高考生物一轮复习14细胞工程讲义

细胞工程

考点一：植物细胞工程

1.细胞工程的概念与分类

/概念

（1）原理和方法：细胞生物学和分子生物学。

（2）操作水平：细胞水平或细胞器水平。

（3）目的：按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

/种类：根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。

2.细胞的全能性

/概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物

体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。

/现实表现：在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化

成各种组织和器官。

/影响细胞全能性表现的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会

有选择性地表达出各种蛋白质，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不

同组织和器官。

3.植物组织培养技术

（1）原理：植物细胞的全能性。

（2）过程：

/外植体的消毒：将流水冲洗后的外植体用酒精消毒30s,用无菌水清洗2〜3

次后，再用次氯酸钠溶液处理30min,用无菌水清洗2〜3次。

/外植体的分割：用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成〜1cm

长的小段。

/接种：在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3〜1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。

/培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18〜22c的培养箱中

培养。定期观察和记录愈伤组织的生长情况。

/转移培养：将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，

再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。

/移栽：将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩上，壮苗后再移栽入土。

※脱分化：已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化

细胞的过程.

（3）植物组织培养的条件

/外植体的选择：外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不

同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物

的茎、叶和成熟的组织相对较难。

/无菌操作：植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要

严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。

,光照的控制：对于植物组织培养来说，光照条件非常重要。

脱分化阶段：避光培养，有利于脱分化产生愈伤组织（如果是在光照条件下,

容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织）。

再分化阶段：一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。

（4）植物组织培养过程中应注意的问题

/灭菌

所有的实验用具需要严格灭菌。

接种过程中，实验人员须进行严格的无菌操作。

/严格控制光照

在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的阶段一定要有光照。

因为暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，若有光照则容易分化产生维管

组织，不利于产生大量的愈伤组织

4.植物体细胞杂交

（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：植物体细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，植物组织培

养的理论基础是细胞的全能性。

（3）过程

步骤做法

原生质体酶解法（纤维素酶、果胶酶）去除细胞壁，得到原生质体

的获得

杂种细胞通过一定的技术手段（物理法：离心、振动、电激等；化学法：

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

杂种植株对杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育

的产生

/去壁：用纤维素醐和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。

,诱导原生质体融合的方法：

物理法：离心、振动、电激等。

化学法：用聚乙二醇（PEG）诱导。

,融合成功的标志：杂种原生质体再生出细胞壁。

（4）意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。

（5）植物体细胞杂交技术的应用

植物体细胞杂交克服了植物远缘杂交不亲和的障碍，可以定向地改良生物性

状，在培育作物新品种方面具有广阔的应用前景。如科学家已经培育出了白菜一

甘蓝、烟草一海岛烟草、胡萝卜一羊角芹等种间或属间杂种。但是目前仍有许多

理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。

5.植物细胞工程的应用

/植物繁殖的新途径——微型繁殖

（1）本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没

有减数分裂，因而属于无性繁殖。

（2）优点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理，有利于进

行工J化培养。

（3）应用：兰花、甘蔗、桂树、铁皮石斛等。

/作物脱毒

（1）病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖

过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代

感染病毒。

（2）材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的。如果未

被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以

避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。

（3）应用：马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝、香蕉等。

/作物新品种的培育一单倍体育种

（1）过程：花药离体培养一羊倍体幼苗一秋水仙素处理一获得性状稳定遗传的

植株。

（2）原理：植物细胞的全能性。

（3）方法：植物的组织培养技术及染色体变异。

（4）优点：

单倍体经过染色体加倍，获得的后代为纯合子，可明显缩短育种年限（一般

为2年）。

用单倍体作为转基因的受体，获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯

合，避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。

（5）缺点：技术相当复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需

要组织培养技术的支持，多限于植物。

（6）应用

我国培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。

与常规育种结合，培育出水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。

/突变体的利用

（1）产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态

而易受到培养条件和外界诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。

（2）利用：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、抗盐碱的烟草等。

/细胞产物的工厂化生产一次生代谢物

（1）定义：不是植物基本生命活动所必需的产物。

（2）种类：小分子有机化合物，如酚类、菇类和含氮化合物等。

（3）作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥重要作用，还是药物、香料和色素等

的重要来源。

（4）方法：对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖。

（5）优势：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，对于社会、经济、环

境保护具有重要意义。

（6）应用：紫杉醇、紫草宁、人参皂甘等。

1.表达时两个重要的过程：

（1）脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转

变成未分化细胞的过程。

（2）再分化：脱分化产生的愈伤组织在一定的培养条件下，再分化出幼根和芽,

形成完整的小植株。

2.植物细胞全能性表达所需条件

（1）体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。

（2）体现细胞全能性的条件：

材料离体的细胞、组织或器官

培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素

①无菌操作

外界条件

②光照：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养

3.植物组织培养中各过程的比较

名称过程形成体特点培养基光

生长素与

由外植体脱分化为排列疏松、高度液泡

脱分化细胞分裂避光

愈伤组织化的薄壁细胞团

素的比例大

由愈伤组织分化为有根、芽或有生根发上述比

再分化需光

幼苗或胚状结构芽的能力例小

营养生长发育成完整的植物由根、茎、叶、花、自身产生

需光

生殖生长体果实、种子组成各种激素

4.植物组织培养和植物体细胞杂交的比较

名称植物组织培养植物体细胞杂交

细胞膜具有一定的流动性和植物细胞

原理植物细胞的全能性

的全能性

离体的植物器官、

组织或细胞植物细胞A

|去壁人工

1脱分化

糠懿鸿乜合的产质体A

愈伤组织

过程t土01再生壁

1再分化驻』青复杂种细胞AB

植物细胞B［脱分化

根、芽或胚状体再分化▼

［发育杂种植林------愈伤组织

植物体

选取根尖、茎尖、形成层

选材不同植物细胞融合后形成的杂种细胞

部位最容易诱导脱分化

技术除脱分化、再分化外，还要用酶解法去

脱分化、再分化等

操作除细胞壁,用一定的方法诱导细胞融合

植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的

关系

技术更复杂

5,植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法

/诱导产物（假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B）

（1）未融合的细胞：A和Bo

（2）两两融合的细胞：AA、BB和AB。

（3）多细胞融合体。

/检测方法：对诱导产物中的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性

状进行判断。

植物性状结论

若只表现出一种植物的性状未融合细胞

若得到的是具有两种亲本性状的植物杂种植株

若得到的是两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得

多细胞融合体

到加强

若得到的是一种植物的性状，但是效果得到加强同种细胞融合

6.区分植物组织培养与植物体细胞杂交的两种方法

（1）看后代

植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞，经培养使之增殖、分化成为一

个完整植株，为无性生殖过程，因此其后代一般均能保持该亲木的遗传特性。

植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体，在人为条件下进行诱

导融合。由于植物细胞具有全能性，融合之后的杂种细胞可以再生出具有双亲性

状的杂种植株。

（2）看关系：杂种细胞需经殖物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种

植株，否则将无任何意义，因此，植物组织培养是植物体细胞杂交的基础。

7.五种生物技术的比较

突变体的利植物体细胞植物基因工

项目植物组织培养单倍体育种

用杂交程育种

基因突变、花粉细胞的细胞膜的流基因重组、植

植物细胞的全

原理植物细胞的全能性、染动性、植物细物细胞的全

能性

全能性色体变异胞的全能性能性

花药离体培对导入目的

原生质体融

重要脱分化、再分对愈伤组织养、秋水仙基因的植物

合、杂种细胞

步骤化诱变处理素诱导染色细胞进行组

组织培养

体数目加倍织培养

提高突变克服远缘杂克服远缘杂

保持优良品种明显缩短育

优点率，获得优交不亲和的交不亲和的

的遗传特性I性状种年限

障碍障碍

抗花叶病毒

微型繁殖、脱培育“番茄一

的甘蔗、抗单育1号烟转基因抗虫

举例毒苗培育、人马铃薯”杂种

盐碱的野生草棉

工种子培育植株

烟草

例题1：如图表示通过植物组织培养技术获得烟草植株的过程，下列叙述错误的

是（）

A.①过程往往选取烟草的幼嫩部位，需经过消毒处理，才能置于培养基中进行培

养

B.在培养过程中，若要诱导芽的产生，则生长素和细胞分裂素的配比要适当

C.通过悬浮培养形成的单细胞和利用酶解法水解细胞壁获得的原生质体经培养

后，都能形成植株

D.烟草细胞很容易再生出新植株，但在长期培养过程中，其胚状体的发生和器官

形成能力下降，可能的原因是细胞全能性丧失

【答案】D

【解析】本题考查植物组织培养技术。图中①过程往往选取烟草的幼嫩部位，自

然环境中获取的植物组织、器官携带较多微生物，因此需要消毒处理后才能进行

培养，A正确；植物生长调节剂配比会影响愈伤组织的分化方向，例如适当的生

长素和细胞分裂素配比可以诱导芽的分化，B正确；据图可知悬浮培养的单细胞

可发育成胚状体，用酶解法（纤维素酶和果胶酶）去除植物细胞壁，获得的原生

质体也可培养形成植株，C正确；植物细胞仍保留了该物种全套的遗传物质，故

全能性并未丧失，但由于各种原因，其全能性的表达受到了阻碍，D错误。

例题2：甲、乙两种远缘植物体细胞融合会导致一方的染色体被排出，若甲细胞

的染色体在融合前断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，

未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依

据该原理，将抗黑胫病的黑芥与不抗黑胫病的甘蓝型油菜进行体细胞杂交获得了

抗黑胫病的甘蓝型油菜新品种，过程如下图所示。下列说法错误的是（）

A.④过程用到了植物组织培养技术

B.抗黑胫病的甘蓝型油菜染色体上整合了黑芥的染色体片段

C.②过程紫外线照射剂量不同可能会导致黑芥染色体断裂程度不同

D.可利用聚乙一醇或灭活的病毒诩导两种植物原生质体融合

【答案】D

【解析】④过程用到了植物组织培养技术，该技术的原理是植物细胞的全能性，

A正确；题意显示，“若甲细胞的染色体在融合前断裂，形成的染色体片段在细

胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染

色体上而留存在杂种细胞中依据该原理，可推测抗黑胫病的甘蓝型油菜染色

体上整合了黑芥的染色体片段，因此获得了抗黑胫病的性状，B正确；②过程表

示用紫外线照射使黑芥的染色体断裂，照射剂量不同可能会导致黑芥染色体断裂

程度不同，C正确；③过程中常用物理法或化学法诱导原生质体融合，而灭活的

病毒只能诱导动物细胞融合，D错误。

例题3：烟薯一25是一种甜度大，抗病力强，产量高的红薯v它是通过无性繁殖

获得的作物，多代繁殖后病毒会在体内积累，导致含糖量不足，产量下降。大面

积栽培时，一般都用脱毒苗。下列有关脱毒苗培育过程的叙述，错误的是（）

A.脱毒苗培育过程的原理是植物细胞具有全能性

B.脱毒苗培育过程需经历脱分化和再分化两个阶段

C.脱分化和再分化的培养基成分是相同的，但两个阶段光照条件不同

D.培育脱毒苗应选用分生组织，因为分裂旺盛，所含的病毒少

【答案】C

【解析】脱毒苗的培育采用了植物组织培养技术，该技术的原理是植物细胞具有

全能性，A正确；脱毒苗培育过程是植物组织培养的过程，需经过脱分化和再分

化两个阶段，B正确；植物组织培养中脱分化和再分化的培养基中植物激素的含

量不同，C错误；由于分生组织细胞分裂旺盛，所含的病毒少，因此可用分生组

织（如芽尖）进行组织培养，从而获得脱毒苗，D正确。

考点二：动物细胞工程

1.常用的技术手段：动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单

克隆抗体等。

2.技术基础：动物细胞培养技术。

3.动物细胞培养

/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。

/培养过程

/相关概念

（1）细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。

（2）细胞的接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂

增殖的现象。

（3）原代培养：指动物组织消化后的初次培养。

（4）传代培养：贴壁的细胞，出现接触抑制后，需要重新用胰蛋白酶来处理，

然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖的培养过程。

（5）细胞株：传代培养的细胞能传到10〜50代，这样的传代细胞称为细胞株。

（6）细胞系：传代培养的细胞在传到50代后，有部分细胞的遗传物质发生了改

变，获得不死性，这种具有癌变特点的细胞称为细胞系。

/培养条件

（1）无菌、无毒的环境：培养液和所有的培养用具要进行无菌处理；通常还要

在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染；应定期更换培养液，

防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。

（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：哺乳动物多以土0.5℃为宜，多数细胞生存的适宜pH为〜。

（4）气体环境：95%空气+5%CC）2,O2是细胞代谢所必需的，CCh的主要作用

是维持培养液的pHo

/干细胞的培养及其应用

（1）干细胞功能：在一定条件下，可以分化成其他类型的细胞。

（2）干细胞的存在：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。

（3）种类

来源功能及应用

能够分化成为动物体内的任何细

胚胎干细胞（ES

早期胚胎胞，并进一步形成组织、器官甚至

细胞）

生物个体

只能分化成特定的纽胞或组织，不

成体干细胞成体组织或器官

具有发育成完整个体的潜能

诱导多能干细胞体外诱导体细胞能分化成为具有特定功能的细胞，

（iPS细胞）产生用于治疗疾病

4.动物细胞融合与单克隆抗体

/动物细胞融合

（1）概念：动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一

个细胞的过程。

（2）原理：细胞膜的流动性。

（3）诱导融合的三种方法

物理法：例如电激等。

化学法：例如聚乙二醇。

生物法：例如灭活的病毒。

（4）过程

※形成单核杂交细胞，具有原来两个或多个细胞的遗传信息，可表现出两个或多

个亲本的特点。

（5）意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。

（6）动物细胞融合技术的应用

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。

用于制备单克隆抗体。

/单克隆抗体

（1）传统抗体的制备

过程：①向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体；②从动物血清中

分离所需抗体。

缺点：产量低、纯度低、特异性差。

/单克隆抗体的制备

存在问题：B淋巴细胞能产生特异性抗体但不能无限增殖；骨髓瘤细胞能无

限增殖，但不能产生抗体。

解决思路：将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞。

制备过程

①第一步：向免疫小鼠体内注射特定的抗原蛋白，然后从小鼠体内获得已免疫的

B淋巴细胞；该细胞能产生单一抗体。

②第二步：用电激法、聚乙二醇法、灭活的病毒法等，诱导两种细胞发生融合，

这时得到的融合细胞除了杂交瘤细胞，还有B淋巴细胞相互融合的细胞和骨髓

瘤细胞相互融合的细胞。

③第三步：用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。然后再从杂交瘤细胞群中选

出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。这时的杂交瘤细胞既能分泌抗体又能大量增殖。

④第四步：克隆化培养杂交瘤细胞。

⑤第五步：将杂交瘤细胞在体外培养或注射到小鼠腹腔内增殖，从细胞培养液或

小鼠的腹水中提取单克隆抗体。

/单克隆抗体的特点：特异性强、灵敏度高，并可大量制备。

/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，筛选出杂交瘤细胞，

淘汰未融合细胞和同种细胞融合而成的细胞。

（2）第二次筛选需先在多孔培养板上培养，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。

/单克隆抗体的应用

（1）作为诊断试剂：能准确只别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生

特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。

（2）用于治疗疾病和运载药物

单独使用：直接用于癌症或其他疾病的治疗（作为药物本身）。

综合使用：与放射性同位素、细胞毒素或化学药物结合制成“生物导弹”，

主要用于治疗癌症，也可用于治疗其他疾病。

5.动物体细胞核移植技术和克隆动物

/动物核移植概念

（1）供体：动物一个细胞的细胞核。

（2）受体：去掉细胞核的卵母细胞。

（3）结果：形成重组胚胎，发育成动物个体。

/类型：胚胎细胞核移植体、细胞核移植。

/体细胞核移植的过程

,克隆动物的特点

（1）克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同，但不是完全相同，原因是:

克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵母细胞；

生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境影响。

（2）核基因是供体核基因的100%的复制。

（3）克隆动物是一种无性繁殖方式。

/克隆的层次

（1）分子水平：如DNA复制；

（2）细胞水平：动物细胞培养；

（3）个体水平：克隆羊“多利”的诞生。

/体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题

（1）应用前景

畜牧业：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。

医药卫生：通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基

因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。

治疗人类疾病：

①转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体。

②以患者作为供体培育的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，将它们移植给患者时，可以避免免疫排斥反应。

③研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程。

④克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因。

⑤克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药

物提供帮助。

保护濒危物种：该技术有望增加濒危物种的存活数量。

/存在问题

（1）体细胞核移植技术的成功率非常低。

（2）克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷等。

1.植物组织培养与动物细胞培养的比较

项目植物组织培养动物细胞培养

原理植物细胞的全能性细胞增殖

固体或半固体培养基，包液体培养基，包括无机盐、葡

区

培养基括矿质元素、蔗糖、维生萄糖、维生素、氨基酸、动物

别

素、琼脂、植物激素等血清等

细胞来源离体植物器官、组织或细胚胎或幼龄动物组织、器官

胞

过程脱分化、再分化原代培养、传代培养

结果获得新个体或细胞产品大量产生细胞或细胞产物

①快速繁殖名贵花卉和

果树；

①生产蛋白质制品，如病毒疫

②培养无病毒植株、转基

苗、干扰素、单克隆抗体等；

用途因植物；

②检测有毒物质；

③大规模生产细胞产品，

③研究生理、药理、病理

如药物、食品添加剂、香

料、色素等

①都需要人工条件下的无菌、无毒操作，无菌培养；

相同点

②都进行有丝分裂

2.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较

项目植物体细胞杂交动物细胞融合

细胞膜的流动性和植物细胞的全

原理细胞膜的流动性

能性

酶解法去掉细胞壁后，诱导原生

分散成单个细胞后诱导细胞融

步骤质体融合，形成杂种体细胞，再

合

经过植物组织培养形成杂种植株

物理方法、化学方法、灭活病

诱导方法物理方法、化学方法

毒

结果形成杂种植株形成杂种细胞

3.对动物细胞融合的理解

（1）动物细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合。其中细

胞膜融合是细胞融合的先导，细胞核融合是细胞融合的实质。

（2）融合处理后的细胞不可以直接用于培养，还需要筛选。因为诱导融合的手

段只是促使细胞间的融合，不能保证所有的细胞都发生融合，形成的融合细胞也

有多种，因此需要进行筛选。

（3）细胞融合技术与有性杂交不同。有性杂交有着十分严格的时空关系和物种

界限；动物细胞融合则不同，它通过人工的方法克服了存在于物种之间的遗传屏

障，从而能够按照人们的意愿，把不同物种的不同组织类型的细胞融合在一起。

4.植物体细胞杂交和单克隆抗体制备的比较

植物体细胞杂交（番茄一马铃薯

比较项目单克隆抗体制备

植株）

第1步原生质体的制备（酶解法）正常小鼠的处理（注射灭活抗原）

第2步原生质体的融合（物、化法）动物细胞融合（物、化、生法）

第3步杂种细胞的筛选和培养杂交瘤细胞的筛选和培养

提纯单克隆抗体（特异性强、灵

第4步杂种植株鉴定

敏度高）

酶解法除去细胞壁：纤维素酶、注射特定抗原，免疫处理正常小

融合前处理

果胶酶鼠

①克服有性远缘杂交不亲和的隙①制备单克隆抗体；

意义和用途碍；②有助于疾病的诊断、治疗、预

②培育作物新品种防

5.浆细胞、骨髓瘤细胞和杂交瘤细胞的比较

细胞类型来源特点

由B淋巴细胞受抗原刺激后增能产生单一抗体，但不能无限增

浆细胞

殖分化而来殖

骨髓瘤细胞从骨髓肿瘤中提取能无限增殖，但不能产生抗体

杂交瘤细胞浆细胞与骨髓瘤细胞融合而成既能产生抗体，又能无限增殖

6.制备单克隆抗体过程中的两次筛选

项目第一次筛选第二次筛选

从小鼠体内提取的B淋巴细胞有很

筛选诱导融合后得到多种杂交细

多种，形成的杂交瘤细胞也有很多

原因胞，另外还有未融合的细胞

种

用特定的选择性培养基筛选：用多孔培养皿培养，在每个孔只有

筛选

未融合的细胞和同种细胞融合一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆

方法

后形成的细胞都会死亡，只有化培养和抗体检测，经多次筛选得

融合的杂交瘤细胞才能生长到能产生特异性抗体的细胞群

筛选

得到杂交瘤细胞得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞

目的

7.体细胞核移植技术的条件及原因

/卵母细胞的选择时期及原因

选择处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞作为受体细胞，其原因是：

（1）卵母细胞细胞质内存在激发细胞核全能性表达的物质；

（2）卵母细胞体积大，便于操作；

（3）卵母细胞内卵黄多，营养物质丰富。

/供体细胞：取供体动物的体细胞培养，一般选用传代10代以内的细胞，因

为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的

遗传基础。

/动物体细胞不能经培养直接发育成完整个体的原因是动物体细胞的全能性

受到限制。用体细胞核移植技术能够得到克隆动物，说明动物体细胞的细胞

核具有全能性。

/该过程用到的技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚

胎移植。

例题1：如图表示动物细胞培养的相关过程，相关叙述正确的是（）

A.甲过程需要用胰蛋白酶处理，乙、丙分别代表脱分化、再分化

B.细胞在代谢过程中会积累有害物质，因而需加抗生素加以中和

C.若培养细胞为杂交瘤细胞，则无需破碎细胞即可提取单克隆抗体

D.若培养细胞为成纤维细胞，则可为基因工程和核移植提供受体细胞

【答案】C

【解析】本题考查动物细胞培养。动物细胞培养过程不存在脱分化和再分化；加

抗生素是为了防止动物细胞培养过程中杂菌污染；抗体为分泌蛋白，因此不需破

碎细胞，从细胞培养液中即可获得；动物细胞工程的受体细胞选择受精卵。

例题2：将患者肿瘤细胞与抗原呈递细胞“杂交”制成的新型肿瘤疫苗，能使人

体免疫系统识别并杀伤肿瘤细胞，有效控制肿瘤的转移和复发，为癌症治疗增添

了新手段。下列说法错误的是（）

A.细胞融合前，可以用胰蛋白酶处理肿瘤组织

B.该技术突破了有性杂交方法的局限，使细胞远缘杂交成为可能

C.该技术可采用灭活病毒作为动物细胞融合的诱导剂

D.两种细胞诱导融合完成后，可直接将融合细胞进行大规模培养

【答案】D

【解析】进行动物细胞融合之前，可用机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等

处理，使组织细胞分散成单细胞，A正确；不同种生物之间由于存在生殖隔离，

无法通过有性杂交的方式产生可育后代，细胞融合突破了有性杂交的局限，使细

胞远缘杂交成为可能，B正确；动物细胞融合常采灭活病毒作为诱导剂，C正确;

细胞融合诱导完成后，还需筛选得到所需的杂交瘤细胞，不可直接将融合细胞进

行大规模培养，D错误。

例题3：以下为克隆羊“多利”的培育过程，下列说法错误的是（）

A.重组细胞的细胞质具有调控细胞核发育的作用

B.“多利”的染色体全部来自甲羊

C.“试管婴儿”培育方法与图示方法本质相似

D.本实验原理是动物细胞核的全能性

【答案】C

【解析】去核卵母细胞的细胞质中具有调控细胞核发育的物质，能为重组细胞提

供发育所需的营养；染色体存在于细胞核中，因此“多利羊”的染色体全部来自

提供细胞核的甲羊；试管婴儿的培育属于有性生殖，而图示为无性生殖范畴；本

实验体现了细胞核的全能性。

考点三：胚胎工程

1.胚胎工程

（1）操作对象：生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。

（2）移植过程：将胚胎移植到雌性动物体内。

（3）目的：生产后代，满足人类的各种需求。

（4）处理技术：体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。

2.受精作用

/精子的发生

（1）场所：睾丸。

（2）时期：从初情期开始，直到生殖机能衰退。

（3）形成过程：

（4）精子的变形（包括头、颈、尾）：

/卵子的发生

（1）场所：卵巢。

（2）时期：动物的胚胎在性别分化以后。

（3）卵子发生的过程

/受精

（1）概念：精子与卵子结合形成合子的过程。

（2）场所：输卵管。

（3）受精标志：在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。

（4）过程：

受精前的两个准备

①精子获能：精液由精子和精清（精浆）两部分组成。精清中含有一种能抑制精

子获能的物质，因此，在一般情况下，精液中的精子无法获能。只有当交配后精

液进入雌性动物的生殖道时，由生殖道分泌产生一种物质解除对精子获能的抑制,

才能引起精子获能。

②卵子的准备：在输卵管中发育到减数第二次分裂的中期，才具有与精子受精的

能力。

受精阶段：

（5）受精的标志：在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。

（6）受精过程中关键点的解读

刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，精子需要在雌性生殖道内发生相应

的生理变化，如呼吸速率增强、膜代谢加强、运动形式改变等，然后才能获得受

精的能力。

精子、卵子受精过程中发生顶体反应、透明带反应和卵细胞膜反应。

通过顶体反应形成精子穿越放射冠和透明带的通路。

防止多精入卵有两道屏障，一是透明带反应，二是卵细胞膜反应。通过两道

屏障保证受精卵中遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。

卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极休；受精过

程结束的标志是雌、雄原核融合形成合子。

3.体外受精

（1）概念：通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养

发育为早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。

（2）重要应用——良种培育：实现良种动物的快速大量繁殖。

（3）技术手段：首先要做的是体外受精和早期胚胎的培养。

（4）基本步骤：卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精。

4.早期胚胎发育

/卵裂期特点

项目变化

细胞数目增多

每个细胞体积减小

总体积基区不变

DNA总量增多

每个细胞DNA基太不变

有机物总量（能量）减少

物质种类增多

/早期胚胎发育的几个阶段及特点

（1）卵裂期

场所：最初在输卵管，后移入子宫。

分裂方式：有丝分裂。

特点：卵裂速度快，细胞未生长即进入下次分裂。DNA、细胞的数量不断

增加，每个细胞体积越来越小，但胚胎的总体积并不增加或略有缩小，有机物的

种类增加而含量降低。

（2）桑根胚：卵裂形成32个细胞左右的胚，每一个细胞都属于全能细胞。

（3）囊胚

组成：内细胞团（内部细胞）、滋养层细胞（外部细胞）、囊胚腔。

特点：细胞已分化。

分化结果：内细胞团将来发育为胎儿的各种组织，滋养层细胞将来发育为胎

膜和胎盘。

（4）原肠胚：内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现

原肠腔。

5.胚胎移植

/早期胚胎培养

（1）培养液的成分：一般包括无机盐、有机盐类、维生素、激素、氨基酸、核

甘酸等营养成分，以及血清等物质。

（2）胚胎早期培养的目的

精子和卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查

受精状况和受精卵的发育能力。

当胚胎发育到适宜的阶段时可进行受体移植或冷冻保存。

（3）胚胎移植的时间

不同动物胚胎移植的时间不同。牛、羊一般要培养到桑松胚阶段或囊胚阶段

进行移植；人的体外受精胚胎，可在8〜16个细胞阶段移植。

/胚胎移植

（1）概念：指将雌性动物体内的早期胚胎或通过体外受精及其他方式得到的胚

胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物体内，使之继续发育为新个体

的技术。

（2）实质：从过程看，实际上是生产胚胎的供体和孕肓胚胎的受体共同繁殖后

代的过程。从结果看，是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。

（3）在胚胎工程中的地位及意义

地位：是胚胎工程其他技术的最后一道“工序二

意义：可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。

（4）生理学基础及相应意义

生理学基础意义

同种动物的供、受体排卵后，生殖为供体的胚胎移入受体提供了相同的生

器官的生理变化是相同的理环境

早期胚胎形成后，在一定时间内不

会与母体子宫建立组织上的联系，为胚胎的收集提供了可能

而是处于游离状态

受体对外来胚胎基本上不发生免疫

为胚胎在受体内存活提供了可能

排斥反应

供体胚胎可与受体子宫建立正常的为移植后的胚胎继续发育提供了营养等

生理和组织联系，但其遗传特性不方面的保障，且胚胎优良遗传特性得以

受影响保持

（5）基本程序

（1）同期发情：激素处理供体、受体母牛，使它们的生理条件达到同步或一致,

这样才能使移植的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功

与否的关键。

（2）各个受精卵的遗传物质可能不同，因为每个受精卵是由不同的精子与卵细

胞结合形成的，在形成精子与卵子的过程中发生了基因重组。

6.胚胎分割

（1）概念：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）所需主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。

（3）操作对象及要求：选择发育良好、形态正常的桑甚胚或囊胚，将它移入盛

有操作液的培养皿中，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。

（4）胚胎分割的意义

促进优良动物品种的繁殖，产生遗传性状相同的后代用于遗传学研究。

对胚胎进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健

康后代有重要意义。

1.精子和卵子发生的异同点

项目精子发生卵子发生

场所睾丸曲细精管卵巢（MI）、输卵管（Mil）

区别

时间初情期后性别分化后开始，卵泡的形成

和在卵巢内的储备是在出生

前完成的，减数第二次分裂是

在精子和卵子结合的过程中

完成的

①M1和MII是连

①MI和MH是不连续的，不

过程特点续的，需变形；②细

需变形；②细胞质不均等分配

胞质均等分配

结果形成4个精子形成1个卵子和3个极体

①原始生殖细胞的增殖为有丝分裂；

②产生精子和卵子的方式均为减数分裂。该过程中

相同点

均经过一次染色体复制和两次分裂，子细胞中染色

体数目减半

2.受精过程中的“三大反应”与防止多精入卵受精的“两道屏障”

（1）顶体反应：精子膜和顶体外膜发生一系列改变并释放顶体酶的过程；顶体

反应的主要作用是形成精子穿越放射冠的通道，是精子和卵子结合必不可少的条

件。

（2）透明带反应：精子触及卵细胞膜的瞬间，会产生阻止后来的精子进入透明

带的生理反应，称做透明带反应，它是防止多精入卵受精的第一道屏障。

（3）卵细胞膜反应：精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，拒绝其

他精子再进入卵内，称为卵细胞膜反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。

3.比较自然受精、人工授精和体外受精的异同点

项目自然受精人工授精体外受精

用人工的方法人工获取精子、

过程将公畜的精液卵子，在体外培

雌雄动物交配完成

不同注入母畜生殖养液中完成受

不同点

道内，完成受精精过程

场所雌性动物输卵

雌性动物输卵管中体外培养液中

不同管中

相同点（1）精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程;

(2)都是有性生殖

4.胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同

胚胎分割动物体细胞核克隆动物

相同点都属于无性生殖或克隆，最终技术是超胎移植

胚胎的雌性动物的早期胚胎或体外受通过核移植技术获得的重

来源精及其他方式得到的胚胎组胚胎

不胚胎分割动物具有相同的遗传

遗传克隆动物的核遗传物质主

同物质，两个亲本提供的核遗传物

物质要由供体细胞核提供

点质一样多

经过核移植形成的一个细

起点经过受精作用形成的一个细胞

胞

例题1：下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述，不正确的是()

A.绝大多数精、卵细胞的识别具有物种特异性

B.卵裂期细胞的体积随分裂次数增加而不断增大

C.桑根胚阶段前的每个细胞都属于全能细胞

D.原肠胚的外胚层由内细胞团表层的细胞形成

【答案】B

【解析】绝大多数精、卵细胞的识别具有物种特异性，不同物种之间的精、卵细

胞一般不会发生受精作用，A正确；卵裂期细胞数量增多，但胚胎总体积并不增

加，所以细胞的体积随分裂次数增加而不断减小，B错误；桑甚胚阶段前的每个

细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞，C正确；囊胚孵化后，再进

一步发育，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，这时的胚

胎为原肠胚，D正确。

例题2：动物细胞培养是动物细胞工程的基础。如图所示，a、b、c表示现代工

程技术，①②③表示通过相应技术经胚胎移植得到的个体，下列说法正确的是

()

A.若a是体细胞核移植技术，则①反映了动物细胞也具有全能性

B.若b是体外受精技术，则②为良种家畜快速大量繁殖提供了可能

C若c是胚胎分割技术，则③中个体的基因型和表现型一定相同

D.①②③生产过程中的受体需用促性腺激素进行同期发情处理

【答案】B

【解析】若a是体细胞核移植技术，则①反映了动物体细胞的细胞核具有全能性,

A错误；若b是体外受精技术，则②为试管动物，这为良种家畜快速大量繁殖提

供了可能，B正确；胚胎分割技术所得个体的基因型完全相同，但表型不一定完

全相同，因为表型还受环境的影响，C