【本讲教育信息】
一、教学内容
期中复习之一——细胞工程
二、良好开端
本节重点：植物细胞工程（植物组织培养、植物体细胞杂交）；动物细胞工程（动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体的制备）
本节难点：植物组织培养与动物细胞培养的区别、单克隆抗体的制备（原理、技术、过程、特点及应用等）
三、成功之旅
【知识点1】植物细胞工程
（一）植物组织培养技术
1、原理：植物细胞的全能性，即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞都具有发育成完整生物体的潜能。因此，在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。但是，在生物的生长发育过程中，细胞不会表现出全能性，而是分化成各种组织器官。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因选择性表达的结果。
2、过程
植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。具体过程如下：
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
根、芽
植物体（外植体）
（二）植物体细胞杂交
1、原理：细胞膜的流动性以及植物细胞的全能性
2、过程：植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
（三）植物细胞工程的应用
1、快速繁殖（微型繁殖）：通过组织培养的方式，可以快速大量的繁殖种苗。
2、作物脱毒：采用茎尖（几乎无病毒）组织培养的方式来脱除植物的病毒。
3、制备人工种子：组织培养形成植物幼体，外面包上人工种皮。
4、培育作物新品种：
①单倍体育种：用植物的花药进行离体培养形成单倍体，人工诱导染色体加倍后筛选出需要的新品种；
②突变体的利用：利用组织培养过程中出现的突变体，培育新的品种。
5、细胞产物的工厂化生产：用人工培养的愈伤组织提取细胞中的某种成分，这些产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱（如紫草素、人参皂甙、紫杉醇）等。
例题1、下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是
A. 培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B. 培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C. 离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D. 同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同
解析：同一株绿色开花植物的细胞分体细胞和生殖细胞两类，这两类细胞经过培养获得的愈伤组织细胞的遗传物质（基因）不相同。
答案：D
【知识点2】动物细胞工程
（一）动物细胞培养
1、概念：动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。
2、原理：细胞增殖
3、过程：
4、动物细胞培养与植物组织培养的比较
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比较项目 |
植物组织培养 |
动物细胞培养 |
|
原理 |
植物细胞的全能性 |
细胞的增殖 |
|
培养基的物理性质 |
固体 |
液体 |
|
培养基的成分 |
营养物质、激素 |
营养物质、动物血清等 |
|
培养结果 |
培育成新的植株或组织 |
培育成细胞系或细胞株 |
|
培养的目的 |
快速繁殖无病毒植株等 |
获得细胞产物或细胞等 |
|
取材 |
植物幼嫩部位或花药等 |
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 |
|
其他条件 |
均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 |
|
5、应用：
①生产病毒疫苗、单克隆抗体、干扰素等。
②利用动物细胞培养技术中的细胞贴壁生长和接触抑制的特点，可用烧伤病人自己的健康皮肤细胞培养出大量的自身薄层皮肤细胞，以供植皮所需。
③培养的动物细胞用于检测有毒物质，判断物质的毒性。
（二）动物体细胞核移植技术和克隆动物
1、概念：动物体细胞核移植是将动物的一个细胞的细胞核，移入另一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。
2、原理：动物细胞核的全能性。
①动物细胞全能性的特点是：随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到抑制。全能性表达很难，但动物的细胞核内仍含有该种动物的全部遗传基因，具有发育成完整个体的潜能，即动物的细胞核仍具有全能性。
②动物细胞核全能性表达的条件：只靠动物的细胞核是不行的，必须提供促进细胞核表达全能性的物质和营养条件，还要保证细胞核全能性的表达。去核的卵母细胞是最合适的细胞，因为卵母细胞体积大、易操作，并且含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。
3、过程：
4、核移植的特点：主要是指不同种的细胞的拆合，新个体具有双亲的遗传特性。
5、动物体细胞核移植技术的应用
①畜牧生产方面：培育良种动物。
②保护濒危动物。
③医药卫生方面：生产医用蛋白，组织和器官的移植等。
6、动物体细胞核移植技术存在的问题
①成功率低。
②克隆技术的各个环节有待进一步改进。
③克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷。
（三）动物细胞融合
1、概念：动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
2、结果：融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。
3、原理：细胞膜的流动性。
4、诱导融合方法：
物理法：离心、振动、电刺激；
化学法：聚乙二醇（PEG）
生物法：灭活的病毒
5、过程：
具有不同DNA的两个或多个细胞
杂交细胞
6、意义：
克服了远缘杂交不亲和的障碍；目前这一技术已经成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段。
7、动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较
动物细胞融合与植物体细胞杂交的异同
|
比较项目 |
细胞融合的原理 |
细胞融合的方法 |
诱导手段 |
用途 |
|
植物体细胞杂交 |
细胞膜的流动性 |
用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合 |
离心、电刺激、振动、聚乙二醇（PEG）诱导 |
克服远缘杂交不亲和，扩展杂交亲本的范围，培育新品种 |
|
动物细胞融合 |
细胞膜的流动性 |
用胰蛋白酶使细胞分散后诱导细胞融合 |
除应用植物细胞杂交手段外，还可用灭活病毒诱导 |
制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等 |
（四）单克隆抗体
1、概念：由单个浆细胞进行无性繁殖，形成细胞群（称为克隆），由这样的细胞群产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。
2、单克隆抗体的制备：
3、单克隆抗体与普通血清抗体的区别（即单克隆抗体的特点）
①血清抗体：产量低、种类多、纯度差、特异性差、反应不够灵敏。
②单克隆抗体：化学性质单一、特异性强、灵敏度高。
4、应用
①单克隆抗体可以作为诊断试剂，准确识别各种抗原物质，与抗原的特异性结合具有准确、高效、简易、快速的特点。
②单克隆抗体还可以用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗癌症。单克隆抗体作为载体，运载抗癌药物，形成“生物导弹”，准确杀伤癌变细胞。
例题2、下列关于细胞工程的叙述，错误的是
A. 电刺激可以诱导植物原生质体融合或动物细胞融合
B. 去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理
C. 小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫的小鼠的B 淋巴细胞融合可制备单克隆抗体
D. 某种植物甲乙两品种的体细胞杂种与甲乙两品种杂交后代的染色体数目相同
解析：利用物理（电刺激、振荡、离心）和化学的方法既可诱导植物原生质体融合，也可促进动物细胞的融合；植物体细胞杂交常先用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞，获得有活力的原生质体，用胰蛋白酶和胶原蛋白酶处理动物组织分散成单个细胞；将小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫的B淋巴细胞融合得到杂交瘤细胞，杂交瘤细胞既能产生抗体又能无限增殖，经克隆后生成的细胞群可产生单克隆抗体；甲乙两品种的体细胞杂交后代的染色体数目是甲乙两品种染色体数目之和，而甲乙两品种杂交后代的染色体数是甲乙两品种配子染色体数之和。
答案：D
四、考点分析
本专题是体现学科热点和前沿的重要内容之一。考查内容：分析2008年高考试题，该部分内容主要集中在植物细胞工程、动物细胞工程、克隆技术的操作过程。考查形式：多以非选择题形式出现，注重工农业生产和医学实践的应用及与科技发展联系在一起考查。
五、小结
1、动物细胞培养
2、动物体细胞核移植技术和克隆动物
3、概念、原理和结果
5、单克隆抗体的应用
【模拟试题】（答题时间：80分钟）
一、选择题：（每小题只有一个选项符合题意）。
1. 下列有关植物组织培养过程中愈伤组织的说法错误的是
A. 愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的
B. 愈伤组织经过脱分化过程形成根或芽
C. 培养基中生长素和细胞分裂素的比值不同，愈伤组织分化的结果不同
D. 愈伤组织的细胞中，能发生碱基互补配对的细胞器是线粒体和核糖体
2. 有关动物细胞培养的叙述，错误的是
A. 用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织
B. 将所取的组织先用剪刀剪碎后，再用胰蛋白酶进行处理使其分散成单个细胞
C. 在原代培养过程中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离
D. 动物细胞连续培养50代后，所培养的动物细胞都会衰老死亡
3. 现将“细胞工程”中动、植物细胞培养技术列表比较如下，你认为哪一项的比较有错误 （ ）
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比较项目 |
原 理 |
培养基区别 |
结 果 |
培养目的 |
|
植物组织培养 |
细胞的全能性 |
需加植物激素 |
培育成植株 |
快速繁殖，培育无病毒植株等 |
|
动物细胞培养 |
细胞的全能性 |
需加动物血清 |
培育成细胞系或细胞株 |
获得细胞或细胞 的产物等 |
A. 原理 B. 培养基区别 C.
结果 D.
培养目的
4. 用于植物组织培养的培养液和用于无土栽培的营养液相比，以下说法正确的共有几种？
①都必须含有植物必需的矿质元素 ②都必须含有少量有机物
③都需要含有植物激素 ④溶液浓度都必须小于细胞液浓度
A. 一种 B. 两种 C. 三种 D. 四种
5. 科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的气味以达到驱蚊且对人体无害的效果。下列关于驱蚊草培育的叙述中错误的是
A. 驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍
B. 驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电刺激等方法
C. 驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗形成
D. 驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离
6. 下列关于生物学研究方法的描述合理的是
A. 欲获得“白菜甘蓝”杂种细胞，可直接用诱导剂诱导两种植物体细胞融合
B. 观察黑藻叶片装片，细胞质随叶绿体按一定方向流动
C. 欲将菌体从培养液中分离出来，可采用过滤、沉淀等方法
D. 为了验证某种物质是消化酶，可用二苯胺试剂
7. 下列哪一项不是完成植物体细胞杂交所必需的
A. 用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁 B. 组织培养技术
C. 聚乙二醇诱导 D. 秋水仙素诱导
8. 植物组织培养可以形成愈伤组织，下列有关愈伤组织的叙述错误的是
A. 愈伤组织是离体细胞经过脱分化形成的
B. 形成愈伤组织的培养基不需含有机分子
C. 愈伤组织可以形成具有生根能力的胚状结构
D. 愈伤组织细胞的线粒体和核糖体可能发生碱基互补配对
9. 相同条件下，小麦植株哪一部位的细胞最难以产生新的基因
A. 茎尖 B. 根分生区 C. 叶肉 D. 花药
10. 在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是
A. 利用基因工程培育抗棉铃虫的棉花植株
B. 利用细胞工程技术培养“番茄—马铃薯”杂种植株
C. 利用花药离体培养得到单倍体植株
D. 利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到染色体数目加倍的植株
（以下每小题有不止一个选项符合题意。）
11. 在以下的生物工程技术的实施中，能形成愈伤组织的是
A. 植物组织培养 B. 植物体细胞杂交
C. 动物细胞培养 D. 转基因作物
12. 下列有关植物体细胞杂交的叙述，正确的是
A. 用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
B. 诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞
C. 植物体细胞杂交的最终目的是获得杂种植株
D. 植物体细胞杂交技术可以打破不同种植物间的生殖隔离
13. 取小白鼠的正常胚胎组织进行连续的细胞培养。在从细胞株到细胞系的过程中，细胞发生了
A. 血红蛋白基因的表达 B.
遗传物质的改变
C. 染色质固缩
D.
形态的改变
14. 有科学家在实验室里实现了“将人的卵细胞发育成囊胚”。请你大胆推测可能的结果是
A. 如囊胚真能发育成单倍体人，则该人不能生育
B. 如果通过抑制中心体活动使染色体加倍，发育成的个体患遗传病的概率大大增加
C. 如取囊胚细胞与精子融合，将发育成男性
D. 将卵细胞培育成囊胚时需要经常用胰蛋白酶处理细胞
二、非选择题
1. 以下是有关细胞分化和衰老的探索试验，请依据试验回答问题：
（1）斯图尔德将胡萝卜韧皮部细胞进行培养，最终获得发育完整的新个体，实验过程如下：
①A过程称为
，诱导这一过程的物质有
，
从物理性质看，所使用的培养基类型是
。
②这一实验的原理是 。
（2）在探索细胞衰老的过程中，研究人员发现，衰老动物体内细胞分裂速度明显减慢。但把衰老动物体内细胞移植到幼龄动物体内，这些细胞分裂次数增加。Krohn用近交系小鼠进行皮肤移植实验。他将小鼠的皮肤移植到其F1代身上，当F1变老时，又移植到F2代身上，这样他进行了系列移植，结果移植的皮肤细胞可生活7—8年，远远超过其原来供体的寿命。
①Krohn的实验目的是
。
②Krohn的实验能说明什么？ 。
2. 金茶花是中国特有的观赏品种，但易得枯萎病，降低其观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答：
（1）获得②一般用
的方法，①和②结合能形成③，最重要的是①和②经处理后具有
。
（2）在⑤→⑥过程中，获得抗病基因的金茶花细胞将经历
和
过程后才能形成⑦。
（3）抗枯萎病金茶花的培育成功说明一种生物的基因表达系统能够识别来自另一种生物的DNA的___________，并具有相同的一套___________。
（4）欲快速培育大量该抗病新品种，应该采用的技术是____________________。通过转基因方法获得的抗病金茶花，将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？
。
3. 下图是用两栖动物的卵所做实验的图解，据图回答下列问题。
（1）蝌蚪的肠上皮细胞核中含有青蛙发育所需的 ，重新组合的细胞相当于蛙的 ；基因重组发生在图中[ ]过程。
（2）图中④⑤过程合称为 ，蛙与哺乳动物的⑤过程的主要不同点是 。通过图示过程产生新个体的生殖方式类型为 。
（3）图中③过程采用的技术手段称作 技术，④过程所用的培养液与植物组织培养基的成分的主要不同点是 。
（4）本实验结果说明
具有全能性。
4. 据英国著名医学杂志《柳叶刀》网站
该培育过程是：从患者的膀胱上取下普通邮票一半大小的活细胞样本，膀胱从外到内是由三层构成，即肌肉、胶原质和膀胱上皮。研究人员将活细胞样本中胶原质剥下，将肌肉细胞和膀胱上皮细胞分别置于不同的培养皿中培养，约一周后将这些细胞放在一些海绵形状的可生物降解的由胶原质制成的“支架”上继续培养，再过7周左右，原先的数万个细胞已经繁殖到15亿个左右，布满“支架”，膀胱上皮在内，肌肉在外。医生将“新膀胱”移植到患者膀胱的上面。这样新器官会继续生长并与老器官“重组”取代老器官中丧失功能的部分。培育过程如下图所示：
根据以上资料回答下列问题：
（1）a过程属于细胞工程中的 ，其培养基与植物组织培养的培养液的主要不同点是前者含有 。在培养基中的培养相当于 代培养。
（2）b过程由数万个细胞繁殖到15亿个细胞是 的结果，由这些细胞再分别形成肌肉和膀胱上皮的过程要经过 。
（3）新器官与老器官的“重组”是否为基因重组？为什么？ ； 。
（4）“新膀胱”移植后，会成为抗原吗？ 。
5. 动物生物工程具有广阔的应用前景，如生产药品、培育优良动物品种、生产人类移植器官等。请回答：
（1）利用动物细胞融合技术建立的杂交瘤细胞，可以生产单克隆抗体。单克隆抗体化学性质单一、特异性强的原因是_____________________________________。杂交瘤细胞合成并分泌抗体的过程中，高尔基体的功能是__________________________________。
（2）克隆哺乳动物可以用于繁育优良性状的家畜。与胚胎细胞作为供核细胞的克隆相比，“多利”羊的诞生，其突破之处在于供核细胞是______________。从根本上讲，“多利”羊培育成功的原因是___________________________________________。
（3）胚胎干细胞作为培育转基因动物的受体细胞被移入囊胚中，胚胎将发育成只有部分细胞含有目的基因的“嵌合体”。这种嵌合体的后代可能会丢失目的基因，原因是________
__________________________。
（4）胚胎干细胞在一定的细胞分化诱导剂的作用下，可以定向分化形成不同种类的细胞。细胞分化的实质是________________。
6. 禽流感疫情有逐渐蔓延的趋势，有些国家还出现了人感染的病例。现在，科学家们已陆续从病死的家禽和候鸟体内分离到了H5N1亚型禽流感病毒（一种RNA病毒）。
若生产可以用于预防和治疗禽流感的抗体，请根据下面的单克隆抗体制备过程示意图回答有关问题：
（1）若A细胞是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞是取自 体内的 细胞，促进d过程的常用诱导剂是 或 。
（2）假设仅考虑某两个细胞的融合，则可形成 种类型的C细胞，因此需用培养基筛选出 （填特点）的D细胞用于培养。D细胞的名称是 。
（3）目前注射禽流感疫苗是预防禽流感的一种措施。我们已经知道，决定禽流感病毒在人体细胞中增殖变化的物质是 ，而决定其抗原特异性的基团位于
。据此分析制备禽流感疫苗的主要思路：
。
（4）理论上，以上措施并不能使人类彻底摆脱禽流感，试分析原因：
。
7. 回答下列有关动物细胞培养的问题：
（1）在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面 时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的 。此时，瓶壁上形成细胞层数是 。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是 。
（2）随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞停止分裂，进而出现 的细胞，但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成 细胞，该种细胞的黏着性 ，细胞膜表面蛋白质（糖蛋白）的量 。
（3）现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不染色，原因是 。
（4）检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用细胞分裂到 期的细胞用显微镜进行观察。
（5）在细胞培养过程中，通常在 条件下保存细胞，因为在这种条件下，细胞中 的活性降低，细胞 的速率降低。
（6）给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作 而进行攻击。
【试题答案】
一、选择题
|
题号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
答案 |
B |
D |
A |
B |
C |
C |
D |
B |
C |
D |
ABD |
ABCD |
BCD |
AB |
二、非选择题
1. （1） ①
脱分化 植物激素（或生长素，或生长素与细胞分裂素） 固体培养基
② 植物细胞具有全能性
（2）① 研究引起细胞衰老的原因是细胞本身的衰老还是体内环境的恶化（或改变）
② 细胞衰老的主要原因是体内环境因素的影响（或细胞衰老与所处个体的年龄有关或细胞衰老是多种内因与外因作用的结果
2. （1） 人工合成基因 相同的黏性末端 （2） 脱分化 再分化
（3） 脱氧核苷酸序列（遗传信息或碱基序列） 密码子 （4） 植物组织培养 不一定
3. （1）全套基因 （全套遗传物质） 受精卵 b
（2）个体发育 蛙的胚后发育是变态发育，哺乳动物的胚后发育不经过变态发育（或哺乳动物是直接发育） 无性生殖（克隆）
（3）核移植 前者必须含有动物（蛙）血清
（4）高度分化后的动物细胞核
4. （1）动物细胞培养 动物血清等 原
（2）细胞分裂 细胞分化
（3）不是 新器官与老器官来自同一个人，遗传物质相同，没有发生基因重组
（4）不会
5.（1）一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体 对蛋白质进行加工和转运
（2）高度分化的体细胞 体细胞核中包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因（细胞核具有全能性）
（3）嵌合体的两性生殖细胞中不一定含有目的基因
（4）基因在特定的时间和空间条件下的选择性表达
6. （1）感染病毒的动物或人 效应B 聚乙二醇（PEG） 灭活的病毒
（2）3 既能无限增殖又能产生特异性抗体 杂交瘤细胞
（3）病毒的RNA 病毒的衣壳上 将禽流感病毒灭活或减毒后注入鸟类或哺乳动物体内，从这些动物血清中提取（或利用基因工程技术生产禽流感病毒的衣壳蛋白）
（4）禽流感病毒易发生变异或对禽流感病毒有免疫作用的抗体（记忆细胞）在体内存留的时间有限
7. （1）相互接触 接触抑制 单层（或一层） 胰蛋白酶
（2）衰老甚至死亡 不死性 降低 减少
（3）由于活细胞的膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，故活细胞不能着色（或由于死细胞的膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色）
（4）中 （5）冷冻（或超低温、液氮） 酶 新陈代谢 （6）抗原