1、版 第12单元 第2讲 细胞工程第2讲_细胞工程考纲导学1.植物的组织培养()2动物的细胞培养与体细胞克隆()3细胞融合与单克隆抗体()知识梳理| 夯实高考双基回扣教材一、细胞工程1操作水平：细胞水平或细胞器水平。2目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。二、植物细胞工程1理论基础细胞的全能性(1)定义：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。(2)原理：细胞中具有本物种全部遗传信息。2植物组织培养技术(1)概念理解培养对象：离体的植物组织、器官或细胞。培养条件：无菌、人工配制的培养基、相关激素等人工控制条件。培养结果：产生愈伤组织、丛芽，最终形成
2、完整的植株。(2)操作流程外植体根、芽或胚状体试管苗3植物体细胞杂交技术(1)定义：将不同种的植物体细胞，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。(2)操作流程过程为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，常用方法是酶解法，所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。过程是原生质体的融合，人工诱导的物理法包括离心、振动、电激等；化学法一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。(3)过程是原生质体融合后再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。(4)植物体细胞杂交的意义：克服了不同种生物远缘杂交不亲和的障碍。4植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径：微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培
3、养技术。作物脱毒：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。(2)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。(3)细胞产物的工厂化生产：如人参皂甙干粉的生产。三、动物细胞工程1动物细胞培养(1)培养过程(2)培养条件无菌无毒环境：通常在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。营养：除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外还通常需加入血清、血浆等天然成分。适宜温度和pH：温度为36.50.5 ，pH为7.27.4
4、。气体环境：CO2和O2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。(3)应用生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。2动物体细胞核移植技术和克隆动物(1)动物体细胞核移植技术的过程(2)原理：动物体细胞核具有全能性。3动物细胞融合(1)原理：细胞膜的流动性。(2)融合方法：聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。(3)意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能，也为制造单克隆抗体开辟了新途径。4单克隆抗体(1)制备过程(2)优点：特异性强、灵敏度高，并可大量制备。(3)用途：作为诊断试剂，用于治疗疾病和运载药物。网络记忆重点突破| 领悟高考方向重点1植物细胞工程典例
5、导悟1(2013重庆高考)某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材消毒愈伤组织培养出芽生根移栽”。下列有关叙述，错误的是()A消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害B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C出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控D生根时，培养基通常应含萘乙酸等生长素类调节剂【解析】本题以植物组织培养为背景材料，对植物组织培养、植物体细胞杂交、细胞分化以及植物的激素调节等知识进行综合考查。消毒主要是为了杀死材料表面的微生物，同时要注意减少对植物细胞的伤害，A项正确；植物细胞融合前必须先去除细胞壁才能诱导融合，直
6、接在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，不能得到融合细胞，B项错误；出芽从细胞水平上看，是细胞分化的结果，从分子水平上看，是基因选择性表达的结果，C项正确；生长素类调节剂可促进愈伤组织生根，因此生根时，培养基中应含有生长素类调节剂，D项正确。【答案】B考点精讲1植物激素在植物组织培养中的作用生长素/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.植物体细胞杂交后的遗传物质分析(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。(2)染色体组数染色体组数两种植物体细胞内染色体组数之和。植物体细胞杂交形
7、成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。3植物组织培养与植物体细胞杂交的比较名称植物组织培养植物体细胞杂交原理细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性过程应用繁殖培育新品种生产细胞产品克服远缘杂交的不亲和性，培育作物新品种命题视角视角植物组织培养与植物体细胞杂交的分析1下图所示为科学家利用番茄叶细胞和马铃薯叶细胞杂交培育“番茄马铃薯”植株的过程，请回答下列问题：(1
8、)过程使用了_酶，以使植物原生质体相互分离，此处使用的溶液浓度较大，以保证植物细胞会发生_，以保护原生质体不被破坏；在动物细胞培养技术中，使细胞分离开来的酶是_。(2)过程在化学药剂_的作用下会发生细胞融合；动物细胞融合的方法与植物细胞不相同的是_。(3)过程_属于脱分化，过程_属于再分化，细胞发生分化的根本原因是_。(4)过程的细胞工程技术是_，其培养时选用的材料通常是分生组织，原因是_。(5)植物体细胞杂交的研究在_方面，取得了巨大突破。【答案】(1)纤维素酶和果胶质壁分离胰蛋白酶(2)聚乙二醇可以使用灭活的病毒(3)基因的选择性表达(4)植物组织培养全能性高，易培养形成愈伤组织(5)克服
9、不同生物远缘杂交不亲和的障碍心有灵犀 规避植物细胞工程的三个易错点(1)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得脱毒苗。(2)愈伤组织处于不断的分生状态，容易受到射线、化学物质等的影响而产生突变。(3)植物体细胞杂交获得的杂种细胞的类型有三种：AA型、BB型、AB型，符合要求的只有AB型，需要进行筛选。重点2动物细胞的培养与动物体细胞核移植典例导悟2回答下列问题。(1)在哺乳动物的核移植实验中，一般通过_(物理方法)将受体细胞激活，使其进行细胞分裂和发育，当胚胎发育到_阶段时，将胚胎移入受体(代孕)动物体内。(2)一般情况下，体外扩增目的基因常用的方法是_。在动物
10、细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面相互接触时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的_。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用_处理。(3)获取干扰素的传统方法是从人的白细胞中提取，但产量很低。科学家利用_酶将干扰素基因与牛乳腺蛋白基因的启动子(即RNA聚合酶_的部位)等调控组件连接在一起，采用_的方法将重组DNA导入牛的_细胞中，经胚胎早期培养一段时间后移植入母体内发育成熟，即可获得能产生干扰素的转基因牛，大大提高了干扰素的产量。【解析】(1)哺乳动物的核移植实验中，一般通过电脉冲(或电刺激)激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程。只有当胚胎发育到桑椹胚或囊胚阶段时，才可移入受体
11、(代孕)动物体内。(2)一般情况下，常用PCR技术体外扩增目的基因。在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面相互接触时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用胰蛋白酶处理。(3)启动子是RNA聚合酶识别与结合的部位。将目的基因导入牛的受精卵细胞中常采用显微注射的方法。【答案】(1)电脉冲(或电刺激)桑椹胚或囊胚(2)PCR技术(多聚酶链式反应)接触抑制胰蛋白酶(3)DNA连接识别与结合显微注射受精卵考点精讲1动物细胞培养和动物体细胞核移植的比较动物细胞培养动物体细胞核移植原理细胞增殖动物细胞核的全能性过程结果获得细胞群获得与供体遗传物质
12、基本相同的个性2.动物细胞核移植的疑难解析(1)卵母细胞选择时期及原因：M中期的卵母细胞，此时具备受精能力，细胞质中合成与分裂、分化有关的物质能刺激融合后重组细胞进行分裂分化，形成重组胚胎。(2)选卵细胞作为受体细胞的原因卵细胞大，易于操作。卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养。能激发重组细胞分裂分化。(3)供体细胞：取供体动物的体细胞培养，一般选用传代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。(4)动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体的原因：动物体细胞的全能性受到限制。(5)该过程用到的技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培
13、养和胚胎移植。命题视角视角1动物细胞培养过程分析2某研究小组进行药物试验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题：(1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同。一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量_。(2)在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是_。细胞培养应在含5%的CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是_。(3)在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长_。药物试验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以
14、传代的次数更_。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需用_处理。(4)为了防止基因培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的_。(5)已知癌基因X过量表达与肝肿瘤的发生密切相关，要试验一种抗肿瘤药物Y对甲组细胞生长的影响，可将甲细胞分为A、B两组，A组细胞培养液中加入_，B组细胞培养液中加入无菌生理盐水，经培养后，从A、B两组收集等量细胞，通过分别检验X基因在A、B两组细胞中的_或_合成水平的差异，确定Y的药效。【答案】(1)多(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质维持培养液pH(3)停止多胰蛋白酶(4)抗生素(5)YmRNA蛋白质心有灵犀 动物细胞培养的三点提醒(1)动物细胞培养时选用幼
15、龄动物组织或胚胎进行细胞培养的原因：细胞分化程度低，增殖能力很强，更易于培养。(2)进行动物细胞培养时用2次使用胰蛋白酶分散细胞，是因为细胞间的物质主要是蛋白质。分散细胞时不能用胃蛋白酶，因为胃蛋白酶作用的适宜pH约为2。胰蛋白酶作用的适宜pH为7.27.8，而多数动物细胞培养的适宜pH为7.27.4。(3)正常动物细胞培养的特点贴壁生长和接触抑制。悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为贴壁生长。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。而癌细胞丧失了以上特性。视角2体细胞核移植过程分析3(2016全国甲卷)下图表示通过核移植等技
16、术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题：(1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为_。过程表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用_的方法。代表的过程是_。(2)经过多次传代后，供体细胞中_的稳定性会降低。因此，选材时必须关注传代次数。(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是_。(4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了_。【解析】(1)哺乳动物的正常细胞核中性染色体的组成为XX(雌性)或XY(雄性)。卵母细胞在培养至减数第二次分裂的中期时，常采用显微操作法去
17、除细胞核。过程是将早期胚胎移植到代孕个体的子宫中，即代表的是胚胎移植。(2)一般来说，动物细胞在传代培养到1050代时，部分细胞的细胞核型可能会发生变化，即遗传物质的稳定性会降低。因此，选材时一般选10代以内的细胞，以保证细胞正常的二倍体核型。(3)获得的克隆动物性状与供体动物基本相同，但不完全相同，从遗传物质的角度分析，性状不完全相同的原因是：克隆动物细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。(4)高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性在卵母细胞细胞质中的物质的作用下仍能得以表达。故克隆羊“多莉(利)”以及其他克隆动物的培育成
18、功，证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。【答案】(1)XX或XY显微操作胚胎移植(2)遗传物质(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响(4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性心有灵犀 动物体细胞核移植的三点提醒(1)该技术形成重组细胞发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。(2)克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。(3)核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同：克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外线粒体中的DNA主要来自于受体卵细胞。性状是基因与环境共同作用的结果。在个体发育过程中有可能发生基因突变
19、，产生供核动物没有的性状。重点3动物细胞的融合与单克隆抗体的制备典例导悟3(2013重庆高考)下图是单克隆抗体制备流程的简明示意图。下列有关叙述，正确的是()A是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应T淋巴细胞B中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成C同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性D是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群【解析】明确单克隆抗体制备过程的几个关键环节是准确解答本题的关键。是从小鼠脾脏中获得的能产生抗体的浆细胞，A项错误；中应该使用能促进细胞融合的促融剂，如聚乙二醇等，B项错误；同时具有从脾脏中分离出的浆细胞和骨髓瘤细胞的特性，C项错误；是经筛选培养获得的能产生特异性抗体的细胞群，
20、D项正确。【答案】D考点精讲1动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较细胞工程动物细胞融合植物体细胞杂交原理细胞膜的流动性、细胞增殖细胞膜的流动性、植物细胞的全能性诱导手段物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇生物法：灭活的病毒物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇诱导过程获得分离的单个动物细胞(胰蛋白酶处理)诱导融合动物细胞培养(细胞产品)去细胞壁(纤维素酶、果胶酶)原生质体融合(获得杂种原生质体)植物细胞培养(获得杂种植物)应用单克隆抗体的制备(杂交瘤细胞)白菜甘蓝等杂种植物2.单克隆抗体的制备中应注意的问题(1)原理：每一个浆细胞(效应B细胞、B淋巴细胞)只产生一种抗体，但不能增殖，小鼠骨
21、髓瘤细胞能够无限增殖。因此杂交瘤细胞就具备了既能无限增殖，又能大量产生单一抗体的特征。(2)取相应B淋巴细胞前必须先注射相应抗原，否则不能获得单克隆抗体。(3)细胞融合后需经二次筛选第一次：在特定的选择性培养基上，未融合的亲本细胞(B淋巴细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞(BB融合细胞、瘤瘤融合细胞)都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交瘤细胞)才能生长。第二次：经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞(很多种杂交瘤细胞)，需经克隆化培养和抗体检测，经筛选后才可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。命题视角视角动物细胞融合与单克隆抗体制备的分析4(2014新课标全国卷)某研究者用
22、抗原(A)分别免疫3只同种小鼠(X、Y和Z)，每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数)，结果如下图所示。若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞(染色体数目40条)，并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞(染色体数目60条)按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。回答下列问题：(1)制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16 000以上，则小鼠最少需要经过_次免疫后才能有符合要求的。达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细胞
23、的是_小鼠，理由是_。(2)细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有_，体系中出现多种类型细胞的原因是_。(3)杂交瘤细胞中有_个细胞核，染色体数目最多是_条。(4)未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是_。【答案】(1)4YY小鼠的血清抗体效价最高(2)B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞细胞融合是随机的，且融合率达不到100%(3)1100(4)不能无限增殖心有灵犀 植物体细胞杂交和动物细胞融合过程中所选酶和结果的辨(1)植物体细胞杂交与动物细胞融合中酶的作用对象不同，纤维素酶和果胶酶作用于细胞壁，而胰蛋白酶作用于细胞间的蛋白质。(2)植物杂交细胞在激素诱导下能表达出全能性，但动物杂交细胞的全能性不能表达。
