2023届高考生物二轮复习精研重难点(一)植物细胞工程和动物细胞工程的比较学案

精研重难点(一)　植物细胞工程和动物细胞工程的比较

从“高度”上研究高考

[典例]　(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，其目的是刺激小鼠机体发生免疫反应，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

从“深度”上提升知能

1．比较植物组织培养与动物细胞培养

2.比较植物体细胞杂交与动物细胞融合

3.单克隆抗体制备过程中两次筛选的方法及目的

从“宽度”上拓展训练

1．紫草宁是从紫草细胞中提取的一种色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。科研人员利用紫草外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中进行悬浮培养，以获得更多的紫草宁。下列说法错误的是(　 )

A．需要在培养液中加入大量的蔗糖以提供植物细胞所需的能量

B．利用果胶酶将愈伤组织分散成单个细胞，然后进行悬浮培养

C．诱导形成愈伤组织需要利用生长素、细胞分裂素等进行调节

D．紫草宁是植物细胞的次生代谢物，其合成具有时间和组织特异性

解析：选A　培养液中应加入适量蔗糖，不能加入大量的蔗糖，否则植物细胞会大量失水甚至导致死亡，A错误；植物细胞间物质的主要成分为果胶，所以悬浮培养时，可以利用果胶酶(酶的专一性)处理将植物细胞分散开，B正确；诱导外植体脱分化获得愈伤组织的过程通常需要一定比例的生长素和细胞分裂素来调节，C正确；植物次生代谢物是由植物次生代谢产生的一类非必需的小分子有机化合物，次生代谢一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下进行，D正确。

2．两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如下图所示。下列说法错误的是(　 )

A．过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞

B．过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂

C．过程③需用秋水仙素诱导杂种细胞再生出新的细胞壁

D．耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段

解析：选C　过程①是通过酶解法去除细胞壁获得原生质体，而植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成，根据酶的专一性，所以需要用纤维素酶和果胶酶处理细胞，A正确；根据题干信息可知，过程②通过紫外线照射是使中间偃麦草的染色体断裂，B正确；秋水仙素不能诱导杂种细胞再生出新的细胞壁，C错误；实验最终将不抗盐的普通小麦和抗盐的中间偃麦草进行体细胞杂交形成耐盐小麦，说明耐盐小麦染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段，D正确。

3．下面为制备单克隆抗体和多克隆抗体的示意图，据图回答下列问题：

(1)图中向小鼠注射包含多种抗原决定簇的抗原后，所获得的免疫抗血清实际上是含有______________________(填写抗体的名称)的混合物，这种方法制备的多克隆抗体不仅产量低，而且纯度低。与多克隆抗体相比，单克隆抗体突出的优点在于它的_______________

_______________________________________________________________，并能大量制备。

(2)图中选用B细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞，说明细胞膜具有________；如果仅考虑细胞的两两融合，其融合细胞有________种类型。

(3)图中两次筛选的目的不同，其中筛选①的目的是筛选出____________，筛选②的目的是筛选出________________________________________。筛选时所用的培养基是特定的________培养基。

(4)科学工作者正在研究的用于治疗癌症的“生物导弹”就是____________________，用“生物导弹”治疗癌症的方法优于化疗的原因是__________________________。

(5)由图中可看出，单克隆抗体的制备过程中，运用了动物细胞工程中的______________和____________两大技术。

解析：(1)结合题图可看出，向小鼠注射包含多种抗原决定簇的抗原后，获得的免疫抗血清实际上是含有Ab1、Ab2、Ab3、Ab4多种抗体的混合物。(2)动物细胞融合的过程体现了细胞膜的流动性；仅考虑两个细胞的融合，可得到B细胞＋B细胞、骨髓瘤细胞＋骨髓瘤细胞及B细胞＋骨髓瘤细胞3种类型的融合细胞。(3)在单克隆抗体的制备过程中，第1次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞，第2次筛选的目的是获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞。筛选时所用的培养基是特定的选择性培养基。(4)把单克隆抗体跟抗癌药物相结合制成“生物导弹”，注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，能将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量。(5)单克隆抗体的制备运用了动物细胞融合和动物细胞培养两大技术。

答案：(1)Ab1、Ab2、Ab3、Ab4　特异性强、灵敏度高　(2)流动性　3　(3)杂交瘤细胞　能产生所需抗体的杂交瘤细胞　选择性　(4)单克隆抗体上连接抗癌药物　不损伤正常细胞，且用药剂量少，毒副作用小　(5)动物细胞融合　动物细胞培养

[微课微练·一点一评]

一、选择题

1．(2022·烟台三模)Rag基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。通过诱导其体细胞获得诱导多能干细胞(iPS细胞)，然后将Rag基因导入iPS细胞并诱导使其分化为造血干细胞，再移植到Rag基因缺失小鼠体内进行治疗。下列叙述错误的是(　 )

A．诱导获得iPS细胞时需要在体细胞中表达一些关键基因

B．培养iPS细胞时需提供95%空气和5%CO2的混合气体环境

C．利用显微注射技术可以将Rag基因直接注入到iPS细胞

D．利用iPS细胞进行治疗存在导致小鼠发生肿瘤的风险

解析：选C　诱导获得iPS细胞的根本原因是基因的选择性表达，需要在体细胞中表达一些关键基因，A正确；培养iPS细胞时需提供95%空气(提供氧气，有助于细胞呼吸)和5%CO2(有助于维持培养液的pH)的混合气体环境，B正确；直接注射基因容易导致基因丢失，一般需要将Rag基因和载体连接形成重组DNA分子再显微注射到iPS细胞，C错误；iPS细胞为诱导多能干细胞，可以诱导其进行不同方向的分化，利用iPS细胞并诱导使其分化为造血干细胞，进行治疗时，造血干细胞分裂旺盛，存在导致小鼠发生肿瘤的风险，D正确。

2．人乳头瘤病毒(HPV)感染是诱发宫颈癌的重要因素。HPV具有多种类型，其中的HPV16和HPV18属于高危型，可引起宫颈癌及宫颈上皮内高度病变。现对某就诊者的取样细胞进行培养，来进行确诊。下列说法不正确的是(　 )

A．分散取样的细胞只能采用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理

B．培养取样细胞时，需要为这些细胞提供充足的营养条件、稳定的环境等

C．让取样细胞进行贴壁生长，若产生了接触抑制现象，则不属于HPV高危型

D．无论是原代培养还是传代培养，都需将培养瓶放在CO2培养箱中培养

解析：选A　分散取样的细胞也可用机械的方法处理，A错误；培养取样细胞时，需要为这些细胞提供充足的营养条件、稳定的环境(温度、pH、渗透压)等，B正确；动物细胞培养存在细胞贴壁生长和接触抑制，HPV高危型不存在接触抑制，C正确；无论是原代培养还是传代培养，都需将培养瓶放在CO2培养箱中培养，目的是维持培养液的pH稳定，D正确。

3．红豆杉属植物中提取分离出的紫杉醇是一种有效的抗癌药物，传统生产方法是从红豆杉树皮和树叶中提取。如图表示工厂化生产紫杉醇的过程。下列说法正确的是(　 )

A．接种前常用酒精、次氯酸钠对外植体进行灭菌

B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例，过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖

C．该途径依据的原理是植物细胞具有全能性

D．可利用传代培养的动物癌细胞来检测紫杉醇抗癌活性

解析：选D　接种前常用酒精、次氯酸钠对外植体进行消毒，而不是灭菌，灭菌会使外植体死亡，A错误；图中①是脱分化过程，决定植物脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，过程③是获得细胞群的过程，而后获取细胞分泌物，为了让细胞大量增殖，需使用液体培养基，而不是固体培养基，B错误；细胞全能性的表现是以离体的细胞、组织为起点，最后得到完整植株(个体)，图中过程并没有形成完整植物体，C错误；紫杉醇具有抗癌作用，能阻止癌细胞的增殖，因此可利用传代培养的动物癌细胞来检测紫杉醇的抗癌活性，D正确。

4．(2022·东城区模拟)单克隆抗体在多种疾病的诊断和治疗中发挥重要的作用，如图为利用小鼠制备单克隆抗体的过程，下列相关叙述正确的是(　 )

A．从未经处理的普通小鼠脾脏中获取B淋巴细胞

B．细胞融合不需要无菌环境，但需放在有CO2的环境中

C．细胞筛选需要使用显微镜辨识获得杂交瘤细胞

D．单抗检测时取培养液滴加相应抗原出现反应为目的细胞

解析：选D　从经特定抗原处理的普通小鼠脾脏中获取B淋巴细胞，A错误；细胞融合需要在无菌环境中进行，并且需放在有空气和CO2的环境中，B错误；细胞筛选需要用选择性培养基获得杂交瘤细胞，C错误；根据抗原—抗体杂交原理，单抗检测时取培养液滴加相应抗原出现反应为目的细胞，D正确。

5．研究人员采用“异源囊胚补全法”，培育出100%人源iPS细胞来源的肾单位并实际应用于移植医疗(如图所示)。下列说法错误的是(　 )

A．培育人源肾元祖细胞需向iPS细胞培养液中加入定向诱导分化剂

B．过程②需要将荧光蛋白标记的人源肾元祖细胞植入囊胚的内细胞团

C．过程③操作之前需对代孕母猪进行同期发情处理

D．该技术培育的人源肾脏不必考虑肾移植个体之间的遗传差异

解析：选D　培育人源肾元祖细胞需向iPS细胞培养液中加入定向诱导分化剂从而获得肾元祖细胞，A正确；过程②需要将荧光蛋白标记的人源肾元祖细胞植入囊胚的内细胞团，从而保证人源肾远祖细胞的正常发育，因为内细胞团会发育成各种组织，B正确；过程③操作之前需对代孕母猪进行同期发情处理，C正确；该技术培育的人源肾脏依然需要考虑肾移植个体之间的遗传差异，因为该方法获得的肾脏可能含有非人源的部分，D错误。

二、非选择题

6．某科研小组采用“胚胎干细胞介导法”将荧光素基因导入纯种灰色小鼠胚胎干细胞(ES 细胞)中并整合到染色体上，然后将转基因的胚胎干细胞注射到纯种黄色小鼠囊胚中构建嵌合体小鼠，具体过程如图所示。据图回答下列问题：

(1)图中过程②收集的 ES细胞来源于__________细胞。

(2)囊胚中的滋养层细胞将来发育成__________，取样滋养层细胞做 SRYPCR性别技术鉴定，当用 SRY 特异性探针对扩增产物进行检测时，出现______(填“阳性”或“阴性”)反应者，胚胎为雄性。

(3)过程①中的荧光素基因表达的荧光蛋白可用于过程④，推测荧光素基因在该实验最终获得的嵌合体小鼠中起到的作用是_________________________________。

(4)过程⑤导入囊胚的胚胎干细胞数量________(填“会”或“不会”)影响子代小鼠的性状。嵌合体小鼠与体外受精培养得到的小鼠相比，最主要的区别是___________________

________________________________________________________________________________(从组成个体的细胞基因型是否相同的角度分析)。

解析：(1)图中过程②收集的胚胎干细胞来源于内细胞团细胞。(2)囊胚中的滋养层细胞将来发育成小鼠的胎盘和胎膜，取样滋养层细胞做SRYPCR性别技术鉴定，当用SRY特异性探针对扩增产物进行检测时，出现阳性反应者，其胚胎为雄性。(3)过程①中的荧光素基因表达的荧光蛋白可用于过程④，推测荧光素基因在该实验最终获得的嵌合体小鼠中起到的作用是检测嵌合体小鼠中来自灰色小鼠的ES细胞的发育情况。(4)囊胚中的内细胞团能发育成各种组织，因此过程⑤导入囊胚的胚胎干细胞数量不同，子代小鼠的性状可能不同。嵌合体小鼠与通过体外受精技术培养得到的小鼠相比，嵌合体小鼠中具有遗传物质组成不同的两种细胞，而试管鼠细胞的遗传物质一般都相同。即嵌合鼠小鼠中有的细胞含有灰色小鼠基因型，有的细胞含有黄色小鼠的基因型，不同细胞的基因型可能不相同，体外受精培养获得的小鼠体内各细胞的基因型一般都相同。

答案：(1)内细胞团　(2)小鼠的胎盘和胎膜　阳性　(3)检测嵌合体小鼠中来自灰色小鼠的ES细胞的发育情况　(4)会　嵌合体小鼠不同细胞基因型可能不同，体外受精培养得到的小鼠不同细胞基因型一般是相同的