选修三专题细胞工程

第1页/共53页第一页，共54页。

一、植物细胞工程1．植物组织培养(1)组织培养操作流程脱分化再分化(2)培养条件：营养物质(水、无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等)、激素(如细胞分裂素、生长素等)及其他条件(无菌、适宜的温度和pH等)。第2页/共53页第二页，共54页。(3)原理：细胞的全能性①含义：生物体的细胞具有发育细胞形成完整个体的

。②物质基础：生物的每一个细胞都包含有该物种所特有

的全套

，都有发育成完整个体所必需的

。2．植物体细胞杂交(1)操作流程潜能遗传物质全部基因第3页/共53页第三页，共54页。(2)原理：细胞膜的

和细胞的全能性。(3)意义：克服远缘杂交不亲和的障碍，培育出自然界中原来

不存在的优良品种。流动性第4页/共53页第四页，共54页。3．植物细胞工程的应用(1)植物繁殖的新途径：

、作物脱毒、

。(2)作物新品种的培育：单倍体育种、突变体的利用。(3)

的工厂化生产。微型繁殖人工种子细胞产物二、动物细胞工程1．动物细胞培养(1)操作流程第5页/共53页第五页，共54页。(2)原理：

。(3)条件：

的环境，适宜的

、

和气体

环境。(4)结果：获得细胞群。(5)应用：生物制品的生产、转基因动物培养、检测

的毒性、医学研究等。细胞增殖无菌、无毒营养温度、pH有毒物质第6页/共53页第六页，共54页。2．动物细胞核移植与动物克隆(1)操作流程(2)原理：动物细胞核的全能性第7页/共53页第七页，共54页。(4)存在的问题：成功率

；克隆动物的健康问题；克隆动物食品的

问题。3．单克隆抗体(1)操作流程

低安全性第8页/共53页第八页，共54页。第9页/共53页第九页，共54页。(2)优点：化学性质专一，

，

，并可大量

制备特异性强灵敏度高第10页/共53页第十页，共54页。第11页/共53页第十一页，共54页。考点一植物的组织培养与植物体细胞杂交命题解读植物的组织培养与植物体细胞杂交在农业生产中的应用极为广泛，成为新课标高考的热点，近几年在高考试题中的比重逐渐提升。考查形式以简答题为主，常与植物育种等知识结合以图解的形式呈现，以考查基本概念和获取信息的能力为主。第12页/共53页第十二页，共54页。[示例1]

(2011·潍坊模拟)野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力，但块茎不能食用。俄、德、芬兰专家共同做实验研究，用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交，培育出了生活能力强的杂交系马铃薯。据图分析回答问题：第13页/共53页第十三页，共54页。(1)①过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解，其中”酶

解”所用的酶应该包括__________________________。(2)②过程需要用到聚乙二醇(PEG)。其目的是

______________________________________________。(3)请用文字和箭头表示出④、⑤过程的实验流程

________________________________________________。

由此过程可以看出植物细胞有形成再生组织的可能性，

这是_______________________________________的表现。第14页/共53页第十四页，共54页。(4)一般在培养基上培养24～48小时后，大部分原生质体已再

生出细胞壁。可以取样，通过___________________实验

来鉴别细胞壁是否已经再生。(5)请说明运用此植物体细胞杂交法的最大好处：

____________________________________________。第15页/共53页第十五页，共54页。[解析]

(1)根据图示过程可判断，①是利用酶解法去除植物细胞壁的过程，该过程所利用的酶是纤维素酶和果胶酶。(2)②是诱导原生质体融合的过程，从而获得杂种细胞。(3)图示中④⑤是杂种细胞经过脱分化、再分化形成植物幼苗的过程，该过程体现出植物细胞的全能性。(4)具有细胞壁的植物细胞可进行细胞的质壁分离及复原，以此来鉴别原生质体是否已再生出细胞壁。(5)植物体细胞杂交不通过有性生殖，故可以克服有性生殖远缘杂交不亲和的障碍，培育出兼有两物种品质的优良物种。第16页/共53页第十六页，共54页。[答案]

(1)纤维素酶和果胶酶

(2)诱导原生质体融合植物细胞具有全能性(4)植物细胞质壁分离与复原(5)可使本来存在生殖隔离的物种进行杂交，培育出兼有两物种品质的优良新物种或克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍第17页/共53页第十七页，共54页。(1)细胞全能性表达的条件①离体、无菌；②一定的营养物质：水、无机盐、蔗糖、

维生素等；③激素的要求：主要是细胞分裂素和生长素；④培养条件：适宜的温度和光照(培养后期)以及气体环境

等。

(2)植物组织培养选取根尖、茎尖、形成层部位等分生组织，

这些组织最容易诱导脱分化。(3)植物体细胞杂交需用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁；植

物细胞融合成功的标志为产生新的细胞壁。第18页/共53页第十八页，共54页。(4)诱导植物原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电

激)和化学法(聚乙二醇)两类。(5)通过植物体细胞杂交所得到的杂种细胞，不管是染色体基

因组还是染色体组都采用直接相加的方法。

(6)植物体细胞杂交区别于传统植物有性杂交的优点是能克

服生殖隔离的限制。第19页/共53页第十九页，共54页。1．(2010·新课标全国卷)请回答：(1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可

以保持品种的________，繁殖种苗的速度________。

离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完

整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部________。(2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台

上进行，其原因是避免

________的污染。第20页/共53页第二十页，共54页。(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗________，而与

________配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是

________(脱落酸、2,4－D)。(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是________，单株鲜重的变化趋势是________。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量________(能、不能)满足自身最佳生长的需要。第21页/共53页第二十一页，共54页。(5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合

作用能力，应________(降低，增加)培养基中蔗糖浓度，

以便提高试管苗的自养能力。第22页/共53页第二十二页，共54页。解析：(1)叶肉细胞具有该植物的全部遗传信息，因此可经组织培养成为完整个体。(2)在组织培养过程及将试管苗转接到新培养基上时，要无菌操作，防止微生物污染。(3)在微型繁殖中，不同阶段要使用不同的激素。生长素可诱导生根，与细胞分裂素混合使用，在一定浓度配比下可促进生芽。2,4－D可促进愈伤组织生长。(4)从题图看出，随蔗糖浓度增大，光合作用强度在下降，而单株鲜重是先增后降，培养基中不含蔗糖时，试管苗制造的有机物不能满足自身需要。(5)要提高试管苗光合作用能力，应适量降低蔗糖浓度。第23页/共53页第二十三页，共54页。答案：(1)遗传性快遗传信息(2)微生物(3)生根细胞分裂素2,4－D

(4)逐渐减小先增加后下降不能(5)降低第24页/共53页第二十四页，共54页。考点二动物细胞培养与核移植技术命题解读对本考点的考查主要以简答题的形式呈现。常与一些社会热点和科技前沿知识相关联，以相关的重要成果为背景进行命题，考查考生应用基本原理分析解决实际问题的能力。预计2012年高考中，与基因工程、胚胎工程相结合的试题仍会出现。第25页/共53页第二十五页，共54页。[示例2]

动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。下图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图。请回答下列问题：(1)肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞_____________________________________________。第26页/共53页第二十六页，共54页。(2)气室中充入5%CO2气体的主要作用是___________________________________________________________________。(3)培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长，但要注意选择抗生素的

________________________，以保证抗生素对肝脏无害。(4)有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用上图所示装置和所提供的下列材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。材料用具：肝脏小块、外周血淋巴细胞、淋巴细胞培养液、植物凝集素(刺激淋巴细胞分裂)、显微镜、载玻片、盖玻片、玻璃皿、滴管、吉姆萨染液(使染色体着色)、有机物X溶液等。第27页/共53页第二十七页，共54页。实验过程：①在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。②利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作(“√”表示已完成的步骤)。甲乙丙丁步骤一：加入肝脏培养液√√√√步骤二：加入有机物X溶液√√步骤三：放置肝脏小块√第28页/共53页第二十八页，共54页。上表中还需进行的操作是________。③培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。④一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察

________________________________________，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明_____________________________________________。第29页/共53页第二十九页，共54页。[解析]

本题考查动物细胞培养的相关知识。(1)把肝脏切成小薄片，有利于肝脏细胞的呼吸代谢，即吸收氧气和营养物质、排出代谢废物。(2)气室中充入5%CO2的作用是形成碳酸来维持培养液适宜的pH。(3)要注意选择抗生素的种类和数量来抑制细菌生长。(4)乙组或丁组没有处理，应向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块作为实验对照。有机物X有毒性，可诱发染色体断裂，所以观察指标是淋巴细胞的染色体形态和数量是否变化。甲组添加肝脏小块，淋巴细胞染色体正常，丙组没有添加而出现染色体异常，说明肝脏小块对有机物X具有解毒作用。第30页/共53页第三十页，共54页。[答案]

(1)吸收氧气和营养物质、排出代谢废物(2)维持培养液适宜的pH(3)种类和剂量(4)②向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块④染色体形态和数量肝脏小块对有机物X具有解毒作用第31页/共53页第三十一页，共54页。(1)动物细胞培养中两次用到胰蛋白酶，第一次用胰蛋白酶

处理剪碎的组织使之分散成单个细胞，第二次使贴壁细

胞从瓶壁上脱落下来。(2)动物细胞培养液的特点：液体培养基，其中含动物血清。(3)悬浮液中的细胞会出现贴壁生长和接触抑制现象。(4)原代培养与传代培养的分界点为分瓶继续培养。(5)核移植选卵细胞做受体细胞原因：①体积大，易于操作；②卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养；③含有

激发重组细胞分裂分化的物质。第32页/共53页第三十二页，共54页。(6)核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本不同的原因①克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本，所以与植物组织

培养不同(只来自于一个亲本)，即克隆动物遗传物质来自2

个亲本。②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改

变。③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。第33页/共53页第三十三页，共54页。2．(2010·浙江高考)下列关于动物细胞培养的叙述，正确的

是(

)A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细

胞

B．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变

C．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的

D．恶性细胞系的细胞可进行传代培养第34页/共53页第三十四页，共54页。解析：由于接触抑制，动物细胞培养时只能形成单层细胞；克隆培养法在培养时，由于所有子代细胞来自于一个亲代细胞，所以基因型一般都相同；二倍体细胞的传代培养次数通常是有限的，只有少数细胞遗传物质发生改变，才能无限增殖；恶性细胞系的细胞具有癌变的特点，可进行传代培养。答案：D第35页/共53页第三十五页，共54页。3．某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对

某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物

细胞培养。下列说法正确的是(

)A．在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，也可用胃

蛋白酶处理

B．细胞培养过程中加入的O2和CO2作用相同

C．甲、乙细胞在持续的原代培养过程中，乙会出现停

止增殖的现象

D．仅用该培养液也能用来培养乙肝病毒第36页/共53页第三十六页，共54页。解析：胃蛋白酶最适pH值接近于2，在酸性条件下作用强，而细胞培养液的pH值接近于中性，所以不能用胃蛋白酶处理。CO2的作用是调节细胞培养液的pH值，而O2是细胞代谢所必需的。由于存在细胞接触抑制现象，所以在原代培养过程中，乙会出现停止增殖的现象，需要传代培养获得细胞株和细胞系；病毒在活细胞内才能增殖，不能用培养细胞的培养液进行培养。答案：C第37页/共53页第三十七页，共54页。考点三细胞融合与单克隆抗体命题解读单克隆抗体的制备在近几年新课标高考中考查不多，一般起点较高，而落点较低。预计2012年高考可能会有所关注，命题角度主要注重于细胞融合及单克隆抗体在医学实践中的应用。第38页/共53页第三十八页，共54页。[示例3]

下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。(1)________________技术是单克隆抗体技术的基础。(2)根据培养基的用途分类，图中HAT培养基属于____培养基。第39页/共53页第三十九页，共54页。(3)单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最大的优越性是

_________________________________________________。(4)动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导

剂外，还可以采用________________________________。(5)选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞______________的特

点，又具备淋巴细胞________________的特点。(6)淋巴细胞是由动物体________中的________细胞分化、发

育而来的。(7)杂交瘤细胞从培养基中吸收葡萄糖、氨基酸的主要方式是

______________________________________________。第40页/共53页第四十页，共54页。[解析]

(1)单克隆抗体是通过细胞融合、动物细胞培养制备的，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。(2)由图示信息可知：图中所用的培养基是选择培养基，目的是筛选出杂交瘤细胞，并将杂交瘤细胞分开，筛选之后进行扩大培养，从而获得大量抗体。(3)单克隆抗体与常规抗体相比，特异性强，灵敏度高，可被广泛应用到疾病诊断、治疗和预防等方面。(4)动物细胞融合除了使用离心、振动、电刺激等物理方法和聚乙二醇等化学方法诱导外，通常还采用灭活的病毒诱导融合。第41页/共53页第四十一页，共54页。(5)抗体是由浆细胞分泌的，每一种浆细胞只能分泌一种特异

性抗体，要想得到大量的单一抗体，必须将同一种浆细胞

大量克隆，但在体外培养的条件下，一个浆细胞不能无限

增殖，而骨髓瘤细胞可以在体外无限增殖，因此，通过细

胞融合得到既能分泌特异性抗体、又能无限增殖的杂交瘤

细胞。(6)淋巴细胞是由动物体骨髓中的造血干细胞分化、发育而来

的。(7)杂交瘤细胞培养过程中需要吸收氨基酸、葡萄糖，它们是

通过主动运输进入细胞内的。第42页/共53页第四十二页，共54页。[答案]

(1)动物细胞培养(2)选择(3)特异性强，灵敏度高(4)灭活的病毒(5)在体外大量增殖分泌特异性抗体(6)骨髓造血干(7)主动运输第43页/共53页第四十三页，共54页。

有关单克隆抗体制备的几个问题分析1．诱导融合的2种细胞名称及作用

免疫过的B淋巴细胞(浆细胞)—产生抗体；骨髓瘤细胞—无限增殖。2．诱导动物细胞融合与植物原生质体融合的不同方法动物细胞诱导融合的特有方法——灭活的病毒诱导。第44页/共53页第四十四页，共54页。3．2次筛选的目的及方法(1)在特定的选择性培养基上，未融合的亲本细胞(浆细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞(BB融合细胞、瘤

瘤融合细胞)都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交瘤细胞)

才能生长。这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产生单一的特异性抗体。(2)经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的

细胞(很多种杂交瘤细胞)，需经克隆化培养和抗体检测，

经多次筛选后可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。第45页/共53页第四十五页，共54页。4．2种培养方法及提取单克隆抗体的场所(1)体外培养——培养液提取。(2)体内小鼠腹腔中培养——小鼠腹水中提取。第46页/共53页第四十六页，共54页。4．(2010·福建高考)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生

成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天

然EPO来源极为有限，目前临床上使用的红细胞生成素主

要来自基因工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO)，

其简要生成流程如下图。第