2024屆高考 一輪復習 人教版 細胞工程 學案

第33講細胞工程

［課標要求］

1.植物的組織培養(yǎng)（H）2.動物細胞培養(yǎng)與體細胞克隆（II）3.細胞融合與

單克隆抗體（II）

考點一植物的組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交

知1識自主梳理A

1.細胞工程的概念

原理和方法

細細胞生物學和分子生物學

胞

操作水平

工細胞水平或細胞器水平

程

目的

改變細胞的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品

2.細胞的全能性

或具守某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，

細都具TT發(fā)育成完整生物體的潛能

胞

的矍備細胞內(nèi)含有本物種全部的遭佳值星

全

能「具有完整的細胞結構

性薪-處于片體狀態(tài)

L提供一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜的外界條件

［提醒］細胞具有全能性w細胞體現(xiàn)全能性。

3.植物組織培養(yǎng)技術

盛曳植物細胞的全能性

植

物過程離體的植物器脫分化愈傷再分化胚狀體植物

處官、組織、細胞*組織"或叢芽一體

級

培產(chǎn)-培養(yǎng)基滅虐、培養(yǎng)材料和培養(yǎng)器械消毒

養(yǎng)

技固體大多由無機營養(yǎng)成分、有機營養(yǎng)成分、

術珞養(yǎng)培養(yǎng)基激素、瓊脂四部分組成

〕

條件?■幽堆階段不需要光照

激去培養(yǎng)網(wǎng)中生長索和細胞分裂索的比例調(diào)

調(diào)控控組織培養(yǎng)的進程

［提醒］脫分化階段不需要給予光照，再分化階段需要給予光照，以利于葉

綠素的形成。

4.植物體細胞雜交技術

⑴概念：將丕回獨的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞,并把雜

種細胞培育成新的植物體的技術。

（2）操作流程

保我細胞A、B)

纖韁素醒和果膠篇處理去棹細胞曳

(原生質(zhì)體A、B〕

誘導融合一Q物理法:內(nèi)心、振動、電激等

化學法：聚乙二靜(PEG)作為掂導劑

(融合的原生質(zhì)體)

再生出細胞嗯(觸合完成的標忐)

脫分化畫T］再分化/胚狀體］發(fā)優(yōu)保補

密種細胞廠r組織或叢芽尸〔植株

1提醒］雜種植株的變異類型不屬于基囚重組。屬于染色體變異，其染色體

數(shù)通常是兩親本細胞染色體數(shù)目之和，雜種植株屬于異源多倍體。

5.植物細胞工程的實際應用

(1)植物繁殖的新途徑

微型保持優(yōu)良品種的遺傳特性,高效

植物快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖

殖

繁

作物利用分生區(qū)附近(如莖尖)進行組

新

的

樂織培養(yǎng)獲得脫毒苗

徑

途

人工胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等

不于包上人工種皮制成

［提醒I①微型繁殖是無性繁殖，進行有絲分裂，其遺傳物質(zhì)不變。

②人工種子是無性繁殖，而自然種子是有性繁殖。

(2)作物新品種的培育：單倍體育種、突變體的利用。

(3)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：培養(yǎng)到愈傷組織階段。

［提醒］采用液體培養(yǎng)基，培養(yǎng)到愈傷組織階段，得到的是愈傷組織細胞的

代謝產(chǎn)物。

.，目困囹固——

(1)棉花根尖細胞經(jīng)誘導形成幼苗能體現(xiàn)細胞的全能性。(J)

(2)植物的每個細胞都能表現(xiàn)出細胞的全能性。(X)

(3)在愈傷組織形成幼苗的再分化過程中，不會發(fā)生細胞的增殖。(X)

(4)愈傷組織的形成需要光照。(X)

(5)植物細胞的原生質(zhì)體指的是完整的植物細胞。(X)

(6)用鹽酸水解法可去掉細胞壁，獲得原生質(zhì)體。(X)

(7)微型繁殖一定能保持親本的優(yōu)良性狀。(X)

1.(選修3P36小知識)(1)固體培養(yǎng)基中的無機營養(yǎng)成分包括

,有機營養(yǎng)成分包括

_________________________等物質(zhì)0

（2）培養(yǎng)基中的蔗糖只是提供碳源嗎？還起什么作用？

提示：（1）水、無機鹽小分子糖類、氨基酸（2）蔗糖不僅提供碳源，還可

以維持細胞滲透壓

2.（選修3P40小知識）胚狀體是由_______再分化后形成的，有

的結構，相當于正常發(fā)育形成的胚，與其有類似的

提示：愈傷組織根和芽受精卵結構和發(fā)育過程

3.（選修3P40討論）針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中可

以加入適量的養(yǎng)分、、有機碳源以及農(nóng)藥、、有益菌等。為了

促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些

提示：無機鹽抗生素植物生長調(diào)節(jié)劑

陶國考向突破

r

1.（2023?寧夏六盤山模擬）在草莓生產(chǎn)上傳統(tǒng)的繁殖方式易將所感染的病毒

傳播給后代，導致產(chǎn)量降低、品質(zhì)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圖，請回答下列問題：

外植體―.愈傷組織一處胚狀體或叢芽一植株

（1）微型繁殖培育無病毒草莓苗時，一般選取作為外植體，其依

據(jù)是

⑵與常規(guī)的種子繁殖方法相比，植物微型繁殖技術的特點有

一（答出2點即可）。

（3）過程①配制好的培養(yǎng)基中，常常需要添加,以利于外植體啟動

細胞分裂形成愈傷組織。接種后2?5d,若發(fā)現(xiàn)外植體邊緣局部有污染，原因可

能是O

（4）過程②要進行照光培養(yǎng)，其作用是

（5）離體的葉肉細胞在適宜的條件下培養(yǎng)，最終能夠形成完整的植株，說明

該葉肉細胞具有該植物全部的o

（6）通過組織培養(yǎng)技術，可把植物組織細胞培養(yǎng)成胚狀體，再通過

包裝得到人工種子，這種人工種子在適宜條件下可萌發(fā)生長成幼

苗。

解析：（1）由于莖尖（或根尖）病毒極少，甚至無病毒，因此通常選擇莖尖或根

尖作為外植體，通過植物組織培養(yǎng)技術培育獲得脫毒苗。（2）與常規(guī)的種子繁殖

方法相比，植物微型繁殖技術的特點有繁殖速度快，保持優(yōu)良品種的優(yōu)良特性等。

（3）過程①為脫分化過程，配制好的培養(yǎng)基中需要加入植物激素；在植物組織培

養(yǎng)時，若外植體消毒不徹底，將會在接種后的2?5d發(fā)現(xiàn)外植體邊緣局部有污

染。（4）過程②為再分化過程，再分化過程中芽會發(fā)育成葉，葉肉細胞中的葉綠

素的合成需要光照，故該過程需要進行照光培養(yǎng)。（5）離體的葉肉細胞在適宜的

條件下培養(yǎng)，最終能夠形成完整的植株，證明葉肉細胞具有全能性，即該葉肉細

胞具有該植物全部的遺傳信息。（6）通過組織培養(yǎng)技術，可把植物組織細胞培養(yǎng)

成胚狀體，再通過人工種皮（人工薄膜）包裝得到人工種子，這種人工種子在適宜

條件下可萌發(fā)生長成幼苗。

答案：（1）莖尖（或根尖）莖尖（或根尖）病毒少，甚至無病毒（2）繁殖速度快;

保持優(yōu)良品種的遺傳特性

（3）植物激素外植體消毒不徹底（4）促進葉肉細胞中葉綠素的合成（5）遺

傳信息（6）人工種皮（人工薄膜）

2.花椰菜易受黑腐病病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥對黑腐病等多種常

見病害具有抗性。我國科學家將紫外線（UV）照射處理的黑芥葉肉原生質(zhì)體和花

椰菜根原生質(zhì)體融合，獲得了抗黑腐病的雜合新植株。對雙親和部分雜合新植株

的染色體計數(shù)，結果加下表所示。請回答下列問題：

雜合雜合雜合

花椰

植株黑芥新植新植新植

菜

株A株B株C

染色

體數(shù)/1816343058

條

⑴原生質(zhì)體融合的理論依據(jù)是

誘導原生質(zhì)體融合常用的化學物質(zhì)是0

(2)將花椰菜和黑芥體細胞在一定條件下融合成雜種細胞，繼而培養(yǎng)成新植

物體的技術稱為,

該技術的優(yōu)勢在于.

(3)已知用一定劑量的UV處理黑芥原生質(zhì)體可破壞其染色體。根據(jù)表中數(shù)

據(jù)，嘗試推測已獲得的花椰菜黑芥雜合新植株B染色體數(shù)目小于34(雙親染色體

數(shù)之和)、雜合新植株C染色體數(shù)目大于34,可能的原因是

___________________________________o若要分析雜合新植株的染色體變異類

型，應剪取雜合新植株與植株的根尖，制成裝片，在顯微鏡下觀察

比較染色體的形態(tài)和數(shù)目。

(4)簡要寫出從雜合新植株中篩選出具有高抗性的雜合新植株的思路：

解析：(1)根據(jù)細胞膜具有一定的流動性的特點，經(jīng)過一定的處理，可實現(xiàn)

原生質(zhì)體的融合。誘導原生質(zhì)體融合的方法有物理法和化學法，常用的化學物質(zhì)

是聚乙二醇(PEG)。(2)用于融合的兩個細胞，一個是黑芥葉肉細胞，一個是花椰

菜的根部細胞，利用植物體細胞雜交技術可將花椰菜和黑芥體細胞在一定條件下

融合成雜種細胞，繼而利用植物組織培養(yǎng)技術將朵種細胞培養(yǎng)成新植物體，該技

術可克服不同生物遠緣雜交不親和的障礙。（3）由于用一定劑量的UV處理黑芥

原生質(zhì)體可破壞其染色體，同時在融合過程中染色體可能會丟失，同時融合是隨

機的，可能存在多個細胞融合的情況，因此會出現(xiàn)雜合新植株B染色體數(shù)目小

于34和雜合新植株C染色體數(shù)目大于34的情況。若要分析雜合新植株的染色

體變異類型，應剪取雜合新植株與雙親（花椰菜和黑芥）植株的根尖，制成裝片，

在顯微鏡下觀察并比較染色體的形態(tài)和數(shù)目，從而進行合理的分析。（4）根據(jù)題

表中數(shù)據(jù)可知，雜合植株可能會有多種類型，為了從雜合新植株中篩選出具有高

抗性的雜合新植株，需要進行個體生物學鑒定，即將不同的雜合新植株分別進行

黑腐病病菌接種實臉，觀察比較它們的生長情況，生長最好的即為高抗性雜合新

植株。

答案：（1）細胞膜具有一定的流動性聚乙二醇（或PEG）（2）植物體細抱雜

交克服不同生物遠緣雜交不親和的障礙（3）融合過程中染色體可能會丟失；

融合是隨機的，可能存在多個細胞的融合雙親（花椰菜和黑芥）（4）將不同的雜

合新植株分別進行黑腐病病菌接種實驗，觀察比較它們的生長情況，生長最好的

即為高抗性的雜合新植株

考點二動物細胞培養(yǎng)和核移植技術

!------4紹明自主梳理A

1.動物細胞培養(yǎng)——動物細胞工程技術的基礎

⑴原理：細胞增殖。

（2）過程

［提醒］①選用幼齡動物組織或胚胎進行細胞培養(yǎng)，因為其分化程度低、增

殖能力強，更易于培養(yǎng)。

②癌細胞不具有接觸抑制現(xiàn)象，能無限增殖。

(3)培養(yǎng)條件

「對堆養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行無菌處理

晨2一添加一定-的抗生素

-定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物

培

養(yǎng)營養(yǎng)除正常的有機和無機營養(yǎng)外，還需加入血

條一清、血漿等一些天然成分

件

洱度,「適宜溫度為36.5±0.5t(哺乳動物)

~LpH為7.2~7.4

鏢-95%空氣加5%C()2(維持培養(yǎng)液的pH)

撲”------

I提醒I培養(yǎng)時的氣體環(huán)境不是氧氣而是95%空氣+5%CO2。

(4)應用：生物制品的生產(chǎn)、檢測有毒物質(zhì)、醫(yī)學研究。

2.動物體細胞核移植技術和克隆動物

⑴原理：動物體細胞的細胞核具有全能性。

(2)動物體細胞核移植技術的過程

/溫一迪螂一供體細胞

注卜)翳重組細胞一

卵母MH叫去核一去核卵/

細胞母細胞

胚胎竺電移植.代孕母體一生出與典遺傳物質(zhì)基本

相同的個體

［提醒I卵母細胞MII期細胞質(zhì)中，含有能夠激發(fā)細胞核全能性表達的物

質(zhì)。

(3)應用

①加速家畜遺傳改良進程,促進優(yōu)良畜群繁育。

②保護瀕危物種。

③生產(chǎn)醫(yī)用蛋白。

④轉基因克隆動物細胞、組織和器官用于異種移植。

⑤用于組織器官的移植。

(4)存在的問題：成功率低、克隆動物存在健康問題、克隆動物食品的安全

性問題等。

.，回硼囹固............ma

(1)制備肝細胞懸液時先用剪刀剪碎肝組織，再用胃蛋白酶處理。(X)

(2)肝細胞培養(yǎng)過程中通常在培養(yǎng)液中通入5%的CO2刺激細胞呼吸。(X)

（3）在25C的實驗條件下可順利完成大鼠神經(jīng)細胞的培養(yǎng)。（X）

（4）培養(yǎng)保留接觸抑制的細胞在培養(yǎng)瓶壁上可形成多層細胞。（義）

⑸二倍體細胞的傳代培養(yǎng)次數(shù)通常是無限的。（義）

（6）動物細胞核移植的受體細胞必須是卵細胞。（X）

挖材

1.（選修3P44尋根問底）胰蛋白酶處理動物組織，對細胞的消化有兩種情況:

（1）短時間內(nèi)（填

“會”或“不會”）被消化，原因是

⑵長時間后細胞（填"會”或“不會”）被消化，原因是

提示：（1）不會細胞膜上具有糖蛋白，對細胞具有一定的保護作用（2）會

細胞膜上糖蛋白的保護作用是有限的；細胞膜的主要成分包括磷脂和蛋白質(zhì)，蛋

白質(zhì)可被胰蛋白酶水解

2.（選修3P49討論）⑴核移植技術中，在體細胞的細胞核移植到受體卵母

細胞之前，必須先去掉受體卵母細胞的細胞核的原因是

⑵用于核移植的供體細胞一般都選用傳代10代以內(nèi)的細胞，原因是

（3）通過體細胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動物，不是對體細胞供體動物進行了

100%的復制，原因是

此外，動物的一些行為、習性的形成與所處環(huán)境有很大關系。

提示：(1)保證核移植動物的核遺傳物質(zhì)全部來自供體細胞(2)1()代以內(nèi)的

細胞一般保持正常的二倍體核型，未發(fā)生基因突變(3)克隆動物絕大部分DNA

來自供體細胞的細胞核，其核外還有少量的DNA,即線粒體中的DNA來自受體

卵母細胞

陶題考向突破

1.(2()23?江西九江模擬)科學家發(fā)現(xiàn)：隨著腫瘤增長超過了其血管供應，內(nèi)

部缺氧能夠誘導腫瘤細胞產(chǎn)生一種特異性的轉錄因子(即能激活特定基因表達的

蛋白質(zhì)——HIF-1),進而促進血管生成。為探究HIF-1的作用，相關實驗如下表

所示。

腫瘤質(zhì)量

組別注射物培養(yǎng)第9培養(yǎng)第21

天天

HIF-\基因缺陷型胚胎

實驗鼠0.70.8

干細胞

對照鼠野生型胚胎干細胞1.75.2

請回答下列問題:

(1)體外培養(yǎng)胚胎干細胞時，通常在培養(yǎng)液中添加一定量的，以防

培養(yǎng)過程中的污染。當貼壁的胚胎干細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會

停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為。

(2)題表實驗過程中，已檢測實驗鼠注入的胚胎干細胞HlF-\基因被成功敲

除，表明HIF-1可以。

(3)由于腫瘤細胞具有的特點，對營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的需求

量較大。進一步研究發(fā)現(xiàn)，缺氧條件下，腫瘤細胞產(chǎn)生的HIF-1可明顯促進血管

內(nèi)皮生長因子(VEGF)的合成，增加對腫瘤細胞的快速供氧。請推測VEGF的生

理作用是

（4）科學家還從原發(fā)性腫瘤中分離出了血管生成抑制素和內(nèi)皮抑制素，通過

實驗證明這兩種激素都可以抑制血管生成。在腫瘤治療過程中，當切除原發(fā)性腫

瘤后往往會導致繼發(fā)性腫瘤的迅速生長，根據(jù)上述研究，并結合VEGF的生理

作用，請分析“繼發(fā)性腫瘤的迅速生長”的原因可能是

解析：（1）為防止培養(yǎng)過程中雜菌的污染，體外培養(yǎng)胚胎干細胞時，通常在

培養(yǎng)液中添力口一定量的抗生素。當貼壁的胚胎干細胞分裂生長到表面相互接觸

時，細胞就會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細胞的接觸抑制。（2）題表實臉結果

表明，注入H/F-1基因缺陷型胚胎干細胞的實臉鼠腫瘤質(zhì)量變化不大，而對照鼠

腫瘤質(zhì)量增加較快，表明HIF-1可以促進腫瘤生長。（3）由于腫瘤細胞具有無限

增殖的特點，對營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的需求量較大。血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的生

理作用是促進腫瘤細胞周圍血管的生成。（4）在腫瘤治療過程中，當切除原發(fā)性

腫瘤后，機體內(nèi)血管生成抑制素和內(nèi)皮抑制素含量減少，從而使VEGF含量增

多，進而促進癌細胞周圍血管生成，從而導致繼發(fā)性腫瘤的迅速生長。

答案：（1）抗生素細胞的接觸抑制（2）促進腫瘤生長（3）無限增殖促進

腫瘤細胞周圍血管的生成（或促進血管內(nèi)皮細胞的增殖）（4）機體內(nèi)血管生成抑

制素和內(nèi)皮抑制素含量減少，從而使VEGF含量增多，進而促進癌細胞周圍血

管生成

2.（2021?湖南選擇等）M基因編碼的M蛋白在動物A的肝細胞中特異性表

達。現(xiàn)設計實驗，將外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通過核移植、

胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術獲得M基因失活的轉基因克隆動物A,流程如圖所

示?；卮鹣铝袉栴}：

成纖維細胞

I胚胎培養(yǎng)

早期胚胎

I胚胎移植

代孕母親

克隆動物A

⑴在構建含有片段F的重組質(zhì)粒過程中，切割質(zhì)粒DNA的工具酶是

這類酶能將特定部位的兩個核甘酸之間的

______斷開。

(2)在無菌、無毒等適宜環(huán)境中進行動物A成纖維細胞的原代和傳代培養(yǎng)時,

需要定期更換培養(yǎng)液，目的是

⑶與胚胎細胞核移植技術相比，體細胞核移植技術的成功率更低，原因是

從早期胚胎中分離獲得的胚胎干細胞，在形態(tài)上表現(xiàn)為

(答出兩點即可)，功能上具有

(4)鑒定轉基因動物：以免疫小鼠的淋巴細胞與骨髓瘤細胞進行融

合，篩選融合雜種細胞，制備M蛋白的單克隆抗體。簡要寫出利用此抗體確定

克隆動物A中M基因是否失活的實驗思路：

解析：（1）構建基因表達載體時，切割質(zhì)粒DNA要用到限制酶，限制酶能夠

識別雙鏈DNA分子的某種特定核普酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個

核昔酸之間的磷酸二酯鍵斷開。（2）在進行動物細胞培養(yǎng)的過程中，要定期更換

培養(yǎng)液，以便清除代謝產(chǎn)物，防止細胞代謝產(chǎn)物積累對細胞自身造成危害。（3）

體細胞核移植技術由于動物體細胞分化程度高，恢復其全能性十分困難，故與胚

胎細胞核移植技術相比，體細胞核移植技術的成功率更低。胚胎干細胞具有胚胎

細胞的特性，在形態(tài)上表現(xiàn)為體積小、細胞核大、核仁明顯；在功能上，具有發(fā)

育的全能性，即可以分化成為動物體內(nèi)任何一種組織細胞。（4）在進行單克鱉抗

體制備時，首先要誘導相應的B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合。在應用單克隆抗

體進行檢測時，主要原理是抗原一抗體特異性結合，所以實驗思路是取該轉基因

動物的肝組織細胞，提取其蛋白質(zhì)，加入適量的M蛋白的單克隆抗體，觀察有

無凝集現(xiàn)象（或有無抗原一抗體特異性結合的現(xiàn)象），若有則說明M基因不失活，

若無則說明M基因失活。

答案：（1）限制酶（或限制性核酸內(nèi)切酶）磷酸二酯鍵

（2）清除代謝產(chǎn)物，防止細胞代謝產(chǎn)物積累對細胞自身造成危害

（3）動物體細胞分化程度高，恢復其全能性十分困難體積小、細胞核大、

核仁明顯（答出兩點即可）發(fā)育的全能性

（4）B取該轉基因動物的肝組織細胞，提取其蛋白質(zhì)，加入適量的M蛋白

的單克隆抗體，觀察有無凝集現(xiàn)象（或有無抗原一抗體特異性結合的現(xiàn)象），若有

則說明“基因不失活，若無則說明M基因失活

考點三動物細胞融合和單克隆抗體的制備

.____4紹E2自主梳理A____

i.動物細胞融合

胞的過

二合細

合形成

細胞結

個動物

個或多

邀金兩

交

胞雜

稱細

程，也

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電激

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EG)

二醉(P

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物|提醒

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。

胞的方法

動性

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細胞

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合

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個細胞

個或多

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成具有

型整形

細胞

為雜交

胞，稱

核細

雜交

遠緣

限，使

法的局

雜交方

了有性