2024届高考 一轮复习 人教版 细胞工程 学案

第33讲细胞工程

［课标要求］

1.植物的组织培养（H）2.动物细胞培养与体细胞克隆（II）3.细胞融合与

单克隆抗体（II）

考点一植物的组织培养与植物体细胞杂交

知1识自主梳理A

1.细胞工程的概念

原理和方法

细细胞生物学和分子生物学

胞

操作水平

工细胞水平或细胞器水平

程

目的

改变细胞的遗传物质或获得细胞产品

2.细胞的全能性

或具守某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，

细都具TT发育成完整生物体的潜能

胞

的矍备细胞内含有本物种全部的遭佳值星

全

能「具有完整的细胞结构

性薪-处于片体状态

L提供一定的营养、激素和其他适宜的外界条件

［提醒］细胞具有全能性w细胞体现全能性。

3.植物组织培养技术

盛曳植物细胞的全能性

植

物过程离体的植物器脱分化愈伤再分化胚状体植物

处官、组织、细胞*组织"或丛芽一体

级

培产-培养基灭虐、培养材料和培养器械消毒

养

技固体大多由无机营养成分、有机营养成分、

术珞养培养基激素、琼脂四部分组成

〕

条件©■幽堆阶段不需要光照

激去培养网中生长索和细胞分裂索的比例调

调控控组织培养的进程

［提醒］脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶

绿素的形成。

4.植物体细胞杂交技术

⑴概念：将丕回独的植物体细胞，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）操作流程

保我细胞A、B)

纤缰素醒和果胶篇处理去棹细胞曳

(原生质体A、B〕

诱导融合一Q物理法:内心、振动、电激等

化学法：聚乙二静(PEG)作为掂导剂

(融合的原生质体)

再生出细胞嗯(触合完成的标忐)

脱分化画T］再分化/胚状体］发优保补

密种细胞厂r组织或丛芽尸〔植株

1提醒］杂种植株的变异类型不属于基囚重组。属于染色体变异，其染色体

数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。

5.植物细胞工程的实际应用

(1)植物繁殖的新途径

微型保持优良品种的遗传特性,高效

植物快速地实现种苗的大量繁殖

殖

繁

作物利用分生区附近(如茎尖)进行组

新

的

乐织培养获得脱毒苗

径

途

人工胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等

不于包上人工种皮制成

［提醒I①微型繁殖是无性繁殖，进行有丝分裂，其遗传物质不变。

②人工种子是无性繁殖，而自然种子是有性繁殖。

(2)作物新品种的培育：单倍体育种、突变体的利用。

(3)细胞产物的工厂化生产：培养到愈伤组织阶段。

［提醒］采用液体培养基，培养到愈伤组织阶段，得到的是愈伤组织细胞的

代谢产物。

.，目困囹固——

(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。(J)

(2)植物的每个细胞都能表现出细胞的全能性。(X)

(3)在愈伤组织形成幼苗的再分化过程中，不会发生细胞的增殖。(X)

(4)愈伤组织的形成需要光照。(X)

(5)植物细胞的原生质体指的是完整的植物细胞。(X)

(6)用盐酸水解法可去掉细胞壁，获得原生质体。(X)

(7)微型繁殖一定能保持亲本的优良性状。(X)

1.(选修3P36小知识)(1)固体培养基中的无机营养成分包括

,有机营养成分包括

_________________________等物质0

（2）培养基中的蔗糖只是提供碳源吗？还起什么作用？

提示：（1）水、无机盐小分子糖类、氨基酸（2）蔗糖不仅提供碳源，还可

以维持细胞渗透压

2.（选修3P40小知识）胚状体是由_______再分化后形成的，有

的结构，相当于正常发育形成的胚，与其有类似的

提示：愈伤组织根和芽受精卵结构和发育过程

3.（选修3P40讨论）针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中可

以加入适量的养分、、有机碳源以及农药、、有益菌等。为了

促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些

提示：无机盐抗生素植物生长调节剂

陶国考向突破

r

1.（2023•宁夏六盘山模拟）在草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒

传播给后代，导致产量降低、品质变差。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼

苗。草莓微型繁殖的基本过程如下图，请回答下列问题：

外植体―.愈伤组织一处胚状体或丛芽一植株

（1）微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取作为外植体，其依

据是

⑵与常规的种子繁殖方法相比，植物微型繁殖技术的特点有

一（答出2点即可）。

（3）过程①配制好的培养基中，常常需要添加,以利于外植体启动

细胞分裂形成愈伤组织。接种后2〜5d,若发现外植体边缘局部有污染，原因可

能是O

（4）过程②要进行照光培养，其作用是

（5）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全部的o

（6）通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过

包装得到人工种子，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长成幼

苗。

解析：（1）由于茎尖（或根尖）病毒极少，甚至无病毒，因此通常选择茎尖或根

尖作为外植体，通过植物组织培养技术培育获得脱毒苗。（2）与常规的种子繁殖

方法相比，植物微型繁殖技术的特点有繁殖速度快，保持优良品种的优良特性等。

（3）过程①为脱分化过程，配制好的培养基中需要加入植物激素；在植物组织培

养时，若外植体消毒不彻底，将会在接种后的2〜5d发现外植体边缘局部有污

染。（4）过程②为再分化过程，再分化过程中芽会发育成叶，叶肉细胞中的叶绿

素的合成需要光照，故该过程需要进行照光培养。（5）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，证明叶肉细胞具有全能性，即该叶肉细

胞具有该植物全部的遗传信息。（6）通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养

成胚状体，再通过人工种皮（人工薄膜）包装得到人工种子，这种人工种子在适宜

条件下可萌发生长成幼苗。

答案：（1）茎尖（或根尖）茎尖（或根尖）病毒少，甚至无病毒（2）繁殖速度快;

保持优良品种的遗传特性

（3）植物激素外植体消毒不彻底（4）促进叶肉细胞中叶绿素的合成（5）遗

传信息（6）人工种皮（人工薄膜）

2.花椰菜易受黑腐病病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥对黑腐病等多种常

见病害具有抗性。我国科学家将紫外线（UV）照射处理的黑芥叶肉原生质体和花

椰菜根原生质体融合，获得了抗黑腐病的杂合新植株。对双亲和部分杂合新植株

的染色体计数，结果加下表所示。请回答下列问题：

杂合杂合杂合

花椰

植株黑芥新植新植新植

菜

株A株B株C

染色

体数/1816343058

条

⑴原生质体融合的理论依据是

诱导原生质体融合常用的化学物质是0

(2)将花椰菜和黑芥体细胞在一定条件下融合成杂种细胞，继而培养成新植

物体的技术称为,

该技术的优势在于.

(3)已知用一定剂量的UV处理黑芥原生质体可破坏其染色体。根据表中数

据，尝试推测已获得的花椰菜黑芥杂合新植株B染色体数目小于34(双亲染色体

数之和)、杂合新植株C染色体数目大于34,可能的原因是

___________________________________o若要分析杂合新植株的染色体变异类

型，应剪取杂合新植株与植株的根尖，制成装片，在显微镜下观察

比较染色体的形态和数目。

(4)简要写出从杂合新植株中筛选出具有高抗性的杂合新植株的思路：

解析：(1)根据细胞膜具有一定的流动性的特点，经过一定的处理，可实现

原生质体的融合。诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法，常用的化学物质

是聚乙二醇(PEG)。(2)用于融合的两个细胞，一个是黑芥叶肉细胞，一个是花椰

菜的根部细胞，利用植物体细胞杂交技术可将花椰菜和黑芥体细胞在一定条件下

融合成杂种细胞，继而利用植物组织培养技术将朵种细胞培养成新植物体，该技

术可克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍。（3）由于用一定剂量的UV处理黑芥

原生质体可破坏其染色体，同时在融合过程中染色体可能会丢失，同时融合是随

机的，可能存在多个细胞融合的情况，因此会出现杂合新植株B染色体数目小

于34和杂合新植株C染色体数目大于34的情况。若要分析杂合新植株的染色

体变异类型，应剪取杂合新植株与双亲（花椰菜和黑芥）植株的根尖，制成装片，

在显微镜下观察并比较染色体的形态和数目，从而进行合理的分析。（4）根据题

表中数据可知，杂合植株可能会有多种类型，为了从杂合新植株中筛选出具有高

抗性的杂合新植株，需要进行个体生物学鉴定，即将不同的杂合新植株分别进行

黑腐病病菌接种实脸，观察比较它们的生长情况，生长最好的即为高抗性杂合新

植株。

答案：（1）细胞膜具有一定的流动性聚乙二醇（或PEG）（2）植物体细抱杂

交克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍（3）融合过程中染色体可能会丢失；

融合是随机的，可能存在多个细胞的融合双亲（花椰菜和黑芥）（4）将不同的杂

合新植株分别进行黑腐病病菌接种实验，观察比较它们的生长情况，生长最好的

即为高抗性的杂合新植株

考点二动物细胞培养和核移植技术

!------4绍明自主梳理A

1.动物细胞培养——动物细胞工程技术的基础

⑴原理：细胞增殖。

（2）过程

［提醒］①选用幼龄动物组织或胚胎进行细胞培养，因为其分化程度低、增

殖能力强，更易于培养。

②癌细胞不具有接触抑制现象，能无限增殖。

(3)培养条件

「对堆养液和所有培养用具进行无菌处理

晨2一添加一定-的抗生素

-定期更换培养液，以便清除代谢产物

培

养营养除正常的有机和无机营养外，还需加入血

条一清、血浆等一些天然成分

件

洱度,「适宜温度为36.5±0.5t(哺乳动物)

~LpH为7.2~7.4

镖-95%空气加5%C()2(维持培养液的pH)

扑”------

I提醒I培养时的气体环境不是氧气而是95%空气+5%CO2。

(4)应用：生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。

2.动物体细胞核移植技术和克隆动物

⑴原理：动物体细胞的细胞核具有全能性。

(2)动物体细胞核移植技术的过程

/温一迪螂一供体细胞

注卜)翳重组细胞一

卵母MH叫去核一去核卵/

细胞母细胞

胚胎竺电移植.代孕母体一生出与典遗传物质基本

相同的个体

［提醒I卵母细胞MII期细胞质中，含有能够激发细胞核全能性表达的物

质。

(3)应用

①加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育。

②保护濒危物种。

③生产医用蛋白。

④转基因克隆动物细胞、组织和器官用于异种移植。

⑤用于组织器官的移植。

(4)存在的问题：成功率低、克隆动物存在健康问题、克隆动物食品的安全

性问题等。

.，回硼囹固............ma

(1)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理。(X)

(2)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(X)

（3）在25C的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养。（X）

（4）培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。（义）

⑸二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的。（义）

（6）动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞。（X）

挖材

1.（选修3P44寻根问底）胰蛋白酶处理动物组织，对细胞的消化有两种情况:

（1）短时间内（填

“会”或“不会”）被消化，原因是

⑵长时间后细胞（填"会”或“不会”）被消化，原因是

提示：（1）不会细胞膜上具有糖蛋白，对细胞具有一定的保护作用（2）会

细胞膜上糖蛋白的保护作用是有限的；细胞膜的主要成分包括磷脂和蛋白质，蛋

白质可被胰蛋白酶水解

2.（选修3P49讨论）⑴核移植技术中，在体细胞的细胞核移植到受体卵母

细胞之前，必须先去掉受体卵母细胞的细胞核的原因是

⑵用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，原因是

（3）通过体细胞核移植方法生产的克隆动物，不是对体细胞供体动物进行了

100%的复制，原因是

此外，动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。

提示：(1)保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞(2)1()代以内的

细胞一般保持正常的二倍体核型，未发生基因突变(3)克隆动物绝大部分DNA

来自供体细胞的细胞核，其核外还有少量的DNA,即线粒体中的DNA来自受体

卵母细胞

陶题考向突破

1.(2()23•江西九江模拟)科学家发现：随着肿瘤增长超过了其血管供应，内

部缺氧能够诱导肿瘤细胞产生一种特异性的转录因子(即能激活特定基因表达的

蛋白质——HIF-1),进而促进血管生成。为探究HIF-1的作用，相关实验如下表

所示。

肿瘤质量

组别注射物培养第9培养第21

天天

HIF-\基因缺陷型胚胎

实验鼠0.70.8

干细胞

对照鼠野生型胚胎干细胞1.75.2

请回答下列问题:

(1)体外培养胚胎干细胞时，通常在培养液中添加一定量的，以防

培养过程中的污染。当贴壁的胚胎干细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会

停止分裂增殖，这种现象称为。

(2)题表实验过程中，已检测实验鼠注入的胚胎干细胞HlF-\基因被成功敲

除，表明HIF-1可以。

(3)由于肿瘤细胞具有的特点，对营养物质和氧气的需求

量较大。进一步研究发现，缺氧条件下，肿瘤细胞产生的HIF-1可明显促进血管

内皮生长因子(VEGF)的合成，增加对肿瘤细胞的快速供氧。请推测VEGF的生

理作用是

（4）科学家还从原发性肿瘤中分离出了血管生成抑制素和内皮抑制素，通过

实验证明这两种激素都可以抑制血管生成。在肿瘤治疗过程中，当切除原发性肿

瘤后往往会导致继发性肿瘤的迅速生长，根据上述研究，并结合VEGF的生理

作用，请分析“继发性肿瘤的迅速生长”的原因可能是

解析：（1）为防止培养过程中杂菌的污染，体外培养胚胎干细胞时，通常在

培养液中添力口一定量的抗生素。当贴壁的胚胎干细胞分裂生长到表面相互接触

时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。（2）题表实脸结果

表明，注入H/F-1基因缺陷型胚胎干细胞的实脸鼠肿瘤质量变化不大，而对照鼠

肿瘤质量增加较快，表明HIF-1可以促进肿瘤生长。（3）由于肿瘤细胞具有无限

增殖的特点，对营养物质和氧气的需求量较大。血管内皮生长因子（VEGF）的生

理作用是促进肿瘤细胞周围血管的生成。（4）在肿瘤治疗过程中，当切除原发性

肿瘤后，机体内血管生成抑制素和内皮抑制素含量减少，从而使VEGF含量增

多，进而促进癌细胞周围血管生成，从而导致继发性肿瘤的迅速生长。

答案：（1）抗生素细胞的接触抑制（2）促进肿瘤生长（3）无限增殖促进

肿瘤细胞周围血管的生成（或促进血管内皮细胞的增殖）（4）机体内血管生成抑

制素和内皮抑制素含量减少，从而使VEGF含量增多，进而促进癌细胞周围血

管生成

2.（2021・湖南选择等）M基因编码的M蛋白在动物A的肝细胞中特异性表

达。现设计实验，将外源DNA片段F插入M基因的特定位置，再通过核移植、

胚胎培养和胚胎移植等技术获得M基因失活的转基因克隆动物A,流程如图所

示。回答下列问题：

成纤维细胞

I胚胎培养

早期胚胎

I胚胎移植

代孕母亲

克隆动物A

⑴在构建含有片段F的重组质粒过程中，切割质粒DNA的工具酶是

这类酶能将特定部位的两个核甘酸之间的

______断开。

(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时,

需要定期更换培养液，目的是

⑶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

从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞，在形态上表现为

(答出两点即可)，功能上具有

(4)鉴定转基因动物：以免疫小鼠的淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融

合，筛选融合杂种细胞，制备M蛋白的单克隆抗体。简要写出利用此抗体确定

克隆动物A中M基因是否失活的实验思路：

解析：（1）构建基因表达载体时，切割质粒DNA要用到限制酶，限制酶能够

识别双链DNA分子的某种特定核普酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个

核昔酸之间的磷酸二酯键断开。（2）在进行动物细胞培养的过程中，要定期更换

培养液，以便清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。（3）

体细胞核移植技术由于动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，故与胚

胎细胞核移植技术相比，体细胞核移植技术的成功率更低。胚胎干细胞具有胚胎

细胞的特性，在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显；在功能上，具有发

育的全能性，即可以分化成为动物体内任何一种组织细胞。（4）在进行单克鳖抗

体制备时，首先要诱导相应的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合。在应用单克隆抗

体进行检测时，主要原理是抗原一抗体特异性结合，所以实验思路是取该转基因

动物的肝组织细胞，提取其蛋白质，加入适量的M蛋白的单克隆抗体，观察有

无凝集现象（或有无抗原一抗体特异性结合的现象），若有则说明M基因不失活，

若无则说明M基因失活。

答案：（1）限制酶（或限制性核酸内切酶）磷酸二酯键

（2）清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害

（3）动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难体积小、细胞核大、

核仁明显（答出两点即可）发育的全能性

（4）B取该转基因动物的肝组织细胞，提取其蛋白质，加入适量的M蛋白

的单克隆抗体，观察有无凝集现象（或有无抗原一抗体特异性结合的现象），若有

则说明“基因不失活，若无则说明M基因失活

考点三动物细胞融合和单克隆抗体的制备

.____4绍E2自主梳理A____

i.动物细胞融合

胞的过

二合细

合形成

细胞结

个动物

个或多

邀金两

交

胞杂

称细

程，也

等

电激

毒或

的病

、碰

EG)

二醉(P

要聚乙

条件需

因素

动诱导

有

融合特

物细胞

是动

病毒

活的

］灭

物|提醒

细

。

胞的方法

动性

膜的流

细胞

融里里

合

一

息的单

遗传信

个细胞

个或多

原来两

成具有

型整形

细胞

为杂交

胞，称

核细

杂交

远缘

限，使

法的局

杂交方

了有性