第二章細胞工程回歸教材夯實雙基一、細胞工程概述1．概念：以細胞為基本單位，在體外_______條件下進行培養、繁殖或利用細胞融合、_________等技術，使細胞某些生物學特性按照人們的意愿發生改變。無菌核移植從而改良生物品種、創造新品種和加速繁育生物個體，以及獲得某些有用的細胞代謝產物的技術。2．類型(1)據研究對象不同：植物細胞工程，___________工程，微生物細胞工程。動物細胞(2)據所用技術不同：植物____________培養、____________、細胞核移植、染色體工程。3．應用(1)快速繁殖：利用離體的植物組織細胞、________________在特定條件下，培育新植株。細胞與組織細胞融合組織或器官(2)獲得無病毒作物：植物__________附近，因很少感染病毒，甚至無病毒，而被用來培育無病毒植株。(3)開發潔凈的能源、減少環境污染：利用細胞工程產氫技術，是開發潔凈能源的途徑之一。分生區(4)繁殖優良家畜品種及瀕危動物：體細胞_____________的具體應用。4．意義：改變了傳統的育種方式、生產方式。二、植物細胞工程克隆技術2．組織培養基一般含有五類成分：水、無機營養、有機營養、天然附加物、生長物質。3．原理：細胞的全能性(1)含義：生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的________。潛能(2)物質基礎：生物的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套___________，都有發育成完整個體所必需的_____________。4.應用：作物快速繁殖，無病毒植物的培育，細胞產品的生產，____________的制造，轉基因植物的培育。遺傳物質全部基因人工種子思考探究1．植物細胞培養過程需要經過再分化嗎？【提示】不需要，愈傷組織一直進行細胞分裂。三、動物細胞工程1．動物細胞培養(1)培養基：選用液體培養基，通常含葡萄糖、氨基酸、無機鹽、_______、核酸、嘌呤、嘧啶、激素和生長因子等。維生素(2)取材：大都取自___________或出生不久的幼齡動物的器官或組織。(3)過程：動物胚胎(4)應用：蛋白質生物制品的生產；移植皮膚細胞的培養；檢測有毒物質；醫學研究。2．動物體細胞克隆(1)操作流程(2)原理：動物__________________。細胞核的全能性(4)存在的問題：成功率______；克隆動物的健康問題；克隆動物食品的_________問題。3．細胞融合與單克隆抗體(1)動物細胞融合①促融劑：除物理學和化學法外，還常用______________。低安全性滅活的病毒單克隆抗體②特點：化學性質單一，________強，靈敏度高。③應用：單抗診斷盒，生物導彈。特異性思考探究2．動物組織培養與植物組織培養的目標有什么不同？【提示】動物細胞組織培養是為了獲取大量的細胞群，而植物組織培養的目標通常是為了獲取完整的植物個體。高頻考點深度剖析考點一植物組織培養1．細胞全能性(1)原理：細胞含有本物種全部的遺傳信息。(2)體內細胞全能性不表達的原因：基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達的結果。(3)細胞全能性表達的條件：完整細胞核；離體；無菌；一定的營養、激素；適宜的外界條件。(4)細胞全能性大小與細胞分化程度成反比。(5)全能性大小植物細胞：受精卵>生殖細胞>體細胞動物細胞：受精卵>生殖細胞>胚胎干細胞>體細胞核(動物細胞全能性受限制，但細胞核具有全能性)名稱過程形成體特點培養基光脫分化由外植體脫分化為愈傷組織排列疏松、高度液泡化的薄壁細胞團生長素與細胞分裂素的比例大避光再分化由愈傷組織分化為幼苗或胚狀結構有根、芽或有生根發芽的能力生長素與細胞分裂素的比例小需光名稱過程形成體特點培養基光營養生長生殖生長發育成完整的植物體由根、莖、葉、花、果實、種子組成自身產生各種激素需光3.應用(1)植物繁殖的新途徑①微型繁殖：用于快速繁殖優良品種的植物組織培養技術。特點有：a．保持優良品種的遺傳特性。b．高效快速地實現種苗的大量繁殖。②作物脫毒：選取作物無毒組織(如莖尖)進行組織培養，獲得脫毒苗的技術。③人工種子：以植物組織培養得到的胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽等為材料，經過人工薄膜包裝得到的種子。(2)作物新品種的培育：單倍體育種和突變體的利用名師點睛人工種子的優點：可使在自然條件下不結實或種子昂貴的植物得以繁殖；保持親本的優良性狀，因該過程為無性繁殖；節約糧食，減少種子的使用；可以控制添加一些物質，如除草劑、農藥、促進生長的激素、有益菌等。即時應用1．(2010·安徽理綜)草莓生產上傳統的繁殖方式易將所感染的病毒傳播給后代，導致產量降低、品質變差。運用微型繁殖技術可以培育出無病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本過程如下：(2)在過程①中，常用的MS培養基主要成分包括大量元素、微量元素和________，在配制好的培養基中，常常需要添加________，有利于外植體啟動細胞分裂形成愈傷組織，接種后2～5d，若發現外植體邊緣局部污染，原因可能是________________。(3)在過程②中，愈傷組織在誘導生根的培養基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是__________________。解析：植物微型繁殖時常采用莖尖或根尖作為外植體，原因是莖尖或根尖病毒極少，因此切取一定大小的莖尖或根尖進行組織培養，再生的植株就可能不帶病毒。MS培養基的成分主要包括水、無機鹽、有機小分子物質以及植物激素等，植物激素的比例能夠影響芽的分化和根的分化，如細胞分裂素的比例大于生長素的比例，則有利于芽的分化，反之則有利于根的分化。接種前培養基一定要進行高溫滅菌，接種時一定要在無菌條件下進行操作，以免引起雜菌污染。答案：(1)莖尖(或根尖)莖尖(或根尖)病毒極少，甚至無病毒(2)有機物植物激素外植體消毒不徹底(3)培養基中生長素類物質用量與細胞分裂素類物質用量的比值偏低1．植物組織培養和動物細胞培養的比較考點二動物細胞培養與體細胞克隆項目植物組織培養動物細胞培養理論基礎植物細胞全能性細胞增殖培養基類型固體或半固體培養基液體培養基成分水、礦質元素、維生素、蔗糖、氨基酸、瓊脂葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、促生長因子、動物血清等項目植物組織培養動物細胞培養取材植物幼嫩部位或花藥等動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織項目植物組織培養動物細胞培養過程項目植物組織培養動物細胞培養結果新的組織或植株個體，可以體現全能性新的細胞系或細胞株，不形成個體，不體現全能性目的①植株快速繁殖②脫毒植株的培育③人工種子④生產藥物、殺蟲劑等⑤轉基因植物的培育①蛋白質生物制品的生產②皮膚移植材料的培育③檢測有毒物質④生理、病理、藥理學研究項目植物組織培養動物細胞培養相同點①兩技術手段培養過程中都進行有絲分裂，都是無性繁殖，都可稱克隆，都不涉及減數分裂②均為無菌操作，需要適宜的溫度、pH等條件2.動物細胞培養與體細胞克隆的比較動物細胞培養動物體細胞克隆原理細胞增殖動物細胞核的全能性動物細胞培養動物體細胞克隆過程動物細胞培養動物體細胞克隆結果獲得細胞群獲得與供體遺傳物質基本相同的個體特別提醒(1)動物細胞培養中兩次用到胰蛋白酶，第一次用胰蛋白酶處理剪碎的組織使之分散成單個細胞，第二次使貼壁細胞從瓶壁上脫落下來。(2)動物細胞培養液的特點：液體培養基，其中含動物血清。(3)懸浮液中的細胞會出現貼壁生長和接觸抑制現象。(4)原代培養與傳代培養的分界點為分瓶繼續培養。(5)核移植選卵細胞做受體細胞原因：①體積大，易于操作；②卵黃多，營養豐富，為發育提供充足的營養；③含有激發重組細胞分裂分化的物質。(6)核移植產生的克隆動物與提供細胞核的親本不同的原因：①克隆動物細胞質基因來源于另一個親本，所以與植物組織培養不同(只來自于一個親本)，即克隆動物遺傳物質來自2個親本。②在發育過程中可能發生基因突變、染色體變異導致性狀改變。③外界環境條件的影響引起不可遺傳的變異。即時應用2．(原創)意大利婦科專家安蒂諾里在2011年3月3日接受某報社采訪時聲稱，他已制造出3名克隆人，目前11歲，生活在東歐，除此之外，不能透露太多具體信息。下列有關克隆人的說法，錯誤的是(多選)(

)A．克隆人是一種有性生殖方式B．克隆人證明了人體的體細胞核具有全能性C．在現有克隆技術條件下，成功率為100%D．克隆人和供體并不完全一致解析：選AC。克隆是一種無性繁殖，將人體的體細胞核移植到去核的卵細胞中，然后將其在體外卵裂成的早期胚胎移植到母體子宮中，便能發育成克隆人。因此克隆人證明了人體的體細胞核具有全能性，但克隆人和供體并不完全一致，要受細胞質中少數遺傳物質的控制，同時要受環境的影響?，F有克隆技術尚不成熟，所以成功率非常低。3．動物器官的體外培養技術對于研究器官的生理、病理過程及其機制意義重大。下圖是一個新生小鼠的肝臟小塊培養裝置示意圖。請回答下列問題：(1)肝臟切成小薄片，這有利于肝臟細胞______________________。(2)氣室中充入5%CO2氣體的主要作用是____________________________。(3)培養液中添加抗生素是為了抑制細菌生長，但要注意選擇抗生素的______，以保證抗生素對肝臟無害。(4)有機物X有毒性，可誘發染色體斷裂。利用上圖所示裝置和所提供的下列材料用具，探究肝臟小塊對有機物X是否具有解毒作用。材料用具：肝臟小塊、外周血淋巴細胞、淋巴細胞培養液、植物凝集素(刺激淋巴細胞分裂)、顯微鏡、載玻片、蓋玻片、玻璃皿、滴管、吉姆薩染液(使染色體著色)、有機物X溶液等。實驗過程：①在淋巴細胞培養液中加入植物凝集素培養淋巴細胞，取4等份，備用。②利用甲、乙、丙、丁4組上圖所示裝置，按下表步驟操作(“√”表示已完成的步驟)。甲乙丙丁步驟一：加入肝臟培養液√√√√步驟二：加入有機物X溶液√步驟三：放置肝臟小塊√上表中還需進行的操作是_________________________。③培養一段時間后，取4組裝置中的等量培養液，分別添加到4份備用的淋巴細胞培養液中繼續培養。④一段時間后取淋巴細胞分別染色、制片。在顯微鏡下觀察__________________，并對比分析。若丙組淋巴細胞出現異常，而甲組的淋巴細胞正常，則說明______________________________。解析：本題考查動物細胞培養的相關知識。(1)把肝臟切成小薄片，有利于肝臟細胞的呼吸代謝，即吸收氧氣和營養物質、排出代謝廢物。(2)氣室中充入5%CO2的作用是形成碳酸來維持培養液適宜的pH。(3)要注意選擇抗生素的種類和數量來抑制細菌生長。(4)乙組或丁組沒有處理，應向乙(或丁)組裝置中放置肝臟小塊作為實驗對照。有機物X有毒性，可誘發染色體斷裂，所以觀察指標是淋巴細胞的染色體形態和數量是否變化。甲組添加肝臟小塊，淋巴細胞染色體正常，丙組沒有添加而出現染色體異常，說明肝臟小塊對有機物X具有解毒作用。答案：(1)吸收氧氣和營養物質、排出代謝廢物(2)維持培養液適宜的pH(3)種類和劑量(4)②向乙(或丁)組裝置中放置肝臟小塊④染色體形態和數量肝臟小塊對有機物X具有解毒作用考點三細胞融合與單克隆抗體1．雜交瘤細胞的特點：既能大量繁殖，又能產生專一性的抗體。2．單克隆抗體的優點：特異性強，純度高，靈敏度高，容易標準化生產。3．單克隆抗體的作用(1)作為診斷試劑：準確識別各種抗原物質的細微差異，并跟一定抗原發生特異性結合，具有準確、高效、簡易、快速的優點。(2)用于治療疾病和運載藥物：主要用于治療癌癥，可制成“生物導彈”，也有少量用于治療其他疾病。4．2次篩選的目的及方法(1)在特定的選擇性培養基上，未融合的親本細胞(B淋巴細胞和骨髓瘤細胞)和融合的具有同種核的細胞(BB融合細胞、瘤瘤融合細胞)都會死亡，只有融合的雜種細胞(雜交瘤細胞)才能生長。這種雜種細胞的特點是既能迅速大量繁殖，又能產生單一的特異性抗體。(2)經選擇性培養的雜交瘤細胞并非都是能分泌所需抗體的細胞(很多種雜交瘤細胞)，需經克隆化培養和抗體檢測，經多次篩選后可獲得足夠數量的能分泌所需抗體的細胞。特別提醒(1)誘導融合的2種細胞名稱及作用免疫過的B淋巴細胞—產生抗體。骨髓瘤細胞—無限增殖。(2)誘導動物細胞融合與植物原生質體融合的不同方法動物細胞誘導融合的特有方法——滅活的病毒誘導。(3)2種培養方法及提取單克隆抗體的場所①體外培養——培養液提取。②體內小鼠腹腔中培養——小鼠腹水中提取。即時應用4．下圖是單克隆抗體制備流程階段示意圖。(1)________技術是單克隆抗體技術的基礎。(2)根據培養基的用途分類，圖中HAT培養基屬于________培養基。(3)單克隆抗體與常規的血清抗體相比，最大的優越性是_____________。(4)動物細胞融合除了采用植物細胞原生質體融合常用的誘導劑外，還可以采用______________________。(5)選出的雜交瘤細胞既具備骨髓瘤細胞________________的特點，又具備淋巴細胞______________________的特點。(6)淋巴細胞是由動物體________中的________細胞分化、發育而來的。(7)雜交瘤細胞從培養基中吸收葡萄糖、氨基酸的主要方式是__________。解析：(1)單克隆抗體是通過細胞融合、動物細胞培養制備的，其中動物細胞培養是動物細胞工程的基礎。(2)由圖示信息可知：圖中所用的培養基是選擇培養基，目的是篩選出雜交瘤細胞，并將雜交瘤細胞分開，篩選之后進行擴大培養，從而獲得大量抗體。(3)單克隆抗體與常規抗體相比，特異性強，靈敏度高，可被廣泛應用到疾病診斷、治療和預防等方面。(4)動物細胞融合除了使用離心、振動、電刺激等物理方法和聚乙二醇等化學方法誘導外，通常還采用滅活的病毒誘導融合。(5)抗體是由免疫過的B淋巴細胞分泌的，每一種B淋巴細胞只能分泌一種特異性抗體，要想得到大量的單一抗體，必須將同一種B淋巴細胞大量克隆，但在體外培養的條件下，一個B淋巴細胞不能無限增殖，而骨髓瘤細胞可以在體外無限增殖，因此，通過細胞融合得到既能分泌特異性抗體、又能無限增殖的雜交瘤細胞。(6)淋巴細胞是由動物體骨髓中的造血干細胞分化、發育而來的。(7)雜交瘤細胞培養過程中需要吸收氨基酸、葡萄糖，它們是通過主動運輸進入細胞內的。答案：(1)動物細胞培養(2)選擇(3)特異性強，靈敏度高(4)滅活的病毒(5)在體外大量增殖分泌特異性抗體(6)骨髓造血干(7)主動運輸命題視角把脈高考視角1洞察高考熱點

2010·課標全國理綜)請回答：(1)植物微型繁殖技術屬于植物組織培養的范疇。該技術可以保持品種的________，繁殖種苗的速度________。例1離體的葉肉細胞在適宜的條件下培養，最終能夠形成完整的植株，說明該葉肉細胞具有該植物的全部________。(2)把試管苗轉接到新的培養基上時，需要在超凈工作臺上進行，其原因是避免________的污染。(3)微型繁殖過程中，適宜濃度的生長素單獨使用可誘導試管苗________，而與__________配比適宜時可促進芽的增殖。若要抑制試管苗的生長，促使愈傷組織產生和生長，需要使用的生長調節劑是________(脫落酸、2,4-D)。(4)將某植物試管苗培養在含不同濃度蔗糖的培養基上一段時間后，單株鮮重和光合作用強度的變化如圖。據圖分析，隨著培養基中蔗糖濃度的增加，光合作用強度的變化趨勢是__________，單株鮮重的變化趨勢是______________。據圖判斷，培養基中不含蔗糖時，試管苗光合作用產生的有機物的量________(能、不能)滿足自身最佳生長的需要。(5)據圖推測，若要在誘導試管苗生根的過程中提高其光合作用能力，應________(降低，增加)培養基中蔗糖濃度，以便提高試管苗的自養能力。【解析】

(1)植物組織培養屬于無性繁殖，后代能夠保持親本的遺傳特性。植物微型繁殖技術能夠實現快速繁殖。植物組織培養的原理是植物細胞具有全能性，即已經分化的細胞，仍然具有發育成完整個體的潛能。(2)植物組織培養接種和試管苗轉接過程中都需要無菌操作，以避免微生物(雜菌)污染。(3)微型繁殖培養基中使用的生長素與細胞分裂素比例不同，可以分別誘導根、芽的形成。使用高濃度的植物生長素類似物(如2,4-D)可以抑制試管苗的生長。(4)(5)分析圖中曲線可知：光合作用強度隨著培養基中蔗糖濃度的增大而下降，但單株鮮重的變化趨勢是先增加后下降。培養基中不含蔗糖時，光合作用強度最大，但由于該時期光合作用產生的有機物積累量較少，不能滿足自身最佳生長的需要。在蔗糖濃度為1%左右時，單株鮮重達到最大，此時有機物的量滿足自身最佳生長需要。【答案】

(1)遺傳特性快遺傳信息(2)微生物(3)生根細胞分裂素2,4-D(4)逐漸減小先增加后下降不能(5)降低歸納總結(1)植物激素：影響脫分化、再分化的重要因素為植物激素。當細胞分裂素與生長素共同使用時，能強力地促進愈傷組織的形成，兩者不同濃度的配比在再分化過程中，分別對誘導根或芽的產生起關鍵作用。當細胞分裂素與生長素的濃度比高時，有利于芽的產生；濃度比低時，有利于根的產生。(2)光照：對于植物組織培養來說，光照條件非常重要，包括光照強度、時間和波長。但在愈傷組織的誘導階段往往要暗培養，而在分化再生的過程中一定要有光照。愈傷組織誘導階段的暗培養有利于細胞的脫分化產生愈傷組織，如果在光照條件下容易分化產生維管等組織，則不利于產生大量的愈傷組織。(3)無菌：如果在培養基上有細菌等微生物存在，它們比植物細胞具有更強的新陳代謝能力，比植物細胞生長繁殖得更快，而且它們會產生毒素，使培養基上的植物細胞死亡。因此，在培養過程中要求一系列的消毒、滅菌，并且要求無菌操作。[變式訓練]

某同學在進行組織培養過程中發現只分裂而不分化出芽和根，可能原因是(

)A．未見陽光B．培養時間不到C．培養基營養過多D．細胞分裂素和生長素配比不對解析：選D。愈傷組織產生根或芽，取決于生長素和細胞分裂素的濃度比值：當細胞分裂素/生長素的比值低時，誘導根的分化；兩者比值處于中間水平，愈傷組織只生長不分化；兩者比值高時，誘導芽的形成。視角2體驗方法要點辨析動物細胞培養及單克隆抗體的方法1、動物細胞培養時選用幼齡動物組織或胚胎進行細胞培養的原因：幼齡動物組織或胚胎的細胞分化程度低，增殖能力很強，更易于培養。2、進行動物細胞傳代培養時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是蛋白質。分散細胞時不能用胃蛋白酶。因為胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。胰蛋白酶作用的適宜環境pH為7.2～8.4。多數動物細胞培養的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶在此環境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細胞培養時的消化。3、制備單克隆抗體時選用一種抗原處理的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞進行細胞融合，產生雜交瘤細胞，它會兼有兩個親本細胞的特性——在體外培養條件下能不斷增殖，同時能產生出某種特異性的抗體。4、在誘導劑的作用下進行細胞的誘導融合，形成的雜種細胞有三種：AA型、BB型、AB型，只有AB型才是我們所需要的雜種細胞，所以需要用選擇性培養基進行篩選。5、相比較植物體細胞雜交，動物細胞融合特有的誘導方式為滅活的病毒處理，其他物理化學誘導融合的手段與植物體細胞雜交過程中原生質體融合方法相同。

動物細胞培養技術是單克隆抗體制備的基礎?；卮鹣铝邢嚓P問題(1)在動物細胞培養過程中，當貼壁細胞分裂生長到細胞表面________時，細胞會停止分裂增殖，這種現象稱為細胞的________。此時，瓶壁上形成的細胞層數是________。例2要使貼壁的細胞從瓶壁上分離下來，需要用酶處理，可用的酶是____________________________。(2)隨著細胞傳代次數的增多，絕大部分細胞分裂停止，進而出現______________的現象；但極少數細胞可以連續增殖，其中有些細胞會因遺傳物質發生改變而變成________細胞，該種細胞的黏著性________，細胞膜表面蛋白質(糖蛋白)的量__________________________。(3)下列各圖表示單克隆抗體制備過程的各階段圖解，請用箭頭把代表各圖解的字母按單克隆抗體制備過程的順序連接起來。順序是______________________________________________________________。(4)病原體注入小鼠體內后，要經過________細胞處理后形成抗原—MHC復合體，才能被免疫細胞識別。(5)制備單克隆抗體所用的B淋巴細胞一般從脾中采集，然后以__________________作誘導劑，使B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合。通過篩選和克隆培養，獲得的雜交瘤細胞具有______________________特點。(6)單克隆抗體的特點是____________________________。根據上圖寫出應用雜交瘤技術獲得單克隆抗體的兩種主要方法_____________________________。【解析】在動物細胞培養過程中，細胞會表現出接觸抑制現象，此時是單層細胞。用胰蛋白酶可以使貼壁細胞從瓶壁上分離開來。隨著細胞傳代培養代數的增多，絕大部分細胞分裂停止，進而出現衰老甚至死亡的現象，但極少數細胞可以連續增殖，有些細胞會因遺傳物質改變而變成不死性細胞。滅活的仙臺病毒和聚乙二醇均可誘導動物細胞融合。雜交瘤細胞同時具有兩個親代細胞的遺傳特性?？梢栽隗w外也可以在體內培養雜交瘤細胞獲得單克隆抗體?！敬鸢浮?/p>

(1)相互接觸接觸抑制單層(或一層)胰蛋白酶(2)衰老甚至死亡不死性降低減少(3)(4)巨噬(5)滅活的仙臺病毒或聚乙二醇既能產生特異性抗體，又能無限增殖(6)特異性強，純度高(或：專一性強、靈敏度高)體外培養法和動物體內培養法[互動探究](1)上題中要想獲得大量的單克隆抗體，為什么必須用單個的B淋巴細胞進行無性繁殖形成細胞群？(2)單克隆抗體與血清抗體有何區別？【提示】

(1)每一個B淋巴細胞組織只分泌一種特異性抗體。(2)單克隆抗體：由單個B淋巴細胞通過無性繁殖(克隆)形成細胞群，由它們產生出化學性質單一，特異性強的抗體。血清抗體：從動物血清中分離所得的抗體，產量低、特異性差、純度低，反應不夠靈敏。視角3突破易錯疑點關于動物體