备战2020年高考生物一轮复习第41讲 细胞工程 讲义 (2)

第41讲细胞工程

【最新考纲】 1.植物的组织培养(Ⅱ)。2.动物细胞培养与体细胞克隆(Ⅱ)。3.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)。

考点一植物细胞工程

1．细胞工程的操作水平和目的

(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。

2．植物组织培养技术的原理、条件及过程

(1)原理：植物细胞全能性。

(2)全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。

(3)过程

3．植物体细胞杂交的程序

4．植物细胞工程的应用

(1)植物繁殖新途径：微型繁殖、作物脱毒、人工种子等。

(2)培养作物新品种：单倍体育种和突变体的利用。

(3)细胞产物的工厂化生产：利用植物组织培养技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。

诊断辨析

(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。(√)

(2)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。(×)

(3)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。(×)

(4)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。(×)

(5)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。(√)

热图解读

如图表示的是植物体细胞杂交流程示意图。请据图思考下列问题：

(1)a表示什么过程？该过程为什么使用纤维素酶和果胶酶？

(2)b表示什么过程？该过程的原理是什么？

(3)诱导b融合的方法有哪些？

提示(1)a表示去除细胞壁获得具有活力的原生质体，由于植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以需要使用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。

(2)b表示原生质体的融合，其原理是细胞膜具有一定的流动性。

(3)物理法和化学法。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。

考向一植物组织培养过程分析

1．植物叶肉细胞原生质体的分离和培养的主要过程可用下面所示图解简单表示：

(1)培育胚状体利用了________这一项生物技术，胚状体再继续培养，则可培育出完整的植株，这体现了____________。培养基中除了含有一定的营养外，还必须含有________________等植物激素，还需要对培养基进行严格的________。

(2)如果愈伤组织是三七叶肉细胞培养产生的，若为了获得三七的细胞产物，则只需要培养到________；若为了获得三七的人工种子，则需要培养到____________。如果愈伤组织是棉花叶肉细胞培养产生的，通过基因工程要获取抗虫棉，目的基因导入棉花愈伤组织细胞常用的方法是

________法。

(3)从叶片的叶肉细胞到获得胚状体的过程中，必须要经过________。

①无丝分裂②有丝分裂③减数分裂④原代培养⑤传代培养⑥植物体细胞杂交⑦细胞融合⑧脱分化⑨再分化

答案(1)植物组织培养植物细胞的全能性细胞分裂素、生长素灭菌

(2)愈伤组织胚状体农杆菌转化

(3)②⑧⑨

考向二植物体细胞杂交过程分析

2．(2017·山东师大附中三模)下图是细胞融合示意图，请据图回答：

(1)过程①②应使用__________________处理细胞，以去除植物细胞壁。

(2)过程③叫作____________，该过程常用的诱导方法是____________。

(3)过程④是细胞壁的再生过程，与此过程密切相关的细胞器是________。

(4)⑤过程中进行的细胞分裂方式是________，该过程先诱导细胞分裂形成________，再由它分化形成杂种植物幼苗。

(5)若番茄细胞内含A个染色体，马铃薯细胞内含B个染色体，则番茄—马铃薯细胞内含________个染色体；若对番茄和马铃薯采用杂交育种方法能成功的话，得到的后代应含__________个染色体，若要得到可育的番茄—马铃薯，必须用__________来处理幼苗。这两种方法相比，体细胞杂交方法的优点是________________________。

解析(1)过程①②表示用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁。(2)过程③是诱导去壁后得到的原生质体融合。(3)植物细胞壁的形成与高尔基体有关。(4)⑤过程表示先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成试管苗。(5)植物体细胞杂交得到的番茄—马铃薯细胞内含有的染色体数是两种植物染色体数之和即A＋B；番茄和马铃薯有性杂交得到的后代的染色体数是A/2＋B/2，此后代不可育，必须用秋水仙素处理幼苗。

答案(1)纤维素酶和果胶酶

(2)原生质体融合物理和化学法(电激、聚乙二醇诱导)

(3)高尔基体

(4)有丝分裂愈伤组织

(5)A＋B(A＋B)/2秋水仙素克服远缘杂交不亲和的障碍

整合提升

植物组织培养和植物体细胞杂交的比较

的茎、叶和成熟的组织则较难。

(2)对外植体要进行消毒处理，而对各种器械要彻底灭菌。

(3)植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖，用葡萄糖也可以，但后者的成本高。

(4)不同细胞的全能性不同，具体表现为：受精卵>生殖细胞>体细胞，离体细胞的全能性表达与分化程度呈负相关，但生殖细胞特殊。

(5)利用植物组织培养生产细胞产物时，有时只需将外植体培养到愈伤组织，从愈伤组织中获取产物。

(6)人工种子发育初期需要的营养物质由人工胚乳提供。

考点二 动物细胞工程

1．动物细胞工程常用的技术手段

常用手段：动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等，其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。

2．动物细胞培养的过程

3．动物的克隆

(1)过程：动物体细胞克隆包括动物细胞核移植和胚胎移植两个过程。

(2)核移植的原理是动物细胞核具有全能性。

(3)核移植分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。

(4)核移植过程

(5)选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作，卵(母)细胞细胞质多，营养丰富，含有促进核全能性表达的物质。

(6)体细胞核移植技术存在的问题是什么？

克隆动物存在着健康问题，表现出遗传和生理缺陷等。

4．动物细胞融合及单克隆抗体制备

(1)原理：细胞膜的流动性。

(2)方法：物理法(离心、振动、电刺激)、化学法和生物法(灭活病毒)。

(3)应用：制备单克隆抗体，过程如下：

(4)单克隆抗体的特点：特异性强、灵敏度高并可大量制备。

诊断辨析

(1)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。(×)

(2)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。(×)

(3)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。(√)

(4)植物原生质体融合和动物细胞融合原理是相同的。(√)

(5)动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用相同。(×)

(6)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。(×)

(7)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。(×)

(8)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。(×)

(9)B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种细胞类型(若仅考虑两两融合的情况)。(√)

热图解读

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注射的物质是什么？其目的是什么？

(2)在获取C细胞的过程中，筛选淘汰了哪些细胞？

(3)C细胞有什么特点？

(4)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。

提示(1)注射特定抗原；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)既能无限增殖，又能产生特定的抗体。

考向一动物细胞培养过程的考查

1．某研究小组为测定某种药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列叙述正确的是()

A．制备肝细胞悬液时，可用胃蛋白酶处理肝组织块

B．恒温培养箱中的CO2浓度维持在5%左右，以促进细胞呼吸

C．为了保证细胞培养所需的无病毒环境，需大量添加各种抗生素

D．本实验应设置对照实验，以检测药物对甲、乙细胞的毒性大小

解析在利用肝组织块制备肝细胞悬液时，常用胰蛋白酶，不能使用胃蛋白酶，因为胃蛋白酶需要在强酸环境下才能起作用，但这样的环境不适于细胞生存，A错误；细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是维持培养液的pH，B错误；抗生素是用来杀菌的，不是杀病毒的，C错误；本实验应设置对照实验，用添加药物的培养液分别培养甲、乙细胞，根据变异细胞占培养细胞的比例，以检测药物对甲、乙的毒性大小，D正确。

答案 D

2．用动、植物体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是()

A．都需用CO2培养箱

B．都必须用液体培养基

C．都要在无菌条件下进行

D．都可体现细胞的全能性

解析动物细胞培养需要用CO2培养箱，但植物细胞培养不需要用CO2培养箱，A错误；动物细胞培养必须用液体培养基，而植物组织培养需要用固体培养基，B错误；动、植物细胞培养都要在严格的无菌条件下进行，C正确；植物细胞培养能体现细胞的全能性，而动物细胞培养的原理是细胞增殖，不能体现全能性，D错误。

答案 C

3．关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述，错误的是()

A．动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同

B．动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶

C．烟草叶片离体培养能产生新个体，小鼠杂交瘤细胞可离体培养增殖

D．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

解析动物细胞培养所用培养基为液体培养基，需加入血清、血浆等。植物组织培养所用培养基为固体培养基，不需要加入血清、血浆等，但需加入植物激素，A项正确；胰蛋白酶能使动物细胞间的蛋白质水解，使动物组织分散成单个细胞，植物组织培养不需要胰蛋白酶，B项错误；高度分化的植物细胞有全能性，烟草叶片离体培养能产生新个体，杂交瘤细胞具有骨髓瘤细胞的特点，体外培养能无限增殖，C项正确；通过培养的动物细胞可以用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性。植物分生区附近(如茎尖)无病毒，可用茎尖进行组织培养获得无病毒植株，D项正确。

答案 B

考向二动物细胞融合与克隆技术

4．如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．①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应T淋巴细胞

B．②中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成

C．③同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性

D．④是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群

解析①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的浆细胞，用来和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞，A项错误；诱导动物细胞融合的方法有生物方法(如某些灭活的病毒)、化学方法(PEG)、物理方法(离心、振动、电刺激)，B项错误；只有③中的杂交瘤细胞同时具有浆细胞和骨髓瘤细胞的特点，C项错误；经过筛选培养获得的④是既能大量增殖又能分泌特异性抗体的杂交瘤细胞群，D 项正确。

答案 D

5．科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁育，可以对此转基因奶牛进行克隆(如图所示)。请结合图示回答下列问题：

(1)在进行细胞培养时，要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分散处理。形成单个细胞，这个过程中需要利用______________酶处理。

(2)用于核移植的供体细胞。一般都选用传代10代以内的细胞，原因是_______________________________________________________________。

(3)在进行原代培养时，细胞增殖的方式是________，此外，细胞增殖还表现出________和接触抑制等特点。

(4)将进行培养的供体细胞核注入去核的卵母细胞中，去除卵母细胞细胞核的目的是________________________________________________。

(5)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛后，该母牛就会生出与供体奶牛具有相同遗传物质的牛犊，但也不是100%的复制，原因最可能是_____________________________________________________。

(6)上述动物细胞工程中涉及的技术有__________________________。转基因奶牛的克隆成功，说明了动物的________________________具有全能性。

解析(1)实践中常用胰蛋白酶处理动物组织细胞使其分离开来。(2)传代10代以内的细胞代谢旺盛、分裂能力强，遗传物质没有发生改变，适于作为核移植的供体细胞。(3)在进行原代培养时，细胞以有丝分裂的方式进行增殖，同时表现出贴壁生长和接触抑制的现象。(4)去除卵母细胞细胞核的目的是使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞。(5)生物的性状是细胞核基因和细胞质基因共同作用的结果，同时，生物的性状还受环境因素的影响，因此，克隆动物不可能是供体奶牛100%的复制品。(6)该克隆动物的培育过程中涉及核移植、细胞培养和胚胎移植等技术，说明了高度分化的哺乳动物体细胞的细胞核仍具有全能性。

答案(1)胰蛋白

(2)该种细胞代谢旺盛、分裂能力强，且遗传物质没有发生改变

(3)有丝分裂贴壁生长

(4)使克隆出的动物个体的遗传物质几乎全部来自供体细胞

(5)生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制；同时还受环境因素的影响

(6)核移植、细胞培养、胚胎移植技术体细胞的细胞核

整合提升

1．动物细胞培养与体细胞核移植应注意的4个问题

(1)动物细胞培养和植物组织培养都存在细胞的培养过程，但植物细胞可以先分裂再分化，而动物细胞不分化只分裂。

(2)区分原代培养和传代培养的关键是是否分瓶培养。贴壁生长到一定程度需要用胰蛋白酶处理，然后再分瓶培养，原代培养结束，开始了传代培养。

(3)经植物组织培养成的植株与提供外植体的植株完全相同，而动物细胞核移植形成的个体与供体大部分性状相同，也有少部分性状与受体相同。

(4)核移植过程中供体理论上是提供细胞核，但操作过程中可以把整个细胞注入去核的卵母细胞中去，原因是体细胞体积相对较小，取核难度较大，另外细胞膜对核融合的障碍性较小。

2．动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较

(1)动物免疫的原因：B淋巴细胞要经过免疫过程，即接触抗原，增殖分化为有特异性免疫功能的B淋巴细胞，才能产生相应的抗体，所以，与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是浆细胞。

(2)在单克隆抗体制备过程中，一般认为有两次筛选过程，第一次是筛选出杂交瘤细胞(用选择培养基)，第二次是进一步筛选出能产生人们所需要抗体的杂交瘤细胞。

(3)杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质，不仅具有浆细胞产生特异性抗体的能力，还具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的能力，从而可以克服单纯B淋巴细胞不能无限增殖的缺点，而大量生产单克隆抗体。

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【答题术语】

1．植物组织培养的过程主要包括脱分化和再分化两个阶段，脱分化的结果是形成愈伤组织，再分化的结果是形成根和芽。

2．植物体细胞杂交需要用酶解法制备原生质体，所用的酶包括纤维素酶和果胶酶。

3．无论是植物体细胞杂交还是动物细胞融合，都需要诱导。

4．植物组织培养需要各种营养成分和植物激素，动物细胞培养也需要各种营养成分及血清。

5．植物体细胞杂交可用于作物育种，动物细胞融合可用于单克隆抗体的制备。

6．产生单克隆抗体的细胞是杂交瘤细胞，它既能产生单克隆抗体又能无限增殖。

【误区警示】

1．体细胞杂交植物的倍数性确定

体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。若一植物细胞含有2N条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2M条染色体，2个染色体组，其基因型为ccDd，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体为2N ＋2M，基因型为AabbccDd。

2．动物细胞克隆化培养时为何常选10代以内的细胞，而“瘤细胞”却为“50代以后”

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，且具有“癌变”特性。