1、第36讲 细胞工程第十一单元 现代生物科技专题第十一单元 现代生物科技专题考纲点击1.植物的组织培养()2.动物细胞培养与体细胞克隆()3.细胞融合与单克隆抗体()植物的组织培养与植物体细胞杂交1细胞工程的概念2细胞的全能性(1)含义：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有_的潜能。(2)物质基础：细胞内含有本物种全部的。(3)植物细胞全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于_状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。(4)体内细胞不表达全能性的原因：基因在特定的时间和空间条件下，形成不同的组织、器官。发育成完整生物体遗传信息离体选择性表达3植物组织培养技术(1)原理：植物细胞具有
2、。(2)过程全能性(3)培养条件无菌：培养基、培养材料和培养器械。固体培养基：大多由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。光照：阶段不需要光照。激素调控：培养基中的比例调控组织培养进程。灭菌消毒脱分化生长素和细胞分裂素(选修 3 P36“小知识”改编)固体培养基中的无机营养成分包括_；有机营养成分包括_等物质。答案：水分、无机盐 小分子糖类、氨基酸 4植物体细胞杂交技术(1)概念：将的植物体细胞，在一定条件下融合成，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。(2)操作流程去壁：酶解法，所用酶为。不同种杂种细胞纤维素酶和果胶酶诱导原生质体融合：物理法离心、振动、电激等；化学法常用(PEG)
3、作诱导剂。植物体细胞杂交成功的标志：杂种细胞再生出。优点：克服不同生物远缘杂交的障碍。变异类型：染色体变异。聚乙二醇细胞壁5植物细胞工程的实际应用(2)作物新品种的培育：单倍体育种、的利用。(3)细胞产物的工厂化生产：培养到阶段。突变体愈伤组织下图是植物体细胞杂交过程示意图，如果 A、B 植物均为二倍体，据图分析回答下列问题：(1)图中过程依据的原理是_。(2)植物体细胞融合成功的标志是_，其产生与细胞内_(细胞器)有关。(3)和过程分别是_的过程。该杂种植物有_个染色体组。(4)该杂种植株理论上_(填“可育”或“不可育”)。答案：(1)细胞膜具有流动性(2)形成新的细胞壁 高尔基体(3)脱分
4、化和再分化 四(4)可育 考向 1 植物组织的培养过程1(2018江西上高二中调研)蓝莓中富含的花青素能有效地改善视力，下面为科学家利用植物组织培养的方法，大量培养蓝莓具体流程的文字图解。请回答下列问题：蓝莓组织愈伤组织长出丛芽生根移栽成活(1)用于离体培养的蓝莓组织叫做_，该技术的原理是_。(2)配制 MS 培养基时，应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质，蔗糖除作为碳源外，还具有_的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基，这三种培养基的主要差异是_。(3)图中蓝莓组织要经过消毒处理后才能进行培养。其过程中，细胞的分化程度会_(填“升高”“降低”或“不变
5、”)。(4)愈伤组织经过过程重新分化成根或丛芽的过程叫_。(5)蓝莓花青素在 60 以下的热稳定性较好，将含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低 40)制成成品。采用该方法的主要原因是_。解析：(1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，用于离体培养的组织叫做外植体。(2)配制 MS 培养基时，应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质，蔗糖除作为碳源外，还具有提供能量和维持渗透压的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基，这三种培养基的主要差异是生长素和细胞分裂素的用量及比例不同。(3)图中过程是脱分化形成愈伤组织的过程，高度分化的细胞恢复分裂能力，则分
6、化程度降低。(4)图中过程是愈伤组织经过再分化形成丛芽或根的过程。(5)含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低 40)制成成品，采用该方法的主要原因是避免(干燥时温度过高导致)花青素分解。答案：(1)外植体 植物细胞具全能性(2)提供能量和维持渗透压 生长素和细胞分裂素的用量及比例不同(3)降低(4)再分化(5)避免(干燥时温度过高导致)花青素分解2(2018安徽芜湖质检)下图为 A、B 两种二倍体植物体细胞杂交过程示意图，请据图回答：(1)步骤的方法是_。步骤常用的化学试剂是_，之后_(是/否)需要筛选。(2)在利用杂种细胞培育成为杂种植物的过程中，运用的技术手段是_，其中步骤是_。植物
7、体细胞杂交的目的是获得新的杂种植物，与 A、B 两种植物相比，该杂种植物是新物种的原因是_。(3)培育该杂种植物的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔遗传规律？为什么？_。解析：(1)图为植物体细胞杂交过程示意图，其中表示去壁获取原生质体的过程，常用酶解法，即用纤维素酶和果胶酶处理；表示人工诱导原生质体融合，常用的化学试剂是聚乙二醇(PEG)，诱导后形成的两两融合的原生质体有三种，所以需要进行筛选。(2)图中表示再生出新细胞壁的过程，杂种细胞通过植物组织培养技术培育成为杂种植物，过程表示脱分化；表示再分化过程。图中获得的杂种植物与 A、B 两种植物间均存在生殖隔离，所以是新物种。(3)图示为植
8、物体细胞杂交过程，没有经过不同配子的结合，所以不属于有性生殖，因此该过程中遗传物质的传递不遵循孟德尔遗传规律。答案：(1)酶解法 聚乙二醇 是(2)植物组织培养技术 脱分化 该杂种植株与 A、B 两种植物间均存在生殖隔离(3)不遵循，该过程不属于有性生殖(1)植物组织培养中生长素和细胞分裂素的比值与效果生长素/细胞分裂素的比值作用效果 比值高时促进根分化、抑制芽形成 比值低时促进芽分化、抑制根形成 比值适中促进愈伤组织形成(2)植物组织培养中光照的使用脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。考向 2 植物体细胞杂交过程3(2018长春模拟)为培育出含 胡萝卜素的“
9、黄金大米”，科研人员提出以下两套培育方案。请分析回答下列问题：甲方案：乙方案：(1)甲方案中，胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是_。若研究人员已知 胡萝卜素基因序列，可采用_方法获得 胡萝卜素基因。过程中可用_技术检测水稻体细胞 DNA 上是否插入了 胡萝卜素基因。(2)乙方案中，在体细胞杂交前需要用酶除去细胞壁获得原生质体，诱导体细胞融合的化学试剂常用_。通过获得“黄金大米”幼苗需要经过_两个过程，依据的原理是_。在培养过程中，除了在培养基中添加营养物质外，还需要添加_。(3)与传统育种方法相比，甲、乙两套方案共同的优点是_。答案：(1)所有生物共用一套遗传密码(密码子)
10、人工合成 DNA 分子杂交(2)聚乙二醇 脱分化和再分化(植物)细胞的全能性(植物)激素(生长素和细胞分裂素)(3)克服远缘杂交不亲和的障碍(打破生殖隔离)考向 3 植物细胞工程的应用4(2018湖北武汉调研)应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株，也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程：茎段愈伤组织处理1：先用射线照射处理2：后在培养基中加入物质X挑选生长的愈伤组织耐盐植株回答下列问题：(1)愈伤组织是由离体的茎段经_过程形成的，此时愈伤组织细胞_(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。(2)对愈伤组织进行了两次处理，处理 1 中 射线照射的目的是_
11、，用 射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是_；处理 2 中添加的物质 X 为_。(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜甘蓝、三倍体无子西瓜、农杆菌转化法获得的抗虫棉中，必须用到植物组织培养技术的是_。解析：(1)离体的茎段经过脱分化过程可形成愈伤组织，此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞具有较高的全能性。(2)图中对愈伤组织进行了两次处理，处理 1 是用 射线照射诱发愈伤组织细胞发生基因突变。愈伤组织细胞分裂能力强，易受到培养条件和外界压力的影响而发生基因突变。处理 2 是抗盐接种实验，即在培养基中加入 NaCl，适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组
12、织死亡。(3)作物育种研究中常用农杆菌转化法将含抗虫基因的 Ti 质粒导入到植物体细胞中，再利用植物组织培养技术获得抗虫的农作物。运用细胞工程培育白菜甘蓝杂种植株，需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。答案：(1)脱分化 具有(2)诱发基因突变 愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发基因突变 NaCl(或盐)(3)白菜甘蓝、抗虫棉 动物细胞培养和核移植技术1动物细胞培养动物细胞工程技术的基础(1)原理：。(2)过程细胞增殖(3)培养条件无菌、无毒的环境：对和所有培养用具进行无菌处理；添加；定期更换培养液以清除。营养：除正常的有机和无机营养外，还需加入等一些天然成分。温度和 pH：适宜温度为
13、(哺乳动物)，pH为。气体环境：95%空气加(维持培养液的 pH)。(4)应用：生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。培养液抗生素代谢产物血清、血浆36.50.57.27.45%CO22动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)原理：。(2)动物体细胞核移植技术的过程动物体细胞核具有全能性(3)应用加速家畜进程，促进优良畜群繁育。保护。生产医用蛋白。作为异种移植的供体。用于组织器官的移植。(4)存在问题：、克隆动物存在健康问题、动物食品的安全性问题等。遗传改良濒危物种成功率低(选修 3 P44“寻根问底”改编)胰蛋白酶处理动物组织，对细胞的消化有两种情况：(1)短时间内_(填“会”或“不会”)被消
14、化，原因是_。(2)长时间后细胞_(填“会”或“不会”)被消化，原因是_。答案：(1)不会 细胞表面具有糖蛋白，对细胞具有一定的保护作用(2)会 细胞表面糖蛋白的保护作用是有限的；细胞膜的主要成分包括磷脂和蛋白质，蛋白质可被胰蛋白酶水解1(2018武汉调研)如图为动物细胞培养的基本过程示意图。请回答下列问题：(1)容器 A 中放置的一般是幼龄动物的器官或组织，原因是其细胞_，易于培养。培养时先要剪碎，然后用_分散细胞，制成 B 瓶中的细胞悬液。将细胞悬液转入 C 瓶中进行的初次培养称为_。(2)细胞正常培养了一段时间后，发现细胞绝大部分死亡，只有极少数细胞存活，这是因为存活的细胞发生了_，可无
15、限增殖。目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为_代以内的细胞，以保持细胞正常的_核型。(3)C、D 瓶中的培养液为保证无菌、无毒的环境，需要添加一定量的_。培养过程中还需要提供 O2 和 CO2 等气体环境，CO2 的作用主要是_。(4)动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度的某些物质。如图是血清对正常细胞和癌细胞培养影响的实验结果。据图可知，培养_细胞一定要添加血清。解析：(1)动物细胞培养的过程：取动物组织块(或动物胚胎或幼龄动物的器官)剪碎用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞制成细胞悬液转入培养瓶中进行原代培养贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代
16、培养。(4)据图可知，培养癌细胞时有无血清影响不大，而培养正常细胞时，有血清时的细胞数远大于无血清时的细胞数，故培养正常细胞必须要添加血清。答案：(1)分裂能力强 胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)原代培养(2)基因突变 10 二倍体(3)抗生素 维持培养液的 pH(4)正常2(2018福建漳州月考)如图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病的过程图解。请据图回答下列问题：(1)图中所示的结构名称是_。(2)图中所示的生物技术名称分别是_、_。(3)过程通常用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大、易操作、营养物质丰富外，还因为它_。(4)过程通常用做受体细胞的原因是_。(5)图 示 方 法 与
17、一 般 的 异 体 移 植 相 比 最 大 的 优 点 是_，该种基因治疗所属类型为_。解析：(1)是从供体(患者)体细胞分离出的细胞核，是从核移植得到的重组细胞A培养形成的早期胚胎中提取的胚胎干细胞。(2)表示核移植技术，表示转基因技术。(3)核移植的受体细胞一般是卵母细胞，原因是它体积大、易操作，含有供胚胎发育的营养物质，它还含有促进细胞核全能性表达的物质。(4)早期胚胎中的干细胞分化程度低，全能性高，可诱导分化成各种组织器官。(5)图示培育出的细胞(胰岛 B 细胞)核来自患者本人，所以移植后不发生免疫排斥反应；图中所示基因治疗是体外转基因，故所属类型为体外基因治疗。答案：(1)胚胎干细胞
18、(2)核移植技术 转基因技术(基因工程、DNA 重组技术、基因拼接技术)(3)含有促进细胞核全能性表达的物质(4)这些细胞分化程度极低，具有全能性，可以定向地诱导分化为各类细胞(5)没有免疫排斥反应 体外基因治疗(1)核移植时应选 M中期卵母细胞的原因 此类细胞体积大，易于操作；卵黄多，营养物质丰富，可为发育提供充足的营养；卵母细胞的细胞质中存在激发细胞核全能性表达的物质。(2)克隆动物是由重组的细胞经培养而来的，该重组细胞的细胞质基因来源于受体细胞，细胞核基因来源于提供细胞核的亲本，其遗传物质来自 2 个亲本。(3)核移植中供体动物、提供卵母细胞的动物、代孕动物和克隆动物之间的关系：克隆动物
19、绝大部分性状与供体动物相同，少数性状与提供卵母细胞的动物相同，与代孕动物的性状无遗传关系。(4)动物体细胞核移植技术(克隆)从生殖方式的角度看属无性生殖，重组细胞相当于受精卵，需要动物细胞培养和胚胎工程技术的支持。动物细胞融合和单克隆抗体1动物细胞融合(1)概念：两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，也称细胞杂交。(2)条件：需要用聚乙二醇(PEG)、或电激等诱导因素。(3)原理：。(4)结果：形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为。灭活的病毒细胞膜的流动性杂交细胞(5)意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。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
20、手段，为制备开辟了新途径。单克隆抗体2单克隆抗体(1)制备原理：一种浆细胞产生一种抗体，浆细胞在体外(填“能”或“不能”)无限增殖；骨髓瘤细胞能；浆细胞与骨髓瘤细胞融合得到细胞，既能无限增殖，又能产生特异性抗体。(2)制备过程不能无限增殖杂交瘤体内培养(3)制备单克隆抗体过程中的两次筛选项目筛选的对象方法 第一次筛选杂交瘤细胞利用特定的选择培养基：在该培养基中只有细胞能存活，其他细胞(未融合的 B 细胞和瘤细胞、融合后的BB 细胞和瘤瘤细胞)均不能成活 第二次筛选能产生_ _的杂交瘤细胞利用特定抗原通过杂交技术确认抗体性质杂交瘤特异性抗体抗原抗体(4)优点：特异性强、灵敏度高，可大量制备。(5
21、)用途：作为诊断试剂；用于治疗疾病和。运载药物下图为单克隆抗体制备流程(顺序已被打乱)，请据图分析：(1)图中 B 注射特定抗原的目的是什么？(2)在获取 C 细胞的过程中，筛选淘汰了哪些细胞？(3)请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来。答案：(1)目的是刺激机体发生免疫应答，从而产生效应 B 细胞(浆细胞)。(2)未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“BB”细胞、“瘤瘤”细胞)都会被淘汰，只有融合的杂交瘤细胞(“B 瘤”细胞)才能生长。(3)1如图为动物细胞融合示意图，请据图回答下列问题：(1)图中仙台病毒的作用是_。(2)若仅考虑两两融合，则 A 细胞和 B 细
22、胞融合后共有_三种类型。(3)由杂种细胞形成无性系 1、2、3 的方法，可以称为_。(4)此项技术最重要的应用是_。解析：(1)诱导细胞融合需要有促融剂，例如聚乙二醇、仙台病毒等。(2)若仅考虑两两融合，则 A 细胞和 B 细胞融合后共有AA、AB、BB 三种类型。(3)无性繁殖可以称之为克隆。(4)细胞融合技术最重要的应用是制备单克隆抗体。答案：(1)促进细胞融合(作为促融剂)(2)AA、AB、BB(3)克隆(4)制备单克隆抗体2(2018宁夏平罗中学月考)类风湿性关节炎(RA)是一种自身免疫病，致残性强。研究表明，该病的病理与肿瘤坏死因子(TNF)密切相关，而一种人鼠嵌合的抗 TNF 单克
23、隆抗体能有效治疗 RA。如图为该单克隆抗体制备过程示意图，请据图回答下列问题：(1)单克隆抗体的制备涉及细胞工程中的_、_技术。(2)图中的抗原 A 是_，HAT 培养基的作用是_。B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞具有的特点是_。(3)医疗上，把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“_”，借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。(4)克隆动物是指用_方法得到的动物。(5)单克隆抗体的特点是_、_、_。解析：(1)单克隆抗体制备涉及动物细胞培养和动物细胞融合技术。(2)图中刺激免疫动物产生抗 TNF 单克隆抗体的抗原是肿瘤坏死因子(TNF)。HAT 培养基的作用是筛选出杂交瘤
24、细胞。杂交瘤细胞既能无限增殖，又能产生特异性抗体。(3)医疗上，把单克隆抗体与化学药物或细胞毒素相结合制成“生物导弹”，借助抗体的定向作用将药物带到病变细胞并将其杀死。(4)克隆动物是指用核移植方法得到的动物。(5)单克隆抗体的特点是：特异性强、灵敏度高，并可能大量制备 答案：(1)动物细胞融合 动物细胞培养(2)肿瘤坏死因子(或 TNF)筛选出杂交瘤细胞 既能大量增殖，又能产生特异性抗体(3)生物导弹(4)(动物体细胞)核移植(5)特异性强 灵敏度高 并可能大量制备清一清易错点 1 不清楚植物脱毒苗培养时选择要求及原理点拨 由于植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，所以常采用茎尖组织培养技术获
25、得脱毒苗。易错点 2 误认为植物组织培养均需“再分化至幼苗”，“人工种子”即平常所说的“种子”点拨(1)组织培养的目的不同，培养的阶段不同。如：生产细胞代谢产物，只需培养至愈伤组织时期；生产人工种子，则需要培养至胚状体时期；获得植株就需培养至幼苗时期。(2)人工种子是通过无性生殖(植物体细胞的组织培养技术)形成的，只有一个亲本的性状；自然种子是有性生殖的产物，具有两个亲本的性状。易错点 3 混淆植物有性生殖与体细胞杂交中遗传物质的变化点拨 若两个不同品种的植物细胞 A、B 进行融合，A 含有2X 条染色体，2 个染色体组，基因型为 Aabb；B 含有 2Y 条染色体，2 个染色体组，基因型为
26、ccDd，则：(1)植物体细胞杂交获得的新植株应为四倍体，体细胞中染色体数为 2X2Y，基因型为 AabbccDd，从中不难看出，体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管是染色体数、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。(2)植物有性杂交获得的子代细胞中染色体数为 XY、基因为AbcD 或 abcD 或 Abcd 或 abcd，即先减半再相加。易错点 4 误认为动物细胞培养液中加入 5%CO2 的目的是维持气体平衡或用于呼吸点拨 动物的细胞培养时，需向培养液中加入 5%CO2(95%空气)，加入 CO2 的目的是维持培养液的 pH。易错点 5 不清楚动物细胞克隆化培养时为何常选 10 代以内
27、的细胞，而瘤细胞却为 50 代以后点拨 取供体动物的体细胞培养，一般选用传至 10 代以内的细胞，因为 10 代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。然而欲获得无限增殖的瘤细胞则往往在 50 代以后，其遗传物质已发生变化，具癌变特性。判一判(1)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(四川高考)()(2)在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞()(3)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性()(4)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()(5)可以用盐酸处理植物细胞获得植物原生质体()(6)经植物组织
28、培养得到的胚状体可直接作为人工种子()(7)微型繁殖一定能保持亲本的优良性状()(8)组织培养过程中培养的细胞由于处于不断的分生状态而容易发生突变()(9)细胞产物的工厂化生产应从组织培养得到的新个体中提取细胞产物()(10)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入 5%的 CO2 刺激细胞呼吸()(11)与“多利”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植技术()(12)植物原生质体融合和动物细胞融合原理是相同的()(13)小鼠骨髓瘤细胞的染色体数为 40，B 淋巴细胞的染色体数为 46，融合后形成的杂交瘤细胞 DNA 分子数为 86()(14)杂交瘤细胞进行体内培养，是为了获得能产生单克隆抗体的胚胎()(15)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体()本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放