第44讲细胞工程

第六部分生物技术与生命科学新进展第44讲细胞工程一、考点内容全解（一）本讲考点是什么？1.植物细胞的组织培养与动物细胞培养⑴原理：细胞的全能性⑵过程①植物组织培养②动物细胞培养2.细胞融合（1）原理：细胞膜的流动性（2）基本步骤植物细胞的融合动物细胞的融合（二）考点例析[例1]（2003江苏高考题）要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，需要（）A．具有完整细胞核的细胞B．离体状态C．导入外源基因D．一定的营养物质和再分化激素、光离体的植物器官、组织或细胞脱分化营养物、激素愈伤组织根、芽植物体动物血清、葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素胰蛋白酶、剪碎动物胚胎或幼龄动物器官、组织单个细胞细胞悬浮液10代细胞50代细胞……细胞株细胞系原代培养传代培养激素[解析]植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。植物细胞只有在脱离了植物体，在一定的外部因素的作用下，经细胞分裂形成愈伤组织，才能表现出全能性，由愈伤组织细胞发育、分化形成新的植物体。[答案]B[特别提示]进行细胞培养时，在离体的植物器官、组织或细胞脱分化增殖的过程中，离体培养条件应与机体基本相同或相似；即需要消毒灭菌、适宜的温度、pH值、适宜的养料和激素等。[例2]（2003江苏高考题）将小鼠骨髓瘤细胞与一种B淋巴细胞融合，可使融合的细胞经培养产生单克隆抗体，其依据是A．B淋巴细胞可以产生抗体，但不能无限增殖B．B淋巴细胞只有与骨髓瘤细胞融合后才能产生抗体C．骨随瘤细胞可以无限增殖，但不能产生抗体D．骨髓瘤细胞可以产生抗体，但不能无限增殖[解析]在体外培养条件下，B淋巴细胞不能无限繁殖，可产生抗体；骨髓瘤细胞则能在体外大量繁殖，却不能产生抗体。将二者融合后，形成杂交瘤细胞同时具备了双亲的遗传特性，既可产生抗体，又能大量繁殖。[答案]AC[例3]我国第一只转基因牛“滔滔”的培育程序如右图所示。请回答问题：(1)写出图中所示细胞工程名称：b_________c__________d__________(2)培育转基因牛“滔滔”的技术路线中关键环节是()A．bB．cC．dD．e(3)从遗传学原理说明基因牛“滔滔”与亲本甲、乙的最根本的区别是什么?(4)用什么方法鉴定出生的动物是否整合了外源基因?[来源:学科网](5)如果要使出生的动物整合率在理论上提高到100％，那么在什么时候鉴定?(6)请举一例，说明转基因牛“滔滔”培育成功的最突出的实际意义。[解析]本例细胞工程为知识载体，融合了基因工程的内容。要重点掌握以“多利”为模型的高等动物克隆技术路线，基因工程的基本步骤、应用，并以此作类比、迁移和运用。要特别关注现代生物技术对人类社会生产与生活造成的影响，并运用所学知识进行辨证地分析。[答案](1)b指体外受精；c指显微注射法；d指胚胎移植；(2)B；(3)转基因牛“滔滔”中含有外源基因；(4)分子生物学测定法；(5)在胚胎移植前对外源基因在胚胎体内是否已经整合作分子生物学鉴定，从中挑选出有外源基因的整合胚胎进行移植；(6)转基因动物培育成功有远大前景：①通过转基因动物生产药物，是迄今人们所想象得出的最为有效、先进的手段；②转基因动物就如一座“动物药厂”，其乳腺可以源源不断地分泌目的基因产物(药物蛋白)。转基因技术应用于人类本身可以进行遗传病基因治疗。二、能力提升技巧细胞工程涉及酶的专一性、细胞膜的流动性、光合作用、矿质营养、内环境与稳态、激素调节、生殖的种类、染色体组、基因的遗传定律、选择培养基，以及生态安全等内容，解题时应能综合运用相关知识进行分析。[例4]右图为细胞融合的简略过程（只考虑两个细胞的融合），请据图回答：I．若A、B是基因型分别为rrHH、RRhh两个烟草品种细胞的花粉，且这两对基因位于非同源染色体上，由于一对隐性纯合基因(rr或hh)的作用，在光照强度大于800勒克斯时，都不能生长。（1）实验开始时必须用除去不利于原生质体融合的物质。（2）实验中除获得杂种细胞外，还有基因型为的融合细胞。（3）设计一方法（不考虑机械方法），从培养液中分离出杂种细胞，方法：II．若该过程是制备治疗“SARS”病毒的单克隆抗体，A为人B淋巴细胞（染色体组成为2A＋XX=46），B为鼠骨髓瘤细胞（染色体组成为2A＋XX=40）（5）用单克隆抗体制成“生物导弹”主要利用了抗体的特性（6）A细胞来自于（7）杂种细胞C共有个染色体组，一个染色体组可表示为[解析]动、植物细胞融合技术基本原理相同，诱导融合的方法基本类似。不同点是：(1)植物细胞融合前需先去掉细胞壁；(2)动物细胞融合除物理法、化学法外，还用到生物方法，即灭活病毒；(3)培养基成分不同，动物细胞培养是用液体培养基，其成分中有动物血清，另外还有培养目的和结果等方面的区别。现对本题予以点拨：（1）利用酶的专一性，既能有效去除细胞壁，又不损害原生质体；（3）杂种细胞（HrRh）能在大于800勒克斯光照下培养，增殖、分化；（4）抗体与抗原特异性结合；（5）与骨髓瘤细胞融合的B细胞必须经过免疫[来源:学科网]（6）人、鼠染色体为非同源染色体[答案]I（1）纤维素酶(或果胶酶)（2）rrHH、RRhh（3）置大于800勒克斯光照下培养，收集分化的细胞团II（4）抗体与抗原结合，发挥特异性免疫效应（5）非典患者（6）2；A＋B＋X＋X[延伸技巧]解决有关细胞工程的习题应当结合遗传学、细胞学、细胞代谢（营养）、细胞及生物体的激素调节等知识进行分析，要求能够理论(概念)联系实际(生产实践)，科学地说明和表达。三、基础能力测试1．下图为植物组织培养的基本过程，则制作人工种子，及生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，应分别选用编号是的（）A．④②B．③②C．③④D．④③2．一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能（）A．有选择地繁殖某一性别的家畜B．繁殖家畜中的优秀个体C．用于保存物种D．改变动物的基因型3．下列哪—项属于克隆（）A．将鸡的某个DNA片段整合到小鼠的DNA分子中B．将抗药菌的某基因引入草履虫的细胞内C．将鼠骨髓瘤细胞与经过免疫的脾细胞融合成杂交瘤细胞D．将某肿瘤细胞在体外培养繁殖成一个细胞系4．能够克服生物间远缘杂交不亲和性的生物技术可包括有（）①基因工程②细胞工程③发酵工程④细胞融合⑤酶工程A．①②④B．①②④⑤C．①④⑤D．①②③④⑤5．按操作目标，使用下列试剂生物处理组织细胞恰当的是（）A．观察植物细胞的有丝分裂：果胶酶B．处理用于细胞融合的动物细胞：胰蛋白酶C．处理用于细胞融合的动物细胞：CaCl2D．处理用于细胞融合的植物细胞：盐酸6．有关全能性的叙述，不正确的是（）A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B．生物体内细胞由于分化全能性不能表达C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D．植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性7．下列属于组织培养但不是克隆的是（）A．将花粉离体培养成单倍体植株B．芽发育成枝条C．根尖分生区发育成成熟区D．上皮细胞无性繁殖产生的细胞群8．右图为“多利”。有关“多利”的说法错误的是（）①“多利”的诞生属无性繁殖②“多利”的诞生采用了核移植技术③“多利”的诞生采用了胚胎移植技术④“多利”的诞生采用了细胞融合技术⑤动物细胞培养是整个技术的基础A．①②④⑤B．①②③④C．①②③⑤D．①②③④⑤四、潜能挑战测试9．现有甲、乙两个烟草品种(2N=48)，其基因型分别为aaBB和AAbb，这两对基因位于非同源染色体上，且在光照强度大于800勒克斯时，都不能生长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因(aa或bb)作用的结果。取甲乙两品种的花粉分别按图示操作培养成植株，将它们的叶肉细胞制成原生质体，并将两者相混，使之融合，诱导产生细胞团。然后，放到大于800勒克斯光照下培养，结果有的细胞团不能分化，有的能分化发育成植株。请回答下列问题：(1)要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有________和小分子有机物等营养物质，以及细胞分裂素和_______两类植物激素(2)愈伤组织分化是指愈伤组成芽和根，再由芽发育成茎和叶，这一过程必须给予光照，其原因是______利用光能制造有机物，供试管苗生长发育，而此时培养基中除了氮、磷、钾外，必不可少的矿质元素是_____(3)将叶肉细胞制成原生质体时，使用_________破除细胞壁；在细胞融合技术中，常用的促融剂是____________(4)在大于800勒克斯光照下培养，有_______种细胞团不能分化；能分化的细胞团是由__________的原生质体融合来的(这里只考虑2个原生质体的相互融合)。由该细胞团分化发育成的植株，其染色体数是_______，基因型是_________；该植株自交后代中，在大于800勒克斯光照下，出现不能生长的植株的概率是_________10．研究表明，工程细菌A是一种某新型抗生素的高产菌，但A细菌为4-羟脯氨酸(一种罕见氨基酸)缺陷型，这种氨基酸是合成该新型抗生素的酶所必须的。科学家发现另一种异亮氨酸缺陷型细菌B能够合成4-羟脯氨酸。进行工业化生产这种新型抗生素成为企业家的梦想，某生物学兴趣小组提出了以下三种反感方案：方案一：将细菌A、细菌B混合培养方案二：将B细菌中控制4-羟脯氨酸合成的基因转入细菌A方案三：将细菌A、细菌B融合，形成杂种细胞回答：（1）方案一主要利用了细菌A、细菌B在生态学上称之为[来源:Zxxk.Com]的关系（2）从微生物的营养角度看，4-羟脯氨酸是细菌A的（3）在方案三中，某同学提出筛选杂种细胞的方法是：将经过细胞融合处理的细胞培养在缺4-羟脯氨酸和缺异亮氨酸的完全培养基中培养，收集增殖的细胞。该方法合理吗？说明理由或改正。（4）比较上述三种方案，你认为最好的方案是那一个？为什么？五、标答与点拨1．B（点拨：制作人工种子选用愈伤组织分化后的胚状体；生产紫草素，利用大量紫草细胞代谢产物）2．D（点拨：克隆即复制，不能改变基因型）3．D(点拔：A、B为基因重组，C为细胞融合)4．A(点拨：细胞工程包括细胞融合)5．B(点拨：处理用于细胞融合的植物细胞，增强细胞壁的通透性--CaCl2；处理用于细胞融合的植物细胞细胞壁--果胶酶)6．A（点拨：细胞分化程度：体细胞﹥生殖细胞﹥受精卵或胚胎干细胞）7．A（点拔：花粉离体培养属单性生殖）8．C(点拔：不是细胞融合，而是核质重组；细胞工程技术的基础是细胞培养)9．(1)矿质元素生长素(2)叶绿体镁(3)纤维素酶(或果胶酶)聚乙二醇(或灭活的病毒)(4)2甲乙两品种48AaBb7/16（AaBb的个体自交后代中出现不能生长的植株的基因型是aa___或___bb的个体，能生长的植株基因型是AABB、AaBb、AABb、AaBB，由于AaBb的个体能产生四种配子其比例相等，其后代产生AABB的比例为1/4×1/4=1/16、AaBb为l/2×1/2=1/4、AABb为l/4×1/2=1/8、AaBB为l/2×1/4=1/8，这些个体之和为9/16，其余为能生长的个体，其比例为7/16。）10．（1）互利共生（2）生长因子（3）不合理。应将经过细胞融合处理的每一个细胞分别培养在缺4-羟脯氨酸和缺异亮氨酸的完全培养基中培养，收集增殖的细胞（4）方案三。方案一存在细菌A、细菌B的竞争，因而资源利用率低，产率低。方案三技术要求高，投资多，风险大。[来源:Zxxk.Com][来源:Z#xx#k.Com]