1、学海导航高考总复习（第1轮）生物 现代生物科技专题 第2讲 细胞工程 选 修 3高考有我，前程无忧 考点1 植物细胞工程的基本技术 1细胞工程的概念：(1)操作水平：。(2)目的：按照人的意愿来改变细胞内的 或获得 。(3)种类：根据操作对象不同，可分为 细胞工程和 细胞工程。2植物细胞工程的基本技术：(1)植物组织培养技术：理论基础：。a概念：具有某种生物全部 的任何一个细胞，都具有发育成 的潜能。试梳理 细胞水平或细胞器水平 遗传物质 细胞产品 植物 动物 植物细胞的全能性 遗传信息 完整生物体 b原理：细胞内含有本物种的 。c细胞分化原因：。过程：a脱分化：已经分化的细胞，经过诱导后，失
2、去其特有的 和 而转变成 细胞的过程。b再分化：产生的 继续培养，重新分化出根或芽等 的过程。植物组织培养的概念：在 和人工控制的条件下，将 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 组织、丛芽，最终形成完整植株。全部遗传信息 基因的选择性表达 愈伤组织 再分化 结构 功能 未分化 脱分化 愈伤组织 器官 无菌 离体 愈伤(2)植物体细胞杂交技术：概念：将不同种的植物 ，在一定条件下融合成 细胞，并把杂种细胞培养成新的植物体的技术。过程：细胞不同细胞的 原生质体 细胞杂种植株。诱导融合的方法：物理法包括 等。化学法一般是用 作为诱导剂。意义：克服 生物远
3、缘杂交的不亲和性。考点2 植物细胞工程的实际应用 1植物繁殖的新途径：(1)微型繁殖：微型繁殖是用于快速繁殖优良品种的 技术，利用这种技术能高效快速实现种苗的大量繁殖。体细胞 杂种 不同植物 原生质体 融合 杂种 聚乙二醇(PEG)离心、振动、电激 不同种 植物组织培养(2)作物脱毒：选用无毒的材料(如 、等)进行微型繁殖，繁殖出无毒幼苗的过程。(3)人工种子：通过 技术得到 、不定芽、顶芽和腋芽，包上 就可形成人工种子。2作物新品种的培育：(1)单倍体育种：单倍体育种首先要通过 技术进行 离体培养，得到幼苗，然后用秋水仙素处理，获得纯合子。(2)突变体的利用：应用 技术筛选对人们有用的突变体
4、，进而培育新品种。3细胞产物的工厂化生产：应用植物组织培养技术获得大量的 的技术。茎尖 根尖 植物组织培养 胚状体 人工种皮 植物组织培养 花药 植物组织培养 细胞产物 考点3 动物细胞培养和核移植技术 1动物细胞工程技术手段：、。2动物细胞培养：(1)概念：从动物机体中取出相关的组织，将它 ，然后，放在适宜的 中，让这些细胞 和 。(2)过程：组织分散 代培养分瓶 代培养。(3)细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就 ，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面 时，细胞就会 ，这种现象称为细胞的接触抑制。动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 生产单克隆抗体 分散成单
5、个细胞 培养基 生长 繁殖 单个细胞 原 传 贴附在瓶壁上 相互接触 停止分裂增殖(4)动物细胞培养需要满足以下条件：培养液应进行 处理。通常还要在培养液中添加一定量的 ，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止 。：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入 等天然成分。：适宜温度：哺乳动物多是 ；pH为 。：95%5%。O2是 所必需的，CO2的主要作用是 。(5)动物细胞培养技术的应用：生产重要的生物制品，如 、干扰素、等；基因工程中 的培养；用于 的检测。无菌、无毒的环境 无菌 抗生素 代谢产物积累对细胞自身造成危害 营养 血清、血浆 温度和pH
6、36.5 0.5 7.27.4 气体环境 空气 CO2 细胞代谢 维持培养液的pH 病毒疫苗 单克隆抗体 受体细胞 有毒物质 3动物体细胞核移植技术和克隆动物：(1)概念：将动物的一个，移入一个已经去掉细胞核的 中，使其重组并发育成一个新的 ，这个新的 最终发育为动物个体，用核移植的方法得到的动物称为 动物。(2)种类：核移植(比较容易)和 核移植(比较难)。(3)过程：提取供体 获取受体 卵母细胞 移植克隆动物个体。(4)应用前景：加速 ；保护 ；克隆动物作为生物反应器，生产 ；用于 。细胞的细胞核 卵母细胞 胚胎 胚胎 克隆 胚胎细胞 体细胞 细胞核 去核 细胞融合 胚胎 家畜遗传改良过程
7、 濒危物种 医用蛋白 组织器官移植 考点4 动物细胞融合与单克隆抗体 1动物细胞融合：(1)动物细胞融合也称 ，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来 细胞遗传信息的 细胞，称为 。(2)动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有 等。(3)动物细胞融合的意义：突破了 方法的局限，使 成为可能。(4)应用：制造 等。2单克隆抗体及其应用：(1)抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种 。从血清中分离出的抗体。细胞杂交 两个或多个 单核 杂交细胞 聚乙二醇、灭活的病毒、电激 有性杂交 远缘杂交 单克隆抗体
8、特异性抗体 产量低、纯度低、特异性差 (2)单克隆抗体的制备过程：用羊的红细胞对小鼠进行注射，使小鼠产生免疫反应。然后，把 细胞和 细胞融合，再用选择性培养基进行筛选，在该培养基上，未融合的亲本细胞和 的细胞都会死亡，只有 细胞才能生长。这种杂种细胞的特点是既能 ，又能产生 。对上述经选择性培养的杂交瘤细胞，还需进行克隆化培养和 ，经多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。最后，将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养，或注射到小鼠 内增殖，这样，从 或小鼠腹水中，就可以提取大量的单克隆抗体了。B淋巴 骨髓瘤 融合的具有同种核 融合的杂种 迅速大量增殖 专一的抗体 抗体检测 腹腔 细胞培
9、养液(3)杂交瘤细胞的特点：既能大量 ，又能产生 。(4)单克隆抗体的优点：。(5)单克隆抗体的作用：准确识别各种 物质的细微差异，并跟。：主要用于治疗 ，可制成“”，也有少量用于治疗其他疾病。繁殖 专一的抗体 特异性强，灵敏度高，并能大量制备 作为诊断试剂 抗原 一定抗原 发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点 用于治疗疾病和运载药物 癌症治疗 生物导弹 1判断下列有关植物细胞工程的叙述的正误(1)外植体可以来自于植物的任何细胞(2011上海卷T22A)()(2)愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞(2011江苏卷T16A)()(3)在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得
10、染色体加倍的细胞(2013重庆卷T5B)()(4)经植物组织培养得到的胚状体用人工薄膜包装后可得到人工种子(2013全国卷 T40)()(5)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化(2013四川卷T1A)()答案：（1）（2）（3）（4）（5）查能力(6)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交(2012广东卷T2B)()(7)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性(2012江苏卷T22A)()(8)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性()(9)愈伤组织是外植体脱分化和再分化后形成的()(10)再生出细胞壁是植物体细胞原生质体融合成功的标志()2判断下
11、列有关动物细胞工程的叙述的正误(11)动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶(2013大纲卷T2B)()(12)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞(2010浙江卷T4A)()答案：（6）（7）（8）(9)(10)(11)(12)(13)传代培养的细胞失去接触抑制现象()(14)克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变(2010浙江卷T4B)()(15)动物细胞培养可用于检测有毒物质，茎尖培养可用于植物脱除病毒(2013大纲卷T2D)()(16)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体(2011江苏卷T14B)()(17)动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育(
12、2011江苏卷T14D)()(18)二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的(2010浙江卷T4C)()答案：(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞()(20)克隆动物的性状与供体动物完全相同()(21)单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的特点()(22)杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生专一性抗体()答案：(19)(20)(21)(22)考点1 植物细胞工程的基本技术 例1(2016兴平模拟)下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体培养进行遗传改良的过程，据图分析错误的是()A过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶的混合物处理B过程能定向诱导原生质体产生优
13、良性状的突变C过程中叶肉细胞失去了其特有的结构和功能D过程需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理解析：植物细胞壁主要是由纤维素和果胶组成的，常选用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。紫外线照射诱变育种所依据的原理是基因突变，这种突变是不定向的。过程是脱分化，指已经分化的植物器官、组织或细胞，当受到创伤或进行离体(也受到创伤)培养时，已停止分裂的细胞，又重新恢复分裂，细胞改变原有的分化状态，失去原有结构和功能，成为具有未分化特性的细胞。是再分化，需用适宜配比的生长素和细胞分裂素诱导。答案：B提升一：细胞的全能性 1细胞表现其全能性的条件：(1)离体状态。(2)培养基中除含有一定的水
14、分、无机盐外，还要添加一定的植物激素(如生长素、细胞分裂素)，这有助于愈伤组织分化为不同的组织、器官。(3)在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。2细胞全能性的物质基础：生物体的每一个细胞都含有本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。3全能性细胞来源：生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成，形成的子细胞(体细胞)与母细胞(受精卵)核内的基因相同，因而都含有该生物的一整套遗传物质，都具有发育成完整个体的潜能。但在生物体上时不能表现出其全能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，这是在特定的环境、激素等的影响下基因选择性表达的结
15、果。4全能性的差异：(1)植物细胞动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)。(2)受精卵生殖细胞(配子、精子、卵细胞)体细胞。(3)体细胞：分化程度低分化程度高。(4)幼嫩的细胞衰老的细胞。(5)细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的。提升二：植物组织培养 1植物组织培养的过程：2植物组织培养中的脱分化、再分化等过程的比较：3.理论基础：细胞的全能性。提升三：植物体细胞杂交 1理论基础：植物细胞的全能性、细胞膜的流动性。2过程(如下图)：3植物体细胞杂交过程中要明确的几个问题：(1)除去细胞壁的方法：酶解法。(2)诱导原生质体融合的方法：物理法有离心、振动、电激；化学法有用聚乙二醇作诱导剂等。(3)
16、杂种细胞成功的标志：植物新细胞壁的形成。4与传统有性杂交相比，其优越性表现在：(1)克服了不同植物之间远缘杂交不亲和的障碍。(2)打破物种之间的生殖隔离，扩大了遗传重组的范围。变式1(2016河南模拟)科学家把天竺葵和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有一种能驱蚊且对人体无害的香茅醛。下列关于驱蚊草培育的叙述，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培育过程中要用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电激等方法C驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，无愈伤组织和试管苗的形成D驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草杂交而获得，因为不同物种间存在生殖隔离
17、解析：主要考查植物细胞工程的相关知识。植物体细胞杂交包括原生质体融合和植物组织培养过程，在植物组织培养过程中有愈伤组织和试管苗的形成。C 1.光照对组织培养的影响 植物组织培养过程中光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，因为在光照条件下容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。2.植物体细胞杂交技术(1)体细胞融合成功以后，既有AB型杂种细胞，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一
18、个筛选过程。(2)植物体细胞杂交过程仍以植物组织培养为前提，通过植物组织培养完成杂种植株的培育过程。(3)植物体细胞杂交植物的染色体组数：染色体组数目甲、乙两个细胞内染色体组数之和。(两个细胞融合成一个细胞，不管染色体数、染色体组数都可采用两细胞相关数值直接相加的方法。)植物体细胞杂交后的植物，有几个染色体组就称为几倍体。举例：二倍体白菜和二倍体甘蓝体细胞杂交得到的白菜甘蓝有四个染色体组，为四倍体。(4)植物体细胞杂交目前仍有许多理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。考点2 植物细胞工程的应用 例2(2016济宁检测)下图是利用某种植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示
19、意图，据图判断错误的是A过程通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期B通过过程得到的植株既有纯合子又有杂合子C过程属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素D与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限解析：该过程是单倍体育种过程。所以是花药离体培养，获得的是单倍体。基因型为AB、Ab、aB、ab四种，经染色体加倍后的植株B都为纯合子；过程使用秋水仙素使染色体数目加倍，作用的机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，到后期染色单体分开后不能向细胞两极移动；过程属于植物组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导。答案：B提升一：植物繁殖的新途径 1微型繁殖：(1)实质：植物组
20、织培养。(2)原理：植物细胞的全能性。(3)完成植物的微型繁殖技术的生理过程：细胞分裂和细胞分化。(4)优点：保持亲本的优良性状；可以快速大量培育出新个体，有利于工厂化培育；选材少、培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理。2培育无病毒植株：(1)获得成功的实例：马铃薯、甘薯、大蒜、草莓、苹果、香蕉。(2)常选用的部位：茎尖组织。(3)操作过程：切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。3制备人工种子：(1)人工种子的结构：由胚状体、作为保护外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳三部分构成。(2)与天然种子相比较，其优越性有；可使在自然条件下不结实或种子昂贵的
21、植物得以繁殖；固定杂种优势；是一种快捷高效的繁殖方式；可人为控制植物的生长发育和抗逆性等。(3)成果：芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备的人工种子。提升二：作物新品种的培育 1单倍体育种：(1)过程：花药离体培养获得单倍体植株，染色体加倍后就可以得到稳定遗传的优良品种。(2)成果：我国在水稻、小麦、烟草、柏、橡胶和辣椒等植物的单倍体育种处于世界领先水平。(3)方法：花药的离体培养，秋水仙素处理，获得纯合子。(4)优点：后代稳定遗传，都是纯合子；明显缩短育种年限。2突变体的利用：(1)实质：植物组织培养。(2)利用：筛选对人们有利的突变体，进而培育新品种。(3)形成原因：培养的细胞一直处于不断
22、的分生状态，容易受一些条件的影响而产生突变。3细胞产物的工厂化生产：(1)种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2)技术：植物的组织培养。(3)工厂化生产人参皂甙的基本过程：第一步：选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株，其中一部分作为种子保存，以备下一次生产使用，一部分进行发酵生产。第二步：将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。第三步：将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。变式2(2016天津模拟)下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断不正确的是()A若是来自不同
23、植物体细胞融合的杂种细胞，则可能出现不同植物的遗传特性B若是花粉，则是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种C若是人参细胞，对进行扩大培养可提高细胞产物人参皂甙的产量D若是具有杂种优势的农作物细胞，则利用进行繁育会发生性状分离D 解析：杂种细胞发育成的杂种植株具有两种植物体的遗传物质，因而可能表现出两种植物的遗传特性。若是花粉，则是通过离体培养获得的单倍体植株，经染色体加倍后获得的一定是纯合子，因而一定会稳定遗传。若是人参细胞，是脱分化获得的愈伤组织，对愈伤组织进行扩大培养可提高细胞产物人参皂甙的产量。是再分化出的胚状体或丛芽，用其进行繁育属于无性繁殖，后代会保持亲本的性状，所以，若是具有杂种优势的农作物细胞，则利用进行繁育不会发生性状分离。人工种皮“人工薄膜”是指人工种皮。制作人工种皮的材料有海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖淀粉等。对人工种皮的要求：能保持胚状体的活力；有利于种子的贮藏、运输和萌发；选取的材料要有韧性、耐压；对胚状体无毒害，含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素；还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害。高考有我，前程无忧
