细胞工程-高考生物一轮复习讲义（人教版）原卷版

[高中生物一轮复习教学讲义选修3]

第28讲细胞工程

考点一植物细胞工程

细胞工程：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。在细胞水平或细胞器水平。根据

操作对象不同，分为植物细胞工程和动物细胞工程。

1.植物细胞工程

(1)植物细胞的全能性：生物的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成完整个

体所必需的全部基因，具有发育成完整生物休的潜能。

(2)原因：细胞含有本物种全部的遗传信息。

(3)细胞全能性表达的条件：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

的外界条件。

2.植物组织培养技术

(1)原理：植物细胞具有全能性。

(2)操作流程

(3)培养条件：营养物质，矿质元素(无机盐)、蔗糖、维生素、有机添加物(甘氨酸)。植物激素，细胞分

裂素、生长素等。固化剂，琼脂。其他条件，无菌、适宜的温度、合适的pH等。

(4)脱分化和再分化的比较。

比较内容脱分化再分化

过程外植体一愈伤组织愈伤组织一幼苗

形成体特点排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞生根、发芽

需要条件a.离体；b.适宜的营养；c.生长a.离体；b.适宜的营养；c.生长素和细胞

素和细胞分裂素的比例适中分裂素的比例高或低分别诱导生根或生芽

3.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)原理

①原生质体融合：利用了细胞膜的流动性。

②杂种细胞发育成杂种植株：利用了细胞的全能性。

(3)过程图解

*

细

胞

A

*

细

胞

B

休倒胞融合植物姐织培养

步骤做法

①原生质体的获得酶解法(纤维素酶、果胶酶法除细胞壁，得到原生质体

通过一定的技术手段(物理法：离心、振动、电激等；化学法：

②杂种细胞的形成

用聚乙二醇等作为诱导剂)进行人工诱导，实现原生质体的融合

③杂种植株的产生对杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育

(4)意义：植物体细胞杂交克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍。

注意说明：

(1)进行融合的细胞，若只考虑两两融合会产生三种类型：AA型、BB型、AB型，符合要求的为AB

(2)杂种细胞形成的标志：再生出细胞壁。

(3)杂种细胞的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，变异类型属于染色体变

4.植物细胞工程的实际应用

(1)植物繁殖的新途径

①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

特点：a.保持优良品种的遗传恶性；b.高效快速地实现种苗的大量繁殖

②作物脱毒技术：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，

获得脱毒苗的技术。常用于马铃薯、草猿、甘蔗、香蕉等无性繁殖的植物。

③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到

的种子。人工种皮要透水、透气、易降解，而且要在一定浓度的农药中浸泡。人工胚乳或子叶中除含有营

养物质外，也可以放入固氮菌。

(2)作物新品种的培育：单倍体育种；突变体的利用。

考点二动物细胞工程

1.动物细胞培养

(1)概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些

细胞生长和增殖。

(2)原理：细胞的增殖。

(3)操作流程

动物胚胎或幼龄动娜「单个细胞加培养液।

物的器官或组织腹蛋白触胶原蛋白酶处百制成‘

细胞悬液一贴壁细胞生长到表面相互接触一＞10代细胞一50代细胞

|fI__________fI____f

原代培养传代培养继跳代培养，

可能发生癌变

①选用幼龄动物组织或胚胎进行细胞培养的原因：幼龄动物组织或胚胎的细胞分化程度低，增殖能力

很强，更易于培养。

②不选用胃蛋白酶分散细胞的原因：多数动物细胞培养的适宜pH为7.2〜7.4,此环境下胃蛋白酶(适宜

pH为1.5左右)没有活性，而胰蛋白酶(pH为7.2〜8.4)活性较高。

③正常细胞有接触抑制现象，癌变细胞会失去接触抑制现象。

④目前使用或冷冻保存的通常都是10代以内的细胞，目的是保持细胞正常的二倍体核型。

⑤无论是原代培养还是传代培养，培养瓶都要放在二氧化碳培养箱中，目的是调节pH。

(4)培养条件

①无菌、无毒的环境：培养液和培养用具进行无菌处理；培养液中添加一定量的抗生素：定期更换培

养液，以清除细胞代谢产物。

②营养：主要有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。在使用含有上述成分的合成培养基

时，通常需加入血清、血浆等天然成分。

③温度和pH：培养哺乳动物细胞的温度多以36.5+0.5。(?为宜，多数细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。

④气体环境：95%空气+5%CO2,O2是细胞代谢所必需的，CO?的主要作用是维持培养液的pH。

(5)动物细胞培养技术的应用

①生产病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。

②为基因工程提供受体细胞。

③用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性。

④用于生理、病理、药理等方面的研究。

2.动物体细胞核移植技术和克隆动物

(1)概念：将动物的一个细胞的细胞核移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个

新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。

(2)原理：动物细胞核的全能性。

(3)分类：胚胎细胞核移植(容易)、体细胞核移植(困难，原因是动物体细胞分化程度高，全能性很难恢

复)。

(4)操作流程

躲鬻一艘一体细胞、

物体细胞培养\^人

采集卵体外.减数第二次显微操作4核一卵电激，使.

母细胞培养分裂中期吸出细胞,母细胞细胞融合”

核及极体

海送立占W/4•皿生出与供体遗

重组细胞遨直重组胚胎镖一受体雌一传物质基本相

移植性动物同的个体

(5)用到的技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植。

(6)体细胞核移植技术的应用前景：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；保护濒危物种；转基

因克隆动物可以作为生物反应器；为器官移植提供供体；为胚胎发育及衰老过程的研究提供证据；用克隆

动物作疾病模型。

(7)存在的问题：成活率低；克隆动物的健康问题：克隆动物食品的安全性问题等。

知识拓展：i

选卵细胞作为受体细胞的原因：①卵细胞体积大，易于操作；②卵黄多，营养丰富，能为发育提供充T

II

!足的营养：③能激发重组细胞分裂分化!

i用物理或化学方法(如电脉冲、钙离子载体，乙醇、蛋白酸合成抑制剂等)激活受体细胞，使其完成i

i细胞分裂和发育进程；

pvMBMB・・^»•・■・1

目前核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作去核法。还有人采用其他方法，如梯度离心、紫外i

iI

i光短时间照射、化学物质处理等。这些方法是在没有刺破透明带或卵母细胞质膜的情况下，去除细胞核或i

ii

，使卵细胞核DNA变性，从而达到去核目的.!

L0...w•.•■aM.■.*w...*MM..«v•■w....MM..

(8)生物技术中的伦理问题：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验，不反对治疗

性克隆。

考点三动物细胞融合与单克隆抗体的制备

1.动物细胞融合：两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，又称细胞杂交。

(2)原理：细胞膜的流动性。

(3)方法：灭活的病毒、聚乙二醇、电激等。

(4)意义：突破有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能；成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生

物新品种培育等的重要手段；制备单克隆抗体。

用灭活病毒诱导动物细胞融合过程的示意图

2.单克隆抗体的制备

(1)血清抗体与单克隆抗体

名称产生.特点

血清抗体由浆细胞分泌一般从血清中分离，产量低，纯度低，特异

性差

单克隆抗体由杂交瘤细胞分泌特异性强，灵敏度高，能大量制备

(2)单克隆抗体：克隆单一的杂交瘤细胞所产生的大量的单一抗体。

(3)生产过程射抗原

(4)特点：特异性强、灵敏度高，并可大量制备。

(5)用途：①作为诊断试剂：能准确识别各种抗原物骨髓痛

细胞,B淋要要杂交细胞

质的细微差异，并与一定抗原发生特异性结合，具有准

确、高效、简易、快速的优点。---------►筛选出杂交搞细胞

G)G)虫凝______专一抗体

②用于治疗疾病和运载药物：可制成“生物导弹”，99检验阳性

克隆上述

杂交细胞-----------筛选出能产生特定

主要用于治疗癌症，也有少量用于治疗其他疾病。抗体的杂交揄细胞

O®一专一抗体

检验阳性

将不同杂交

细胞分开

z__

I

f养/产内培养

从培养液从小鼠腹水

中提取X中提取

弋内

单克隆抗体

(6)制备单克隆抗体过程中的两次筛选

筛选的对象方法

利用特定的选择培养基：在该培养基

中只有杂交瘤细胞存活、其他细胞(未

第一次筛选杂交瘤细胞

融合的B细胞和瘤细胞、融合后的

B—B细胞和瘤一瘤细胞)均不能存活

利用特定抗原通过抗原一抗体杂交技

第二次筛选能产生特异性抗体的杂交瘤细胞

术确认抗体性质

L根据下面植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题。

(1)运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)自然状态下不能得到杂种植株，原因是<.

(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是,其中过程②称为,植

物体细胞融合完成的标志是o

(3)己知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄一马铃薯”属于倍体植株。

(4)已知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，将柴油树细胞培养到阶段即可(填字母编号)。

(5)若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，该过程相当于

(填字母编号)。

(6)人工种子是由发育到过程(填字母编号)的结构包裹上人工种皮制备的。

2.如图表示两种制备单克隆抗体的实验方案。已知调控细胞增殖的基因在骨微瘤细胞的细胞质中，回答相

关问题：

体内培养

6士acD细胞培养、隹茎

体外培养

图1

(1)若图1中A是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞是取自体内的浆细胞，促进d过程的常用诱

导剂是o

(2)假设仅考虑某两个细胞的融合，则可形成种类型的C细胞，通常首先是用选择培养基对C

细胞进行筛选，筛选出细胞，然后再设法筛选出(填特点)的D细胞用于培养。

(3)若以细胞核移植技术制备单克隆抗体(图2),a为去核的细胞，c是从d中分离出的

细胞，V过程类似于植物组织培养中的过程。

猿卜供体细胞的核

复坐沁耳干工干

早:期从；中取出特定

胚胎细胞、培养细胞

图2

(4)单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最大的优点是o

3.如图分别是单克隆抗体制备过程和克隆羊培育过程示意图，请据图回答卜列问题:

黑面绵羊去白面绵羊

核卵母细胞［乳腺细胞核

细^胞)

I电脉］剌激

倬血胚胎)

,I④、

(为一母纲辛子宫)

］妊娓、踞

(克隆羊“多利1

甲乙

(1)图甲和图乙所示的过程中，均用到的动物细胞工程技术是。

(2)图甲中②过程——