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第38讲细胞工程[考纲要求]1.植物的组织培养(Ⅱ)。2.动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)。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(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物。2．植物细胞的全能性(1)概念：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：细胞内含有本物种的全部遗传信息。(3)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．植物组织培养技术(1)原理：植物细胞具有全能性。(2)过程：4．植物体细胞杂交技术(1)概念：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(3)流程分析①过程a为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。②过程b是原生质体的融合，其原理是细胞膜具有一定的流动性。③诱导b融合的两种方法：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。④过程c是原生质体融合后再生出细胞壁。⑤过程d是植物组织培养技术，其原理是细胞的全能性。(4)意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。5．植物细胞工程的应用(1)微型繁殖：优点是能够保持亲本的优良性状。(2)作物脱毒：利用茎尖、根尖等无毒组织进行微型繁殖。(3)培育人工种子：可以解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。(4)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。(5)细胞产物的工厂化生产：即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。[思维诊断](1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性(√)(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)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(×)(4)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的(×)(5)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(×)(6)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性(×)(7)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志(√)题组一植物组织培养过程分析1．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．①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．②过程能定向诱导原生质体产生优良性状的突变C．③过程中叶肉细胞失去了其特有的结构和功能D．④过程需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理答案B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。③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。④是再分化，需用适宜配比的生长素和细胞分裂素诱导。2．人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部件是一个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。(1)人工种子依据的原理是________________________，培育胚状体利用了________________________技术。(2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？________________________________________________________________________。(3)如果外植体是植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，①过程中可加入()A．蛋白酶B．淀粉酶C．果胶酶D．胰蛋白酶(4)②过程表示脱分化过程，其实质是______________；③表示再分化过程，其实质是________________。(5)由人工种子萌发成的植株是否可育？________。答案(1)植物细胞的全能性植物组织培养(2)种皮及提供营养的胚乳或子叶(3)C(4)使细胞恢复分裂能力基因的选择性表达(5)不一定解析(1)人工种子能发育成完整植株，说明其细胞内含有个体发育所需要的全部遗传物质，因此依据的原理是细胞的全能性，人工种子是经过植物组织培养技术得到的。(2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可看成种皮及胚乳或子叶。(3)使植物细胞彼此分离可以使用果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。(4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是基因的选择性表达。(5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所选用的材料。归纳提升植物组织培养和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选材选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化不同的植物细胞技术操作脱分化、再分化等除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合关系植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂题组二植物体细胞杂交过程分析3．“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。下图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图。以下说法正确的是()A．除去细胞壁形成原生质体，可运用的酶是纤维素酶、淀粉酶和果胶酶B．通常可诱导上述原生质体相互融合的方法是PEG和灭活的病毒诱导C．杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁D．愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体必须经过脱分化和再分化两个过程答案C解析除去细胞壁的酶有纤维素酶和果胶酶；诱导植物原生质体融合不能用灭活的病毒；杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁；愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体属于再分化过程。4．下面为“番茄－马铃薯”的培育过程示意图，请据图回答下列问题：(1)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到可育的杂种植株？为什么？________________________________________________________________________。(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，运用的技术手段是______________，依据的原理是______________，其中过程②称为____________技术，与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为__________，过程④相当于________，过程⑤涉及的细胞分裂方式为________。(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄－马铃薯”属于________倍体植株。(4)柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术，将柴油树细胞培养进行到________(填字母编号)阶段即可。答案(1)不能。不同种的植物存在生殖隔离(2)植物组织培养植物细胞的全能性原生质体融合高尔基体脱分化有丝分裂(3)六(4)e解析(1)番茄和马铃薯属于两种植物，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。(2)过程②是把a、b两个原生质体融合在一起，所以称为原生质体融合。过程③是在融合的原生质体外再生一层细胞壁，而细胞壁的形成与高尔基体有关。过程④的结果是形成了愈伤组织，所以④为脱分化。(3)“番茄－马铃薯”属于异源多倍体中的异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物，要实现其工业化生产需将柴油树细胞培养到愈伤组织，然后进行提取。技法提炼植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法(1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)：①未融合的细胞：A和B。②两两融合的细胞：AA、BB和AB。③多细胞融合体。(2)检测方法：对诱导产物中的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。①若只表现出一种植物的性状，说明是未融合细胞。②若得到的是具有两种亲本性状的植物，说明是杂种植株。③若得到的是两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得到加强，则是多细胞融合体。④若得到的是一种植物的性状，但是效果得到加强，则是同种细胞融合的结果。考点二动物细胞培养与体细胞克隆1．动物细胞培养(1)动物细胞的培养过程(2)培养条件①无菌、无毒的环境：对培养液和所有培养用具进行无菌处理，添加抗生素，定期更换培养液以清除代谢产物。②营养：除正常的有机和无机营养外，需加入血清、血浆等一些天然成分。③适宜的温度和pH：温度为36.5±0.5_℃(哺乳动物)，pH为7.2～7.4。④气体环境：含95%空气加5%CO2的混合气体，其中后者的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)结果：产生新个体。(4)应用：①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。②保护濒危物种。③生产医用蛋白。④作为异种移植的供体。⑤用于组织器官的移植。[思维诊断](1)连续细胞系的细胞大多具有二倍体核型(2014·浙江，3A)(×)(2)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(×)(3)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(×)(4)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(√)(5)植物原生质体融合和动物细胞融合原理是相同的(√)(6)动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用相同(×)题组一动物细胞培养与细胞核移植的过程分析1.如图所示为哺乳动物生殖的过程。其中b为卵细胞，c为体细胞。下列叙述不正确的是()A．形成动物①②的过程分别属于有性生殖和无性生殖B．产生动物②的过程中可发生基因突变、基因重组等C．动物②的产生表明动物细胞的细胞核具有全能性D．a、b、c细胞的形成过程，仅c细胞为有丝分裂答案B解析动物①通过受精作用形成，属于有性生殖，动物②通过细胞核移植技术形成，利用的原理是动物细胞的细胞核具有全能性，形成动物②的过程属于无性生殖，A、C正确。a、b细胞分别由精原细胞和卵原细胞通过减数分裂形成，c细胞是体细胞，通过有丝分裂形成，D正确。产生动物②的过程中并没有发生基因重组，故B错误。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)为了防止细胞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等量的无菌生理盐水，经培养后，从A、B两组收集等量细胞，通过分别检测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的pH(3)停止多胰蛋白酶(4)抗