第二章细胞工程知识清单-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第二章 细胞工程 第 1 节 植物细胞工程 一、细胞工程概念及植物组织培养技术 1 ．细胞工程 (1)概念：应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 (2)分类：依据操作对象分为植物细胞工程和动物细胞工程。 2 ．细胞的全能性 (1)概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 (2)在生物的生长发育过程中，并不是所有细胞都表现出全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。 3 ．植物组织培养：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。这些离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体。 4 ．菊花的组织培养 (1)原理 ①理论基础：植物细胞的全能性。 ②相关概念 愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。 脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。 再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 ③激素的作用：植物激素中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，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。 (2)步骤 【核心探讨】 植物组织培养的过程和条件 1 ．请结合图中植物组织的变化，思考回答下列问题： (1)概括出植物组织培养的技术流程图。 ( 脱分化 再分化 驯化移栽 )提示 外植体____→ 愈伤组织____→ 芽、根等__→试管苗________→完整植株。 (2)图中的愈伤组织细胞与叶肉细胞相比，不含有的细胞器是什么？原因是什么？ 提示 不含有叶绿体；因为外植体经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞，因此，愈伤组织细胞中不含有叶绿体。 2 ．请结合菊花组织培养的实验步骤，思考回答下列问题： (1)为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？ 提示 避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。 (2)菊花组织培养过程中，诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基，其成分中是否应含有蔗糖等有机物？为什么？ 提示 应含有蔗糖等有机物；因为此时外植体不能进行光合作用制造有机物，需要依赖于环 境中的有机物才能生存。 (3)高度分化的细胞是如何启动细胞分裂、脱分化和再分化的？ 提示 是在一定的激素和营养等条件的诱导下启动的。 (4)在植物组织培养的过程中，如何控制光照条件？ 提示 脱分化过程中一般不需要光照，但是再分化过程中需要给予适当时间和强度的光照。 【核心归纳】 1 ．植物组织培养的条件：(1)离体；(2)无菌；(3)培养基(种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素)；(4)适宜的培养条件(温度、光照等)。 2 ．生长素和细胞分裂素用量的比例对植物细胞发育方向的影响 生长素用量与细胞分裂素用量的比值 结果 比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成 比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成 比值适中 促进愈伤组织的形成 【例题】 1 、植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性( ) 2 、在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理( ) 3 、若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学上端插入诱导愈伤组织的培养基中( ) 4 、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样( ) 5 、下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是( ) A ．用自然生长的茎进行组织培养需要用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒 B ．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换 C ．再生植株需要去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田 D ．试管苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富 6 、如图是植物组织培养过程示意图，下列相关说法正确的是( ) A ．上述植物组织培养过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性 B ．需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染 C ．外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照 D ．外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色 二、植物体细胞杂交技术 1 ．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。 2 ．过程 (1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。 (2)人工诱导原生质体融合的方法 ①物理法： 电融合法、离心法等。 ②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高 Ca2＋—高 pH 融合法等。 3 ．原理：原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 4 ．意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 【核心探讨】 植物体细胞杂交技术 1 ．A 种原生质体与B 种原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？ 提示 有 3 种类型：AA 、BB 、AB 。我们需要的是 AB 。要对融合后的原生质体进行筛选。 2 ．若 A 细胞具有 2x条染色体，2 个染色体组，基因型为 Aabb 。B 细胞含有 2y 条染色体，2个染色体组，基因型为 ccDd ，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数：2x+ 2y；染色体组数：4 个；基因型：AabbccDd；属于可遗传变异类型中的染色体数目变异。 3 ．“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下结马铃薯，这是为什么？ 提示 生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以“番茄—马铃薯”杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。 【核心归纳】 1、原生质体融合成功的标志是再生出细胞壁。植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植株。 2、植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于原生质体内的浓度，这样不仅能为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。 【例题】 1 、植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞( ) 2 、植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术( ) 3 、植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性( ) 4 、利用物理法或化学法可以直接诱导两个植物细胞融合( ) 5 、如图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植株白菜—甘蓝的过程，下列有关说法错误的是( ) A ．①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程 B ．②过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合 C ．③过程中高尔基体活动旺盛 D ．最终获得的杂种植株体细胞内含 19 条染色体 6 、如图为植物体细胞杂交技术的流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是 AA 和 BB 。据图分析，下列叙述正确的是( ) A ．经过程①获得的 a 、b 称为原生质体，过程②利用了细胞膜的选择透过性 B ．c 细胞只有 AABB 这一种类型 C ．过程③和④分别是脱分化和再分化 D ．获得的植株 d ，因为在减数分裂时同源染色体能正常配对，所以理论上是可育的 三、植物繁殖的新途径 1 ．快速繁殖 2 ．作物脱毒 【核心探讨】 快速繁殖和作物脱毒 1 ．植物组织培养之所以可以进行快速繁殖，是因为植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。并且，植物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。 2 ．快速繁殖中能否用花粉作为外植体？为什么？ 提示 不能；因为用花粉作外植体会出现性状分离。 3 ．经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？ 提示 脱毒苗不抗病毒；“脱毒” 与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。 【例题】 1 、作物脱毒后不再感染病毒( ) 2 、脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化( ) 3 、作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生组织( ) 4 、快速繁殖本质上是一种无性繁殖( ) 5 、某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，培育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的( ) A ．茎尖 B ．子房壁 C ．叶片 D ．花粉粒 6 、为给工厂繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所示。下列相关叙述正确的是( ) 茎尖大小 外植体数/个 分化苗数/株 脱毒苗数/株 小于 0.3 mm 20 1 1 0.3～0.5 mm 20 10 7 大于 0.6 mm 20 13 4 A.在不同的培养阶段，培养基中的激素种类和比例不同 B ．脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用 C ．培育脱毒苗时依据的原理有基因突变和细胞的全能性 D ．0.3～0.5 mm 大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性 四、作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 1 ．单倍体育种 2 ．突变体的利用 3 ．细胞产物的工厂化生产 【例题】 1 、二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株( ) 2 、突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织( ) 3 、紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗( ) 4 、植物细胞培养的原理是利用了植物细胞的全能性( ) 【核心探讨】 单倍体育种和突变体的利用 1 ．单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？ 提示 由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体数目加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。 2 ．如图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题： (1)突变体育种的原理是什么？ 提示 基因突变和植物细胞的全能性。 (2)在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？ 提示 愈伤组织细胞分裂旺盛，细胞要进行 DNA 分子复制，此时易发生基因突变。 (3)诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？ 提示 大多数都不可以；因为基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，进而对生物体有害；还有些基因突变既无害也无益，是中性的。 3．植物细胞培养技术是工厂化生产相关代谢产物的一条有效途径，在生产中通常要培养到什么阶段？为什么？ 提示 愈伤组织阶段；因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 【核心归纳】 植物组织培养和植物细胞培养的比较 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 获得植物体 获得细胞产物 原理 植物细胞的全能性 细胞增殖 过程 应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等 【例题】 1 、二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株( ) 2 、突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织( ) 3 、紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗( ) 4 、植物细胞培养的原理是利用了植物细胞的全能性( ) 5、．如图是利用某种植物(基因型为 AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图判断，下列叙述错误的是( ) ( ① ② )花粉____→幼苗 A ____→植株 B A ．过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期 B ．通过过程①②得到的植株既有纯合子又有杂合子 C ．过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素或植物生长调节剂 D ．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限 6 、大黄素是虎杖细胞产生的一种次生代谢物，它可用于医疗、保健和日用化工品中，利用愈伤组织培养可以实现大黄素的工厂化生产。为了确定大黄素的最佳收获时机，某科研小组进行了相关研究，结果如图所示。下列分析正确的是( ) A ．愈伤组织是外植体经过再分化形成的不定形的薄壁组织团块 B．大黄素是虎杖细胞在整个生命进程中一直合成且必需的物质，所以可以从愈伤组织中获取 C ．12 d 左右时，大黄素含量较低可能是愈伤组织生长缓慢导致 D ．30 d 左右时，愈伤组织干重下降可能与愈伤组织中生长素和细胞分裂素大量合成有关 第 2 节 动物细胞工程 一、动物细胞培养的条件和过程 1 ．动物细胞工程 (1)常用技术：动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等。 (2)基础：动物细胞培养。 2 ．动物细胞培养 (1)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。 (2)培养条件①营养 a ．合成培养基：将细胞所需的营养物质(糖类、氨基酸、无机盐、维生素等)按种类和所需量严格配制而成的培养基。 b．天然成分：使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分，原因是血清中含有尚未全部研究清楚的细胞所需的营养物质。 c ．培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。 ②无菌、无毒的环境 a ．对培养液和所有培养用具进行灭菌处理。 b ．在无菌环境下进行操作。 c ．培养液需定期更换，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 ③温度、pH 和渗透压 a ．温度： 以 36.5 ℃±0.5 ℃为宜。 b ．pH：以 pH 为 7.2～7.4 为宜。 c ．适宜的渗透压。 ④气体环境 a ．组成：动物细胞培养所需气体主要有 O2 和 CO2。 b ．不同气体的作用 O2 ：是细胞代谢所必需的。 CO2 ：维持培养液的 pH。 c ．培养容器：通常采用培养皿或松盖培养瓶。 d ．培养仪器：含有 95%空气和 5%CO2 的混合气体的 CO2 培养箱。 (3)培养过程 ① ②过程 (4)相关概念 ①细胞贴壁：悬液中分散的细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 ②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常停止分裂增殖的现象。 ③原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 ④传代培养：分瓶后的细胞培养。 【核心探讨】 动物细胞培养 1 ．动物细胞培养的原理是细胞增殖。 2．幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易于培养？为什么？ 提示 幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易培养。原因是这些细胞分裂能力强。 3．进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么？用胃蛋白酶可以吗？为什么？ 提示 说明细胞间的物质主要是蛋白质；不可以使用胃蛋白酶；因为多数动物细胞生存的适宜 pH 为 7.2～7.4 ， 胃蛋白酶(适宜 pH 为 1.5 左右)在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胃蛋白酶不适用于细胞培养时的处理。 4 ．“细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止分裂增殖，出现接触抑制的现象” 。试结合上述解释，举例说明哪种细胞无接触抑制现象，并阐述原因。 提示 癌细胞；癌细胞的细胞膜上的糖蛋白等物质减少。 【核心归纳】 1 ．动物细胞培养的相关处理 (1)使细胞分散开的原因：一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢物的及时排出。 (2)使用胰蛋白酶时，要控制好作用时间，因为胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，长时间作用还会分解细胞膜蛋白等，对细胞造成损伤。 (3)动物细胞的整个培养过程中可能多次用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶，第一次使用的目的是使组织细胞分散开；贴壁细胞传代培养时使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，分散成单个细胞，便于分瓶后继续培养。 (4)在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要用胰蛋白酶处理，使之分散成单个细胞，再用离心法收集。 2 ．动物细胞培养与植物组织培养的比较 项目 动物细胞培养 植物组织培养 理论基础 细胞增殖 植物细胞的全能性 培养前处理 无菌；用机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，将组织分散成单个细胞 无菌、离体 取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等 培养基性质 液体 固体 培养基成分 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等 结果 细胞培养产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体 应用 人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产 快速繁殖、作物脱毒、细胞产物的工厂化生产和单倍体育种等 相同点 ①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH 等条件；③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂 【例题】 1 、动物细胞培养体现了动物细胞的全能性( ) 2 、培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞( ) 3 、悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要用胰蛋白酶等处理后再用离心法收集 4 、培养动物细胞的第一代(即第一次细胞增殖)被称为原代培养( ) 5 、在进行动物细胞培养时，需要( ) A ．用胃蛋白酶处理以获得单细胞悬液 B ．充入 5%CO2 以刺激细胞正常呼吸 C ．加入经高压蒸汽灭菌的血清以提供营养 D ．定期更换培养液以清除代谢物 6 、如图是动物细胞培养过程中可能出现的接触抑制现象，下列有关叙述错误的是( ) A ．正常动物细胞培养过程中均会出现接触抑制现象 B ．癌细胞无接触抑制因而培养时可形成多层细胞 C ．出现接触抑制时细胞将停止分裂活动 D ．出现接触抑制后需要用胰蛋白酶处理后才可进行传代培养 二、干细胞培养及其应用 1 ．来源：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。 2 ．类型：胚胎干细胞和成体干细胞等。 3 ．胚胎干细胞(简称 ES 细胞) (1)概念：存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。 (2)局限：胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。 (3)成果：目前科学家已经分离了兔、牛、猴和人等的 ES 细胞，并证明了ES 细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等细胞。 4 ．成体干细胞 (1)概念：成体组织或器官内的干细胞。 ( 骨髓中的 造血 干细胞 ) (2)类型 神经系统中的神经干细胞 睾丸中的精原干细胞 (3)特点：具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。 (4)作用：有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。 (5)应用 ①造血干细胞：治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病。 ②神经干细胞：治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)。 5 ．诱导多能干细胞 (1)概念：通过体外诱导成纤维细胞等，获得类似胚胎干细胞的一种细胞，被称为诱导多能干细胞(简称 iPS 细胞)。 (2)应用：治疗小鼠的镰状细胞贫血；用 iPS 细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研 究也取得了新进展。 (3)优点：诱导过程无须破坏胚胎；iPS 细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。 (4)制备方法：借助载体将特定基因导入细胞中，直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导形成 iPS 细胞。 (5)来源：成纤维细胞、已分化的 T 细胞、B 细胞等。 【核心探讨】 诱导多能干细胞 如图为 iPS 细胞的培养和利用过程，请据图回答问题： (1)1→2 过程的实质是什么？ 提示 基因的选择性表达。 (2)诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？ 提示 诱导多能干细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。 (3)诱导多能干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？ 提示 通过干细胞体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足的问题。又由于人造器官是病人自身细胞经诱导分化形成的，所以可以避免免疫排斥反应。 【例题】 1 、干细胞都是来源于早期胚胎( ) 2 、iPS 细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，可以避免免疫排斥反应 3 、不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同( ) 4 、研究人员研究肥胖机理时发现了一种与脂肪细胞的分化形成有关的蛋白质 M ，其细胞分化过程如图所示。下列有关叙述错误的是( ) A ．已分化的细胞不可能继续分化为其他类型的细胞 B ．肌肉细胞与脂肪细胞中均含控制蛋白质M 合成的基因 C ．促进蛋白质 M 的合成是解决肥胖问题的一条途径 D ．间充质细胞是一种成体干细胞，其分化过程具有组织特异性 5、肌萎缩性侧索硬化症即“渐冻症” ，该病病因之一是突变的基因导致有毒物质积累，使运动神经元损伤。最新研究结果表明，利用诱导多能干细胞(iPS 细胞)制作前驱细胞，然后移植给渐冻症实验鼠，能延长其寿命。下列关于诱导多能干细胞的叙述，不正确的是( ) A ．iPS 细胞分化的实质是基因的选择性表达，细胞种类增多 B ．iPS 细胞分化成的多种细胞中所有核酸均相同，蛋白质却不完全相同 C ．若将突变的相关基因替换，或许可以起到治疗该病的作用 D ．经体外诱导产生造血干细胞，在小鼠骨髓中能够增殖分化出B 细胞 三、动物细胞融合技术 1 ．概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2 ．原理：细胞膜的流动性。 ( 3 ．诱导融合的方法 电融合 法 )PEG 融合法 灭活病毒诱导法 4 ．意义：细胞融合技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。 5 ．应用 (1)成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。 (2)用于制造单克隆抗体。 【核心探讨】 动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较 1 ．19 世纪 30 年代，科学家曾在患肺结核、天花和麻疹等疾病的病人的病理组织中，观察到多核细胞。如何解释这一现象？ 提示 病人体内的病毒等诱导多个体细胞融合形成了多核细胞。 2 ．比较动物细胞融合技术和植物体细胞杂交技术 (1)动物细胞融合和植物体细胞杂交技术的原理分别是什么？ 提示 动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性；植物体细胞杂交技术的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。 (2)两者在方法上有什么异同？ 提示 都可用聚乙二醇(PEG)融合法和电融合法诱导融合；但动物细胞还可用灭活病毒诱导法诱导细胞融合。 (3)两者在最终结果上有什么不同？ 提示 动物细胞融合最终得到的是杂交细胞，而植物体细胞杂交技术最终得到的是杂种植株。 【例题】 1 、与植物原生质体融合相比，动物细胞融合特有的诱导因素有聚乙二醇(PEG) 、灭活的病毒2、灭活的含义是用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构3 、如图表示仙台病毒诱导动物细胞融合的部分过程，下列叙述正确的是( ) A ．细胞 A 和细胞 B 必须为同种细胞才能融合 B ．细胞 C 同时有细胞 A 和细胞 B 的遗传物质 C ．该融合过程体现了细胞膜具有选择透过性 D ．此过程的原理是动物细胞具有全能性 4 、对比动物细胞融合和植物体细胞杂交技术，下列论述合理的是( ) A ．均可使用 PEG 、电融合或灭活病毒诱导细胞融合 B ．两者都可以跨越种属间的生殖隔离 C ．两者都可以体现细胞的全能性 D ．在适宜的条件下，均可产生完整个体 四、单克隆抗体及其应用 1 ．传统抗体的获得 (1)方法：向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需抗体。 (2)缺陷：产量低、纯度低、特异性差。 2 ．单克隆抗体的制备 (1)大量制备单一抗体的思路 (2)存在的问题：B 淋巴细胞不可能无限增殖。 (3)解决方案 (4)制备过程 学科网（北京）股份有限公司 3 ．单克隆抗体的优点 (1)能准确地识别抗原的细微差异。 (2)可以与特定抗原发生特异性结合。 (3)可以大量制备。 4 ．单克隆抗体的应用 (1)用作诊断试剂，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 (2)运载药物，如 ADC(抗体—药物偶联物)。 (3)直接用于治疗疾病。 【核心探讨】 单克隆抗体的制备过程和单克隆抗体的应用 1 ．根据单克隆抗体的制备过程，回答以下问题： (1)给小鼠注射特定抗原的目的是什么？ 提示 目的是能从该小鼠的脾中得到可以产生特定抗体的 B 淋巴细胞。 (2)B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞经诱导融合后，培养基中共出现几种细胞？理论上融合的细胞有几种？体系中出现多种类型细胞的原因是什么？(若细胞融合，只考虑两两融合) 提示 若只考虑细胞两两融合，培养基中共出现 5 种细胞。理论上融合的细胞有 3 种。细胞融合是随机的，且融合率达不到 100%。 (3)单克隆抗体制备过程中，第一次筛选的目的是什么？方法是什么？ 提示 第一次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞。方法是用特定的选择培养基进行筛选。 (4)资料：①细胞合成 DNA 有 D 和 S 两条途径，其中D 途径能被氨基蝶呤阻断。 ②免疫的 B 淋巴细胞中有这两种 DNA 的合成途径，但它不能分裂增殖，其本身也不能在体外长期存活。 ③鼠骨髓瘤细胞中只有 D 途径，没有 S 途径，但它能不断分裂增殖。如果它的 D 途径被阻断的话，它会因不能合成 DNA 而死亡。 请根据上述资料提出筛选出杂交瘤细胞的方法。 提示 培养基中加入氨基蝶呤。 (5)单克隆抗体制备过程中，第二次筛选的目的是什么？方法是什么？其原理是什么？ 提示 第二次筛选的目的是筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。方法是抗体检测。其原理 学科网（北京）股份有限公司 是抗原—抗体的特异性结合。 2 ．阅读教材“思考·讨论：单克隆抗体的应用” ，回答以下问题： (1)ADC 的抗体和药物各具有什么作用？ 提示 ADC 的抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞；药物发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。 (2)除了细胞毒素，还有哪些物质理论上可以作为 ADC 偶联的药物？ 提示 可以用放射性同位素标记单克隆抗体进行靶向放疗。一些作用于细胞信号转导通路的药物可以通过阻断肿瘤细胞的信号通路来抑制其生长，理论上也可以将这些药物与单克隆抗体结合进行治疗。 (3)单克隆抗体诊断试剂盒和 ADC 在临床应用上各具有什么优势？ 提示 单克隆抗体诊断试剂盒中的单克隆抗体只与特定的抗原发生反应，因此检测的特异性和灵敏度大大提高；生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可以传代培养、冷冻保存和复苏利用，有利于控制产品的质量和标准化生产诊断试剂盒。ADC 能够协同发挥抗体特异性识别的靶向作用和细胞毒素对肿瘤细胞的杀伤作用，因此它在临床上具有靶点清楚、毒副作用小等优点。 【核心归纳】 杂交瘤细胞的抗体检测和克隆化培养 融合后的细胞经特定的选择培养基筛选培养后，能存活的细胞就是杂交瘤细胞。但这些杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞，通常用“有限稀释法”来选择。将杂交瘤细胞稀释，用 96 孔板培养，使每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞，通过培养让其增殖。然后检测各孔上清液中细胞分泌的抗体，那些上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔。阳性孔中的细胞还不能保证是来自单个细胞，挑选阳性孔的细胞继续进行有限稀释，一般需要进行 3～4次，直至确信每个孔中增殖的细胞为能产生特定抗体的杂交瘤细胞。该过程即为杂交瘤细胞的克隆化培养。 【例题】 1 、B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后，得到的都是杂交瘤细胞( ) 2 、单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的相同( ) 3 、ADC 的抗体具有靶向运输作用、药物具有治疗作用( ) 4、甘草酸是中药甘草中的主要活性成分。为了快速检测甘草酸，科研人员利用细胞工程技术制备了抗甘草酸的单克隆抗体，其基本操作过程如图所示。下列相关叙述正确的是( ) A ．过程①只需要注射一次相应抗原 B ．过程②诱导细胞融合，利用了细胞膜的选择透过性 C ．过程⑤无论是在体内还是在体外进行，细胞丁都可大量增殖 D ．过程③④筛选的目的相同 5、将特定药物与单克隆抗体相结合制成的“ 生物导弹” ，能够用于杀死人类某些癌细胞，其过程如图所示。“生物导弹”主要由两部分组成，一是“ 瞄准装置” ，二是杀伤性“ 弹头” 。下列相关叙述错误的是( ) A ．“脾脏中的细胞”是从经免疫处理的实验动物中获取的 B 淋巴细胞 B ．杂交瘤细胞在培养瓶中培养时不会出现接触抑制的现象 C ．“ 瞄准装置”是指能够特异性识别癌细胞的单克隆抗体 D ．构成“ 弹头” 的抗癌药物具有选择性杀伤癌细胞的功能 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1 ．动物细胞核移植技术 (1)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。 (2)原理：动物细胞核的全能性。 (3)哺乳动物核移植分类 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 相对容易 分化程度低，表现全能性相对容易 体细胞核移植 十分困难 分化程度高，表现全能性十分困难 (4)非人灵长类动物的体细胞核移植困难的原因 ①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态。 ②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 2 ．体细胞核移植过程 3．体细胞核移植技术的应用前景 (1)畜牧生产方面：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 ①转基因克隆动物作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白。 ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。 ③人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官后，将它们移植给患者时可以避免发生免疫排斥反应。 (3)科学研究 ①了解胚胎发育及衰老过程。 ②分析致病基因，研究疾病的致病机制，开发相应药物。 (4)保护濒危物种方面：保护濒危物种，增加濒危物种的存活数量。 4．体细胞核移植技术存在的问题 (1)成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进。 (2)绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体形过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 (3)相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。 【例题】 1、克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞( ) 2、重构胚具有发育成完整个体的能力( ) 3、激活重构胚常用的方法有电刺激、Ca2＋载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等( ) 【核心探讨】 探究动物体细胞核移植相关问题 1．为什么要选择 M 聂 期卵母细胞作为受体细胞？ 提示 M 聂 期卵母细胞具备受精能力，细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质和营养条件。 2．在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？去核方法 有哪些？ 提示 为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。 目前普遍使用的去核方法是显微操作法，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去核。 3 ．在进行动物细胞核移植操作时，注入卵母细胞的是供体细胞还是其细胞核？为什么？提示 注入卵母细胞的是供体细胞。这种方法操作简便，对卵母细胞损伤较小。 4 ．克隆动物是对体细胞供体动物 100%的复制吗？为什么？ 提示 不是；克隆动物细胞核中的遗传物质来自供体动物，但细胞质中的遗传物质同时来自供体细胞和受体卵母细胞；此外，生物性状还受环境因素的影响。 5 ．动物细胞核移植属于有性生殖还是无性生殖？并分析原因。 提示 无性生殖；动物细胞核移植最终得到的个体的细胞核中的遗传物质完全来自同一个个体，不是精卵受精得到的，因此属于无性生殖。 【例题】 1 、克隆动物的遗传物质全部来自供体细胞( ) 2 、重构胚具有发育成完整个体的能力( ) 3 、激活重构胚常用的方法有电刺激、Ca2＋载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等( ) 4 、通过体细胞核移植技术培育克隆牛的过程中，未涉及的操作是( ) A ．从供体取出组织用动物细胞培养技术培养 B ．用灭活的病毒促进体细胞核与 MⅡ期的去核卵母细胞融合 C ．用物理或化学方法激活重构胚，使其完成发育进程 D ．选择合适时期的胚胎进行移植，使其发育成完整个体 5 、华南虎是原产中国的老虎品种，已有近 30 年没有野生华南虎出现的报告，一些专家认为野生华南虎已经濒临灭绝。科学工作者尝试用普通老虎完成体细胞克隆华南虎的研究，如图是其培育过程。请据图回答下列问题： (1)克隆华南虎的遗传性状与虎 (填字母)基本一致。 (2)A、B、C 3 只虎没有提供遗传物质的是 。 (3)克隆华南虎的过程是否遵循孟德尔的遗传定律？ 。为什么？ 。 学科网（北京）股份有限公司 (4)有人设想将虎的体细胞与牛的体细胞进行融合， 以获得新物种“虎—牛” ，你认为依据目前的生物技术和理论能否实现这一愿望？ 。原因是 。 学科网（北京）股份有限公司 第 3 节 胚胎工程 一、受精 1 ．胚胎工程的概念 (1)操作对象：动物生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。 (2)技术基础：如体外受精、胚胎移植、胚胎分割等。 (3)特点：经过多种显微操作和处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。 (4)理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律。 (5)实质：在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。 2 ．受精 (1)概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵) 的过程。 (2)场所：哺乳动物的输卵管内。 (3)过程 ( 准备阶段 )精子获能：在雌性动物的生殖道内完成 卵子的准备：发育到 M 聂 期才具备受精能力 | ↓ 获能后的精子与卵子相遇 精子释放多 种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构 | ↓ 精子触及卵细胞膜 透明带发生生理反 应，阻止后来的精子进入透明带 | ↓ ( 受精阶段 )精子入卵 卵细胞膜发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内 | ↓ ( 雌、雄原核形成 )①精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的 核膜，最后形成雄原核 ②精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂聂，排出第二极体后，形成雌原核 | ↓ 雌、雄原核结合 受精完成的标志 | ↓ 受精卵 【核心探讨】 受精过程 1．受精过程中卵子的哪些结构发生生理反应可以防止多精入卵？这有什么意义？ 提示 阻止多精入卵有两道屏障：第一道屏障是透明带发生生理反应，第二道屏障是卵细胞膜发生生理反应。其意义是防止多个精子进入卵子，导致胚胎染色体数目变异，从而引起发育异常等现象。 2．如何判断卵子是否受精？ 提示 观察到两个极体或雌、雄原核。 3．精子与卵细胞的结合，体现了细胞膜具有什么功能？ 提示 体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。 【核心归纳】关于体内受精应注意的几个问题 (1)精子获能是指精子获得受精能力，而不是获得能量。 (2)动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟，到 MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。 (3)受精的标志≠受精完成的标志：受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体；而受精完成的标志是雌、雄原核的融合。 (4)受精卵遗传物质的来源：核遗传物质来自精子的细胞核与卵细胞的细胞核(即精卵各提供1/2) ，而细胞质的遗传物质几乎全部来自卵细胞。 【例题】 1 、精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是输卵管( ) 2 、精子和卵子都需要经过获能才能进行受精作用( ) 3 、受精的标志是观察到两个极体；受精完成的标志是雌、雄原核融合形成合子( ) 4 、动物排出的卵子成熟程度不同，都要在卵巢中进一步发育到 MⅡ期才具备受精能力( ) 5 、下列关于体内受精过程的排序，正确的是( ) ①受精卵第一次分裂开始 ②释放第二极体 ③获能后的精子与卵子相遇并释放多种酶 ④精子穿越卵细胞膜外的结构 ⑤雌、雄原核的形成 ⑥两个原核靠近，核膜消失 A ．①②③④⑤⑥ B ．③②④⑤⑥① C ．④⑤②①③⑥ D ．③④②⑤⑥① 6 、下列有关受精过程的说法，不正确的是( ) A ．精子的细胞膜和卵细胞膜相互融合依赖于细胞膜的流动性 B ．精子在雌性动物的生殖道中获能后才能参与受精 C ．受精过程中透明带和卵细胞膜都会发生相应生理反应来防止多精入卵 D ．精子入卵后，保留原有的核膜，细胞核体积增大成为雄原核 二、胚胎早期发育 1 ．开始发育场所：输卵管。 2 ．分裂方式：有丝分裂。 3 ．卵裂 (1)场所：透明带。 (2)特点 ①细胞的数量不断增加。 ②胚胎的总体积并不增加。 4 ．主要阶段及特点 (1)桑葚胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚。 (2)囊胚 ①胚胎进一步发育，细胞逐渐分化。 ②聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。 ③滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。 ④胚胎的内部出现了含有液体的腔——囊胚腔。 ⑤孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来。 (3)原肠胚：形成外胚层、中胚层、 内胚层三个胚层，这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。 【核心探讨】 胚胎早期发育过程中的相关变化 1 ．请分析受精卵早期分裂时，胚胎中细胞或物质的变化规律，完成表格： 项目 变化 细胞数目 增多 每个细胞体积 减小 DNA 总量 增多 每个细胞内的 DNA 总量 不变 有机物总量 减少 物质种类 增多 2.结合受精过程中精子和卵细胞的特点，分析早期胚胎发育过程中营养物质的来源是什么。提示 早期胚胎发育消耗卵细胞提供的营养物质，囊胚期细胞开始分化，透明带破裂，滋养层细胞从母体吸收营养物质，使胚胎继续发育。 3 ．不同动物受精卵的发育及其进入子宫的时间有明显差异。请结合教材“ 思考·讨论：不同动物受精卵发育的比较” 中的表格回答以下问题： (1)表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 提示 表中马的胚胎在进入子宫时发育程度最高。 (2)将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？ 提示 小鼠应选择发育到桑葚胚阶段的胚胎。牛在自然条件下，胚胎虽然最早可在 8～16 细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到桑葚胚或囊胚阶段的胚胎进行移植。 (3)不同动物胚胎进入子宫所处的时期不同，这给胚胎工程提供了什么启示？ 提示 体外受精形成的胚胎，发育到一定阶段才可移植到子宫中。 【核心归纳】 胚胎发育的场所 胚胎发育的起点是受精卵，受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，此时胚胎开始发育，即胚胎发育的最初场所是输卵管，逐步向子宫移动，最后在子宫内着床，直至发育成为成熟的胎儿。 【例题】 1 、胚胎发育早期的细胞分裂方式包括有丝分裂和减数分裂( ) 2 、囊胚的滋养层细胞具有全能性( ) 3 、胚胎发育过程中开始分化的阶段是原肠胚期( ) 4 、胚胎发育的场所是输卵管( ) 5 、下列关于桑葚胚、囊胚、原肠胚的叙述，不正确的是( ) A ．胚胎发育的顺序是桑葚胚→囊胚→原肠胚 B ．囊胚期的细胞出现了分化，其原因是细胞中的遗传物质发生了变化 C ．桑葚胚期之前的细胞均未出现分化 D ．原肠胚的外胚层由内细胞团表层的细胞形成 6、如图为受精卵发育至囊胚的过程中的某一变化，若横坐标表示时间，则纵坐标可表示( ) A ．有机物总量 B ．每个细胞 DNA 的含量 C ．所有细胞体积之和 D ．所有细胞表面积总和与体积总和的比值 三、体外受精和胚胎移植 1 ．体外受精 (1)试管动物：通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。 (2)体外受精的步骤 ①卵母细胞的采集：要培养成熟，即培养到 M Ⅱ 期。 ②精子的获取：要进行获能处理。 ③受精。 (3)意义：是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。 2 ．胚胎移植 (1)概念：指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 (2)供体和受体 ①供体：提供胚胎的个体。 ②受体：接受胚胎的个体。 (3)基本程序(以牛的胚胎移植为例) (4)胚胎移植的意义 ①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 ②大大缩短了供体本身的繁殖周期。 ③对供体施行超数排卵处理后，增加后代数量。 【核心探讨】 胚胎移植的生理学基础 请结合牛的胚胎移植的过程图解，分析回答下列问题： 1．将检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗？如果不能，在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理？ 提示 不一定能正常发育。一般情况下应移植到同种的、生理状态相同的受体子宫内，在移植前应对受体进行同期发情处理。 2 ．受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应？ 提示 受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。 3 ．胚胎移植后，经受体孕育的后代，遗传特性与供体还是受体保持一致？为什么？ 提示 与供体保持一致；因为供体胚胎与受体子宫建立的仅是生理和组织上的联系，其遗传特性在孕育过程中不会发生任何变化。 4．胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移，这种说法正确吗？为什么？ 提示 正确；因为胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境条件的一致性密切相关。只有供体、受体生理环境条件高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。 【核心归纳】 1 ．胚胎移植的来源及生殖方式 胚胎的来源 生殖方式 核移植 无性生殖 体外受精 有性生殖 体内受精 有性生殖 2.胚胎移植的生理学基础及相应意义 3 ．胚胎移植过程中的两次处理和两次检查 ( 两次处理 两次检查 ) 对供、受体进行同期发情处理 用激素使供体超数排卵 胚胎移植: 对收集的胚胎进行质量检查 、 对受体是否妊娠进行检查 【例题】 1 、采集的卵母细胞需在体外培养使其分裂为卵细胞才能与获能的精子受精( ) 2 、胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境下空间位置的转移( ) 3 、胚胎移植是胚胎工程中最终技术环节，移植的胚胎一般在原肠胚之前，也可直接移植受精卵( ) 4 、超数排卵需外源促性腺激素( ) 5 、下列有关试管动物的说法，正确的是( ) A ．试管牛所采用的技术中包含克隆技术和体外受精、胚胎移植 B ．卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程 C ．试管婴儿技术让无法产生生殖细胞的夫妇得到自己的孩子 D ．试管动物的繁殖方式为无性生殖 6 、列过程在胚胎移植中没有必要进行的是( ) A ．对供体、受体要进行选择 B ．要用激素对供体进行超数排卵处理 C ．供体和受体要进行免疫检查，防止发生免疫排斥反应 D ．受精卵移入相应的培养液中培养，待培养的胚胎发育到特定阶段再移植 四、胚胎分割 1 ．概念：指采用机械方法将早期胚胎切割成 2 等份、4 等份或 8 等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。 2 ．实质：动物的无性繁殖或克隆。 3 ．特点：后代遗传性状相同。 4 ．主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。 5 ．操作程序 (1)选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，移入盛有操作液的培养皿中。 (2)在显微镜下用分割针或分割刀分割，在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。 (3)分割后的胚胎可以直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。 6 ．意义 (1)可以促进优良动物品种的繁殖。 (2)产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。 (3)在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。 【核心探讨】 胚胎分割时的注意事项 1．在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，应注意要将内细胞团均等分割。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。 2 ．胚胎分割是不是分割的份数越多，效率越高？ 提示 分割的份数越多，分割后胚胎成活的概率越小。 3 ．做性别鉴定时选取哪部分细胞进行 DNA 分析？为什么？ 提示 滋养层细胞；原因：(1)内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，如果取了内细胞团细胞，可能会影响胎儿以后的发育。(2)滋养层细胞和内细胞团细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂和细胞分化形成，具有相同的遗传物质。 4 ．原肠胚时期进行胚胎分割可以吗？为什么？ 提示 原肠胚不适合分割，多数是对桑葚胚或囊胚阶段的胚胎进行分割。因为原肠胚已分化出三个胚层，每个胚层细胞的分化方向已确定，只分割出一部分胚层细胞不可能发育为一个完整的幼体。 【例题】 1 、桑葚胚、囊胚和原肠胚都可用于胚胎分割移植( ) 2 、对桑葚胚分割移植时，应将内细胞团均等分割( ) 3 、胚胎的产生过程一般是有性生殖，但胚胎分割是无性繁殖( ) 4 、胚胎分割技术是一种现代生物技术，下列关于这一技术的叙述正确的是( ) ①胚胎分割是将早期胚胎任意分割成多份 ②胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎 ③胚胎分割技术属于无性繁殖，因此属于克隆 ④胚胎分割技术可以分割任意时期的胚胎 A ．①② B ．②③ C ．①③④ D ．①②③④ 5 、如图表示胚胎分割的过程，下列有关胚胎分割的说法，正确的是( ) A ．为了获得良种后代，可以取少量内细胞团细胞进行 DNA 分析 B ．细胞 A 不一定是受精卵 C ．为了获得更多的胚胎，分割胚胎时产生的份数越多越好 D ．对胚胎进行分割后得到的个体性别不同 四、细胞工程综合考察 一、植物细胞工程的综合考查 1 ．细胞的全能性 (1)概念：细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 (2)原因：构成生物体的所有体细胞都是由受精卵通过有丝分裂发育而来的，含有相同的遗传物质，都含有本物种的所有遗传信息，因此每个体细胞都有发育成完整个体的潜能。生物的生殖细胞在一定条件下也具有全能性，是因为生殖细胞中含有本物种生长发育的全套遗传信息，尽管其遗传物质是体细胞的一半。 (3)表达的条件：由于基因的选择性表达，细胞的全能性在植物体内受到限制不能表达，只有在离体条件下，在营养、激素和其他条件适宜的情况下，细胞才能表达其全能性。动物细胞难以表达其全能性，但是通过核移植后，细胞核仍可表达其全能性。 (4)表达的难易程度：植物细胞的全能性易表达，而动物细胞的全能性不易表达，但动物细胞核的全能性可以表达。在所有细胞中，受精卵可直接发育为个体，有的生殖细胞也可在一定条件下表达其全能性。 (5)意义：细胞的全能性是植物组织培养和植物体细胞杂交的理论基础，也是现代动物体细胞克隆技术的理论基础。 2 ．植物激素在组织培养过程中的重要作用 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，其作用及特点如表： 激素使用 实验结果 使用顺序 先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化 先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂也分化 生长素与细胞分裂素同时使用 分化频率提高 生长素用量/细胞分裂素 用量的比值 该比值高时 有利于根的分化，抑制芽的形成 该比值低时 有利于芽的分化，抑制根的形成 该比值适中时 促进愈伤组织的形成 【例 1 水竹是单子叶禾本科植物，易管理和培植，干净而雅致。水竹配上假山奇石，制作成小盆景，极具自然之美感。如图为通过植物组织培养大量获得水竹幼苗的过程。回答下列问题： (1)通过植物组织培养获得水竹幼苗的原理是 ；尽量选择分裂旺盛、 带有分生区的部位作为外植体，原因是 。 (2)过程①为脱分化，脱分化是指 。过程②的实质是 。 (3)水竹的种子一般在 9～10 月成熟，但其收获易受气候的影响，其优良杂种的后代也会因发生 而丧失其优良特性，利用植物组织培养技术可以克服这些缺陷。 (4)在水竹植物组织培养过程中，经过筛选还可能获得大量有用的突变体，突变体产生的原因是在培养过程中，培养细胞 。 例 2 请回答下列有关植物组织培养的问题： (1)用于植物组织培养的植物材料称为 。 (2) 组 织 培 养 中 的 细 胞 ， 从 分 化 状 态 转 变 为 未 分 化 状 态 的 过 程 称为 。 (3)在再分化阶段所用的培养基中，含有植物激素 X 和植物激素 Y。逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如图所示。据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系。 ①当植物激素 X 与植物激素 Y 的浓度比等于 1 时， 。 ②当植物激素 X 与植物激素 Y 的浓度比大于 1 时， 。 ③当植物激素 X 与植物激素 Y 的浓度比小于 1 时， 。 (4) 生 产 上 用 试 管 苗 保 存 植 物 的 优 良 性 状 ， 其 原 因是 。 二、动物细胞工程的综合考查 1 ．单克隆抗体制备的关键思路及操作依据 (1)关键思路 ①克隆单一的 B 淋巴细胞，形成细胞群。 ②将 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，获得杂交瘤细胞。 (2)将 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的原因 ①每一个 B 淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体；不同种类的 B 淋巴细胞分泌的抗体不同。 ②B 淋巴细胞在体外培养时不能无限增殖；骨髓瘤细胞能够无限增殖。 2 ．单克隆抗体制备过程中的筛选及原因 (1)第一次筛选是在 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后，因为有三种融合情况(只考虑细胞两两融合)：B 淋巴细胞与 B 淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，而只有 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞才是需要的杂种细胞。 (2)第二次筛选需先在多孔培养板(如 96 孔板)上培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始培养，然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群。 由于该细胞群是由单个杂交瘤细胞克隆来的，所以产生的抗体一定是化学性质单一、特异性强的单克隆抗体。 3 ．解答动物体细胞核移植类试题时需要注意的几个关键点 (1)动物细胞核移植技术形成的重构胚能够发育成一个新个体，体现了动物细胞的细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。 (2)利用核移植技术得到克隆动物的过程属于无性生殖。 (3)动物体细胞核移植产生的新个体，其亲本有三个：体细胞核供体、卵母细胞的细胞质供体、代孕母体。 ①核移植过程中细胞核只来源于一个个体(体细胞核供体) ，故新个体的细胞核基因、基因型与体细胞核供体的完全一样(不考虑基因突变)。 ②卵母细胞的细胞质中也含有少量的 DNA，因此新个体的性状与卵母细胞的细胞质供体有一些地方相同。 ③代孕母体没有为新个体提供遗传物质，新个体的性状与代孕母体基本没有关系。 (4)克隆动物所用的细胞是去核的卵母细胞，处于 M Ⅱ 期。这是因为卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核表达全能性的物质，且体积大，易于操作。 (5)克隆动物的过程中所利用的生物技术：细胞核移植、动物细胞培养等。 (6)核移植时，一般先通过电融合法使供体细胞和去核卵母细胞融合，形成重构胚，再用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程。 例 3 (2023·河北秦皇岛高二期中)犬细小病毒(CPV)主要感染幼犬，传染性极强，死亡率也高。利用小鼠制备抗 CPV 单克隆抗体的基本流程如图所示。回答下列问题： (1)制备单克隆抗体依赖的生物学技术有 和 。步骤①中，用灭活的CPV 免疫小鼠需要在一定时间内间隔注射 3 次，其目的是 。 (2)经过步骤②后获得的是多种类型的杂交细胞，原因是 。对杂交细胞用特定的选择培养基进行筛选得到杂交瘤细胞，对杂交瘤细胞进行 , 经过多次筛选才能获得足够数量的能分泌抗 CPV 抗体的杂交瘤细胞。 (3)体外培养杂交瘤细胞后从培养液中提取到抗 CPV 单克隆抗体。杂交瘤细胞的培养液中有各种营养物质，还需要添加 以补充细胞生长所需的未知营养物质。 例 4 我国科学研究团队利用体细胞克隆技术克隆出了猕猴“ 中中”和“华华” ，该成果标志着中国率先开启了以体细胞克隆猴作为实验动物模型的新时代。如图是体细胞克隆猴的技术流程，请据图回答下列问题： (1)图中选择猕猴胚胎期而非成年期的成纤维细胞进行培养，其原因是 。 刚放入培养瓶中的细胞沉降到瓶底部后首先会出现细胞贴壁现象 。传代培养时，常利用酶消化处理，制成细胞悬液后转入新的培养瓶中。 (2)图示过程涉及的主要技术有 (答出两点即可)。以体细胞克隆猴作为实验动物模型的显著优势之一是同一批克隆猴的遗传背景相同，图中克隆猴的遗传物质主要来自 。 (3)图中步骤①是克隆猴的技术难点之一，需要将卵母细胞培养到 后进行去核操作，而后用 方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程。 (4)体细胞克隆猴的另外一个技术难点是猴的体细胞克隆胚胎发育差。科学家发现，胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关。由此推测，图中KDM4d mRNA 翻译产生的酶的作用是 。 $