2023届高考生物二轮复习细胞工程及生物技术的安全性与伦理问题学案

第16讲　细胞工程及生物技术的安全性与伦理问题

1．菊花组织培养的再分化过程中，若愈伤组织在诱导生根的培养基中没有形成根，但分化成了芽，其可能的原因是什么？(选择性必修3 P37“探究·实践”)

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提示：培养基中生长素用量和细胞分裂素用量的比值偏低。

2．传统生产紫杉醇的方法不利于对野生红豆杉的保护，我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞。请简要表述工业化生产紫杉醇的方法。(选择性必修3 P41“文字信息”)

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提示：利用植物组织培养技术把离体的红豆杉细胞培养成愈伤组织，从中提取紫杉醇，进行加工生产。

3．基因工程的受体细胞选用胚胎干细胞，而不选用造血干细胞，原因是什么？(选择性必修3 P46“文字信息”)

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提示：胚胎干细胞具有发育的全能性。

4．制备ADC时应选择相对分子质量较小的抗体，理由是什么？(选择性必修3 P50“思考·讨论”)

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提示：相对分子质量小的抗体携带药物到达细胞外间隙的深部更容易，杀伤肿瘤细胞效果更好。

5．通常用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因是什么？(选择性必修3 P53图2－18)

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提示：它体积大、易操作、营养物质丰富，细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质。

6．对发育到囊胚期的牛胚胎进行二分胚分割时，要将内细胞团均等分割，原因是什么？(选择性必修3 P63图2－25)

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提示：以免影响胚胎的恢复和进一步发育。

1．我国科学家在木本植物的体细胞杂交方面取得了不少成果，培育出了多种同属不同种的杂种植株。植物体细胞杂交技术与传统育种方法相比，在哪些方面展示出独特的优势。

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答案：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等。

2．利用动物细胞融合获得的杂交瘤细胞的特点是什么？最终制备的单克隆抗体的优点是什么？

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答案：动物细胞融合所获得的杂交瘤细胞的特点是既能无限增殖，又能产生专一性抗体；单克隆抗体的优点是特异性强、灵敏度高、可大量制备。

3．何为超数排卵？其意义是什么？

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答案：超数排卵是应用外源促性腺激素诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。超数排卵可以增加优良种畜的繁殖数量。

考点一　植物细胞工程

　(2022·浙江卷)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是(　　)

A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒

B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换

C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富

D．不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株

解析：自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用70%酒精，再用无菌水清洗，再用5%次氯酸钠消毒处理，最后再用无菌水清洗，A错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，并不影响气体交换，B错误；组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石比较松软，持水性也较好，有利于幼苗的生根和叶片的生长，C错误；不带叶片的菊花茎的切段可通过植物组织培养分化出芽和根这种器官发生的途径形成完整的菊花植株，D正确。

答案：D

1．总结植物细胞工程的知识点

(1)原理：植物细胞全能性、细胞膜的流动性。

(2)技术：植物组织培养、植物体细胞杂交技术。

(3)应用：

①植物繁殖的新途径：快速繁殖、作物脱毒；

②培育作物新品种：单倍体育种、突变体育种；

③细胞产物的工厂化生产。

2．图示植物细胞工程的基本技术

特别提醒

有关植物细胞工程的几个关键问题

(1)植物细胞A和植物细胞B杂交获得的杂种细胞的类型有三种：AA型、BB型、AB型，符合要求的只有AB型，需要进行筛选。

(2)杂种细胞形成的标志：杂种细胞再生出新的细胞壁。

(3)杂种植株遗传物质的变化：杂种植株的变异类型属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。

(4)利用植物组织培养生产细胞产物时，有时只需将外植体培养到愈伤组织，从愈伤组织中获取产物。

(5)具有全能性≠体现全能性

①具有全能性：理论上，具有细胞核的活细胞都具有全能性。

②体现全能性：只有发育成完整生物体或能分化成其他各种细胞，才能说明体现了细胞的全能性。

3．植物激素对植物组织培养的影响

(1)使用顺序不同实验结果不同

(2)生长素/细胞分裂素的值影响植物细胞的发育方向

4.植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法

(1)诱导产生的杂种细胞类型(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)。

①未融合的细胞：A和B。

②两两融合的细胞：AA、BB和AB。

③多细胞融合体。

(2)检测方法：对诱导产生的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。

5.杂种植株遗传物质变化的判断

(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，具备两种植物的遗传特性。

(2)染色体组数

①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。

②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。

③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。

题点一：围绕植物组织培养的过程和应用，考查理解能力

1．(2022·汕头模拟)小麦赤霉病是危害小麦品质和产量的病害之一。赤霉菌侵染小麦后可产生次生代谢产物脱氧雪腐镰刀菌烯(DON)，DON积累有利于赤霉病的扩展。DON性质稳定，可引发动物呕吐，而一般的食品加工不能破坏其结构。利用发生体细胞无性系变异的愈伤组织可培育抗赤霉病小麦新品种。植物组织培养脱分化和再分化过程中产生的变异称作体细胞无性系变异，绝大多数变异是可遗传的，但后代会发生性状分离。据此推断下列说法错误的是(　　)

A．利用体细胞无性系变异，小麦通过无性生殖方式即可培育能稳定遗传的抗赤霉病新品种

B．离体的小麦幼嫩组织先用70%酒精处理，无菌水清洗后再用5%次氯酸钠溶液处理，可使外植体消毒更彻底

C．诱导再分化的培养基为固体培养基，且愈伤组织首先移入的培养基中细胞分裂素与生长素的比例较高

D．若将DON分解酶基因导入小麦愈伤组织而培育出转基因小麦，有利于小麦抗赤霉病能力的增强和品质的提高

答案：A

题点二：围绕植物体细胞杂交的过程和应用，提升综合实践能力

2．(2022·广州检测)甲品种番茄的染色体上有多种控制优良性状的核基因，但细胞质中存在雄性不育基因。科研工作者试用植物体细胞杂交的办法，获得具有多种优良性状的雄性可育新品种。以下是培育过程示意图，分析图示，判断下列分析正确的是(　　)

A．通过植物体细胞杂交而获得的杂种植株不仅含有多种优良性状，并且可以通过父本将信息遗传给后代

B．杂交所得到的杂种植物属于多倍体

C．细胞融合成功的标志是新细胞核的生成

D．组织培养过程中需要添加生长素和赤霉素来调节发育

答案：A

考点二　动物细胞工程

(2022·山东卷)如图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是(　　)

A．双抗可同时与2种抗原结合

B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞

C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原

D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞

解析：单克隆抗体的制备过程：先给小鼠注射特定抗原使之发生免疫反应，之后从小鼠脾脏中获取已经免疫的B淋巴细胞；诱导B细胞和骨髓瘤细胞融合，利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞；进行抗体检测，筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞；进行克隆化培养，即用培养基培养和注入小鼠腹腔中培养；最后从培养液或小鼠腹水中获取单克隆抗体。根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与2种抗原结合，A正确；根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性，利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B正确；在两种不同的抗原刺激下，B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成两种抗体，因此，筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原－抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C正确；同时注射2种抗原可刺激B细胞分化形成不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D错误。

答案：D

1．归纳动物细胞培养的营养成分、过程及相关酶

(1)胰蛋白酶的两次使用：首先用胰蛋白酶处理动物的器官或组织，以制备单细胞悬液；培养过程中发生接触抑制时，同样要用胰蛋白酶处理使细胞分散开。

(2)避免杂菌污染的措施：培养液及培养用具灭菌处理；加入一定量的抗生素；定期更换培养液。

(3)特殊的营养条件。

①液体培养基。

②加入血清、血浆等。

③通入O2以满足代谢的需要。

④通入CO2以维持培养液的pH。

(4)培养过程：原代培养、传代培养。

2．理清克隆动物培育流程

3．准确记忆单克隆抗体的“一过程两特点”

(1)制备过程

(2)单克隆抗体的特点：特异性强、灵敏度高，并可大量制备。

4．明确单克隆抗体制备过程中两次筛选的原因、方法及目的

题点一：通过动物细胞培养和核移植技术，考查理解能力

1．(2022·广东高三专题检测)现代生物科学技术中多项技术已经用于生产生活实践，并获得了巨大的经济效益和社会效益。比如：利用胚胎工程对良种牛的进行繁殖和选育；利用人的体细胞核移植技术得到的胚胎干细胞，然后诱导分化形成相应的组织器官(如下图所示)。请回答：

(1)培养试管牛首先要进行体外受精，在体外受精的操作过程中，从输卵管中冲取得到的卵子一般____________(填“能”或“不能”)直接与获能的精子在体外受精；为了防止细菌感染，需要在培养基中添加____________。

(2)对已获得的牛的囊胚进行胚胎分割处理，要注意将____________均等分割，在分割移植之前，还要进行__________分析，以确定牛胚胎的性别。

(3)将患者体细胞的细胞核移植到去核的卵母细胞中获得重组细胞，然后经培养得到早期胚胎干细胞，胚胎干细胞在形态上的特点是________________________________________________________________________

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(4)将胚胎干细胞培养在含有____________的培养液中，就可以诱导胚胎干细胞向不同类型的组织细胞分化，形成相应的组织器官后，可以用于患者的组织器官移植。

(5)上图示过程属于____________性克隆。中国政府对待克隆人的态度是________________________________________________________________________。

解析：(1)从输卵管中冲取得到的卵子一般要培养到减数第二次分裂中期才能与获能的精子在体外受精。抗生素具有抑制细菌生长的作用，为了防止细菌感染，需要在培养基中添加抗生素。(2)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。因性别受性染色体控制，故在分割移植之前，还要进行DNA(或染色体)分析，以确定牛胚胎的性别。(3)胚胎干细胞较体细胞在形态上具有细胞体积小、细胞核大、核仁明显等特点。(4)诱导胚胎干细胞向不同类型的组织细胞分化，形成相应的组织器官需在培养液中加入分化诱导因子。(5)图示过程是利用胚胎干细胞诱导组织器官用于治疗疾病，属于治疗性克隆。我国对克隆持禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆的态度。

答案：(1)不能　抗生素

(2)内细胞团　DNA(或染色体)

(3)细胞体积小、细胞核大、核仁明显

(4)分化诱导因子

(5)治疗　禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆

题点二：围绕单克隆抗体的制备及应用，考查综合应用能力

2．(2022·广东开平忠源纪念中学模拟预测)自2019年以来，由新型冠状病毒(SARSCoV2)引起的新冠肺炎疫情在全球范围内广为传播，给人们的生产生活造成了严重影响。核衣壳蛋白N是SARSCoV2主要的结构蛋白之一，在病毒的复制与免疫调节中发挥着重要作用。研究人员为制备蛋白N的单克隆抗体，进行了如下实验。

注：pET28aN为含蛋白N基因序列的重组质粒；BL21为一种大肠杆菌菌株。

回答下列问题。

(1)重组质粒pET28aN中的目的基因可根据SARSCoV2的基因序列进行________

获得。步骤②中溶菌酶处理的目的是________________。实验中不直接从新型冠状病毒(SARSCoV2)中提取蛋白N而通过BL21菌生产的原因可能是____________________________________________(答出1点即可)。

(2)步骤④中通常要多次注射，原因是____________________________。步骤⑧中在进行单克隆抗体生产前需要对目标细胞进行____________________________。

(3)蛋白N的单克隆抗体作用可能有________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。(至少答出2点)

解析：图示为单克隆抗体的制备过程：对小鼠注射抗原蛋白N，从小鼠的脾脏中获取经过免疫的 B细胞，将经过免疫的B细胞与骨髓瘤细胞融合，用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，然后克隆化培养并专一抗体检测，筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞，然后进行体内培养或体外培养，最后获取单克隆抗体。单克隆抗体的两次筛选：①筛选得到杂交瘤细胞(去掉未杂交的细胞以及自身融合的细胞)；②筛选出能够产生特异性抗体的细胞群：专一抗体检验阳性。(1)目的基因序列已知的前提下，可以采用人工合成法获取目的基因。因此可以根据SARSCoV2的基因序列进行人工合成目的基因。溶菌酶的作用可以破坏细菌的细胞壁，抑制细菌繁殖，根据图示可知，步骤②中利用溶菌酶处理的目的是破坏大肠杆菌的细胞壁，使大肠杆菌BL21裂解，将蛋白N释放出来。题中将重组质粒导入大肠杆菌BL21，使目的基因在大肠杆菌细胞内表达，可以提高蛋白N的含量和纯度，有利于蛋白N的提取，同时避免了直接接触新冠病毒获取蛋白N，这样操作更安全。(2)步骤④中通常要多次给小鼠注射抗原，目的是引发二次免疫，诱导产生更多的产生抗体的免疫B淋巴细胞。单克隆抗体制备过程中至少进行两次筛选，因此步骤⑧中在进行单克隆抗体生产前需要对目标细胞进行第二次筛选，即对杂交瘤细胞克隆化培养和(专一性)抗体检测，筛选具有阳性标记的细胞进行培养。(3)单克隆抗体的作用：可以作为诊断试剂使用，快速诊断新冠肺炎；利用抗原与抗体特异性结合的原理，单克隆抗体直接作为药物，治疗新冠肺炎；也可以作为药物的运载体，运载专门治疗新冠肺炎的药物到达特定的细胞发挥作用。

答案：(1)人工合成　破坏细菌的细胞壁(裂解细菌)　利用BL21菌生产，可以提高蛋白N的含量和纯度；避免直接接触新型冠状病毒，更安全。

(2)引发二次免疫，诱导产生更多的B淋巴细胞　克隆化培养和(专一性)抗体检测

(3)作为新冠肺炎的快速诊断试剂；作为治疗新冠肺炎的药物；作为新冠肺炎药物的运载体

考点三　胚胎工程及生物技术的安全性与伦理问题

(2022·全国甲卷)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题，

(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是____________。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是____________________________________；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是__________________(答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到__________________时才具备与精子受精的能力。

(2)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有____________________(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。

(3)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是______________________________________。

解析：(1)精液可以冷冻保存，使用前再将精液解冻离心分离。刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能获得受精能力，故在体外受精前要对精子进行获能处理。通常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法，化学诱导法是将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能。卵母细胞需要培养到减数第二次分裂中期(MⅡ中期)才能具备与精子受精的能力。(2)进行早期胚胎培养的培养液中，除了无机盐、激素、血清外，还含有维生素、氨基酸、核苷酸等。(3)要利用保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料，获得具有该公羊优良性状的后代，主要是利用胚胎移植技术，即对受体母羊进行发情处理，将保存的囊胚进行胚胎移植，对受体母羊进行是否妊娠的检查，一段时间后受体母羊产下具有该公羊优良性状的后代。

答案：(1)冷冻保存　刚排出的精子必须在雌性生殖道内发生相应生理变化后才能获得受精能力　肝素或钙离子载体A23187　MⅡ中期

(2)维生素、氨基酸、核苷酸

(3)对受体母羊进行发情处理，合适的时间，将保存的囊胚移植入受体母羊的子宫

1．早期胚胎发育过程的流程分析

2．熟知胚胎工程的操作流程

3．归纳胚胎工程中的5个“两”

(1)受精过程中的两个标志

受精的标志是卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体，受精完成的标志是雌雄原核融合完成。

(2)胚胎移植过程中两次使用激素

第一次是对供、受体进行同期发情处理。

第二次用于供体的超数排卵。

(3)胚胎移植过程中两次检查

第一次对收集的胚胎进行检查。

第二次对受体是否妊娠进行检查。

(4)胚胎移植或分割的两个时期：桑葚胚和囊胚。

(5)胚胎干细胞的两个来源：早期胚胎和原始性腺。

4．试管婴儿与克隆人

(1)试管婴儿的培育过程

(2)设计试管婴儿的过程

(3)克隆人的培育过程

题点一：通过胚胎工程及应用，考查理解能力

1．(2022·广东肇庆二模)布朗瑞士奶牛的泌乳期长，产奶量高。某科技公司进行了布朗瑞士奶牛的冻胚移植，以本地母牛为受体。下图为该公司培育的过程示意图。请回答下列相关问题：

(1)图中①过程常用________激素促进布朗瑞士奶牛超数排卵。若采用人工授精，采集的精子要经过________过程才能与处于________期的卵子结合形成受精卵，然后将受精卵移入发育培养液中，目的是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)若布朗瑞士奶牛与布朗瑞士公牛自然交配，配种后第7天需用特制的冲卵装置将母牛体内的胚胎冲洗出来进行质量检查，此时胚胎发育时期为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)图中④过程为________，在此之前先要对本地母牛进行________处理。胚胎在本地母牛子宫内能够存活的生理学基础是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：分析图可知，图中①表示使用促性腺激素进行超数排卵处理，③表示冲卵获得早期胚胎，④表示胚胎移植。 (1)图中①过程常用促性腺激素促进布朗瑞士奶牛超数排卵。若采用人工授精，采集的精子要经过获能过程才能与处于MⅡ中期的卵子结合形成受精卵，然后将受精卵移入发育培养液中，目的是检查受精状况和受精卵的发育能力。(2)若布朗瑞士奶牛与布朗瑞士公牛自然交配，配种后第7天需用特制的冲卵装置将母牛体内的胚胎冲洗出来进行质量检查，此时胚胎发育时期为桑葚胚或囊胚。(3)分析图可知，图中④过程为胚胎移植，在此之前先要对本地母牛进行同期发情处理。胚胎在本地母牛子宫内能够存活的生理学基础是受体对外来胚胎基本不发生免疫排斥。

答案：(1)促性腺　获能　MⅡ中(减数第二次分裂中期)　检查受精状况和受精卵的发育能力

(2)桑葚胚或囊胚

(3)胚胎移植　同期发情　受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥

题点二： 借助生物技术的安全性和伦理问题，考查社会责任

2．(2022·山东烟台二中模拟预测)生物技术的进步在给人类带来福祉的同时，也引起了人们对它的安全性的关注，以及伦理道德的碰撞，带来新的困惑和挑战。下列关于生物技术的安全性和伦理问题的说法，错误的是(　　)

A．抗虫棉的抗虫基因不会随着人们食用棉籽油进入人的细胞内

B．我国坚决反对治疗性克隆，不允许进行任何生殖性克隆人实验

C．通过转基因技术获得了高产、无农药残留的农副产品，可造福人类

D．生物武器具有致病性强、攻击范围广等特点，世界各国都应抵制

答案：B