專題五生物技術(shù)與工程第10講細胞工程和胚胎工程【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.通過對單克隆抗體的制備過程，熟練掌握細胞培養(yǎng)、細胞融合、單克隆抗體制備過程中的基礎(chǔ)，并能夠從新背景知識提取信息與基礎(chǔ)整合得出結(jié)論從而解決問題。2.通過學(xué)習(xí)，能用文字和圖示表述克隆動物的培育過程、單克隆抗體的制備過程，養(yǎng)成獨立思考和獨立學(xué)習(xí)的習(xí)慣?！緦W(xué)習(xí)過程】探究點1植物組織培養(yǎng)與體細胞雜交【情境引領(lǐng)】資料1：人工種子人工種子就是將組織培養(yǎng)產(chǎn)生的體細胞胚和性細胞胚包裹在能提供養(yǎng)分的膠囊里，再在膠囊外包上一層具有保護功能和防止機械損傷的外膜，形成一種類似于種子的結(jié)構(gòu)。人工種子是由體細胞胚(胚狀體)、人工種皮以及提供胚發(fā)育的營養(yǎng)(人工胚乳)三部分組成。資料2：番茄-馬鈴薯雜交植株的獲得通過植物體細胞雜交技術(shù)獲得“番茄-馬鈴薯”植株的技術(shù)流程圖如圖所示：【教材追根】根據(jù)資料1，回答下列問題：1.胚狀體是由植物莖、葉等外植體經(jīng)過___________技術(shù)獲得的一種類似于自然胚的結(jié)構(gòu)。該技術(shù)的原理是_____________，包括的兩個重要過程是_____________。除胚狀體之外，人工種子還可選用_____________________(答兩種)等作為材料。2.制備體細胞胚常出現(xiàn)細胞不能同步發(fā)育的現(xiàn)象，同一外植體上常出現(xiàn)不同發(fā)育時期的體細胞胚，給制作人工種子帶來麻煩。為使體細胞胚達到同步化，研究人員在細胞培養(yǎng)時常采用一定低溫處理外植體一段時間，再將溫度提升到正常培養(yǎng)溫度。這種做法的原理是什么？3.植物激素是調(diào)節(jié)體細胞胚發(fā)育的重要因素，培養(yǎng)體細胞胚的培養(yǎng)基中需要加入的兩種關(guān)鍵植物激素是_______________。4.目前常選用一些膠質(zhì)化合物薄膜制作人工種皮，理想的人工種皮應(yīng)該具備一定封閉性和良好的透氣性，原因是_______________________________。根據(jù)資料2，回答下列問題：5.科學(xué)家在制備原生質(zhì)體時，有時使用蝸牛消化道提取液來降解植物細胞的細胞壁。據(jù)此分析，蝸牛消化道提取液中可能含有__________(成份)，理由是什么？6.兩兩融合后的細胞一定是雜種細胞嗎？誘導(dǎo)融合后的培養(yǎng)瓶中的細胞有哪幾類？7.上述細胞融合過程的完成與__________(細胞器)密切相關(guān)。8.若馬鈴薯細胞含有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb，番茄細胞含有2y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，則：①上述所獲得雜種植株遺傳特性有何特點？②上述所獲得雜種植株應(yīng)為________，其體細胞中染色體數(shù)為______條，______個染色體組，基因型為______。所獲得雜種植株的花粉經(jīng)離體培養(yǎng)得到的植株屬于______植株。植物體細胞雜交的過程中，遺傳物質(zhì)的傳遞______(填“遵循”或“不遵循”)孟德爾遺傳定律。9.“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想象的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯的主要原因是什么？【評價檢測】1.(單選)兩種遠緣植物的細胞融合后會導(dǎo)致一方的染色體被排出。若其中一個細胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂，形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中。依據(jù)該原理，將普通小麥與耐鹽性強的中間偃麥草進行體細胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種，過程如圖。錯誤的是①需使用纖維素酶和果膠酶處理細胞②的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂③中常用滅活的病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合2.(不定項)芝麻油富含有助于大腦發(fā)育的DHA。研究人員期望通過不對稱體細胞雜交技術(shù)(將用射線處理后染色質(zhì)鈍化破壞的供體原生質(zhì)體，與未經(jīng)輻射處理的受體原生質(zhì)體融合)，將芝麻的有益基因轉(zhuǎn)入普通小麥，獲得具有受體全套染色體組、僅少量供體染色體片段的改良小麥雜種。正確的是D.不對稱體細胞雜交可能會打破供體不良與優(yōu)良性狀的基因連鎖，去除不良性狀探究點2動物細胞培養(yǎng)【情境引領(lǐng)】資料1：細胞株和細胞系區(qū)別細胞株細胞系概念不同通過選擇法或克隆形成法從原代培養(yǎng)物或細胞系中獲得具有特殊性質(zhì)或標(biāo)志物的培養(yǎng)物稱為細胞株。原代細胞培養(yǎng)物經(jīng)首次傳代成功后所繁殖的細胞群體。也指可長期連續(xù)傳代的培養(yǎng)細胞。形成方法不同通過選擇法或克隆形成法從原代培養(yǎng)物或細胞系中獲得具有特殊性質(zhì)或標(biāo)志物的培養(yǎng)物成為細胞株經(jīng)過40-50次分裂的渡過第二次死亡危機，原代培養(yǎng)物經(jīng)首次傳代成功成為細胞系。細胞的延續(xù)性不同原代培養(yǎng)的細胞一般傳至10代左右就不容易傳下去了，細胞的生長就會出現(xiàn)停滯，大部分細胞衰老死亡。但是有極少數(shù)的細胞能夠度過“危機”而繼續(xù)傳下去，這些存活的細胞一般能夠傳到40-50代，這種傳代細胞叫做細胞株。細胞株的遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生改變。當(dāng)細胞傳至50代以后又會出現(xiàn)“危機”，不能再傳下去。但是有部分細胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，并且?guī)в邪┳兊奶攸c，有可能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去，這種傳代細胞稱為細胞系如圖是動物細胞系培養(yǎng)的基本過程示意圖?！窘滩淖犯?.容器B中用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理，是為了______________________________。2.培養(yǎng)首先在C瓶中進行，這時的細胞培養(yǎng)稱為____________，懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為________________。細胞進行有絲分裂，數(shù)量不斷增多，當(dāng)貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細胞的____________。為了把C瓶中的細胞分瓶，要用________處理，目的是使細胞從瓶壁上脫離下來，然后配成________，再分裝。3.分裝后，在D瓶中培養(yǎng)叫做________。一般來說，細胞在傳至10~50代左右時，增殖會逐漸緩慢，以至于完全停止，這時部分細胞的細胞核型可能會發(fā)生變化。少部分細胞會克服細胞壽命的自然極限，獲得不死性，朝著等同于________的方向發(fā)展。目前使用的或冷凍保存的正常細胞通常為________代以內(nèi)，以保持______________________________。4.細胞培養(yǎng)需滿足一定的條件，其中添加抗生素是為了____________________，CO2的主要作用是_______。5.培養(yǎng)基中為什么要加入動物血清？【評價檢測】1.(單選)在體細胞克隆猴培育過程中，為調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達，提高胚胎的發(fā)育率和妊娠率，研究人員將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重構(gòu)胚，同時用組蛋白脫乙酰酶抑制劑(TSA)處理，具體培育流程如圖所示。正確的是A.去核時使用的差速離心、紫外線長時間照射和化學(xué)物質(zhì)處理等方法都沒有穿透卵母細胞的透明帶B.卵母細胞在去核環(huán)節(jié)實際操作中被去除的不是核膜包被的細胞核，而是紡錘體－染色體復(fù)合物D.為得到遺傳背景相同的克隆猴用于科研，可用機械方法將早期胚胎隨機切割成2份或4份后再進行胚胎移植2.(不定項)Hero細胞系來源于非洲綠猴腎上皮細胞，具有無限分裂和貼壁生長的特性。將新冠病毒接種到Vero細胞后，經(jīng)Vero細胞培養(yǎng)、新冠病毒滅活及提純，可制成新冠病毒滅活疫苗。錯誤的是A.Vero細胞可作為新冠病毒大量繁殖的“培養(yǎng)基”D.每傳代1次，培養(yǎng)瓶中的Vero細胞分裂1次探究點3單克隆抗體的制備和應(yīng)用【情境引領(lǐng)】資料1：靶向治療靶向治療是目前治療腫瘤的有效方法之一，其原理是利用抗體等特異性物質(zhì)作為載體，將藥物送到腫瘤部位，對腫瘤進行特異性殺傷，其作用原理如圖1所示。為了生產(chǎn)能同時與藥物和腫瘤細胞抗原結(jié)合的抗體，科學(xué)家創(chuàng)造了制備雙特異性抗體的方法，過程如圖2所示。資料2：雙抗體夾心法檢測抗原抗原檢測采用雙抗體夾心法，其原理如圖。結(jié)合墊處含有足量的、可移動的、與膠體金結(jié)合的抗體1，T處固定有抗體2，抗體1和抗體2與新冠病毒表面同一抗原N蛋白的不同位點發(fā)生特異性結(jié)合，呈紅色。C處固定有抗體1的抗體，與抗體1結(jié)合也呈紅色?！窘滩淖犯扛鶕?jù)資料1，回答下列問題：1.由圖1可以看出，抗體是由________條肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)，細胞內(nèi)合成抗體時，其空間結(jié)構(gòu)形成的場所主要是____________。①過程是給小鼠注射____________，從而獲得已免疫的B淋巴細胞。3.為選出能產(chǎn)生專一抗體的細胞，要從HAT培養(yǎng)基上篩選出雜交瘤細胞，然后稀釋滴入多孔培養(yǎng)板中，使多孔培養(yǎng)板每孔中有一個細胞，然后篩選出抗體檢測呈________(填“陽性”或“陰性”)的細胞進行克隆化培養(yǎng)；該克隆化培養(yǎng)細胞具有的特點為____________________________________________________________。⑤過程給小鼠注射抗腫瘤藥物的目的是________________________，圖2方框內(nèi)的主要操作是____________________________________。5.與直接使用抗腫瘤藥物相比，將抗腫瘤藥物與雙特異性單克隆抗體結(jié)合后給藥，對人體的副作用更小，原因是雙特異性單克隆抗體能________________________________。根據(jù)資料2，回答下列問題：6.左圖為新冠病毒的檢測過程，該過程反復(fù)進行了抗原-抗體的特異性結(jié)合，若檢測結(jié)果為陽性，則過程中此特異性結(jié)合共發(fā)生________次。若待測樣本中不含新冠病毒，顯色結(jié)果為__________________，結(jié)果為陰性。7.分析右圖可知，固相抗體和酶標(biāo)抗體均能與抗原結(jié)合，這是由于不同抗體可與同一抗原表面的________結(jié)合。該檢測方法中，酶標(biāo)抗體的作用是__________________，可通過測定產(chǎn)物量來推測抗原量?！驹u價檢測】1.(單選)抗體-藥物偶聯(lián)物(ADC)通過采用特定技術(shù)將具有生物活性的小分子藥物連接到能特異性識別腫瘤細胞的單克隆抗體上，實現(xiàn)對腫瘤細胞的選擇性殺傷。ADC的結(jié)構(gòu)及其發(fā)揮作用的機理如圖所示，錯誤的是B.用96孔板培養(yǎng)和多次篩選雜交瘤細胞后，在體外大規(guī)模培養(yǎng)可獲得單克隆抗體C.ADC通過抗體與細胞膜上的受體特異性結(jié)合，以主動運輸?shù)姆绞竭M入腫瘤細胞D.ADC在腫瘤細胞里被溶酶體裂解，釋放藥物，使腫瘤細胞死亡探究點4誘導(dǎo)和培養(yǎng)多能干細胞【情境引領(lǐng)】最初是日本科學(xué)家山中伸彌于2006年利用病毒載體將四個轉(zhuǎn)錄因子(Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc)的組合轉(zhuǎn)入分化的體細胞中，使其重編程而得到的類似胚胎干細胞和胚胎APSC多能細胞的一種細胞類型。2007年11月，由中國科學(xué)家俞君英領(lǐng)銜的Thompson實驗室和山中伸彌實驗室?guī)缀跬瑫r報道，利用iPS技術(shù)同樣可以誘導(dǎo)人皮膚纖維母細胞成為幾乎與胚胎干細胞完全一樣的多能干細胞。如圖1表示的是我國科學(xué)家獲得iPS細胞，再將iPS細胞轉(zhuǎn)入小鼠乙體內(nèi)培養(yǎng)的過程，圖2表示研究人員利用小鼠(2N=40)獲取單倍體胚胎干細胞的一種方法。2022年3月，我國科學(xué)家通過兩個關(guān)鍵因子，誘導(dǎo)DNA去甲基化，將人類多能性干細胞轉(zhuǎn)化為8細胞階段全能性胚胎樣細胞(簡稱8CL細胞)。這是目前全球通過無轉(zhuǎn)基因、快速和可控的方法，獲得的體外培養(yǎng)的“最年輕”的人類細胞。相比于誘導(dǎo)多能干細胞(簡稱iPS細胞),這些細胞不僅能分化成胎盤組織,還有潛力發(fā)育成更成熟的器官，進行自體器官移植?！窘滩淖犯?.圖1過程中，成纖維細胞轉(zhuǎn)變?yōu)閕PS細胞，類似于植物組織培養(yǎng)中的__________過程。2.研究人員將iPS細胞團注射到缺乏T細胞的小鼠體內(nèi)，細胞團能繼續(xù)生長，可推測圖1中iPS細胞團逐漸退化的原因可能是____________________。3.圖2中，研究人員給小鼠丙注射促性腺激素，目的是____________________，再利用SrCl2溶液處理后體外培養(yǎng)至__________(填序號及名稱)，再篩選出__________。4.研究發(fā)現(xiàn)，單倍體胚胎干細胞有發(fā)育全能性，該技術(shù)培育的單倍體動物可成為研究__________(填“顯性基因”或“隱性基因”)功能的理想細胞模型。為提高胚胎的利用率，可以采用胚胎分割技術(shù)，應(yīng)該選用發(fā)育良好、形態(tài)正常的__________階段的胚胎進行分割。5.胚胎工程最后一道工序的實質(zhì)是什么？6.與異體器官移植相比，自體器官移植的優(yōu)勢是什么？7.相較于iPS細胞，我國科學(xué)家研究獲得的8CL細胞的優(yōu)勢是什么？(答出2點)【評價檢測】1.(不定項)經(jīng)遺傳改造的小鼠胚胎干細胞注入囊胚，通過胚胎工程的相關(guān)技術(shù)可以獲得具有不同遺傳特性的實驗小鼠。正確的是【跟蹤檢測】1.(單選)下圖是利用體細胞核移植技術(shù)克隆優(yōu)質(zhì)奶牛的簡易流程圖，正確的是①需要提供95%空氣和5%CO2的混合氣體②常使用顯微操作去核法對受精卵進行處理③將激活后的重組細胞培養(yǎng)至原腸胚后移植2.女性懷孕后會分泌一種糖蛋白——絨毛膜促性腺激素(HCG)，尿液中會檢出HCG的存在。用抗HCG單克隆抗體制備的試紙可以測試女性是否懷孕。如圖是抗HCG單克隆抗體制備流程示意圖，請分析回答：(1)制備單克隆抗體利用的生物學(xué)技術(shù)有______________和________。給小鼠注射的HCG相當(dāng)于__________________，注射后小鼠體內(nèi)發(fā)生的特異性免疫反應(yīng)類型是________。(2)促進動物細胞融合得到乙，常采用的方法有_________________________。(3)用特定的選擇培養(yǎng)基對乙篩選，得到的細胞丙的特點是_______________________。(4)對丙檢測篩選得到丁，采用的方法是______________________。生產(chǎn)的單克隆抗體可以與_____________________特異性結(jié)合，從而診斷早孕。(5)將驗孕試紙標(biāo)有MAX標(biāo)志線的一端插入待測尿液中(尿液不能沒過MAX標(biāo)志線)，片刻后取出試紙平放，若尿液中含有HCG，其會隨尿液向右擴散，與包埋在標(biāo)志線右側(cè)區(qū)域的被顯色劑標(biāo)記的抗HCG抗體1發(fā)生特異性結(jié)合，形成的復(fù)合體繼續(xù)隨尿液向右擴散至檢測線處，又可以與固定在該區(qū)域的抗體2結(jié)合形成新的復(fù)合體，并不斷積累，從而在此處顯示出顏色。對照線區(qū)域固定著另外一種抗體3，可以捕獲被顯色劑標(biāo)記的抗體1，因而當(dāng)尿液繼續(xù)擴散到對照線時，也會顯示出顏色。據(jù)此判斷：若檢測線和對照線均顯示顏色，表示________；若僅有對照線顯示顏色，表示________；若檢測線和對照線均不顯示顏色，表示________。【歸納建?！客ㄟ^本課題的深入探究，可以構(gòu)建以“細胞工程和胚胎工程”為核心的知識網(wǎng)絡(luò)體系，建構(gòu)以下思維模型。請在空白處，拓展需要整理的知識內(nèi)容。參考答案探究點1【教材追根】1.植物組織培養(yǎng)植物細胞的全能性脫分化和再分化不定芽、頂芽和腋芽(任答兩種)2.在一定的低溫條件下，細胞分裂速度減慢，細胞周期延長，相應(yīng)地延長了分裂期的時間，從而使這些細胞能在適宜溫度條件下進行同步分裂4.封閉性保證人工胚乳的營養(yǎng)成分不易流失；透氣性有利于體細胞胚進行呼吸作用維持體細胞胚的生理活性5.纖維素酶和果膠酶。因為植物細胞的細胞壁主要由纖維素和果膠組成，利用酶的專一性，在降解植物細胞細胞壁時要利用纖維素酶和果膠酶。6.不一定，融合的細胞類型有三種馬鈴薯細胞-馬鈴薯細胞、番茄細胞-番茄細胞和馬鈴薯細胞-番茄細胞，在培養(yǎng)瓶中還有馬鈴薯細胞、番茄細胞等未融合的細胞。7.線粒體和高爾基體。8.①雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質(zhì)，故雜種植株具備兩種植物的遺傳特性。②異源四倍體2x＋2y4AabbccDd單倍體不遵循9.生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互