精讲册第22章　细胞工程

第5部分生物技术与工程第22章细胞工程高考生物学某省市专用目录第1节植物细胞工程

考点清单

即练即清

考法清单第2节动物细胞工程

考点清单

即练即清

考法清单第3节胚胎工程

考点清单

即练即清提升提升第1节植物细胞工程提升一、植物组织培养技术理论基础植物细胞一般具有全能性。(1)原因:细胞中含有发育成完整个体所需的全套基因;(2)表达的条件:离体、一定的激素和营养物质等操作过程

相关内容(1)实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌,且每次使用后的器械都要灭菌。(2)接种时注意外植体的方向,不要倒插(涉及外植体内生长素的极性运输)。(3)外植体经过脱分化不一定形成愈伤组织,有些植物外植体通过诱导直接产生胚状体。(4)脱分化培养基中蔗糖的作用:维持培养基的渗透压以及为愈伤组织提供碳源。(5)生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,其浓度、比例影响植物细胞的发育方向:①生长素/细胞分裂素的值>1→利于根的分化;②生长素/细胞分裂素的值<1→利于芽的分化;③生长素/细胞分裂素的值=1→促进愈伤组织的形成小表达

(1)[2019全国Ⅲ,38(3)改编]诱导愈伤组织形成过程到诱导愈伤组织分化形成试管苗过程需要更换新的培养基,原因是

。(2)[2019全国Ⅲ,38(4)改编]诱导愈伤组织形成试管苗的过程中需要照光培养,其作用是

。两过程所需的生长素和细胞分裂素的比例不同诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用二、植物体细胞杂交技术概念将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新植物体的技术理论基础细胞膜的流动性、植物细胞的全能性操作流程

意义克服不同种植物之间杂交的不亲和障碍,打破生殖隔离,实现远缘物种之间的核质融合,培育植物新品种等知识拓展

部分杂种细胞的筛选方法根据原生质体的大小、颜色等的不同来筛选,如叶绿体颜色不同(色素含量不同)

的两种植物细胞的原生质体融合后,可在显微镜下观察叶绿体的颜色来识别杂种细

胞。小表达

[2023浙江1月选考,24(2)改编]在植物体细胞杂交实验中,将两种植物的原生

质体1∶1混合后,通过添加适宜浓度的PEG进行诱导融合,一段时间后,加入过量的培

养基进行稀释,稀释的目的是

。降低PEG浓度,使其失去促融合作用,终止原生质体融合三、植物细胞工程的应用植物繁殖的新途径快速繁殖优点(1)高效、快速地实现种苗的大量繁殖。(2)保持优良品种的遗传特性应用、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产作物脱毒原因无性繁殖作物感染的病毒后代,其会导致作物产量降低,品质变差应用植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,可用茎尖进行组织培养,获得脱毒苗,如脱毒、脱毒草莓等作物新品种的培育单倍体育种原理染色体数目变异优点(与杂交育种相比)能够缩短育种年限,在较短时间内获得纯合品系突变体的利用原理植物组织培养中的细胞处于不断增殖的状态,培养条件和诱变因素的影响而产生突变应用从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种,如抗花叶病毒的甘蔗等细胞产物的工厂化生产一般途径产物(1)初生代物生长和生存所必需的代,初生代糖类、脂质、蛋白质、核酸

等。(2)次生代生物生长所必需的,一般在特定的组织或器官中,并在一定的环境和时间条件下进行。次生代一类小分子有机化合物,如酚类、萜类和含氮化合物等错

植物细胞培养≠植物组织培养,植物细胞培养是指在离体条件下对单个植

物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术;植物组织培养需诱导外植体形成完整植株。苏教速览

人工种子概念人工种子是指将在植物组织培养中得到的胚状体和具有养分的人工胚乳包埋在具有保护功能的人工种皮中,在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体基本结构

优点①制种快,且制种不受季节限制;②人工胚乳可提供更好的营养供应,还可提供相应成分增强抵抗疾病的能力即练即清真题选改判1.(2024江苏,16)培养基中生长素与细胞分裂素的比例影响愈伤组织再分化。

(

)√2.(2024黑、吉、辽,6)诱导外植体形成愈伤组织时需加入NAA和脱落酸。

(

)×解析

诱导外植体形成愈伤组织时需要加入适当比例的生长素和细胞分裂素。3.(2024山东,20)体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的2个细胞核。(

)×解析

体细胞杂交获得的杂种植株细胞中只有一个细胞核。4.(2023广东,12)科研人员分别诱导人参根与根产生愈伤组织并进行细胞融合,

融合的细胞即为杂交细胞。

(

)×解析

细胞融合时既有同种细胞的融合,也有不同种细胞的融合,后者才是所需要的杂

交细胞。5.(2023山东,14)次生代植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培

养。

(

)×解析

次生代是植物生长所必需的。从真题到教材6.在一定的激素和营养等条件的诱导下,已经分化的细胞可以经过

,转变成未

分化的细胞,进而形成

,其能重新分化成芽、根等器官,该过程称为

。在上述过程中起关键作用的植物激素是

,它们的浓度、比例等会影响植物细胞的发育方向(2024江苏,16)(2021江苏,5)(2024黑、吉、辽,6)(2024湖北,11)。脱分化愈伤组织再分化生长素和细胞分裂素7.植物体细胞杂交技术中用到

去除细胞壁,获得原生质体,需将原生质体放在

或略高于细胞渗透压的溶液中,以防止其吸水涨破或过度失水皱缩(2023江苏,13)。纤维素酶和果胶酶等于8.人工诱导植物原生质体融合的方法基本可以分为两大类——物理法和化学法。物理

法包括

、

等;化学法包括

、

等。不同来源的植物细胞所含叶绿体情况可能不同,故以

等差异为标志可识别杂种细胞(2023江苏,13)。电融合法离心法聚乙二醇(PEG)融合法高Ca2+—高pH融合法叶绿体颜色植物细胞工程及应用典例

(2024湖北,11,2分)植物甲抗旱、抗病性强,植物乙分蘖能力强、结实性好。科

研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙,过程如图所

示。下列叙述错误的是

(

)

BA.过程①中酶处理的时间差异,原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异B.过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合C.过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素D.可通过分析植物丙的染色体,来鉴定其是否为杂种植株解析

过程①为用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,过程①中酶处理的时间差异,原因可

能是两种亲本的细胞壁结构有差异,A正确。过程②中常采用聚乙二醇(PEG)融合法、

高Ca2+—高pH融合法、离心法等诱导原生质体融合,灭活的仙台病毒常用于诱导动物

细胞融合,B错误。生长素和细胞分裂素的比例适宜,可促进过程④杂种细胞脱分化形

成愈伤组织;生长素和细胞分裂素的比值偏大,可促进愈伤组织再分化生根;生长素和细

胞分裂素的比值偏小,可促进愈伤组织再分化生芽,因此过程④和⑤的培养基中均需要

添加生长素和细胞分裂素,C正确。可通过分析植物丙的染色体来鉴定其是否为杂种

植株,若丙的染色体包含了甲和乙的染色体,则说明其为杂种植株,D正确。变式1

同考法不同情境抗黑腐病杂种植株

(多选)(2025届南通如皋调研,19)野生

黑芥具有黑腐病菌的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色

体片段化,并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花

椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂种植株,流程如图。下列分析错误的是

(

)

A.过程①需要使用纤维素酶和胰蛋白酶来处理两种细胞B.过程②后,显微镜下观察到有叶绿体的融合细胞即为杂种细胞C.融合后的原生质体,经脱分化形成具有特定形态和功能的愈伤组织D.可通过黑腐病菌接种实验对杂种植株进行鉴定ABC解析

植物细胞细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,过程①需要使用纤维素酶和果胶

酶处理获得原生质体,A错误;用于融合的两个细胞,一个是黑芥苗的叶肉细胞(含叶绿

体),一个是花椰菜的根部细胞(无叶绿体),因此光学显微镜下观察到的含叶绿体的细胞

可能是杂种细胞,也可能是黑芥苗叶肉细胞自身融合的细胞,B错误;融合后的原生质体

经过细胞壁再生,然后脱分化形成愈伤组织(不定形的薄壁组织团块),C错误;可通过黑

腐病菌接种实验对杂种植株进行鉴定,杂种植株应表现为抗黑腐病,D正确。变式2

同考法不同知识植物组织培养

(2024届南某省市二模,13)摇摆式

间歇浸没生物反应器可通过摆动架的倾斜摆动,使培养液间歇浸没组培苗,实现

组培苗的快速生长。相关叙述正确是

(

)A.获得组织苗的培养基含有水、无机盐、蔗糖、琼脂和激素等多种营养物质B.获得组培苗的步骤:外植体→脱分化形成胚状体→再分化形成试管苗C.间歇摆动提高培养液溶氧量,有利于组培苗进行有氧呼吸,提高生长速度D.经过间歇浸没培养获得的植株需要消毒后炼苗再移栽到经灭菌处理的土壤中C解析

琼脂是凝固剂,植物激素只起调节作用,二者都不提供营养,均不属于营养物质,A

错误;外植体脱分化可形成愈伤组织,愈伤组织再分化可形成胚状体,胚状体再发育成完

整植株,B错误;间歇摆动提高培养液溶氧量,有利于组培苗进行有氧呼吸,有氧呼吸能为

组培苗的生长发育提供能量,因此可以提高生长速度,C正确;经过间歇浸没培养获得的

植株不需要再消毒处理,D错误。第2节动物细胞工程提升一、动物细胞培养概念从动物体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后在适宜的培养条件下,让这些细胞生长和增殖的技术。动物细胞培养是动物细胞工程的基础动物细胞培养的条件营养培养液中除含细胞所需的各种营养物质(糖类、氨基酸、无机盐、维生素等)外,通常还会添加血清等天然成分无菌、无毒环境(1)无菌:培养用具、培养液等灭菌,需在无菌环境下操作。(2)无毒:定期更换培养液,防止细胞代累对细胞自身造成危害、pH、渗透压(1):哺乳动物细胞培养的以(36.5±0.5)℃为宜。(2)pH:多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。(3)渗透压:适宜的渗透压,以维持细胞正常形态气体环境(1)O2:细胞代需;CO2:主要维持培养液的pH。(2)置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养动物细胞培养的过程

(1)使用胰蛋白酶和胶原蛋白酶处理动物组织时,需要控制两种酶的处理时间。(2)原代培养和传代培养中细胞不止分裂一次。(3)细胞贴壁和接触抑制:①细胞贴壁:细胞贴附于培养瓶的瓶壁上生长增殖;②接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞通常会停止分裂增殖干细胞的特点、分类及功能特点在一定条件下,可以分化成其他类型的细胞分类及功能

知识拓展

(1)动物细胞培养过程中,使组织分散成单个细胞的目的是使细胞与培养液

充分接触,保证细胞所需氧气和营养的供应;使细胞代。(2)干细胞分类①根据干细胞所处发育阶段:胚胎干细胞、成体干细胞。②根据干细胞分化潜能

全能干细胞多能干细胞单能干细胞特点具有形成完整个体的分

化潜能具有分化成多种细胞组织的能力持续停留在某种组织中的干细胞,只能分化成一种类型或密切相关的细胞类型实例胚胎干细胞(从早期胚胎内细胞团分离出来的一种高度未分化的细胞系)骨髓多能造血干细胞上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞小表达进行动物细胞培养时,

(填“可以”或“不可以”)使用胃蛋白酶分

散细胞,原因是

。不可以胃蛋白酶作用的最适pH为1.5,多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,

胃蛋白酶在此环境下会失活二、动物细胞融合技术与单克隆抗体动物细胞融合技术理论基础细胞膜具有流动性常用方法(1)物理法:电融合法。

(2)化学法:聚乙二醇(PEG)融合法。(3)生物法:灭活病毒诱导法(如使用灭活的仙台病毒处理)动物细胞融合技术的应用——单克隆抗体制备过程

(1)第一次筛选①方法:使用特定的选择培养基,如HAT培养基,在该培养基中未融合的亲本细胞和具有同种核的融合细胞都会死亡,只有杂交瘤细胞才能生长。②结果:获得杂交瘤细胞。由于获得的B淋巴细胞种类很多,因此第一次筛选获得的杂交瘤细胞也不只有一种。(2)第二次筛选①方法:克隆化培养和抗体检测。使用96孔板对上述杂交瘤细胞进行克隆化培养,利用抗体能与特定抗原结合的原理检测每孔中的抗体。②结果:获得抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞(即能分泌所需抗体的杂交瘤细胞)动物细胞融合技术的应用——单克隆抗体应用诊断试剂被广泛用作诊断试剂,在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用,如利用同位素或荧光标记的单克隆抗体在特定组织中成像的技术可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病抗体—药物偶联物(ADC)ADC通常由抗体、接头和药物(如细胞毒素)组成,其通过将药物与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合,实现对肿瘤细胞的选择性杀伤

治疗疾病单克隆抗体药物已被广泛用于肿瘤、自身免疫病等疾病的治疗,如利妥昔单抗被用于治疗复发难治的低分化B细胞淋巴瘤优点特异性强(能够与特定抗原发生特异性结合)、灵敏度高(能够准确识别抗原的细微差异)、可以大量制备错

抗体—药物偶联物(ADC)ADC中抗体主要发挥靶向运输作用,通过特异性结合靶细胞表面的抗原,将药物输

送给靶细胞,药物发挥治疗效应,如杀伤靶细胞。ADC副作用小的原因是抗体的特异性

识别作用。三、动物体细胞核移植技术和克隆动物动物细胞核移植技术概念将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使这个重新组合的细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的技术理论基础动物细胞核具有全能性分类动物细胞核移植分为体细胞核移植、胚胎细胞核移植体细胞核移植过程

(1)选取MⅡ期(减数分裂Ⅱ中期)卵母细胞作为受体的原因:MⅡ期的卵母细胞体积大,;细胞质中含有促使细胞核全能性表达的物质和营养条件。(2)去核方法:显微操作法是普遍使用的去核方法。也可采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学

物质处理等方法,这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。(3)重构胚:人工重新构建的胚胎,具有发育成完整个体的能力。(4)克隆动物的遗传物质来源:①细胞核中的遗传物质来自供体细胞;②细胞质中的遗传物质来自

去核卵母细胞和供体细胞应用(1)畜牧业:加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育;(2)医药卫生领域:如生产医用蛋白知识归纳

核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同的原因:①克隆动物细

胞质中的部分遗传物质来自去核卵母细胞;②性状受环境的影响;③在个体发育过程中

有可能发生基因突变等。小表达

[2021湖南,22(3)改编]与胚胎细胞核移植技术相比,体细胞核移植技术的成功

率更低,原因是

。体细胞分化程度高,表现全能性十分困难即练即清真题选改判1.(2024江苏,19)体外培养卵母细胞时通常加入湿热灭菌后的血清。

(

)×解析

体外培养卵母细胞时通常加入血清,但是血清不能进行湿热灭菌,否则会使其中

部分有效成分失活。2.(2024江西,16)用于生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可传代培养,但不能冻存。

(

)×解析

杂交瘤细胞可以大量增殖,当培养瓶中细胞密度太大时,可以进行传代培养,也可

冷冻保存。3.(2022江苏,14)培养心肌细胞的时候既需要氧气也需要二氧化碳。

(

)√4.(2022江苏,19)动物细胞工程中,可加入灭活的病毒促进细胞融合。

(

)√5.(2021辽宁,13)克隆动物的遗传性状完全来源于供体。

(

)×解析

控制克隆动物遗传性状的部分质基因来源于受体卵母细胞。从真题到教材6.动物细胞培养的条件:①营养,包括葡萄糖、

、无机盐、微量元素、维生素

和促生长因子,利用合成培养基培养动物细胞时,通常需加入一定量的

(苏

教版选必3P65)(2024江苏,19)(2021江苏,11)。②

,如培养液需要定期更换,以便清除代,防止细胞代累对细胞造成危害。③、pH和渗透

压。④气体环境,在进行细胞培养时,通常采用培养皿或松盖培养瓶,并将它们置于含有

和5%CO2的混合气体的

中进行培养(2023江苏,17)。CO2的主要作用是

。氨基酸动物血清无菌、无毒的环境95%空气CO2培养箱维持培养液的pH7.动物细胞融合的原理是

。诱导融合的常用方法有聚乙二醇(PEG)

融合法、电融合法、

等(2022江苏,19)。细胞膜的流动性灭活病毒诱导法8.单克隆抗体制备过程:细胞融合前,需先用

对小鼠进行免疫,再取小鼠的

(含B淋巴细胞)用

酶处理,并用培养液将细胞制成细胞悬液,进行细胞培养。诱导融合后用选择培养基(如HAT培养基)筛选,该培养基对

和

生长具有抑制作用(2023湖北,22)。获得杂交瘤细胞后,将其接种到96孔板,进行

培养,然后用

进行抗体检测,多次筛选

。特定的抗原脾脏细胞胰蛋白(或胶原蛋白)未融合的亲本细胞融合的具有同种核的细胞克隆化特定的抗原阳性细胞(或抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞)9.由于动物胚胎细胞分化程度

,表现全能性相对容易,而动物体细胞分化程度

,表现全能性十分困难,因此动物体细胞核移植难度明显

(“高于”或

“低于”)胚胎细胞核移植(2021湖南,22)。低高高于动物细胞工程及应用典例

(2025届南通如皋质量检测,11)CD47是一种细胞膜表面的糖蛋白,可与巨噬细胞

结合,从而抑制巨噬细胞的功能。为验证抗CD47的单克隆抗体能减弱CD47对巨噬细

胞的抑制作用,某科研小组进行了实验,实验过程如图所示。下列叙述正确的是

(

)

A.向巨噬细胞+肿瘤细胞共培养体系加入血清,主要用于提供未知的能源物质B.第一次筛选时可根据细胞中染色体的数目筛选杂交瘤细胞C.多次筛选时用到抗原—抗体杂交技术和克隆化培养技术D.预期实验结果为对照组巨噬细胞的吞噬能力高于实验组C解析

向巨噬细胞+肿瘤细胞共培养体系加入的血清可提供某些营养物质,A错误;第一

次筛选是要选出杂交瘤细胞,排除掉未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞,因

此不能根据细胞中染色体的数目筛选,B错误;抗原—抗体杂交技术可检测杂交瘤细胞

能否产生所需抗体,克隆化培养可获得大量能产生特定抗体的杂交瘤细胞,推测图中多

次筛选时会用到抗原—抗体杂交技术和克隆化培养技术,C正确;与对照组相比,实验组

中加入了抗CD47的单克隆抗体,抗体与肿瘤细胞表面的CD47发生特异性结合,从而减

弱CD47对巨噬细胞的抑制作用,因此预期实验结果为实验组中巨噬细胞的吞噬能力高

于对照组,D错误。变式1

同考法不同考查角度双特异性抗体

(2024届连云港调研,12)将由2种不同

的抗原分别制备的单克隆抗体分子,在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体,简

称双抗(如图)。下列说法错误的是

(

)A.制备单克隆抗体过程涉及细胞融合、选择培养基筛选等过程B.单抗也可以与药物、细胞因子等偶联,用于靶向治疗肿瘤C.筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原D.同时注射2种抗原可得到产双抗的B细胞D解析

单克隆抗体的制备过程需要诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合,然后利用选择

培养基筛选出杂交瘤细胞,A正确;一种浆细胞(可由B细胞分化形成)只能分泌一种特异

性抗体,双抗是由2种单克隆抗体(分别由2种抗原制备而成)在体外解偶联后重新偶联

制备的,因此筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原—抗体

检测,C正确,D错误。变式2

同考法不同知识体细胞核移植

(2021辽宁,13,2分)如图是利用体细胞核移

植技术克隆优质奶牛的简图。有关叙述正确的是

(

)A.后代丁的遗传性状由甲和丙的遗传物质共同决定B.过程①需要提供95%空气和5%CO2的混合气体C.过程②常使用显微操作去核法对受精卵进行处理D.过程③将激活后的重组细胞培养至原肠胚后移植B解析

控制丁牛性状的核基因来自甲,质基因主要来自乙,故其遗传性状由甲和乙共同

决定,A错误;过程②为显微操作法去除细胞核,操作对象是卵母细胞,而不是受精卵,C错

误;一般将过程③激活的重组细胞培养至桑葚胚或囊胚阶段后移植,D错误。第3节胚胎工程一、胚胎工程的理论基础胚胎工程概念对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理,然后将获得的胚胎移植到雌性动物

体内生产后代,以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等受精

胚胎早期发育

二、胚胎工程技术及其应用体外受精过程

意义(1)提高动物繁殖能力的有效措施。(2)可以为胚胎移植提供可用的胚胎胚胎移植过程

实质早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移意义(1)可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(2)缩短供体本身的繁殖胚胎分割概念采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4