体的融合。PEG的作用是诱导原生质体整合。未整合的A、B活性部位不同，不能在培养基上生存，而整合后细菌的活性部位互补因而能够存活。目的菌株是由絮凝性细菌和石油降解菌整合形成的，因此同时具有两者的特性。实验探究的是目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果，应设置不加发酵液的石油污水作为对照。由图示曲线可以看出目的菌的种群增长曲线呈“S”型。答案：(1)分解细胞壁　(2)诱导原生质体融合　(3)两亲本失活部位不同，融合后活性部位互补　(4)石油　(5)不加发酵液的石油污水　(6)S　此期间，目的菌及其产生的絮凝活性高分子化合物的含量高13