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(共38张PPT)
[高考揭秘]
从3年高考试题来看，高考命题思路常以某一生产生活或医学治疗为背景，内容考察内容几乎都与基因工程相关，也就是是说，即便主体是考察微生物培养，它仍然能够涉及微生物的转基因，所以我们这一块的复习一定要紧紧围绕基因工程，在复习中从以下几方面内容发力，还需多做新情景，将会收到良好的效果。
① PCR为目的基因提供酶切位点等内容相对困难，需要做全方位梳理
② 基因工程难度大，需要多练限制酶选择，正反接检测和基因编辑等情景
③ 微生物的选择和鉴别是核心考点，结合基因工程改造近几年命题趋势
④ 细胞工程和胚胎工程：常以中国最新的技术为背景考察。
⑤ 热点考察：新冠检测相关技术，酵母双杂等复杂情景
(题目主要来源：2019-2022年山东、湖南、湖北、河北、北京、广东卷)
专题五：结合科学前沿的生物科学技术专题
第4讲：细胞工程与胚胎工程
考法1 植物细胞工程和植物工厂
考法2 食蟹猴串联动物细胞工程和胚胎工程
考法3 单克隆抗体和双抗体夹心法
专题五：结合科学前沿的生物科学技术专题
[归纳] 细胞工程的原理整理
(1) 植物组织培养：______________________________________________
(2) 植物体细胞杂交：____________________________________________
(3) 动物细胞培养：______________________________________________
(4) 动物体细胞核移植及克隆：__________________________________
(5) 动物细胞融合：______________________________________________
(6) 单克隆抗体的制备：_________________________________________
细胞的全能性。
细胞的全能性、细胞膜的流动性。
细胞增殖。
动物细胞核的全能性。
细胞膜的流动性。
细胞膜的流动性、细胞增殖。
该图可以表示受精作用，
可以表示植物体细胞杂交，
动物细胞融合，
甚至可以表示核移植
1. 植物组织培养
① 培养基的组成：
无机盐、有机物、蔗糖及植物激素、琼脂等。添加蔗糖的目的是
________________________________。
③ 若生产人工种子，则培养到_____________阶段；
若提取细胞产物，则一般培养到__________________阶段；
若培育新个体，则应培养到试管苗阶段。
提供碳源和能源，调节渗透压
胚状体
愈伤组织
② 为了获得脱毒苗，可以选取植物的________进行组织培养。
茎尖
考法1 植物细胞工程和植物工厂
[其他细节] 培养胡萝卜根组织可获得试管苗，过程如图。
1)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是
__________________________________________________________________________。
2)步骤⑥要进行照光培养，其作用是
____________________________________________________。
3) 经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的______________，这种繁殖方式属于__________繁殖。
诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用
①　　　　　 ②　　　　　 ③
④　　　　 ⑤　　　　　　 ⑥
形成层形成层细胞的分化程度小，容易脱分化诱导形成愈伤组织
遗传特性
无性
2. 植物体细胞杂交的关键
① 两两融合融合细胞有AA型、BB型、AB型，
符合要求的只有AB型，需要进行筛选。
—— 属于异源多倍体。杂种植株的变异类型属于染色体变异。
考法1 植物细胞工程和植物工厂
[2019·全国Ⅱ节选] 植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题：
1) 植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的特点有_____________________________________________(答出2点即可)。
2)与从红豆杉树皮中直接提取相比，先通过茎段组织培养获得愈伤组织细胞，然后悬浮培养生产紫杉醇的优点是
__________________________________________________________________________。
能保持植物原有的遗传特性；繁殖速度快
可以在生物反应器中大规模培养细胞，
并且通过控制培养条件使培养细胞合成大量紫杉醇
3. 常考优点整理
考法1 植物细胞工程和植物工厂
生长素与细胞分裂素的比值 作用效果
高
低
适中 促进愈伤组织形成
2) 植物细胞工程可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是
_______________________________________________________ (用流程图表示)。
[其他细节]
1) 植物组织培养中植物激素的应用
促进芽分化、抑制根形成
促进根分化、抑制芽形成
—— 后面来看一道17分的植物细胞工程 +基因工程的高考题
[2023浙江1月高考，这道题17分，除说明外每空1分] 甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应，乙植物细胞质基因具有高产效应。某研究小组用甲、乙两 种植物细胞进行体细胞杂交，过程包括获取原生质体、诱导原生质体融合、筛选融合细胞、 杂种植株再生和鉴定，最终获得高产耐盐碱再生植株。1) 根据研究目标，在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前，应检验两种植物的原生质体是否具备_______________能力。为了便于观察细胞融合的状况，通常用不同颜色的原生质体进行融合，若甲植物原生质 体采用幼苗的根为外植体，则乙植物可用幼苗的__________为外植体。
植株再生
叶
2) 为获得满足生产需求的融合细胞，在原生质体融合前需对原生质体进行处理，分别使甲原生质体和乙原生质体对应的______________________________失活。对处理后的原生质体在显微镜下用______________________计数，确定原生质体密度。两种 原生质体 1 ∶ 1 混合后，通过添加适宜浓度的 PEG 进行融合；一定时间后，加入过量的培养基进行稀释，稀 释的目的是___________________________________________________________________。
3) 将融合原生质体悬浮液和液态的琼脂糖混合，在凝固前倒入培养皿，融合原生质体分散固定在平板中， 并独立生长、分裂形成愈伤组织。同一块愈伤组织所有细胞源于_______________________________ 。下列各项中能说明这些愈伤 组织只能来自于杂种细胞的理由是哪几项？__________A. 甲、乙原生质体经处理后失活，无法正常生长、分裂B. 同种融合的原生质体因甲或乙原生质体失活而不能生长、分裂C. 培养基含有抑制物质，只有杂种细胞才能正常生长、分裂D. 杂种细胞由于结构和功能完整可以生长、分裂
细胞质、细胞核（2分）
血细胞计数板
降低PEG浓度，使其失去融合作用（2分） 需要积累 ！记起来
ABD（2分）
同一个杂种融合原生质体
4) 愈伤组织经__________可形成胚状体或芽。胚状体能长出__________ ，直接发育形成再生植株。5) 用 PCR 技术鉴定再生植株。已知甲植物细胞核具有特异性 DNA 序列 a ，乙植物细胞质具有特异性 DNA序列 b；M1 、M2 为序列 a 的特异性引物，N1 、N2 为序列 b 的特异性引物。完善实验思路：Ⅰ . 提取纯化再生植株的总 DNA ，作为 PCR 扩增的__________。Ⅱ. 将 DNA 提取物加入 PCR 反应体系，___________为特异性引物，扩增序列 a；用同样的方法扩增序列 b。Ⅲ . 得到的 2 个 PCR 扩增产物经_____________后，若每个 PCR 扩增产物在凝胶中均出现了预期的_____个 条带，则可初步确定再生植株来自于杂种细胞。
再分化
根和芽
模板
M1、M2
凝胶电泳
1
4. 植物工厂 （结合必修1考察）
[2022·山西一模] 据新闻报道，
山西省长治市潞州区余庄的规模化植物工厂全国领先。
植物工厂通过人工精密控制光照、温度、湿度、二氧
化碳浓度和营养液成分等条件来生产蔬菜和其他植物产品。回答下列问题：
1) 下表是某同学为某植物工厂提供的营养液配方，你认为该营养液还需补充含________元素的化合物，营养液的浓度应________(填“大于”“等于”或“小于”)植物细胞液浓度，理由是___________________________________________________________________________________________________。
Ca(NO3)2 KH2PO4 (NH4)2SO4 FeCl3 微量元素 H2O
1.2 g 0.3 g 0.28 g 0.08 g 微量 1 000 mL
Mg
保证植物吸收无机盐离子的同时能渗透吸水
小于
考法1 植物细胞工程和植物工厂
2) 植物工厂一般不用绿光作补充光源，原因是
______________________________________________________________________________。
3) 在植物工厂中，可将外植体培养成完整植株，其原理是
______________________________。培养前应对外植体进行消毒处理：将其先用________溶液消毒30 s后，立即用无菌水清洗2～3次，再用
__________________________处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次。4) 与传统农业相比，植物工厂的优势有______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(答两点即可)
叶绿体中的色素吸收绿光最少，难以利用绿光进行光合作用积累有机物
(必修一P99旁栏)
植物细胞的全能性
酒精
次氯酸钠（选必3课本）
作物生长快、产量高；不受季节性限制；不受地区、土壤等条件的限制（必修一P101问题）
我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶（Kd4d）的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物——食蟹猴，流程如图所示，①—⑥表示过程，该动物可作为研究癌症等人类疾病的动物模型。
1）培养人一猴嵌合体胚胎的培养液属于_________培养基，需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及________等天然成分。
1. 动物细胞培养的要求
血清
合成
考法2 食蟹猴串联动物细胞工程和胚胎工程
2）过程①利用_________________技术。需要一定比例的O2和CO2，故通常采用_________或______________(填实验器材)，将其置于CO2培养箱中进行培养。
3）操作过程中，为了达到无菌、无毒的环境，应采取__________措施。（各写一条措施）
1. 动物细胞培养的要求
—— 无菌：
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、添加抗生素；
—— 无毒：
定期更换培养液
动物细胞培养
培养皿
松盖培养瓶
考法2 食蟹猴串联动物细胞工程和胚胎工程
1. 动物细胞培养的要求
在2001年，美国科学家已经培育出胚胎细胞核移植猴。
1）获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是：___________________________________
2）过程③是将成纤维细胞注入经______处理的MII卵母细胞中，使两细胞融合，形成重构胚。
2. 核移植 (克隆动物)
去核
体细胞分化程度高，恢复其全能性较难
考法2 食蟹猴串联动物细胞工程和胚胎工程
1) 进行体细胞克隆选择去核卵母细胞作为受体细胞，可能原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点)。
2) 克隆动物遗传物质的来源：
_______________________________________________________________________
3) 克隆猴被用于人类疾病研究与治疗中所具有的突出优点是
____________________________________________________________。(答出一点)
去核卵母细胞的体积较大，易于进行实验操作；
含有较多的营养物质，可以满足早期胚胎发育的需要；含有使已经分化的细胞核恢复分裂能力的物质
亲缘关系近；克隆动物能减少研究个体之间的差异
2. 核移植 (克隆动物)
绝大部分来自供体细胞核，少部分来自卵母细胞的细胞质。
[补充] 我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶（Kd4d）的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物——食蟹猴。研究人员在确定去甲基化酶（Kd4d）的mRNA的作用时，做了两组实验，其中A组用正常培养液培养融合细胞，B组用正常培养液培养注入了Kd4d的mRNA的融合细胞，实验结果如图。由结果可知________________________________________。
Kd4d的mRNA既能提高融合细胞发育成囊胚的成功率，
又能提高囊胚中内细胞团的形成率
2021年4月15日，中外科学家在权威学术期刊《细胞》上发表文章，宣布全球首个人—猴嵌合体胚胎出世，研究人员将人类干细胞注人超过150个食蟹猴的早期囊胚中形成嵌合体胚胎，其在实验室中进行了长达20天的生长，但这些胚胎并未进行体内移植实验。请回答下列问题：1) 下图为囊胚示意图，①表示________，③表示____________，③的特点是________________________________________________________________（答出2点）。
2) 早期囊胚中沿透明带内壁扩展和排列的、个体较小的细胞，称为_____________，它们将来发育成________________。
3) 囊胚孵化后，再进一步发育，内细胞团表层的细胞形成__________ ，下方的细胞形成__________。
3. 胚胎工程 —— 结构基础
囊胚腔
滋养层细胞
胎膜和胎盘
外胚层
内胚层
内细胞团
聚集在胚胎一端，细胞个体较大，将来发育成胎儿的各种组织
考法2 食蟹猴串联动物细胞工程和胚胎工程
1) 虽然胚胎嵌合研究获得了很多成果，但目前嵌合效率低是异种嵌合领域亟待解决的瓶颈问题。此前，科学家已经培养出了人—猪和人—鼠的嵌合体胚胎，但这些胚胎的嵌合效率很低。此次报道的人—猴嵌合体胚胎嵌合效率大概在4％左右，远远超过之前的人—猪和人—鼠的嵌合体胚胎。这种异种嵌合效率低的现象可能与__________显著相关。
物种亲缘关系（发育时间不匹配、供体细胞竞争力不足、受到进化距离的影响、胚胎发育模式差异较大，等等）
2) 科研人员并未将获得的人—猴嵌合体胚胎进行体内移植实验是为了_____，你支持人—猴嵌合体胚胎的研究吗？说出你的理由：_____。
规避一些可能存在的伦理争议
不支持，人一猴嵌合体或许会导致人类和动物之间的界限模糊，可能还会带来其他伦理争议问题（或支持，培养的人一猴嵌合体可以作为可移植组织的类似载体，也可能作为新药的筛选测试对象）
3. 胚胎工程 —— 一些问题
考法2 食蟹猴串联动物细胞工程和胚胎工程
[2023湖北高三校联考] 2017 年，我国科学家首次培育出灵长类动物克隆猴“中中”和“华华”，这对人类重大疾病的研究和治疗有积极意义，其克隆的基本过程如图所示。下列叙述正确的是
A. 对乙猴和丙猴同时注射促性腺激素进行超数排卵处理
B. 卵母细胞所去除的“核”其实
是纺锤体-染色体复合物
C.“中中”和“华华”的性别及遗传
物质只与甲猴有关
D.使用PEG 或灭活的病毒激活
重构胚以使其完成细胞分裂和发育进程
B (课本细节P52)
4. 结合基因工程考察（模型动物）
2019年1月24日，中科院神经科学研究所的科学家利用体细胞核移植技术、CRISPR/Cas9基因编辑技术，成功构建5只体细胞BMAL1基因敲除的生物节律紊乱的克隆猴，可作为研究生物节律紊乱等人类疾病的动物模型。图一为体细胞核移植技术培育食蟹猴的操作过程，图二为CRISPR/as9基因编辑技术，Cas9蛋白依据sgRNA片段切割DNA示意图
（sgRNA为一段能特异性引导
Cas9到靶序列处的RNA片段）。
考法2 食蟹猴串联动物细胞工程和胚胎工程
1）动物细胞核移植技术分为体细胞核移植和
_______________，其中前者难度更大，原因是
_______________，核移植技术中目前普遍使用
的去核方法是________________。此外体克隆猴
的诞生还需要动物细胞培养、胚胎移植和
_______________等技术的支持。
2）Cas9-sgRNA复合体能与DNA分子上的特定
序列结合，并在合适位点切断DNA双链，由此
可知Cas9相当于基因工程中的_______________酶，该复合体能够精准识别某核苷酸序列的原因可能是________________。
3）体细胞克隆猴常作为人类疾病研究的实验动物模型，与用多只普通猴做实验相比，使用遗传背景相同的克隆猴做实验的优点是_________________________________________。
显微操作去核
克隆动物能减少个体差异的影响 !!!
sgRNA能与特定的DNA片段发生碱基互补配对
限制
早期胚胎培养
略
略
1. 单克隆抗体的制备
考法3 单克隆抗体和双抗体夹心法
B淋巴细胞
合成DNA
S途径
D途径
骨髓瘤细胞
合成DNA
D途径
杂交瘤细胞
合成DNA
S途径
D途径
↓ 不能无限增殖
2. 第一次筛选：HAT该培养基加氨基蝶呤阻断DNA复制的D途径
合成被阻断 →
考法3 单克隆抗体和双抗体夹心法
[模拟题整合] 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。人体淋巴细胞尽管有这两条途径，但不能无限增殖，肿瘤细胞尽管没有S途径，但能无限增殖。鼠骨髓瘤细胞中尽管没有S途径，但能不断分裂增殖。为了从培养液中分离出杂交瘤细胞，设计获得图④细胞的实验思路：配制动物细胞培养液→加入__________________（填药剂）→接种图_________（填序号）细胞→置于恒温培养箱中培养。
以上设计的原理是杂交瘤细胞可利用____途径合成DNA，从而能在该培养液中增殖。由此分析过程⑤所用的HAT培养基从功能上看属于________培养基。
S
PEG和氨基蝶呤
选择
①③
3. 第二步筛选：有限稀释，克隆化培养和抗体检测阳性
过程④中将杂交瘤细胞多倍稀释，接种在______________上，尽量使每个孔只接种1个杂交瘤细胞以进行下一步的_____________，然后通过ELISA法（又称酶联免疫吸附试验法）检测各孔上清液中细胞分泌的抗体，可与___________结合的培养孔为阳性孔。
特定抗原
克隆化培养
多孔培养板
考法3 单克隆抗体和双抗体夹心法
4. 制备单克隆抗体的原理和过程分析：
(1) 3种细胞特点不同
① B淋巴细胞： 能_________，不能_________。
② 骨髓瘤细胞：能_________，不能_________。
③ 杂交瘤细胞：既能_________，又能_________。
(2) 2轮筛选目的不同
① 第1轮：__________________________________。
② 第2轮：_____________________________________________。
所采用的技术是_____________________________________
原理是_______________________________________________
分泌抗体
大量增殖
大量增殖
分泌抗体
分泌抗体
大量增殖
获得能分泌抗体的杂交瘤细胞
获得能分泌所需特异性抗体的杂交瘤细胞
抗原抗体杂交技术
抗原与抗体的反应具有特异性
考法3 单克隆抗体和双抗体夹心法
[细节和规范作答/2020·全国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：
_________________________________
_________________________________
_________________________________
诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞
①取小鼠甲的脾脏并剪碎；
②用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞；
③利用培养液将分散的细胞制成细胞悬液。
[湖南2021] M 基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验，将外源DNA片段F插入M 基因的特定位置，再通过核移植、胚胎培养和胚胎移植等技术获得M 基因失活的转基因克隆动物A，流程如图所示。回答下列问题：
1）在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是_________，这类酶能将特定部位的两个核苷酸之间的________________断开。
2）在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时，需要定期更换培养液，目的是____
限制酶
磷酸二酯键
除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，同时给细胞提供足够的营养
[湖南2021] M 基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表达 ……
3）与胚胎细胞核移植技术相比，
体细胞核移植技术的成功率更低，原因是__略__。从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞，在形态上表现为________________________________________________（答出两点即可），功能上具有__________________。
4）鉴定转基因动物：以免疫小鼠的_________细胞与骨髓瘤细胞进行融合，筛选融合杂种细胞，制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M 基因是否失活的实验思路_________。
发育的全能性
细胞体积小，细胞核大，核仁明显(老教材)
取动物A和克隆动物A的肝组织细胞，
分别提取蛋白质进行抗原—抗体杂交
B淋巴
5. 双抗体夹心法、胶体金法 (课本案例验孕棒)
将验孕试纸标有MAX标志线的一端插入待测尿液中（尿液不能没过该线），片刻后取出平放，若尿液中含有HCG，会随尿液向右扩散，与包埋在标志线右侧区域的被显色剂标记的抗HCG抗体1发生特异性结合，形成的复合体继续随尿液向右扩散至检测线处，又可以与固定在该区域的抗体2结合形成新的复合体，并不断积累，从而在此处显示出颜色。对照线区域固定着另外一种抗体3，可以捕获被显色剂标记的抗体1。因而当尿液继续扩散到对照线时，也会显示出颜色。
考法3 单克隆抗体和双抗体夹心法
考法3 单克隆抗体和双抗体夹心法
[2022湖北预测模拟] 抗原检测可采用双抗体夹心法。其原理如下图，其中，待测液体加到样本垫的A端，B处含有过量游离（不与垫子结合）的与胶体金（聚集后呈红色）结合的抗体1，C处垫子上固定有抗体2，抗体1和抗体2可与病毒表面同一抗原的不同位点发生特异性结合，D处垫子上固定有抗体1的抗体。若C处和D处都变红色，则为阳性。
检测过程中反复进行了抗原——抗体的特异性结合，若检测结果为阳性，则这种结合共发生______次。若待测样本中不含新冠病毒（或其他抗原），显色结果_________________，结果为阴性。
只有D处变红
3
质量控制区
[2022·北海模拟] 人绒毛膜促性腺激素(HCG)是妊娠后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，制备抗HCG单克隆抗体可用于检测早孕。图甲是抗HCG单克隆抗体的制备流程示意图，其中X、Y表示细胞，a～f表示过程；图乙是医学上定量检测抗原的双抗体夹心法原理示意图，单克隆抗体可以增强该方法的效果。回答下列问题；
1) a过程培养的Y细胞是____________________，b过程常用的诱导细胞融合的方法有___________________________________________(答出三点即可)，d过程的目的是_______________________________________________________。2) f过程表示将杂交瘤细胞注射到小鼠________；单克隆抗体最主要的优点在于它的_______________________________________________。
小鼠骨髓瘤细胞
筛选获得只分泌所需专一抗体的杂交瘤细胞群
灭活的病毒、聚乙二醇(PEG)、电激等　
特异性强、灵敏度高，并可能大量制备
腹腔
3) 据图分析，用双抗体夹心法检测抗原数量时，酶标抗体的作用是___________________________________________________。上述方法中抗原至少需要含有________个抗体结合位点。现有多种抗HCG的单克隆抗体，欲筛选出两种适用于双抗体夹心法的单克隆抗体，可通过检测并比较________来确定。
与待测抗原结合，并催化检测底物生成产物
2
产物量

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