专题25 细胞工程【考情探究】课标解读考情分析备考策略考点考向1植物细胞工程植物组织培养技术(1)考查内容:高频考点主要有植物组织培养技术的方法和应用、核移植技术的步骤和应用、制备单克隆抗体的原理和过程、体外受精和胚胎移植的原理和应用等。(2)命题规律:本专题在高考命题中难度中等,对动物细胞工程的考查主要表现在动物细胞培养及单克隆抗体上,对胚胎工程的考查主要表现在体外受精和胚胎移植上(如2020山东,14)。(3)命题趋势:预计2022年高考中试题会聚焦对核心概念和技术原理的考查,植物组织培养、动物细胞培养、制备单克隆抗体和胚胎移植技术等是高考命题的重点(1)熟记植物细胞工程、动物细胞工程和胚胎工程相关的基础知识。总结解题方法,并能归类、活用、延伸。(2)通过必要的题型训练,巩固基础知识、掌握解答本专题试题的方法。复习时需掌握细胞工程与其他工程技术的联系,通过综合性试题训练提高知识的整合和迁移能力植物体细胞杂交技术2动物细胞工程动物细胞培养动物细胞融合与单克隆抗体动物体细胞核移植3胚胎工程胚胎工程的理论基础胚胎工程技术及其应用【真题探秘】命题立意①核心考点胚胎工程、动物细胞工程。②命题特点以胚胎工程的科技实验为材料,考查学生对胚胎工程的理论基础与操作知识的掌握,试题设计来源于教材,又高于教材。③核心素养试题设计体现了对科学思维素养中归纳与概括、演绎与推理等要素的考查。解题指导易混易错a.刚刚排出的精子,不能立即与卵子受精,必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后,才能获得受精能力。精子获能是指精子获得受精“能力”,而不是获得能量。b.同期发情处理用的是孕激素;超数排卵处理用的是促性腺激素。拓展延伸①内细胞团一般到囊胚阶段才出现,将来发育成胎儿的各种组织;滋养层细胞将 来发育成胎盘和胎膜。若进行胚胎分割时不能将内细胞团均等分割,含内细胞团多的部分胚胎正常发育的能力强,含内细胞团少的部分可能会出现发育受阻或发育不良,甚至不能发育等问题。②动物排出的卵子成熟程度不同,有的可能是次级卵母细胞,如猪、羊等;有的可能是初级卵母细胞,如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟,当达到减数分裂Ⅱ中期时,才具备与精子受精的能力。基础篇【基础集训】
考点一 植物细胞工程1.有关植物组织培养,下列说法不正确的是( )A.脱分化的过程应该用固体培养基,并对外植体进行消毒处理B.快速繁殖技术的原理是植物细胞的全能性C.该技术可以进行快速繁殖,并可以使作物不带病毒,获得脱毒苗D.植物激素的比例不会影响植物细胞的发育方向答案 D 2.芦笋是雌雄异株植物,雄株性染色体为XY,雌株为XX;其幼茎可食用,雄株产量高。以下为两种培育雄株的技术路线。有关叙述错误的是( )A.形成愈伤组织可通过添加植物生长调节剂进行诱导B.幼苗乙和丙的形成均经过脱分化和再分化过程C.雄株丁的亲本的性染色体组成分别为XY、XXD.与雄株甲不同,雄株丁培育过程中发生了基因重组答案 C 考点二 动物细胞工程3.一般来说,动物细胞体外培养需要满足以下条件( )①无毒的环境 ②无菌的环境 ③使用合成培养基,但通常需加血清等天然成分 ④温度与动物的体温相近 ⑤因在CO2培养箱中培养,故不需要O2 ⑥适宜的pH和渗透压 A.①②③④⑤⑥B.①②③④C.①②④⑤⑥D.①②③④⑥答案 D 4.下列关于高产奶牛克隆过程的叙述,错误的是( )A.供体牛体细胞在进行体外培养时,CO2的主要作用是维持培养液的pHB.培养至MⅡ期的卵母细胞的细胞质中含有能促进细胞核全能性表达的物质C.通过电融合法使供体与去核受体细胞融合,供体核进入卵母细胞D.克隆动物与核供体动物的遗传物质完全相同答案 D 5.如图表示两种制备单克隆抗体的实验方案。已知调控细胞增殖的基因在骨髓瘤细胞的细胞质中,回答相关问题:图1图2
(1)体外培养动物细胞的条件有无菌、无毒的环境,营养, 和 。 (2)若图1中A是小鼠骨髓瘤细胞,则B细胞是取自 动物体内的B淋巴细胞,d过程常用的方法是 。 (3)利用图1制备单克隆抗体的方法中制备的原理是细胞膜具有流动性和 。 (4)图2以细胞核移植技术制备单克隆抗体,a为去核的 细胞,e是从d中分离出的胚胎干细胞,V过程类似于植物组织培养中的 过程。 答案 (1)温度、pH和渗透压 气体环境 (2)注射过特定抗原蛋白 PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法 (3)细胞增殖 (4)骨髓瘤 再分化考点三 胚胎工程6.牛胚胎移植实验的主要流程如图,下列相关叙述正确的是( )①供体超数排卵→②配种→③胚胎收集→④ →⑤胚胎移植→⑥子代小牛 A.①过程需要注射有关激素,目的是获得更多的成熟卵细胞B.③过程以哺乳动物早期胚胎与子宫建立了组织上的联系为前提C.④过程是“对胚胎进行质量检查”,可移植的胚胎应发育到囊胚或原肠胚阶段D.⑤过程能否成功主要取决于供、受体生理状况是否一致答案 D 7.下列关于采用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述,正确的是( )A.采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理B.体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植C.使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应D.利用胚胎分割技术,同卵多胎较同卵双胎成功率更高答案 A 8.(不定项选择)下列关于胚胎工程在动物育种中应用的叙述,错误的是( )A.体外受精时应将收集的精子立即与培养成熟的卵子进行受精B.移植的胚胎中可含有来自不同个体的数量不等的遗传物质C.胚胎分割应在原肠胚进行,可保证分割后的胚胎都发育为完整个体D.鉴定胚胎性别时可根据减数分裂Ⅰ中期细胞中染色体的形态确定答案 ACD [教师专用题组]【基础集训】考点一 植物细胞工程1.下列有关植物组织培养的叙述中,正确的是( )A.愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞B.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C.植物组织培养过程中要注意保持材料用具等无菌D.同一株绿色开花植株不同部位的细胞得到的组培苗基因型一定相同答案 C 愈伤组织是脱分化得到的具有分生能力的薄壁细胞,没有特定的结构和功能,A选项错误;二倍体植株的花粉组织培养得到的是高度不育的单倍体植株,同一个体的体细胞经植物组织培养得到的是与供体基因型相同的植株,但若选择花药离体培养得到的是单倍体植株,B、D选项错误。易混易错 细胞分化的结果是形成具有特定结构和功能的组织细胞,脱分化得到的愈伤组织分化程度低,是没有固定形态的薄壁细胞。2.通过植物组织培养可获得完整幼苗。下列对此过程的叙述,正确的是( )A.花粉不含完整的基因组,不能培养成单倍体植株
B.选择植物幼嫩的部分作外植体,更易诱导脱分化C.植物组织培养过程中可发生基因突变和基因重组D.植物组织培养过程不需添加有机碳源但需要光照答案 B 本题是以植物组培为背景,考查考生综合运用所学知识分析、解决问题的能力。花粉为雄配子,含有发育成本物种完整个体所需的全套遗传物质,可经脱分化、再分化形成单倍体植株,A错误;植物幼嫩的部分分化程度较低,全能性较高,更易诱导脱分化,B正确;植物组织培养过程中,无精卵结合的过程,属于无性生殖,不会发生基因重组(发生在减数分裂过程中),但过程中会通过有丝分裂使细胞数目增多,间期发生DNA复制时可以发生基因突变,C错误;植物组培脱分化过程是暗培养,不能进行光合作用,需要添加有机碳源供植物生长,再分化过程是光培养,可以通过光合作用制造有机物,D错误。3.如图为植物体细胞杂交及组织培养过程示意图。下列说法不正确的是( )A.过程①②分别需要用胰蛋白酶和聚乙二醇进行处理B.高尔基体在过程③发挥了重要作用C.过程⑤需要更换培养基,才能进一步分化为植株D.A、B的基因型分别为Rr、Yy,则杂种植株的基因型为RrYy答案 A 过程①需要用纤维素酶、果胶酶进行处理,过程②需要用聚乙二醇进行处理。高尔基体在过程③再生细胞壁中发挥了重要作用。过程⑤需要更换培养基,调整细胞分裂素和生长素的比例后,愈伤组织才能进一步分化为植株。植物体细胞杂交后形成的杂种植株的基因型即为杂交前植株基因型的组合。4.在应用植物体细胞杂交技术获得白菜—甘蓝的操作步骤中,不正确的是( )A.用盐酸和酒精的混合液解离以获得原生质体B.用聚乙二醇诱导白菜和甘蓝的原生质体融合C.用植物组织培养技术把杂种细胞培养成植株D.经筛选获得符合要求的白菜—甘蓝杂种植株答案 A 在植物体细胞杂交过程中,需要用纤维素酶和果胶酶去壁以获得原生质体,用盐酸和酒精的混合液解离细胞会导致细胞死亡,其可用于观察洋葱根尖分生组织细胞的有丝分裂实验,A错误。考点二 动物细胞工程5.下列关于动物细胞培养的叙述,不正确的是( )A.动物细胞培养依据的原理是细胞全能性B.传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞C.用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织D.动物细胞培养时需定期更换培养液以清除代谢废物答案 A 细胞的全能性是指已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。动物细胞培养是指从动物机体中取出相关组织,分散成单个细胞,然后放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖,故依据的原理是细胞增殖,A错误。6.对某种动物的肝肿瘤细胞进行动物细胞培养。下列说法不正确的是( )A.在利用肝肿瘤组织块制备细胞悬液时,可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理B.细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是抑制细胞呼吸C.为了防止细胞培养过程中细菌的污染,可向培养液中加入适量的抗生素
D.在合成培养基中,通常需加入血清、血浆等天然成分答案 B 动物细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是维持培养液的pH,B错误。7.科研工作者利用禽流感病毒蛋白制备单克隆抗体,下列步骤中叙述正确的是( )A.用动物细胞培养液培养禽流感病毒,通过离心获得抗原蛋白B.多次注射适宜浓度的抗原免疫小鼠,以获得更多的浆细胞C.用灭活的病毒诱导浆细胞与禽流感病毒融合得到杂交瘤细胞D.将单个杂交瘤细胞接种到小鼠腹腔培养可获得多种单克隆抗体答案 B 病毒没有细胞结构,不能独立进行新陈代谢,需要寄生在活细胞中,“动物细胞培养液”是指用于培养动物细胞的培养液,不是含有动物细胞的培养液,因此其不能用来培养病毒,A选项错误;多次用特定抗原免疫小鼠,可以获得更多的能产生目的抗体的浆细胞,B选项正确;应诱导浆细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞,而非与病毒融合,C选项错误;将单个杂交瘤细胞进行体内培养,只可获得一种单克隆抗体,D选项错误。8.抗体的制备经历了细胞学层面和分子学层面两个合成途径的研究。下列是利用生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。下列说法错误的是( )A.过程①至②所获取的抗体称为单克隆抗体B.过程③至⑥获取抗体的技术称为转基因技术C.过程⑤需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶D.V1基因体外扩增的技术称为PCR技术答案 C 过程①至②是通过细胞融合的方式生产单克隆抗体的过程,A正确;过程③至⑥获取抗体的技术称为转基因技术,B正确;过程⑤需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶,C错误;PCR技术可以实现基因的大量扩增,D正确。9.(2020天津,1,4分)在克隆哺乳动物过程中,通常作为核移植受体细胞的是去核的( ) A.卵原细胞B.初级卵母细胞C.次级卵母细胞D.卵细胞答案 C MⅡ时期的次级卵母细胞里含有促进细胞核全能性表达的物质,故克隆哺乳动物时常选用去核的MⅡ时期的次级卵母细胞作为核移植的受体细胞,C正确。考点三 胚胎工程10.(2020天津和平模拟,10)下列关于胚胎发育和胚胎工程的叙述中,正确的是( )A.卵裂期细胞数量及每个细胞的遗传物质均增加B.胚胎移植一般需发育到桑椹胚或囊胚期,囊胚期开始出现细胞分化C.囊胚期内细胞团形成原肠腔,此过程称为卵化D.利用脐带中的造血干细胞进行自体移植时,应长期给予免疫抑制药物答案 B 卵裂期是早期胚胎发育中尚处于透明带中的发育,随着细胞数目的增加,胚胎的遗传物质增加,但每个细胞的遗传物质都是一样多的,A错误;胚胎移植的适宜时期是桑椹胚或囊胚,此时尚未与母体形成组织上的联系,囊胚期分化出了内细胞团和滋养层,B正确;形成原肠腔的时期是囊胚后的原肠胚,C错误;自体移植没有免疫排斥问题,D错误。11.(2020山东日照一模,13)下列关于细胞工程和胚胎工程的叙述,正确的是( )A.动物细胞培养中,需定期更换培养液,以防止培养过程中的杂菌污染B.人工种子制备中,需向人工薄膜内添加植物激素,以促进愈伤组织发育C.胚胎移植中,需向受体注射免疫抑制剂,以避免受体对植入胚胎产生排斥反应
D.胚胎干细胞可在饲养层细胞上进行培养,从而维持其分裂而不分化的状态答案 D 动物细胞培养中,需定期更换培养液,以清除代谢废物,A错误;人工种子是以胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子,人工种子在适宜条件下能够萌发长成幼苗,B错误;受体对移入子宫的外来胚胎,基本上不发生免疫排斥反应,不需要向受体注射免疫抑制剂,C错误;胚胎干细胞在饲养层细胞上,或在添加抑制因子的培养液中,能够维持不分化的状态,D正确。知识总结 动物细胞培养的条件:(1)无菌、无毒的环境:①消毒、灭菌;②添加一定量的抗生素;③定期更换培养液,以清除代谢废物。(2)营养物质:糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等,还需加入血清、血浆等一些天然成分。(3)适宜的温度和pH。(4)气体环境:95%空气(细胞代谢必需的)和5%的CO2(维持培养液的pH)。12.(2020山东济南一模,13)人体移植器官数量短缺是一个世界性难题。随着生物技术的发展,科学家将病人的体细胞核放入去核的卵母细胞中,让重组细胞发育为早期胚胎,利用胚胎干细胞诱导分化为特定的器官,解决了这一难题。下列叙述正确的是( )A.重组细胞体外培养和微生物培养都加入CO2的作用是维持培养液的pH稳定B.加入分化诱导因子可以诱导胚胎干细胞进行定向分化C.诱导分化时加入激素使特定器官移植时不会发生免疫排斥反应D.特定器官细胞中的遗传物质与病人体细胞遗传物质相同答案 B 动物细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是维持培养液的pH稳定,微生物培养加入CO2的作用是充当碳源,A错误;加入分化诱导因子可以诱导胚胎干细胞进行定向分化,B正确;若要避免在器官移植时发生排斥反应,应进行自体移植,即用患者的体细胞核与去核的卵母细胞融合,构建重组细胞,在体外培养,形成胚胎干细胞,再在培养液中添加分化诱导因子,使其形成特定的器官,这样一般不会发生免疫排斥反应,移植器官细胞中的核遗传物质与病人体细胞核遗传物质相同,C、D错误。13.(2020黑龙江牡丹江期末,11)如图是某科研小组设计的用“精子介导基因转移法”培育转基因山羊(2n)的流程图。据图回答下列问题:(1)“精子介导基因转移法”是利用精子易与外源基因结合的能力,通过图中的①过程,将精子作为外源基因的 ,由 的精子,经过②过程,将外源基因送入卵母细胞。 (2)进行②过程的卵母细胞应处于 期,此时细胞中含 个染色体组。受精过程中防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和 。 (3)③过程需要在 (写出两点)等条件下进行。 (4)胚胎工程是指对动物的早期胚胎或 所进行的多种显微操作和处理技术。④过程涉及的胚胎工程技术是 。 答案 (1)载体 获能 (2)减数第二次分裂中 1 卵细胞膜反应 (3)无菌、无毒、适宜的温度和pH、营养充足、含95%空气和5%的二氧化碳的混合气体(4)配子 胚胎移植解析 (1)题图中的①过程是将精子作为外源基因的载体,由获能的精子经过②受精作用将外源基因送入卵母细胞。(2)参与形成受精卵的卵母细胞处于减数第二次分裂中期,此时细胞中含1个染色体组,受精过程中防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。(3)受精卵在形成早期胚胎的过程中需要无菌、无毒、适宜的温度和pH、营养充足、含95%空气和5%的二氧化碳的混合气体等条件。(4)胚胎工程是指对动物的早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术。④过程涉及的胚胎工程技术是胚胎移植。14.(2020东北三校一联,38)在胚胎移植的操作过程中,对已经受精的动物,接下来的一个环节操作如下:①手术器械的准备:手术刀、纱布等。
②供试的动物准备:术前12小时停止饮水,麻醉,消毒手术部位等。③手术:切开手术部位,找到卵巢,数黄体数,观察黄体。④冲卵:先冲输卵管,再冲子宫,冲完一侧换另一侧;也可用非手术法冲卵。⑤手术部位缝合。请回答相关问题。(1)该环节接受手术的对象是 (填“供体”或“受体”)。该操作环节之前需要对其使用促性腺激素,其目的是 。观察卵巢中的黄体数可以估计排卵的个数,依据是 。 (2)该环节的下一步操作为 。胚胎移植选择受体的条件是 。受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生 ,这为胚胎在受体子宫内的存活提供了可能。 (3)胚胎工程中,为获得雌性胚胎,需取囊胚期的 细胞做性别鉴定;若要对囊胚进行胚胎分割,需注意 ,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。 答案 (1)供体 促进超数排卵 黄体是排卵后卵泡形成的结构 (2)胚胎的质量检查 同种、具有健康体质和正常繁殖能力 免疫排斥 (3)滋养层 将内细胞团均等分割解析 (1)该手术对象是供体,该环节之前需对供体使用促性腺激素,目的是使供体超数排卵。1个卵泡排出1枚卵,形成1个黄体,故可依据卵巢中黄体数估计排卵的个数。(3)从供体中获取的早期胚胎需进行质量检查后才可确定是否用于移植。胚胎移植的受体应是同种、健康具有正常的繁殖能力的个体。母体子宫对移植的胚胎基本不发生免疫排斥反应。(3)胚胎工程中,可取囊胚期胚胎的滋养层细胞做性别鉴定。因囊胚的内细胞团细胞将发育为各种组织细胞,故若要对囊胚进行胚胎分割,需注意将内细胞团均等分割,以避免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。15.(2020河南开封一模,38)科学家通过导入外源分子使动物的某特定基因失活,进而培养出有基因缺陷的动物来研究相应基因的功能,如图是流程示意图。请据图回答相关问题。(1)①过程通常用到 (仪器),②过程所采取避免杂菌污染措施,除培养液及培养用具灭菌处理外,一般需加入 ,还要定期更换培养液。定期更换培养液的理由是 。 (2)图示体外受精过程,一般需要在 中完成。 (3)为更多地获得基因剔除小鼠,可对囊胚阶段的胚胎进行分割移植,在分割时要注意 。请说明理由 。 (4)胚胎移植能否成功,主要与供体和受体的 有关。 (5)经研究得知,某基因与乳腺癌细胞的增殖密切相关。请简述基因剔除技术在乳腺癌治疗方面的基本思路: 。 答案 (1)显微注射仪 一定量的抗生素 清除代谢产物,防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害 (2)专用的受精溶液(或获能溶液) (3)对内细胞团进行均等分割 若不均等分割,会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育 (4)生理状况 (5)通过基因剔除技术使该基因失活,从而阻止乳腺细胞的癌变解析 (1)图中①过程将体外转录后mRNA导入受精卵常用显微注射技术。②是早期胚胎培养过程,除培养液及培养用具灭菌处理外,一般需加入一定量的抗生素(防止染菌),还要定期更换培养液。定期更换培养液的目的是清除代谢产物,防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。(2)体外受精过程,一般需要在获能溶液或专用的受精溶液中完成。(3)对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要对内细胞团
进行均等分割,因为内细胞团将来发育成胎儿的组织器官,若不均等分割,会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。(4)胚胎移植能否成功,主要与供体和受体的生理状况有关,应将早期胚胎移植到同期发情的代孕母体内。(5)某基因与乳腺癌细胞的增殖密切相关,则可通过基因剔除技术使该基因失活,从而阻止乳腺细胞癌变。
