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第1节　植物细胞工程
第1课时　植物细胞工程的基本技术
课标内容要求 核心素养对接
1.阐明植物组织培养是在一定的条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。2．概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定的条件下融合成杂合细胞，继而培育新植物体的技术。 1．科学思维：采用模型与建模、归纳与概括的方法掌握植物组织培养和植物体细胞杂交的流程。2．科学探究：依据实验步骤，制订实验方案，合作交流，完成菊花的组织培养的操作，并如实记录实验数据，得出实验结论。
一、植物细胞的全能性
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．生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因
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。
二、植物组织培养技术
1．概念：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。
2．菊花的组织培养
(1)植物细胞全能性的表达过程
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，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，再分化出芽、根等器官，进而形成完整的小植株。
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。
(2)操作流程
外植体的消毒：将流水充分冲洗后的外植体用酒精消毒30 s，用无菌水清洗2～3次后，再用次氯酸钠溶液处理30 min，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0.5～1 cm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18～22℃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。
三、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)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．意义
克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。 (×)
提示：具有某种生物全部遗传信息的细胞在离体的情况下才能表现出全能性。
2．脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程。 (√)
3．在植物组织培养过程中需要给予光照，以诱导脱分化过程。 (×)
提示：植物组织培养过程中，脱分化过程是要求避光培养的。
4．植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。
(√)
5．植物体细胞杂交过程中，细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁。 (√)
　植物组织培养
1．植物组织培养的过程
(1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。
(2)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，转变成未分化细胞的过程。
(3)愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。
(4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。
2．植物组织培养技术的注意事项
(1)外植体的选择与制备
①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、叶和成熟的组织较难。
②制备外植体首先要消毒，其次要选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。
(2)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。
(3)光照的控制
对于植物组织培养来说，光照条件非常重要。
①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)。
②再分化阶段：一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。
(4)植物激素的使用
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性激素，两类激素的浓度及用量的比例等都会影响实验结果。
生长素/细胞分裂素的值 作用效果
比值高 促进根的分化、抑制芽的形成
比值低 促进芽的分化、抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
1．在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？
提示：避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。
2．在组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？
提示：三种培养基成分的不同是生长素和细胞分裂素的比例不同。
3．诱导愈伤组织期间一般不需要光，后续培养过程中，为什么每日要给予适当时间和强度的光照？
提示：后续培养过程中，给予适当时间和强度的光照的目的是诱导叶绿素的形成，进一步形成叶绿体进行光合作用。
4．若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？
提示：培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，愈伤组织中不含有叶绿体。
1．(2021·湖北省适应性测试)植物组织培养过程中，无菌操作步骤至关重要。下列关于无菌操作的叙述，错误的是(　　)
A．不耐高温的植物激素需过滤除菌后才能添加到已灭菌的培养基中
B．超净工作台可用紫外线消毒，镊子、剪刀可灼烧灭菌
C．植物材料用次氯酸钠消毒后接种到培养基中
D．玻璃培养皿常采用干热灭菌法灭菌
C　[对不耐高温的植物激素除菌时无法用高压蒸汽灭菌法，可以用滤膜过滤除菌，再添加到已灭菌的培养基中，A正确；接种室和超净工作台等，可用紫外线进行消毒，镊子、剪刀等金属器具可灼烧灭菌，B正确；植物组织培养中的外植体用70%的酒精和次氯酸钠进行消毒，外植体取出后，在无菌水中漂洗了消毒液后才能接种到培养基中，C错误；玻璃培养皿常采用干热灭菌法灭菌，D正确。]
2．培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。
回答下列问题：
(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有__________________。
(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是__________________。
(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是_______________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的________过程，最终可形成试管苗。
(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是_______________。
(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的__________，这种繁殖方式属于________繁殖。
[解析]　(1)分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有全能性。(2)在本实验中，切取胡萝卜块时要切取含有形成层的部分，原因是形成层容易诱导形成愈伤组织。(3)决定植物细胞脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，步骤⑤(诱导愈伤组织形成)和步骤⑥(诱导愈伤组织分化形成试管苗)所需的生长素和细胞分裂素的比例不同，故从步骤⑤到步骤⑥需更换培养基。愈伤组织通过细胞的再分化过程形成试管苗。(4)步骤⑥需要照光培养，其作用是诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用。(5)组织培养没有经过两性生殖细胞的结合，因此属于无性繁殖，组织培养得到的植株保持了原品种的遗传特性。
[答案]　(1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因)　(2)形成层容易诱导形成愈伤组织　(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同　分化(或再分化)　(4)诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用　(5)遗传特性　无性
　植物体细胞杂交
1．原理
(1)细胞膜的流动性：原生质体融合的过程。
(2)植物细胞的全能性：杂种细胞发育成杂种植株。
2．操作过程
步骤 图解 技术
原生质体的获取 纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁获得原生质体
原生质体的融合 物理法：电融合法、离心法等化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等
杂种植株的形成 植物组织培养
3．杂种植株遗传物质的变化
(1)细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数之和。
(2)染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数之和，形成异源多倍体。
4．植物体细胞杂交育种的优点和局限性
(1)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。
(2)局限性：目前仍有许多理论和技术问题未解决，还不能让杂种植物按照人们的需求表现出双亲的优良性状。
1．从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
提示：遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。染色体数目增加，属于染色体数目变异。
2．从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？
提示：克服了不同种植物远缘杂交不亲和的障碍，使不同种植物杂交成为可能。
3．科学家采用植物体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植物，但这种植物并没有地上结番茄，地下长马铃薯。你如何解释这一现象？
提示：基因之间、基因与基因产物之间、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，两种生物的基因结合到一个细胞中之后，不能按照原来的顺序表达了。
(2021·重庆市适应性测试改编)某研究人员设计了下列技术路线，以期获得甘蓝和萝卜体细胞杂交植株。
请回答下列问题：
(1)制备原生质体时，常用两种酶处理，分别是_________。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是________。原生质体融合成功的标志是______________。图中X是________。
(2)为诱导融合体产生不定芽，通常应在培养基中加入两类植物激素，其中起主要作用的是____________________。
(3)若想获得抗盐植株，可选用融合原生质体作为人工诱变的材料，原因是_________，且需在含较高浓度的NaCl培养基中筛选。
[解析]　(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以制备原生质体，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是PEG(聚乙二醇)。原生质体融合成功的标志是杂种细胞再生成细胞壁；图中X经过离体培养，可以形成试管苗，所以X是愈伤组织。
(2)植物组织培养中常加入细胞分裂素和生长素，当生长素与细胞分裂素的比值低时，有利于芽的形成，所以起主要作用的是细胞分裂素。
(3)由于融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性，所以可选用融合原生质体作为人工诱变的材料。
[答案]　(1)纤维素酶和果胶酶　PEG(聚乙二醇)　杂种细胞再生成细胞壁　愈伤组织　(2)细胞分裂素　(3)具有分裂分化能力，突变频率高，融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性
　
(1)由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。
(2)体细胞融合后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选(注明：不考虑三个或三个以上细胞的融合)。
下面是某科研小组研究某植物组织培养过程中的实验数据，请思考并回答问题：
编号 植物生长调节剂浓度/(mg/L) 愈伤组织诱导率/%
2，4 D 6 BA
1 3 0 52.1±2.2
2 5 0 55.2±2.1
3 3 0.1 42.4±1.9
4 5 0.1 46.9±2.0
5 7 0.1 38.6±1.4
6 3 0.3 43.7±2.8
本案例考查学生演绎与推理的科学思维能力及实验设计和对实验结果的交流讨论的能力。
(1)表中2，4 D和6 BA分别是什么类型的植物生长调节剂？(科学思维)
(2)诱导愈伤组织的最佳植物生长调节剂浓度是多少？(科学探究)
(3)诱导愈伤组织的培养基中加入的3%的蔗糖的作用是什么？(科学思维)
(4)该实验需要不需要光照条件？(生命观念)
提示：(1)2，4 D是生长素类调节剂、6 BA是细胞分裂素类调节剂。
(2)5 mg/L 2，4 D，不添加6 BA。
(3)提供营养，调节渗透压。
(4)不需要光照条件。
[课堂小结]
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1.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.植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，主要过程包括脱分化和再分化。3.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。4.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，接种过程进行严格的无菌操作。5.植物细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁。
1．下列有关植物细胞全能性的说法，错误的是(　　)
A．体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因
B．高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C．植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础之一
D．从一粒玉米种子长成一棵植株体现了细胞具有全能性
D　[植物的体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因，即植物细胞的全能性，也是植物组织培养的理论基础之一，A、C正确；高度分化的细胞只有处于离体状态且有适宜的生长条件时才有可能表现出全能性，B正确；从一粒玉米种子长成一棵植株是自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，D错误。]
2．下列关于“菊花的组织培养”实验的叙述，不正确的是(　　)
A．该实验的理论依据是植物细胞具有全能性
B．在本实验中，应将切好的外植体全部插入培养基中
C．实验过程中需要注意器械的灭菌和实验人员的无菌操作
D．整个培养过程需要适宜的温度和一定的营养条件
B　[在菊花的组织培养实验中，应将切好的外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中，B错误。]
3．在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的(　　)
A．消毒灭菌　 B．适宜的温度
C．充足的光照 D．适宜的养料和激素
C　[形成愈伤组织，需要在消毒灭菌条件下进行。因为只有在消毒灭菌条件下，才能保证培养出的组织、细胞避免感染，否则培养基内将长出许多微生物，与离体细胞争夺营养与生存空间，使其不能形成愈伤组织。由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。]
4．下图表示以某种杂合体名贵花卉的绿色叶片为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物过程中岀现的不同结果。下列分析正确的是(　　)
A　　　B　　　　C
A．不同结果的岀现主要是由是否提供光照造成的
B．A通过脱分化得到B通过再分化得到C
C．利用花粉粒进行单倍体育种也能培养岀该杂合子花卉
D．B组细胞的全能性高于A组和C组
D　[不同结果的出现主要是细胞分裂素与生长素的比例不同导致的，A错误；愈伤组织B在不同植物激素比例下分化为A根或C丛芽，B错误；利用花粉进行单倍体育种得到的一般为纯合子，C错误；B组细胞分化程度很低，其全能性最高，D正确。]
5．下图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，据图分析回答：
(1)图中所示过程的原理有__________________________。
(2)图中的①过程是________________________________。
(3)植物体细胞融合成功的标志是____________，其产生与细胞内________(细胞器)有关。
(4)③和④过程分别是________和________过程。则该杂种植株有________个染色体组。
(5)该技术最显著的优势是____________________。
[解析]　(1)植物体细胞杂交过程中有原生质体A和原生质体B的融合过程，其原理是细胞膜具有流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞具有全能性。
(2)图中的①过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。
(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。
(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。
(5)植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。
[答案]　(1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性
(2)(去壁)制备原生质体　(3)形成新的细胞壁　高尔基体　(4)脱分化　再分化　四　(5)克服远缘杂交不亲和的障碍第2课时　植物细胞工程的应用
课标内容要求 核心素养对接
举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种等方式有效提高了生产效率。 1.科学探究：基于生产和生活需要，通过查阅相关资料，设计并实施恰当可行的实验方案。2．社会责任：列举植物组织培养技术在生产实践中的应用，说明植物细胞工程对生产的影响。
一、植物繁殖的新途径
1．快速繁殖
(1)快速繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
(2)特点
2．作物脱毒
(1)选材部位：植物的分生区附近。
(2)选材原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。
(3)实例：目前采用茎尖组织培养技术来脱去病毒，在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。
二、作物新品种的培育
1．单倍体育种
(1)过程：花药离体培养―→单倍体植株纯合子植株。
(2)优点
①后代是纯合子，能稳定遗传。
②明显缩短了育种的年限。
2．突变体的利用
(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。
(2)利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
三、细胞产物的工厂化生产
1．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、萜类和含氮化合物等。
(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。
2．方法：对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖。
3．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。
4．应用：紫杉醇、紫草宁、人参皂苷等。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。
(×)
提示：题述繁殖方式属于无性繁殖，不属于微型繁殖。微型繁殖是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
2．脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。 (×)
提示：培育脱毒苗时选用的通常是茎尖等分生组织，原因是该组织附近的病毒极少，甚至无病毒。
3．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。 (×)
提示：单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体育种的原理是基因突变和植物细胞的全能性。
4．突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也来自愈伤组织细胞。 (√)
5．工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。 (×)
提示：次生代谢物一般不是植物基本生命活动所必需的产物，不是蛋白质。
　四种育种方法的比较
列表比较
育种方法 原理 过程 优点
快速繁殖 细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性
突变体的利用 基因突变、细胞的全能性 诱变处理后组织培养 提高突变率，获得优良性状
单倍体育种 细胞的全能性、染色体变异 花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍 明显缩短育种年限
植物体细胞杂交 细胞膜的流动性、细胞的全能性 原生质体融合、杂种细胞组织培养 打破生殖隔离，实现远缘杂交
1．马铃薯、草莓和香蕉脱毒苗产量和品质明显提高，为什么小麦和玉米脱毒苗却基本没有变化？
提示：马铃薯、草莓和香蕉进行无性繁殖，感染的病毒很容易传递给子代，而小麦和玉米是通过种子繁殖，感染的病毒不容易传递给子代。
2．为什么用物理或化学因素处理愈伤组织更易诱发突变？产生的变异一定符合需要吗？
提示：因为愈伤组织细胞处在分裂过程中，细胞要进行DNA分子的复制，因此更易发生突变。由于突变是不定向的，产生的变异不一定符合需要。
1．现代生物技术可以利用植物体的任何一个活体部分，包括茎尖、叶片和花药等，在一定的条件下使它发育成完整
的植株。这种技术可以在较短时间内大量繁殖、培育新品种及防止病毒的危害等。下列关于该生物技术的叙述，正确的是 (　　)
①常用茎尖或花药培养获得脱毒苗
②其应用之一是快速繁殖
③这种技术属于细胞工程
④该技术一定要用到纤维素酶和果胶酶
A．①②④ B．②③
C．①④ D．①②③④
B　[该技术为植物组织培养技术。常用茎尖培养获得脱毒苗，而花药离体培养获得的是单倍体，往往是高度不育的，①错误；植物组织培养技术的应用之一是快速繁殖，②正确；植物组织培养技术属于植物细胞工程，③正确；在植物体细胞杂交技术中用到了纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，而题中所述技术中不涉及，④错误。]
2．如图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图判断错误的是(　　)
A．过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期
B．通过过程①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
D．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限
B　[该过程是单倍体育种过程，所以过程①是花药离体培养，获得的是单倍体，基因型包括AB、Ab、aB、ab 4种，经染色体加倍后的植株B都为纯合子；过程②使用秋水仙素使染色体数目加倍，作用机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，到后期染色单体分开后不能向细胞两极移动；过程①属于植物组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导。]
　植物组织培养与植物细胞培养的比较
列表比较
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
1．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是(　　)
―→紫杉醇
A．该途径体现了植物细胞的全能性
B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例
C．经过程①细胞的形态和结构未发生变化
D．过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖
B　[细胞全能性以细胞发育成个体为标志，而图中并没有形成完整植物体，A项错误；过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，成为高度液泡化的薄壁细胞，B项正确、C项错误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D项错误。]
2．下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是(　　)
A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一
B．培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞
C．愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物
D．培养的细胞收集后，一般要破碎提取其有效成分
C　[细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一，A正确；培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞，B正确；愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物，C错误；培养的细胞收集后，一般要将其破碎提取有效成分，D正确。]
某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时，参照品种B的最佳激素配比(见下表)进行预实验。
据表回答：
品种B组织培养阶段 细胞分裂素浓度(μmol/L) 生长素浓度(μmol/L)
Ⅰ.诱导形成愈伤组织 m1 n1
Ⅱ.诱导形成幼芽 m2 n2
Ⅲ.诱导生根 m3 n3
本案例考查学生实验设计和实施实验方案的能力。
(1)Ⅰ阶段时为什么通常选择茎尖、幼叶等作为外植体？(科学思维)
(2)为确定品种A的 Ⅰ 阶段的最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比(m1>2.0)，以0.5 μmol/L为梯度，设计5个浓度水平的实验，5个浓度的设置分别是多少？(科学探究)
(3)Ⅲ阶段时，科研人员分别选用浓度低于或高于n3 μmol/L的生长素处理品种A幼芽，要使其都达到最佳生根效果，选用低浓度生长素时的处理方法和选用高浓度生长素时的处理方法有什么不同？(科学思维)
提示：(1)细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织。
(2)(m1－1.0)μmol/L、(m1－0.5)μmol/L、m1 μmol/L、(m1＋0.5)μmol/L、(m1＋1.0)μmol/L。
(3)低浓度生长素用浸泡法(长时间处理)，高浓度生长素用沾蘸法(短时间处理)。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 核 心 语 句 背 诵
1.微型繁殖实际是一种无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性。2.植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此采用茎尖组织培养能脱去病毒。3.单倍体育种极大缩短了育种年限，节约了大量的人力和物力。4.培养的细胞一直处于不断增殖状态，因此容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。5.次生代谢物是植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本生命活动所必需的产物。
1．通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括(　　)
A．加快繁育速度　　　 B．保持亲本优良性状
C．培育出无病毒植株 D．改变植物的基因型
D　[植物组织培养技术不仅可以保持优良亲本的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，A、B项均正确；利用该技术还可以培育脱毒苗，因为选材部位是植物分生区附近的新生组织，没有或极少感染病毒，所以由培育的脱毒苗长成的植株是无病毒植株，C项正确；经该技术培育的植株跟亲本基因型相同，D项错误。]
2．(2020·江苏徐州检测)利用马铃薯的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是(　　)
A．选择优良品种进行杂交
B．在田间喷洒消毒剂
C．利用茎尖进行组织培养
D．人工诱导基因突变
C　[进行作物脱毒时常采用茎尖作为外植体，原因是茎尖病毒极少，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，C符合题意。]
3．科研人员用甲基磺酸乙酯处理野生烟草的愈伤组织后，培育出了抗盐碱的烟草。甲基磺酸乙酯的作用是(　　)
A．诱发愈伤组织细胞发生突变
B．诱导愈伤组织细胞中染色体数目加倍
C．对愈伤组织进行消毒
D．诱导愈伤组织再分化出芽和根
A　[甲基磺酸乙酯是一种化学物质，能有效诱发愈伤组织细胞发生突变，从而形成符合生产要求的突变新品种，A正确。]
4．利用植物组织培养技术从红豆杉细胞中提取抗癌药物紫杉醇，不需要进行的是(　　)
A．选择适当的分化培养基培育红豆杉幼苗
B．选取合适的外植体并对其进行消毒
C．外植体需接种在无菌的固体培养基上培养
D．控制植物激素的种类和比例，诱导产生愈伤组织
A　[要获得细胞产物，只需要培养到愈伤组织阶段即可，不需要培育红豆杉幼苗，A符合题意。]
5．应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖，培育无病毒植株，也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程：
茎段→→
回答下列问题：
(1)愈伤组织是由离体的茎段经________过程形成的，此时愈伤组织细胞________(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。
(2)对愈伤组织进行了两次处理，其中γ射线照射的目的是_____________，用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是___________________；
在培养基中添加的物质X为________。
(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育的白菜—甘蓝、三倍体无子西瓜以及农杆菌转化法获得的抗虫棉中，必须用到植物组织培养技术的是____________________。
[解析]　(1)离体的茎段经过脱分化过程可形成愈伤组织，此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞依然具有较高的全能性。(2)图中对愈伤组织进行了两次处理，第一次处理是用γ射线照射诱发愈伤组织细胞发生基因突变。愈伤组织细胞分裂能力强，易受到培养条件和外界环境的影响而发生基因突变。第二次处理是抗盐接种实验，即在培养基中加入NaCl(或盐)，适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死亡。(3)作物育种研究中常用农杆菌转化法将含抗虫基因的Ti质粒导入植物体细胞中，再利用植物组织培养技术获得抗虫的农作物。运用植物体细胞杂交技术培育白菜—甘蓝杂种植株，需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。
[答案]　(1)脱分化　具有　(2)诱发基因突变　愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发基因突变　NaCl(或盐)　(3)白菜—甘蓝、抗虫棉第2节　动物细胞工程
第1课时　动物细胞培养
课标内容要求 核心素养对接
1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织、分散成单个细胞后，在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。2．简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。 1．生命观念：运用稳态与平衡观，分析动物细胞培养的条件。2．科学思维：采用归纳与概括、演绎与推理等方法，用文字和图示说明动物细胞培养的过程。3．社会责任：对干细胞培养用于人类疾病治疗等社会热点问题进行科学评价。
一、动物细胞培养的概念
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。
二、动物细胞培养的条件
1．营养条件
(1)合成培养基：将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成。
(2)天然成分：血清等。
(3)一般使用液体培养基，即培养液。
2．无菌、无毒的环境
(1)培养液和培养用具灭菌处理。
(2)无菌环境下操作。
(3)培养液定期更换的目的：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
(1)适宜的温度：哺乳动物多以(36.5±0.5) ℃为宜。
(2)适宜的pH：多数细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。
(3)适宜的渗透压。
4．气体环境：95%空气和5%CO2。
(1)O2的作用：细胞代谢所必需的。
(2)CO2的主要作用：维持培养液的pH。
三、动物细胞培养的过程
基于动物细胞培养的过程，完成下面的问题：
(1)过程①的处理方法有：机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法。
(2)过程②为原代培养，培养的动物细胞有两类：
①悬浮在培养液中生长增殖；
②贴附于某些基质表面生长增殖。
(3)进行过程③时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需要使用胰蛋白酶等处理，然后用离心法收集。
(4)过程③为传代培养，进行过程③的原因主要有：细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏和接触抑制等。
四、干细胞培养及其应用
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．干细胞的种类
(1)
(2)
(3)
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．多数动物细胞培养过程中其培养液所需的适宜pH为6.8～7.0。 (×)
提示：多数动物细胞培养过程中其培养液所需的适宜pH为7.2～7.4。
2．动物细胞培养要定期更换培养液，其目的是便于清除代谢物，防止代谢物积累对细胞自身造成伤害。 (√)
3．动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。 (×)
提示：动物细胞培养技术的原理是细胞增殖。
4．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。 (×)
提示：应该用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。
5．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。 (×)
提示：原代培养指动物组织经处理后的初次培养。
6．胚胎干细胞和成体干细胞都具有形成机体的所有组织和器官，甚至个体的潜能。 (×)
提示：成体干细胞具有组织特异性，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。
　动物细胞培养的过程
1．动物细胞培养过程
2．动物细胞培养过程中酶的处理
(1)用酶“两次”处理的目的：第一次使用的目的是使组织细胞分散开；第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续培养。
(2)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。
(3)不能用胃蛋白酶处理：由于大多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右，因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。
3．有关动物细胞培养知识点可归纳为4个“2”
(1)培养材料为“2”：即动物胚胎、幼龄动物的组织和器官。
(2)培养过程为“2”：即原代培养、传代培养。
(3)胰蛋白酶使用“2”次：即原代培养和传代培养中均使用，目的是使细胞分散开。
(4)细胞生长特点有“2”个：即贴壁生长和接触抑制。
1．动物细胞培养过程中有接触抑制现象，这一现象说明了细胞膜具有什么功能？细胞膜接受信息后，细胞停止分裂又说明了什么？
提示：细胞培养过程中的接触抑制说明了细胞膜能进行细胞间的信息交流。细胞膜接受信息后，细胞停止分裂，说明了细胞膜接受的信息能够传递到细胞核。
2．为什么动物细胞培养中有贴壁生长的特性？
提示：动物细胞膜上有糖蛋白使细胞具有黏着性。
3．根据癌细胞的特点，思考一下培养的癌细胞有没有接触抑制现象。
提示：癌细胞细胞膜上糖蛋白减少，细胞的黏着性降低，在适宜的条件下可以无限增殖，因此培养的癌细胞无接触抑制现象，在培养瓶中能够生长成多层。
1．下图为肾脏上皮细胞培养过程示意图，下列叙述不正确的是(　　)
甲　　　乙　　丙　　　丁
A．甲→乙过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理
B．丙过程指细胞在添加血清的合成培养基中进行原代培养
C．丙和丁过程均会出现细胞贴壁和接触抑制现象
D．丁过程是传代培养的细胞，该过程体现了动物细胞的全能性
D　[甲→乙是组织细胞的分离，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶分解细胞间蛋白质，制备细胞悬液，A项正确；丙过程还未分瓶，属于原代培养，培养基中需要添加血清，B项正确；在动物细胞培养过程中会出现细胞贴壁和接触抑制的现象，C项正确；丁过程已经分瓶培养，属于传代培养，丁过程并没有体现动物细胞的全能性，D项错误。]
2．如图所示是某动物细胞培养时，培养液中活细胞和死亡细胞密度统计结果，下列相关叙述错误的是(　　)
A．实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞
B．培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染
C．曲线bc段变化的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢物积累等
D．培养至第6 d时，新产生的细胞数等于死细胞数
D　[实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞，A正确；培养液中应适当加入青霉素、链霉素等一定量的抗生素，以避免杂菌污染，B正确；曲线bc段表示活细胞密度减少，而此时间段内死细胞密度增加，产生这种变化的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢物积累等，C正确；培养至第6 d时，活细胞数等于死细胞数，D错误。]
　动物细胞培养与植物组织培养的比较
列表比较
项目 植物组织培养 动物细胞培养
不同点 理论基础 植物细胞的全能性 细胞增殖
前处理 无菌、离体 无菌；用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理
取材 植物较幼嫩的部位或花药等 动物胚胎、幼龄动物的器官或组织
培养基性质 固体 液体
培养基成分 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素等 糖类、氨基酸、无机盐、维生素等
结果 最终产生新个体，体现了细胞的全能性 产生大量细胞，不形成新个体
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
1．动物细胞培养和植物组织培养的目的有什么不同？
提示：动物细胞培养是为了获得大量的动物细胞或细胞产物；植物组织培养是为了获得新个体或细胞产物。
2．动物细胞培养和植物组织培养过程中细胞分裂的方式相同吗？
提示：相同，都是有丝分裂。
下列属于动物细胞培养与植物组织培养的区别的是(　　)
A．动物细胞培养基与植物细胞培养基的成分有所不同
B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行
C．动物细胞培养可发生遗传物质改变，而植物组织培养不能
D．植物组织培养和动物细胞培养都体现了细胞的全能性
A　[动物细胞培养所用的培养基与植物组织培养所用的培养基的成分不同，如培养动物细胞的培养基需加入血清，而植物组织培养所用的培养基则不需加入血清；动物细胞培养与植物组织培养都需要在无菌、人工控制的条件下进行；动物细胞培养与植物组织培养过程中都可发生遗传物质的改变；植物组织培养最终能够形成完整的植物体，能体现植物细胞的全能性，动物细胞最终不能被培养成新的动物，不能体现动物细胞的全能性。]
为了初步检测药物X和Y的抗癌活性，在细胞培养板的每个孔中加入相同数量的肝癌细胞，实验组加入等体积相同浓度的溶于二甲基亚矾(溶剂)的药物X或Y，培养过程及结果如下所示。
实验结果
组别 细胞个数(个/孔)
对照 7.8×106
药物X 6.7×104
药物Y 5.3×105
本案例考查学生设计对照实验和对实验结果的交流讨论的能力。
(1)对照组应加入的成分是什么？(科学探究)
(2)根据实验结果，判断药物X、药物Y有没有抗癌作用？如果有抗癌作用，哪一种药物抗癌效果更好？(科学探究)
提示：(1)对照组中应加入等体积的二甲基亚矾(溶剂)。
(2)药物X、药物Y都有抗癌作用。药物X的抗癌效果更好。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 核 心 语 句 背 诵
1.动物细胞培养的培养基为液体培养基，含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等成分，还要加入血清等天然成分。2.培养动物细胞的CO2培养箱中含有95%的空气和5%的CO2。3.原代培养和传代培养均需用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞。4.培养的动物细胞有贴壁生长和接触抑制现象。5.干细胞包括胚胎干细胞和成体干细胞。6.体细胞经体外诱导能够形成类似胚胎干细胞的诱导多能干细胞。
1．下列哪项条件不是动物细胞培养所需要的(　　)
A．无菌、无毒的环境
B．充足的营养物质
C．适宜的温度和pH
D．95%的空气和5%的氧气
D　[二氧化碳培养箱的气体条件是95%的空气和5%的二氧化碳。]
2．动物细胞培养过程的顺序是(　　)
①原代培养　②传代培养　③胰蛋白酶处理组织，形成单个细胞，制成细胞悬液
A．①②③　　B．①③②　　C．②①③　　D．③①②
D　[动物细胞培养是用动物胚胎或幼龄动物器官通过胰蛋白酶处理制成细胞悬液，再通过原代培养和传代培养得到细胞株。]
3．动植物体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是(　　)
A．都需用CO2培养箱
B．都需用液体培养基
C．都要在无菌条件下进行
D．都可体现细胞的全能性
C　[植物组织培养不需要用CO2培养箱，用的是固体培养基。动物细胞培养是为了获得更多的动物细胞，不能体现细胞的全能性。]
4．关于iPS细胞及应用的说法，正确的是(　　)
A．iPS细胞是从早期胚胎中获取的
B．造血干细胞是一种iPS细胞
C．采用不同的方法可将成纤维细胞诱导产生iPS细胞
D．iPS细胞诱导基因突变可分化成各种组织细胞
C　[iPS细胞是体细胞体外诱导产生的干细胞，诱导iPS细胞产生的方法有多种。iPS细胞分化成各种组织细胞是基因选择性表达的过程。]
5．某研究小组进行药物实验时，以动物肝细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲细胞为肝肿瘤细胞，乙细胞为正常肝细胞。请回答下列有关动物细胞培养的问题。
(1)将数量相等的甲细胞和乙细胞分别置于培养瓶中培
养，培养液及其他培养条件均相同。一段时间后，观察到甲细胞数量比乙细胞数量________。
(2)在动物细胞培养时，通常在合成培养基中加入适量血清，其原因是__________。细胞培养应在含5% CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是____________________。
(3)在两种细胞生长过程中，当乙细胞铺满瓶壁时，其生长________。药物实验需要大量细胞，两种细胞频繁传代，甲细胞比乙细胞可以传代的次数更_______。若用动物的肝脏组织块制备肝细胞悬液，需要用____________处理。
(4)为了防止细胞培养过程中细菌的污染，可向培养液中加入适量的____________。
[解析]　癌细胞具有无限增殖的特点，故相同培养条件下，肝肿瘤细胞数量多于正常肝细胞数量。动物细胞培养需提供无菌环境，如向培养液中加入适量的抗生素可防止细菌的污染；需提供一定的营养，如向培养基中加入适量血清，以便补充合成培养基中缺乏的物质；需提供一定的气体环境，如向恒温培养箱中加入5%的CO2，目的是维持培养液的pH。
[答案]　(1)多　(2)血清可以补充合成培养基中缺乏的物质　维持培养液的pH　(3)停止　多　胰蛋白酶　(4)抗生素第2课时　动物细胞融合技术与单克隆抗体
课标内容要求 核心素养对接
1.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段，使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。2．概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。 1．生命观念：运用结构与功能观，理解动物细胞融合的原理和过程。2．科学思维：结合具体实例，以流程图的形式表示单克隆抗体的制备过程。3．社会责任：说明单克隆抗体的特点及应用。
一、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．诱导原理和结果
(1)诱导原理：细胞膜的流动性。
(2)诱导结果：形成杂交细胞。
3．诱导方法：PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。
4．意义：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。
5．动物细胞融合技术的应用
(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)用于制备单克隆抗体。
二、单克隆抗体及其应用
1．制备原理
(1)B淋巴细胞的特点：一种B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，B淋巴细胞在体外不能(填“能”或“不能”)无限增殖。
(2)骨髓瘤细胞的特点：能无限增殖。
(3)杂交瘤细胞的特点：既能大量增殖，又能产生特异性抗体。
2．制备过程
基于单克隆抗体制备的过程，完成下列问题。
(1)A操作注射特定的抗原，目的是可以从小鼠的脾中得到产生特定抗体的B淋巴细胞。
(2)杂交瘤细胞技术选择融合的两种细胞：细胞①多种B淋巴细胞，细胞②骨髓瘤细胞。
(3)过程B和C为诱导细胞融合的过程，获得的细胞③是多种(填“一种”或“多种”)。
(4)细胞③到细胞④的过程使用特定的选择培养基进行筛选，只有细胞④杂交瘤细胞才能生长，其他细胞不能生长。
(5)细胞⑤来源于细胞④(填数字序号)，细胞⑤为抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞，其分泌的抗体能与特定的抗原结合。
(6)培养杂交瘤细胞的方法是注射到小鼠腹腔和D体外培养，从培养液或小鼠腹水中可提取⑥单克隆抗体。
3．应用
(1)诊断试剂。如：利用同位素或荧光标记的单克隆抗体，定位诊断肿瘤、心血管畸形。
(2)治疗疾病。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．动物细胞融合过程中既有细胞膜融合也有核的融合。 (√)
2．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、灭活的病毒。 (×)
提示：动物细胞融合特有的诱导因素为灭活的病毒。
3．用特定的抗原对小鼠进行免疫后，从小鼠脾脏中只能得到一种B淋巴细胞。 (×)
提示：免疫后的小鼠从脾脏中获取的是多种B淋巴细胞。
4．单克隆抗体是单个B淋巴细胞增殖并产生的抗体。 (×)
提示：单克隆抗体是杂交瘤细胞产生的抗体。
5．单克隆抗体制备过程中的两次筛选目的相同。 (×)
提示：第一次筛选的目的是获得杂交瘤细胞，而第二次筛选是为了获得能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。
　动物细胞融合
1．融合的原理与过程
(1)原理：细胞膜的流动性。
(2)过程：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，在细胞膜融合中体现出细胞膜具有一定的流动性，细胞融合的实质是核融合。动物细胞融合完成的标志是两个或多个细胞核融合为一个细胞核。如下图(以灭活的病毒诱导为例)：
2．融合的结果
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。
3．动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较
项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合
细胞融合原理 细胞膜的流动性、细胞的全能性 细胞膜的流动性
细胞融合方法 用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合 用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使组织分散成单个细胞后，诱导细胞融合
诱导手段 ①物理法：电融合法、离心法等；②化学法：PEG融合法、高Ca2＋—高pH融合法等 ①物理、化学法：与植物体细胞杂交的相同；②生物法：灭活病毒诱导法
结果 获得杂种植株 获得杂种细胞，以生产细胞产品
用途 培育植物新品种 制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等
1．什么是灭活？灭活病毒诱导细胞融合的原理是什么？
提示：灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。灭活病毒诱导细胞融合的原理是病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。
2．动物细胞融合与植物原生质体融合的原理相同吗？
提示：相同，都依据细胞膜的流动性。
1．下图表示用仙台病毒诱导动物细胞融合的部分过程，下列相关叙述正确的是(　　)
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．植物细胞的融合过程与动物细胞完全相同
B　[不同种的细胞也能融合，如人、鼠细胞融合，A项错误；如题图所示，细胞A和细胞B融合成一个细胞，细胞C同时有细胞A和细胞B的遗传物质，B项正确；该融合过程体现了细胞膜具有一定的流动性，C项错误；植物细胞的融合通常要先去掉细胞壁，该过程与动物细胞不完全相同，D项错误。]
2．下列关于动物细胞融合与植物体细胞杂交技术的说法，正确的是(　　)
A．基本原理相同
B．诱导细胞融合的方法相同
C．细胞融合前的处理过程相同
D．融合后都需要进行筛选
D　[植物体细胞杂交的原理为细胞膜的流动性、植物细胞的全能性，而动物细胞融合利用的是细胞膜的流动性和细胞增殖；动物细胞融合常用灭活的病毒诱导，而植物体细胞杂交不能；动物细胞融合前需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散开，植物体细胞杂交常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；诱导融合后会形成多种融合细胞，还有未融合细胞，因此要进行筛选。]
　单克隆抗体
1．血清抗体与单克隆抗体的比较
名称 产生 特点
血清抗体 由B淋巴(浆)细胞分泌 一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体 由杂交瘤细胞分泌 特异性强、灵敏度高，能大量制备
2．制备过程
3．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
筛选原因 诱导融合后得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞 从小鼠体内提取的B淋巴细胞有很多种，形成的杂交瘤细胞也有很多种
筛选方法 用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长 用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
筛选目的 得到杂交瘤细胞 得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
细胞内DNA的合成一般有两条途径，主要途径是在细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA，而氨基喋呤可以阻断此途径。辅助途径是在次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情况下，经酶的催化作用合成DNA，而骨髓瘤细胞的DNA合成没有此辅助途径。如何利用DNA合成途径不同的特点配制培养基筛选出杂交瘤细胞？请说明原理。
提示：在培养基中加氨基喋呤就可以筛选出杂交瘤细胞。因为培养基中加入氨基喋呤后，骨髓瘤细胞和两两融合的骨髓瘤细胞由于其唯一的DNA合成途径被抑制而不能增殖。B淋巴细胞本身不增殖，两两融合的B淋巴细胞也不增殖，只有杂交瘤细胞通过辅助途径合成DNA进行增殖。
1．(2020·北京检测)下列关于单克隆抗体制备的说法，正确的是(　　)
A．将特定抗原注射到小鼠体内，可以从小鼠血清中获得单克隆抗体
B．经特定抗原免疫过的B淋巴细胞在体外培养时可分泌单克隆抗体
C．诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后，发生融合的细胞均为杂交瘤细胞
D．筛选出杂交瘤细胞后，需利用特定抗原再次筛选分泌单克隆抗体的细胞
D　[制备单克隆抗体过程中，可在体外杂交瘤细胞的培养液中，或体内小鼠腹水中获得纯化的单克隆抗体，A错误；免疫过的B淋巴细胞高度分化，不能增殖，无法分泌单克隆抗体，B错误；发生融合的细胞可能有三种：B淋巴细胞－B淋巴细胞、B淋巴细胞－骨髓瘤细胞、骨髓瘤细胞－骨髓瘤细胞，C错误；制备单克隆抗体时，需筛选两次，第一次得到杂交瘤细胞，第二次得到既能无限增殖又能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞，D正确。]
2．下图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT－)，在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA，无法生长。下列叙述不正确的是(　　)
A．可用灭活的仙台病毒诱导细胞融合
B．两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长
C．杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产
D．细胞膜的流动性是细胞融合的基础
B　[诱导动物细胞融合的方法有电激、聚乙二醇、灭活的病毒(如灭活的仙台病毒)等，A正确；两两融合的细胞包括免疫B细胞与免疫B细胞融合的具有同种核的细胞、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合的具有同种核的细胞、免疫B细胞与骨髓瘤细胞融合的杂交瘤细胞，骨髓瘤细胞虽然能无限增殖，但缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶，免疫B细胞虽然有次黄嘌呤磷酸核糖转移酶，但不具有无限增殖的本领，所以在HAT筛选培养液中，两两融合的具有同种核的细胞都无法生长，只有杂交瘤细胞才能生长，B错误；因每个免疫B细胞只分泌一种特异性抗体，因此在HAT筛选培养液中筛选出来的众多的杂交瘤细胞所分泌的抗体，不一定都是人类所需要的，还需要进一步把能分泌人类所需要抗体的杂交瘤细胞筛选出来，C正确；动物细胞融合是以细胞膜的流动性为基础的，D正确。]
为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。请思考回答：
本案例考查学生模型与建模、演绎与推理的科学思维能力及实验方案实施的能力。
(1)实验前对小鼠甲应做怎样的处理？处理的目的是什么？(科学思维)
(2)怎样以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的？(科学思维)
(3)图中筛选1从融合细胞中筛选出杂交瘤细胞的方法是什么？(科学思维)
(4)图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是什么？(生命观念)
(5)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用哪些方法？(科学思维)
提示：(1)实验前对小鼠甲应注射病毒A，目的是诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。
(2)取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液。
(3)使用只能让杂交瘤细胞生长的选择培养基培养细胞。
(4)抗原与抗体的反应具有特异性。
(5)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖或将杂交瘤细胞在体外培养。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 核 心 语 句 背 诵
1.动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。2.动物细胞融合常用的诱导方法有PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法。3.动物细胞融合的主要用途是制备单克隆抗体。4.杂交瘤细胞是由经免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合而成的，具有既能无限增殖又能产生特定抗体的能力。5.制备单克隆抗体过程中第一次筛选是为了获得杂交瘤细胞，第二次筛选是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞。6.单克隆抗体最主要的优点是特异性强、灵敏度高，并可大量制备。7.单克隆抗体的主要用途有：作为诊断试剂、用于治疗疾病和运载药物。
1．动物细胞融合的原理是(　　)
A．细胞膜的流动性
B．细胞膜的选择透过性
C．细胞质的流动性
D．细胞质酶的活性
A　[细胞能融合的原理是细胞膜具有流动性。]
2．将小鼠的骨髓瘤细胞与一种免疫B淋巴细胞融合，融合后的细胞经培养产生单克隆抗体，其依据是(　　)
A．骨髓瘤细胞可以产生抗体，但不能无限增殖
B．淋巴细胞只有与骨髓瘤细胞融合才能产生抗体
C．骨髓瘤细胞可以无限增殖，且能产生抗体
D．淋巴细胞可以产生抗体，但不能无限增殖，骨髓瘤细胞可以无限增殖
D　[B淋巴细胞能分泌抗体，但是在体外培养条件下，B淋巴细胞不能无限增殖，如果把一种B淋巴细胞与能在体外大量增殖的骨髓瘤细胞进行融合，所得到的融合细胞就能大量增殖，并产生足够数量的特定抗体，故选D。]
3．在单克隆抗体制备过程中，对骨髓瘤细胞和B淋巴细胞诱导融合后，要用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。在这种培养基上不能存活、增殖的细胞是(　　)
①B淋巴细胞　②骨髓瘤细胞　③B淋巴细胞自身融合细胞　④骨髓瘤细胞自身融合细胞　⑤杂交瘤细胞
A．①②③④　 B．①③⑤
C．②④ D．①③
A　[在题中所述特定的选择培养基上，能够存活、增殖的细胞只有杂交瘤细胞。]
4．运用细胞工程技术获得单克隆抗体时，下列操作不必要的是(　　)
A．对小动物注射抗原　
B．融合并筛选杂交瘤细胞
C．培养杂交瘤细胞
D．将胰蛋白酶注入小鼠腹腔
D　[胰蛋白酶在动物细胞培养时用到，是加到培养基中用于分离细胞的。]
5．下图表示单克隆抗体的制备过程，请据图回答下列问题：
(1)据图可知，________________技术是动物细胞工程技术的基础，而________技术突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。
(2)图中过程①常用的诱导因素是________，过程②常在________培养基中完成。
(3)A细胞为________细胞，其特点是________________。
(4)合成的单克隆抗体最终可以从________和________中提取。
[解析]　(1)动物细胞工程技术的基础是动物细胞培养，细胞融合技术突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。(2)过程①中诱导细胞融合的方法很多，常用的主要有生物法，如用灭活的病毒，化学法，如用聚乙二醇(PEG)和物理法，如电激等。过程②是单克隆抗体技术的筛选过程，是在特定的选择性培养基上进行的。(3)A细胞为杂交瘤细胞，杂交瘤细胞具有既能迅速大量增殖，又能产生特定抗体的特点。(4)杂交瘤细胞的培养一般有体外培养和体内培养两种方式，体外培养是在液体培养基中培养，培养后从培养液中提取单克隆抗体；体内培养是在小鼠腹腔中培养，培养后从小鼠腹水中提取单克隆抗体。
[答案]　(1)动物细胞培养　细胞融合　(2)灭活的病毒(或聚乙二醇)　选择性　(3)杂交瘤　既能迅速大量增殖，又能产生特定抗体　(4)培养液　小鼠腹水第3课时　动物体细胞核移植技术和克隆动物
课标内容要求 核心素养对接
阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中，并使重组细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的过程。 1．科学思维：以文字和图示表述体细胞核移植的过程。2．社会责任：说明体细胞核移植的应用及对生殖性克隆人等社会议题进行理性判断。
一、动物细胞核移植技术
1．概念
(1)供体：动物的一个细胞的细胞核。
(2)受体：去掉细胞核的卵母细胞。
(3)结果：形成重组细胞并发育成新胚胎，继而发育成动物个体。
2．分类
种类 难易程度 原因
胚胎细胞核移植 较容易 分化程度低，全能性容易表现
体细胞核移植 较难 分化程度高，全能性难表现
二、体细胞核移植的过程
基于体细胞核移植的过程，完成下列问题：
(1)过程A为采集卵母细胞，该细胞在体外需要培养到MⅡ期。
(2)过程B为显微操作去核的过程，过程C为将供体细胞注入去核的卵母细胞。
(3)过程D为选取供体高产奶牛的体细胞培养。
(4)过程E为通过电融合法，形成重构胚的过程。
(5)过程F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。
(6)G产生的犊牛与供体奶牛遗传物质基本相同。
三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
1．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、组织和器官可以作为异种移植的供体。
③人的核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的细胞、组织、器官后，可用于组织器官的移植。
(3)了解胚胎发育及衰老过程。
(4)用克隆动物做疾病模型，使人们更好地追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。
(5)保护濒危物种方面：保护濒危物种，增加濒危动物的存活数量。
2．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。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。 (√)
2．体细胞核移植过程中采用MⅡ期卵母细胞作为受体细胞。 (√)
3．经细胞核移植培育出的新个体只有一个亲本的遗传性状。 (×)
提示：经细胞核移植培育出的新个体应该含有两个亲本的遗传性状。
4．克隆特定疾病模型的动物可用于疾病的研究和药物开发。 (√)
5．克隆动物技术成功率很高。 (×)
提示：体细胞核移植技术的成功率非常低。
　动物体细胞核移植和克隆动物
1．核移植操作过程解读
(1)原理：动物细胞核的全能性，而不是动物细胞的全能性。因动物体细胞的全能性受到限制，不能经培养直接发育成完整个体。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。
(2)受体细胞：MⅡ期的卵母细胞。选用该细胞的原因：
①卵母细胞的细胞质内存在激发细胞核全能性表现的物质。
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。
(3)注入去核的卵母细胞：
①细胞核移植技术中注入去核卵母细胞中的不是供体细胞核，而是整个细胞，伴随着两细胞融合，体现出细胞膜具有一定的流动性的结构特点。
②核移植时，一般先用电融合法使供体和受体细胞融合，再用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程。
(4)涉及的生物技术：动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中，核移植是核心技术。
2．克隆动物的遗传特点
克隆动物的亲本有3个，即体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体和代孕母体。
(1)体细胞核供体：克隆动物细胞核基因来自体细胞核供体，克隆动物的性状与体细胞核供体基本相同。
(2)卵母细胞细胞质供体：克隆动物的细胞质基因来自卵母细胞，克隆动物的性状与卵母细胞供体部分相同。
(3)代孕母体：没有为克隆动物提供遗传物质，克隆动物的性状与代孕母体没有直接关系。
1．通过体细胞核移植产生的克隆动物是有性生殖还是无性生殖？
提示：通过体细胞核移植产生的克隆动物没有经过生殖细胞的结合，属于无性生殖。
2．为什么核移植技术获得的动物与供核动物性状不完全相同？
提示：(1)克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，但其核外线粒体中的DNA来自受体卵母细胞。
(2)性状是基因与环境共同作用的结果。供核动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其性状也不可能和供核动物完全相同。
(3)在个体发育过程中有可能发生基因突变，产生供核动物没有的性状。
1．(2020·山东滕州一中高二月考)下列有关体细胞核移植过程的叙述，不正确的是(　　)
A．在体外将从卵巢采集到的卵母细胞培养到MⅡ中期
B．通过显微操作技术去除卵母细胞的细胞核和第一极体
C．使用电刺激等方法激活重组细胞使其完成细胞分裂和发育
D.动物胚胎细胞核移植的难度高于体细胞核移植
D　[由于动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，表现全能性十分困难，因此，动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植。]
2．2018年《细胞》期刊报道，中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆，获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题：
(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程，核移植是指__________________。通过核移植方法获得的克隆猴，与核供体相比，克隆猴体细胞的染色体数目________(填“减半”“加倍”或“不变”)。
(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度_______(填“大于”或“小于”)体细胞核移植，其原因是________________。
(3)在哺乳动物核移植的过程中，若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，通常，所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目______(填“相同”或“不同”)，性染色体组合_______(填“相同”或“不同”)。
[解析]　(1)动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物，与核供体相比，其细胞的染色体数目不变。(2)由于动物胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难，所以，胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度明显低于体细胞核移植。(3)哺乳动物雌性和雄性个体的体细胞中常染色体数目相同，所以分别以雌性和雄性个体的体细胞为供体，克隆动物体细胞的常染色体数目相同，但其性染色体组合不同。
[答案]　(1)将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中，形成重组细胞并发育成新胚胎，继而发育成动物个体　不变　(2)小于　胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易　(3)相同　不同
科学家培育克隆羊时，使用了3种细胞核的供体细胞，分别将这些细胞核移入去核卵母细胞中，形成重组细胞，发育成重组胚胎，这些重组胚胎的发育情况如表所示。
细胞核供体细胞的类型 妊娠数/受体母羊数
乳腺上皮细胞 1/13
胚胎成纤维细胞 4/10
早期胚胎细胞 14/27
本案例考查学生演绎与推理的科学思维能力和对实验结果的交流讨论的能力。
据此实验结果，得出什么结论？(科学探究)
提示：动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞的核移植；早期胚胎细胞作为核移植的供体细胞妊娠成功率最高。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 核 心 语 句 背 诵
1.动物细胞核移植的技术是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.哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。3.体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。4.在体细胞核移植中，从卵巢中采集的卵母细胞，要培养到MⅡ期。5.克隆动物与核供体动物的遗传物质基本相同。
1．(2020·江苏苏州期末)我国首只克隆猫“大蒜”的诞生，标志着我国在克隆领域迈进了一大步。此克隆猫的成功诞生说明了(　　)
A．动物的体细胞核具有全能性
B．动物的体细胞具有不死性
C．动物的体细胞核可以单独存活
D．动物的体细胞具有全能性
A　[克隆猫是经过核移植获得的，该过程只体现了动物的体细胞核的全能性。]
2．(2020·河北张家口期中)下列有关核移植的说法错误的是(　　)
A．通过核移植得到的细胞称为重组细胞
B．哺乳动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植
C．核移植得到克隆动物的过程属于无性生殖
D．动物体细胞表现全能性的难易程度与其分化程度无关
D　[动物体细胞表现全能性的难易程度与其分化程度有关，如分化程度低，表现全能性相对容易。]
3．(2020·天津高考)在克隆哺乳动物过程中，通常作为核移植受体细胞的是去核的(　　)
A.卵原细胞　　 B．初级卵母细胞
C．次级卵母细胞 D．卵细胞
C　[在克隆哺乳动物过程中，通常选择MⅡ期的去核卵母细胞作为受体细胞，即次级卵母细胞。]
4．从同一头牛中取多个供体细胞培养出多头克隆牛，这些牛在性状上却并不完全相同，下列有关原因叙述错误的是(　　)
A．基因可能发生变异
B．核基因发生基因重组
C．受体细胞的细胞质基因不同
D．性状变异可由环境条件引起
B　[题述克隆牛在性状上不完全相同的原因是基因可能发生变异，受体细胞的细胞质基因不同，性状变异可由环境条件引起，A、C、D正确；克隆属于无性生殖，该过程中核基因不会发生基因重组，B错误。]
5．现有A和B两个肉牛品种，A品种牛的细胞组成可表示为A细胞核、A细胞质，B品种牛则为B细胞核、B细胞质。
(1)如果要获得一头克隆牛，使其细胞由A细胞核和B细胞质组成，基本步骤是从A品种牛体内取出体细胞，进行体外培养。然后再从培养细胞中取出________注入B品种牛的________卵母细胞，经过某种刺激和培养后，可形成胚胎，该胚胎被称为________，将该胚胎移入代孕母牛的________中，通过培育可达到目的。
(2)一般来说，要想大量获得这种克隆牛比较难，原因之一是卵母细胞的数量________，为解决这一问题，可以用________激素处理B品种母牛。
(3)克隆牛的产生说明____________具有全能性。克隆牛的性状主要表现________品种牛的特征。由A、B两品种杂交得到的牛与克隆牛相比，杂交牛细胞核的遗传物质来自________个亲本，细胞质来自________性亲本，克隆牛和杂交牛的遗传物质组成________(填“相同”或“不同”)。
[答案]　(1)细胞核　去核　重构胚　子宫　(2)不足　促性腺　(3)动物体细胞核　A　两　雌　不同第3节　胚胎工程
第1课时　胚胎工程的理论基础
课标内容要求 核心素养对接
简述胚胎形成经过了受精及早期发育的过程。 1．生命观念：以精子和卵细胞的结构为例，阐述细胞的结构与功能的适应。2．科学思维：以过程图的形式表示受精作用和胚胎发育的过程。
一、胚胎工程
1．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。
2．主要技术：体外受精、胚胎移植和胚胎分割。
二、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：雌性动物的输卵管内。
3．准备阶段
(1)精子的结构：
基于精子的结构，完成下图的填写：
(2)精子获能：
①原因：刚排出的精子不能(填“能”或“不能”)立即与卵子受精。
②场所：雌性动物的生殖道。
(3)卵子的结构：
基于卵子的结构，完成下图的填写：
(4)卵子的准备：
①原因：动物排出的卵子成熟程度不同，可能是初级卵母细胞(如马、犬)，可能是次级卵母细胞(如猪、羊)。
②成熟场所：输卵管。
③成熟时期：MⅡ期。
4．受精阶段
基于受精作用的过程，完成下列问题：
(1)过程A为精子与卵子相遇，精子释放多种酶，溶解卵细胞膜外的结构，穿越透明带。
(2)过程B为精子触及卵细胞膜，透明带发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。
(3)过程C为精子进入卵细胞膜，卵细胞膜发生生理反应，拒绝其他精子进入卵内。
基于C细胞发生的变化，完成以下问题：
①精子变化：精子的核膜破裂形成新的核膜，比原来的精子的核大(填“大”“相等”或“小”)，称为[①]雄原核。
②卵子变化：卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成[②]雌原核。
(4)过程D为雌雄原核相向移动，核膜消失，这个含有两个染色体组的合子为受精卵。
(5)过程E受精结束，受精卵开始发育。
三、胚胎早期发育
1．场所：输卵管。
2．过程
受精卵
　↓
卵裂期
　↓
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
　↓
　↓
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
　↓
原肠胚：形成外胚层、内胚层和中胚层→各种组织、器官
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．刚排出的精子即能与卵子受精。 (×)
提示：精子必须在生殖道中获能后才能与卵子受精。
2．精子和卵子相遇结合形成受精卵的部位是子宫。 (×)
提示：精子和卵子相遇形成受精卵的部位是输卵管。
3．精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。 (√)
4．囊胚期细胞还没有分化。 (×)
提示：囊胚期细胞已分化形成内细胞团和滋养层细胞。
5．原肠胚变大导致透明带破裂而孵化出来。 (×)
提示：发生孵化的是囊胚。
　受精作用
1．受精前的准备
(1)精子获能：刚刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。
(2)卵子的准备：卵子一般在排出2～3 h后才能被精子穿入，动物排出的卵子成熟程度不同，都要在输卵管内进一步成熟，当达到MⅡ期时，才具备与精子受精的能力。
2．受精阶段
过程 主要变化
第一步：精卵相遇 释放多种酶，溶解卵细胞膜外的结构
第二步：精子接触卵细胞膜 透明带发生生理反应(防止多精入卵的第一道屏障)
第三步：精子入卵 卵细胞膜发生生理反应(防止多精入卵的第二道屏障)，雌、雄原核形成
第四步：受精卵形成 雌雄原核靠近，核膜消失，形成合子
1．两道屏障防止多精入卵，其意义是什么？
提示：两道屏障防止多精入卵，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。
2．受精的标志和受精完成的标志分别是什么？
提示：受精的标志是第二极体的形成，受精完成的标志是雌、雄原核融合成合子。
1．下列有关哺乳动物受精作用的叙述错误的是(　　)
A．刚刚排出的精子要在雌性动物生殖道内发生相应生理变化才能获得受精的能力
B．精子变形过程中线粒体聚集到尾的基部，精子穿越透明带等结构需要多种酶
C．卵子在输卵管内发育到MⅡ期时才具备受精的能力
D．精子触及卵细胞膜的瞬间卵细胞膜发生生理反应
D　[刚刚排出的精子要在雌性动物生殖道内发生相应生理变化才能获得受精的能力即精子获能，A正确；精子变形过程中线粒体聚集到尾的基部，精子穿越透明带等结构需要多种酶，B正确；卵子在输卵管内发育到MⅡ期时才具备受精的能力，C正确；精子触及卵细胞膜的瞬间透明带发生生理反应，D错误。]
2．下图表示精卵相遇时的卵子示意图。回答下列问题：
(1)写出各部分名称：①________；②________；③________。
(2)当精子穿越________，进入透明带，即发生________反应，这是防止多精入卵受精的第________道屏障。
(3)精子入卵细胞膜后，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，这种生理反应称为__________反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。
(4)精子入卵后，形成一个新的核即________。与此同时，被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出________后形成________。
[解析]　(1)据图分析可知：图中①为放射冠，②为透明带，③为第一极体。
(2)当精子穿越放射冠，进入透明带，即发生透明带反应，这是防止多精入卵受精的第一道屏障。
(3)精子入卵后，卵细胞膜会立即发生一种生理反应，即卵细胞膜反应，这是防止多精入卵受精的第二道屏障。
(4)精子入卵后，形成一个新的核即雄原核。与此同时，被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体后形成雌原核。
[答案]　(1)放射冠　透明带　第一极体
(2)放射冠　透明带　一
(3)卵细胞膜　(4)雄原核　第二极体　雌原核
　胚胎早期发育
1．早期胚胎发育的过程
(1)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，以后逐步向子宫移动，最后在子宫内着床，直至发育成为成熟的胎儿。
(2)桑葚胚阶段细胞均未分化，细胞具有全能性，是胚胎分割的最佳时期。
(3)囊胚阶段开始出现细胞分化，但内细胞团细胞仍具有全能性，可用于胚胎分割。
(4)原肠胚阶段细胞进一步分化，已分化形成外、中、内三个胚层。
(5)早期胚胎发育的营养物质来自卵黄，后期通过胎盘从母体吸收营养物质。
2．卵裂期细胞或物质的变化规律
项目 变化 项目 变化
细胞数目 增多 每个细胞内的DNA总量 不变
每个细胞体积 减小 有机物总量 减少
DNA总量 增多 物质种类 增多
1．胚胎发育过程中开始出现细胞分化的阶段和细胞分化最显著的阶段分别是哪些时期？细胞分化的原因是什么？
提示：开始出现细胞分化的阶段是囊胚期。细胞分化最显著的阶段是原肠胚的三个胚层分化形成各种组织、器官。细胞分化的原因是细胞内基因的选择性表达。
2．胚胎发育卵裂期细胞中有机物、DNA的含量和细胞体积有什么特点？为什么？
提示：卵裂期细胞中有机物减少、每个细胞中DNA的含量基本不变，细胞体积减小。从受精卵到囊胚阶段总体积不变，但细胞数目增多，所以每个细胞体积减小；伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中DNA含量保持相对稳定；该过程中有机物总量减少，因为细胞一直通过呼吸消耗有机物但不从外界吸收。
1．(2020·海南海口期中)下列有关早期胚胎发育过程中各阶段的叙述，错误的是(　　)
A．滋养层细胞将发育为胎膜和胎盘
B．内细胞团可发育成胎儿的各种组织
C．高等哺乳动物细胞的分化开始于桑葚胚阶段
D．胚胎从透明带中伸展出来的过程发生于囊胚阶段
C　[囊胚阶段沿透明带内壁扩展和排列的滋养层细胞将发育为胎膜和胎盘，A正确；囊胚阶段聚集在胚胎一端的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，B正确；高等哺乳动物细胞的分化开始于囊胚阶段，桑葚胚阶段还没有发生细胞分化，C错误；囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作孵化，D正确。]
2．下图表示高等动物的个体发育过程，下列说法正确的是(　　)
→→→→→
A．受精卵卵裂形成囊胚的过程中，每个细胞体积不断增大
B．受精卵发育为桑葚胚的过程是在透明带内完成的
C．在胚胎发育过程中，幼体所需要的原料全部来自卵黄
D．原肠胚是进行胚胎移植的最好时期
B　[受精卵形成囊胚的过程中，主要发生了卵裂，卵裂过程中，每个细胞的体积不断缩小，细胞的总体积基本不变或略有缩小，A错误；受精卵发育为桑葚胚的过程是在透明带内完成的，B正确；早期胚胎发育中所需原料来自卵黄，幼体所需原料主要来自母体，C错误；原肠胚时期细胞分化程度高，移植成功率很低，最好在此前进行移植，不同动物胚胎移植时间不同，如牛、羊一般在桑葚胚或囊胚阶段移植，小鼠、家兔等要在更早阶段进行，D错误。]
下表为不同动物受精卵发育成胚胎进入子宫的时间，依据下表分析回答
本案例考查学生的演绎与推理的科学思维能力和对实验结果的交流与讨论的能力。
(1)小鼠和牛的胚胎进入子宫时的时期分别是胚胎发育的什么时期？(科学思维)
(2)马的胚胎进入子宫的时期可能是胚胎发育的什么时期？(科学思维)
(3)三种动物胚胎进入子宫时发育程度最高的是哪种动物？(科学思维)
提示：(1)小鼠和牛的胚胎进入子宫时的时期分别是胚胎发育的桑葚胚时期和16细胞的卵裂期。
(2)马的胚胎进入子宫的时期可能是囊胚期。
(3)三种动物胚胎进入子宫时的发育程度最高的是马。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 核 心 语 句 背 诵
1.精子获能后才有受精能力；卵子发育到MⅡ期，才具备与精子受精的能力。2.受精过程在输卵管内完成。3.防止多精入卵的两道屏障：(1)透明带反应。(2)卵细胞膜反应。4.雌、雄原核充分发育后，相互融合形成受精卵。5.囊胚细胞分化形成内细胞团和滋养层。内细胞团发育成胎儿的各种组织，滋养层发育成胎膜和胎盘。6.囊胚进一步扩大，导致透明带破裂而孵化出来。
1．下列有关精子获能的说法，正确的是(　　)
A．精子获得受精的能量
B．精子获能是在雄性动物生殖道内完成的
C．精子获得受精的能力
D．精子获得尾部摆动所需的能量
C　[精子获能是指精子在雌性动物生殖道发生相应的生理变化获得受精能力，而不是获得能量，A错误；精子获能是在雌性动物生殖道内完成的，B错误；精子获能是指精子获得受精的能力，而不是精子获得尾部摆动所需的能量，C正确、D错误。]
2．卵子的成熟部位和受精部位分别是(　　)
A．卵巢、卵巢 B．卵巢、输卵管
C．输卵管、输卵管 D．输卵管、子宫
C　[卵子成熟和受精的部位均为输卵管。]
3．(2020·吉林白城期末改编)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
D　[体内受精的具体过程为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―→精子入卵―→②卵子完成减数分裂Ⅱ并排出第二极体―→⑤雌、雄原核的形成―→⑥雌、雄原核靠近，核膜消失―→①受精卵第一次分裂开始，D正确。]
4．下列能正确表示高等动物早期胚胎发育顺序的是(　　)
A．受精卵→卵裂期→原肠胚→囊胚→组织器官的分化
B．受精卵→卵裂期→原肠胚→组织器官的分化
C．受精卵→卵裂期→桑葚胚→原肠胚→幼体
D．受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化
D　[高等动物早期胚胎发育依次经过受精卵→卵裂期→桑葚胚→囊胚→原肠胚→组织器官的分化。]
5．胚胎工程应用前景广阔，请回答：
(1)胚胎工程是指对动物_____________所进行的多种显微操作和处理技术，该技术包括__________、________和________等。
(2)防止多个精子和卵子受精的生理机制包括_____________。
(3)受精卵在________内形成后，即开始发育。胚胎发育早期的一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为________，其显著特点是胚胎的总体积________，发育到________时期，透明带破裂，这一过程叫________，之后经________时期后分化形成组织器官。
[答案]　(1)生殖细胞、受精卵或早期胚胎　体外受精　胚胎移植　胚胎分割　(2)透明带反应和卵细胞膜反应　(3)输卵管　卵裂期　不增加　囊胚　孵化　原肠胚第2课时　胚胎工程技术及其应用
课标内容要求 核心素养对接
简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。 1．科学思维：以文字和图示表示哺乳动物的体外受精和胚胎移植的过程。2．社会责任：说明体外受精、胚胎移植和胚胎分割技术在畜牧业生产中的应用。
一、胚胎工程技术
1．技术种类：体外受精、胚胎移植和胚胎分割。
2．意义：挖掘动物的繁殖潜力。
二、体外受精
基于体外受精技术的步骤，完成填写：
(1)过程A为卵细胞的采集，从卵巢中获取后需要培养到①MⅡ期才能具有受精的能力。
(2)精子的获取过程中，采集的精液先进行②离心处理，然后再进行B精子获能后才具有受精的能力。
(3)获能的精子和成熟的卵子置于适当的培养液中共同培养，进行过程C体外受精。
(4)意义：
①提高动物繁殖能力的有效措施。
②为胚胎移植提供可用的胚胎。
三、胚胎移植
1．概念：是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．程序(以牛胚胎移植为例)
3．意义
(1)胚胎移植的优势可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。
①缩短供体的繁殖周期。
②使供体后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍。
(2)胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。
四、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、形态正常的桑葚胚或囊胚，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．意义
(1)可以促进优良动物品种的繁殖，产生的遗传性状相同(填“相同”或“不同”)的后代，是进行遗传学研究的宝贵材料。
(2)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。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．为了获得更多的卵母细胞，需用性激素对供体进行处理。 (×)
提示：为了获得更多的卵母细胞，需用促性腺激素对供体进行处理。
2．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植。 (×)
提示：胚胎移植时应在原肠胚以前，一般在桑葚胚或囊胚阶段，也可能在更早的时期。
3．胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行，因为两者生理特征相近，易于成功。 (√)
4．胚胎移植时，供体母畜需要具备优良的遗传性能。 (√)
5．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割。 (×)
提示：胚胎分割时需将囊胚的内细胞团均等分割。
6．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎。 (√)
　胚胎移植
1．移植胚胎的来源及生殖方式
(1)核移植无性生殖
(2)体外受精有性生殖
(3)体内受精→冲卵→移植→有性生殖
2．胚胎移植的生理学基础及意义
生理学基础 意义
哺乳动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的 为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境
哺乳动物的早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态 提供胚胎收集的基础
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 提供移入胚胎存活的基础
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响 提供保留遗传特性的基础
3．胚胎移植时两次激素的使用
(1)第一次用孕激素：对供、受体进行同期发情处理。
(2)第二次用促性腺激素：对供体进行超数排卵处理。
4．胚胎移植过程中的两次检查
(1)第一次检查：在收集胚胎后，对胚胎进行质量检查。
(2)第二次检查：在胚胎移植后，对受体母牛进行妊娠检查。
1．试管动物与克隆动物有什么不同？
提示：(1)生殖方式不同：试管动物属于有性生殖，克隆动物属于无性生殖。(2)培育的技术手段不同：试管动物需采用体外受精、胚胎移植等技术，克隆动物需采用核移植、胚胎转移技术。(3)是否遵循遗传定律：试管动物遵循遗传定律，克隆动物不遵循遗传定律。
2．超数排卵处理中为什么使用的是促性腺激素而不是性激素？
提示：性激素是由性腺产生并释放的，长期使用外源性激素会导致性腺萎缩。促性腺激素由垂体产生并释放，作用于性腺，可以促进排卵，并且不会使性腺萎缩。
1．(2019·江苏高二期中)牛胚胎移植试验的主要流程如下，下列相关叙述正确的是(　　)
①供体超数排卵→②配种→③胚胎收集→④________→⑤胚胎移植→⑥子代小牛
A．①过程需要注射有关激素，目的是获得更多的卵母细胞并完成减数分裂
B．③过程是以哺乳动物早期胚胎与子宫建立了组织上的联系为前提
C．④过程是“对胚胎进行质量检查”，可移植的胚胎应发育到囊胚或原肠胚
D．⑤过程成功率的高低主要取决于供、受体生理状况是否一致
D　[①过程为对供体进行超数排卵处理，需要注射促性腺激素，目的是诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子，A项错误；哺乳动物的早期胚胎形成后，在一段时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态，这就为③过程胚胎的收集提供了可能，B项错误；胚胎移植过程中可移植的胚胎应发育到桑葚胚或囊胚，C项错误；哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的，这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境，从而决定了⑤过程胚胎移植的成功率，D项正确。]
2．试管动物技术正广泛应用于畜牧业生产。请根据试管牛的生产流程图回答相关问题：
(1)①②过程分别表示________、________。
(2)对供体母牛的要求是_________________，通常母牛每次只排出一枚卵母细胞。
(3)在体外培养受精卵时，需要满足以下条件：____________、营养、温度和pH以及气体环境。
(4)生产上常用______________期的胚胎进行②过程。
[解析]　(1)由题图可知，①②过程分别表示体外受精、胚胎移植。(2)培育试管牛首先选择遗传性状优良和生产能力强的母牛。(3)体外培养受精卵时，首先需要无菌、无毒的环境，防止被污染，还要有一定的营养物质，及适宜的外界环境条件。(4)等胚胎发育到桑葚胚或囊胚期时进行胚胎移植。
[答案]　(1)体外受精　胚胎移植　(2)遗传性能和生产性能优秀　(3)无菌、无毒的环境　(4)桑葚胚或囊胚
　胚胎分割
1．胚胎分割的基础
2．胚胎分割的实例(哺乳动物胚胎分割和性别鉴定)
3．注意问题
(1)分割要均等。分割囊胚的内细胞团时，一定要均等，若分割不均，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。
(2)分割份数不能过多。分割的份数越多，每一份的细胞数会越少，不但难以做到均等分割，而且作为囊胚期的内细胞团的细胞所受的影响会越大。因此，分割的份数越多，技术难度会越大，移植后的恢复和发育的难度越大，移植成功率降低。
1．胚胎分割的对象是什么？选择此时期的胚胎进行分割的原因是什么？
提示：桑葚胚或囊胚阶段的胚胎。桑葚胚阶段尚未出现细胞分化，具有全能性；囊胚阶段的内细胞团具有全能性。
2．分割囊胚期的胚胎时为什么强调将内细胞团均等分割？而鉴定胚胎的性别做DNA分析时却是取样的滋养层？
提示：因为囊胚的内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，滋养层发育成胎盘、胎膜。囊胚的内细胞团要均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。取滋养层细胞做DNA分析鉴定性别，不会影响胎儿的发育。
3．从后代核遗传物质上分析，胚胎分割动物和克隆动物生殖方式相同吗？
提示：相同。两者都属于无性繁殖。
1．(2020·河北邢台月考)下列有关胚胎分割的叙述，错误的是(　　)
A．选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚进行分割
B．对囊胚进行胚胎分割时要保证将内细胞团均等分割
C．胚胎分割产生的后代个体表型一定完全相同
D．胚胎分割可以看成动物的无性繁殖或克隆
C　[选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚进行分割，A正确；对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发展，B正确；表型由基因型和环境共同决定，胚胎分割产生的后代个体基因型相同，表型不一定完全相同，C错误；来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看作动物的无性繁殖或克隆，D正确。]
2．下图为牛胚胎性别鉴定和分割示意图，请据图回答下列问题：
(1)填出图中字母所代表的结构名称：
A________；B________；C________；D________。
(2)写出甲、乙、丙过程的技术名称：
甲____________；乙____________；丙____________。
(3)进行乙过程时，所取的样本是________。进行甲过程时，所使用的主要仪器设备是________________，本过程的技术关键是____________________。
(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中取得成功，但仍然存在一些问题，同时很难取得同卵多胎，成功率最高的是________。
[解析]　(1)根据囊胚的结构可知图中字母所代表的结构名称分别是：A为囊胚腔，B为透明带，C为滋养层，D为内细胞团。(2)图中甲、乙、丙过程表示的技术分别是胚胎分割、做DNA分析性别鉴定、胚胎移植。(3)进行乙过程时，所采取的样本是滋养层细胞；进行甲过程时，所使用的基本仪器是显微操作仪和体视显微镜；本过程的技术关键是将内细胞团均等分割。(4)尽管胚胎分割技术在多种动物中已取得成功，但仍然存在一些问题，如刚出生的动物体重偏轻，毛色和斑纹上还存在差异等。同时很难取得同卵多胎，成功率较高的是同卵双胎。
[答案]　(1)囊胚腔　透明带　滋养层　内细胞团　(2)胚胎分割　做DNA分析性别鉴定　胚胎移植　(3)滋养层细胞　显微操作仪和体视显微镜　将内细胞团均等分割　(4)同卵双胎
下图表示移植卵裂期胚胎和囊胚的流产率与受孕妇女年龄的关系，据图思考回答：
本案例考查学生实验设计和对实验结果的交流与讨论的能力。
(1)据图分析实验的自变量是什么？因变量是什么？(科学探究)
(2)分析实验结果得出哪些结论？(科学探究)
提示：(1)实验的自变量年龄和胚胎，因变量流产率。
(2)①卵裂期胚胎移植的成功率高于囊胚期胚胎移植的成功率。②受孕妇女年龄越大，胚胎移植的流产风险越高。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 核 心 语 句 背 诵
1.体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等过程。2.采集到的卵母细胞和精子要分别在体外进行成熟培养和获能处理才能完成受精。3.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。4.动物的胚胎只有移植到同种且生理状态相同的雌性动物体内才能成功。5.胚胎移植的优势是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。6.胚胎分割应选择形态正常的桑葚胚或囊胚，在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。
1．(2020·山东枣庄滕州一中高二月考)下列关于牛体外受精、胚胎工厂化生产的叙述中，正确的是(　　)
A．精子和卵子结合形成受精卵后即可移入母牛子宫
B．采集的卵母细胞应立即与精子共同放入培养液形成受精卵
C.成熟的卵子与处理后的精子相遇形成的受精卵需培养到一定阶段才可移植
D．体外受精胚胎的工厂化生产是指胚胎发育和受精过程都在体外进行
C　[成熟的卵子与获能的精子相遇形成的受精卵，需培养到一定阶段(桑葚胚或囊胚)才可以移植，A项错误，C项正确；采集的卵母细胞需要培养成熟才能与获能的精子结合，B项错误；体外受精胚胎的工厂化生产即受精过程和早期胚胎发育在体外进行，但移植后的胚胎发育过程在受体子宫进行，D项错误。]
2．(2020·河北沧州质检)下列关于胚胎移植的优点，叙述错误的是(　　)
A．充分发挥雌性优良个体的繁殖能力
B．大大缩短了供体本身的繁殖周期
C．经移植可得到多个后代
D．胚胎移植可以提取药物
D　[胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者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的体内，使之继续发育为新个体的技术。胚胎移植的意义：①加速育种工作和改良品种；②大量节省购买种畜的费用；③一胎多产；④保存品种资源和濒危物种；⑤可充分发挥优秀个体的繁殖潜力，即缩短繁殖周期，增加一生繁殖的后代数量。综上所述，D错误。]
3．胚胎分割是一种现代生物技术，关于这一技术的叙述正确的是(　　)
A．胚胎分割可以将早期胚胎任意分割成多份
B．胚胎分割技术可以获得同卵双胎或多胎
C．胚胎分割技术属于有性生殖方式，因此不属于克隆
D．胚胎分割技术可以分割任意时期胚胎
B　[胚胎分割常选择桑葚胚或囊胚时期的胚胎，早期胚胎不能被任意分割成多份。胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。]
4．表型不同的母牛生出基因型相同的小牛，产生这一结果最可能的原因是(　　)
A．试管动物培养 B．胚胎移植
C．胚胎分割移植 D．受精卵移植
C　[胚胎分割可以看作动物的无性繁殖或克隆的方法之一，供移植的胚胎来自同一个受精卵，这样表型不同的母牛最可能生出基因型相同的小牛。]
5．下图为胚胎移植过程示意图，请回答以下问题。
(1)胚胎移植对甲、乙、丙牛的要求分别是________、________和________。丁牛为________。
(2)过程①②分别是________和________。
(3)欲得到更多的后代牛丁，可将收集得到的胚胎进行_______。
[解析]　(1)胚胎移植时所用的供体公牛和母牛均为优良牛，受体牛为普通牛即可。
(2)仔细观察图解，过程①②③分别为同期发情处理、胚胎移植和超数排卵。
(3)欲得到更多的后代牛丁，可将收集得到的早期胚胎进行胚胎分割。
[答案]　(1)优良母牛　普通母牛　优良公牛　有价值的后代(优良牛)　(2)同期发情处理　胚胎移植　(3)胚胎分割　植物细胞工程与其他模块相关知识的交汇点
[素能建构]
交汇点1　植物组织培养技术、植物体细胞杂交与必修课程模块1分子与细胞中“细胞的分化”“细胞的全能性”和“细胞膜的流动性”交汇考查
(1)细胞全能性的原因是已分化的体细胞(或细胞核)具有本物种个体发育所需要的全部基因。
(2)植物组织培养——植物细胞的全能性。
(3)植物体细胞杂交——细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
交汇点2　植物组织培养技术、植物体细胞杂交与选择性必修课程模块1稳态与调节中“植物的激素调节”交汇考查
(1)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。
(2)植物组织培养的培养基中，生长素与细胞分裂素比例适中时，有利于愈伤组织的形成；生长素/细胞分裂素比例升高，有利于根的分化；生长素/细胞分裂素比例降低，有利于芽的分化。
交汇点3　植物体细胞杂交过程中原生质体的制备，与必修课程模块1中“细胞壁的化学组成和结构”和“酶的专一性”交汇考查
(1)植物体细胞杂交时首先需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，说明植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。
(2)本质：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。
(3)合成场所：若酶的成分是蛋白质，则其合成场所是核糖体。
(4)特性：具有专一性。
交汇点4　植物组织培养和植物体细胞杂交与必修课程模块2中的“基因突变、染色体变异、染色体组、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种”等交汇考查
(1)若将植物细胞A(染色体数为a)和植物细胞B(染色体数为b)杂交，经组织培养形成的杂种植物中体细胞染色体数为a＋b。
(2)花药离体培养——单倍体育种——染色体数目变异。
(3)愈伤组织诱变处理——诱变育种——基因突变。
[对应练习]
1．将基因型为AaBb的水稻(具有24条染色体)的叶肉细胞通过无菌操作接入含有全部营养成分的培养基的试管中，在一定条件下形成试管幼苗，其过程如下图所示：
―→
(1)图中的①叫________，图中的②叫________，②过程所需要的条件有____________________________。
(2)在形成愈伤组织的过程中，必须不断地从培养基中获得________、________和小分子有机物等营养物质。
(3)如果④是无病毒植株，则水稻的细胞应选用________或________细胞。其培养成的植株的基因型为________。
(4)如果某种细胞选用的是水稻花粉细胞，则④称为________。基因型可能是_____________。植株特点为________________，需用________处理，使其恢复正常体细胞染色体数，其基因型为___________________。
[解析]　(1)题图表示植物组织培养过程，其中①表示脱分化，②表示再分化，②过程所需要的条件有光照、温度、一定的营养物质和激素。
(2)植物组织培养的培养基中包含无机营养成分、有机营养成分、激素和琼脂等，因此在形成愈伤组织的过程中，必须不断地从培养基中获得水分、无机盐和小分子有机物等营养物质。
(3)如果④是无病毒植株，则应选用茎尖、根尖细胞，原因是这部分组织分生能力强，带有的病毒少；④是基因型为AaBb的水稻植株的体细胞植物组织培养形成的，其基因型与该水稻植株相同，即为AaBb。
(4)如果某种细胞选用的是水稻花粉细胞，则④称为单倍体。基因型可能是aB、ab、Ab、AB，单倍体植株的特点为植株弱小，高度不育，需用一定浓度的秋水仙素处理，使得染色体数目加倍，其基因型为aaBB、aabb、AAbb、AABB。
[答案]　(1)脱分化　再分化　光照、温度、一定的营养物质和激素　(2)水分　无机盐　(3)茎尖　根尖　AaBb　(4)单倍体　aB、ab、Ab、AB　植株弱小，高度不育　秋水仙素　aaBB、aabb、AAbb、AABB
2．科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株，为了便于杂种细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质，其培育过程如图所示：
(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有_______________。
(2)过程①常用的酶是__________________，细胞融合完成的标志是________________。
(3)在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，根据细胞膜表面荧光的不同可观察到________种不同的原生质体，当观察到_________________时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯的原生质体融合而成的。
(4)过程③和过程④依次为______________，过程④中的培养基常添加的植物激素是______________。
(5)若番茄细胞中有m条染色体，马铃薯细胞中有n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期有__________条染色体。若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于________倍体植株。
[解析]　(1)植物体细胞杂交就是将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，再利用植物组织培养技术把杂种细胞培育成新的植物体的技术，所以植物体细胞杂交依据的生物学原理有细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
(2)过程①是去除植物细胞的细胞壁获得原生质体，而植物细胞细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，依据酶的专一性，常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出新的细胞壁。
(3)依题意，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯原生质体膜上的蛋白质，所以融合后根据细胞膜表面呈现荧光的不同可观察到3种不同类型的原生质体：红色荧光标记的番茄原生质体及其融合后的原生质体、绿色荧光标记的马铃薯原生质体及其融合后的原生质体、红色荧光和绿色荧光共同存在的番茄与马铃薯的原生质体融合后所形成的原生质体。当观察到融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光时，可判断该原生质体是由番茄和马铃薯的原生质体融合而成的。
(4)过程③表示将杂种细胞培育成愈伤组织，属于植物组织培养过程中的脱分化；过程④表示将愈伤组织培育成植物体，该过程属于再分化，培养基常添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。
(5)杂种细胞的染色体数为融合前两种细胞染色体数之和，即(m＋n)条。“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期，着丝粒分裂、姐妹染色单体分开，使得杂种细胞中的染色体数目加倍为2(m＋n)条。杂种植株的花粉经离体培养形成的植株属于单倍体。
[答案]　(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
(2)纤维素酶和果胶酶　形成新的细胞壁
(3)3　融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光
(4)脱分化和再分化　生长素和细胞分裂素
(5)2(m＋n)　单
　动物细胞工程与其他模块相关知识的交汇点
[素能建构]
交汇点1　动物细胞培养与必修课程模块1中“细胞的有丝分裂”“酶的专一性”“细胞膜的成分和功能”“细胞分化和细胞的全能性”等交汇考查，与选择性必修模块1中“内环境的成分和理化性质”交汇考查
(1)动物细胞培养的原理是细胞增殖。
(2)动物细胞之间有胶原蛋白、弹性蛋白、纤黏蛋白等成分，用胰蛋白酶处理，才能分解这些蛋白质。
(3)动物细胞贴壁生长是由于动物细胞膜上有糖蛋白，使细胞具有黏着性。培养的动物细胞出现接触抑制说明细胞膜能进行细胞之间的信息交流，并将信息传递到细胞核。
(4)干细胞能够增殖并分化成其他类型的细胞。
(5)动物细胞培养的培养液的成分和理化性质都与内环境相似。
交汇点2　动物体细胞核移植与必修课程模块1中的“动物细胞核的全能性”，必修课程模块2中“减数分裂”“细胞核遗传和细胞质遗传”等交汇考查
(1)体细胞核移植说明动物细胞的细胞核具有全能性。
(2)体细胞核移植中卵母细胞应培养到减数第二次分裂中期。
(3)克隆动物的细胞核基因来自供体细胞，细胞质基因来自供体细胞和卵母细胞。
交汇点3　动物细胞融合技术与单克隆抗体与必修课程中“细胞膜的结构特点”“癌细胞的特点”和选修课程模块1中“体液免疫”等知识交汇考查
(1)动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性。
(2)骨髓瘤细胞能够无限增殖，具有癌细胞的特点。
(3)受到抗原刺激后动物体内的B淋巴细胞能够增殖分化成为浆细胞，浆细胞能够产生抗体。
[对应练习]
1．现今，禽流感疫情有逐渐蔓延的趋势，有些国家还出现了人感染的病例。现在，科学家们已陆续从病死的家禽和候鸟体内分离得到了H5N1亚型禽流感病毒，若要生产可以用于预防和治疗禽流感的抗体，请根据下面的单克隆抗体制备过程示意图回答有关问题：
(1)若A细胞是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞是取自____________体内的___________细胞，促进d过程的常用诱导剂是________或________。
(2)假设仅考虑某两个细胞的融合，则可形成________种类型的C细胞。因此需用________培养基筛选出____________(填特点)的D细胞用于培养。D细胞的名称是____________。
(3)目前注射禽流感疫苗是预防禽流感的一种措施。我们已经知道，决定禽流感病毒在人体细胞中增殖变化的物质是________，而决定其抗原特异性的物质位于________。据此分析制备禽流感疫苗的主要思路：_________________。
[解析]　(1)若A细胞是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞是已免疫的B淋巴细胞(浆细胞)，取自被H5N1亚型禽流感病毒感染的动物或人。促进d过程细胞融合常用的诱导剂是聚乙二醇(PEG)或灭活的病毒。
(2)假设仅考虑某两个细胞的融合，则可形成3种类型的C细胞，分别是B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合成的杂交瘤细胞、B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞。因此需用选择培养基筛选出D杂交瘤细胞，其特点是既能无限增殖又能产生特异性抗体。
(3)决定禽流感病毒在人体细胞中增殖变化的物质是病毒的RNA，而决定其抗原特异性的物质位于病毒的衣壳上。因此制备禽流感疫苗的主要思路是将禽流感病毒灭活或减毒(或利用基因工程技术生产禽流感病毒的衣壳蛋白)。
[答案]　(1)感染病毒的动物或人　已免疫的B淋巴　聚乙二醇(PEG)　灭活的病毒　(2)3　选择　既能无限增殖又能产生特异性抗体　杂交瘤细胞　(3)病毒的RNA　病毒的衣壳上　将禽流感病毒灭活或减毒(或利用基因工程技术生产禽流感病毒的衣壳蛋白)
2．科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁殖速度，可以对此转基因奶牛进行克隆(如图所示)。
(1)在进行细胞培养之前，要对取自转基因奶牛的组织进行分离，形成单个细胞，这一过程中需要利用________酶处理。不能用纤维素酶与果胶酶的原因是______________。
(2)转基因奶牛的克隆成功，说明动物的________具有全能性。
(3)将进行细胞培养的供体细胞注入去核的卵母细胞中，去掉卵母细胞细胞核的目的是______________________。
(4)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛体内，就会生出与供体奶牛遗传性状相同的犊牛，但也有可能出现性状上的某些差异，原因可能是___________________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(5)利用体细胞核移植技术得到的克隆牛从生殖方式上看属于________(填“有性生殖”或“无性生殖”)。
[解析]　(1)对动物组织进行分离，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，才能形成单个细胞。因为酶具有专一性，所以植物细胞工程中的纤维素酶和果胶酶不能将动物细胞分开。(2)克隆动物的成功证明了动物细胞的细胞核具有全能性。(3)去掉卵母细胞的细胞核后，重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞的细胞核，其性状主要由供体细胞的细胞核物质决定。(4)由重组细胞发育而来的犊牛与供体牛的性状不完全相同，因为重组细胞的遗传物质主要来自供体细胞核，少量来自卵母细胞的细胞质，性状还受到环境的影响。(5)体细胞核移植没有经过两性生殖细胞的结合，所以从生殖方式上来看属于无性生殖。
[答案]　(1)胰蛋白(或胶原蛋白)　酶具有专一性
(2)细胞核　(3)使犊牛的性状主要由供体细胞核物质决定　(4)①生物的性状受到细胞核和细胞质物质的共同控制；②生物的性状还受环境因素的影响　(5)无性生殖
　胚胎工程与其他模块知识的交汇点
[素能建构]
交汇点1　胚胎工程的理论基础与必修课程模块2中的“减数分裂、受精作用”和必修课程模块1中“细胞分裂、细胞分化”交汇考查
(1)减数第一次分裂的主要特征：同源染色体先联会，后分离；结果导致染色体数目减半。
(2)减数第二次分裂的主要特征：染色体不再复制；每条染色体的着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，分别移向细胞两极。
(3)受精作用使受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞的染色体数目，减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。
(4)在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态结构和生理功能上发生稳定性差异的过程叫细胞分化。细胞分化的原因是细胞内基因进行了选择性表达。
交汇点2　胚胎工程技术及应用与选择性必修模块1中“免疫调节”交汇考查
(1)免疫类型：人体的免疫分为非特异性免疫和特异性免疫，特异性免疫又包括体液免疫和细胞免疫。
(2)抗原：能够引起机体产生特异性免疫反应的物质。
(3)免疫过程：
①体液免疫：B细胞受抗原刺激后增殖、分化，大部分分化为浆细胞，产生抗体，少部分分化为记忆细胞。
②细胞免疫：细胞毒性T细胞受抗原刺激后，分化形成新的T细胞，细胞毒性T细胞裂解被抗原入侵的宿主细胞。
[对应练习]
1．中山大学眼科中心主任葛坚领导的研究小组培育成了猴鼠嵌合体——“猴鼠”，期待将成果用于人体角膜等组织或器官的移植。回答下列问题：
(1)人体器官移植面临的主要问题有供体器官短缺和________，目前临床上通过应用免疫抑制剂抑制________的增殖来提高器官移植的成活率。
(2)①过程中，培养基需通过______________来保证无菌、无毒环境，然后加入诱导因子，作用是________________。再将皮肤干细胞注入小鼠囊胚的________部位，最终培养成组织或器官。
(3)实验中雌鼠和代孕母鼠需要同时注射激素，在操作上称为____________。②过程中，所选代孕母鼠应满足的条件是________________。
(4)研究发现猴鼠嵌合体的器官可替代人体器官，但其表面的某些抗原决定簇仍可引起排异。为此，科学家在猴鼠嵌合体基因组中，导入某些调节因子对器官进行改造并取得成功，所导入调节因子的作用是____________________。
[解析]　(1)人体器官移植面临的主要问题有供体器官短缺和免疫排斥，目前临床上通过应用免疫抑制剂抑制T细胞的增殖来提高器官移植的成活率。
(2)①过程中，培养基需通过添加一定量的抗生素并定期更换培养液来保证无菌、无毒环境，然后加入诱导因子，作用是促使皮肤细胞恢复分裂增殖能力。再将皮肤干细胞注入小鼠囊胚的内细胞团部位，最终培养成组织或器官。
(3)实验中雌鼠和代孕母鼠需要同时注射激素，在操作上称为同期发情处理。②过程中，所选代孕母鼠应满足的条件是同种、健康、生理状态相同的其他雌鼠。
(4)研究发现猴鼠嵌合体的器官可替代人体器官，但其表面的某些抗原决定簇仍可引起排异。为此，科学家在猴鼠嵌合体基因组中，导入某些调节因子对器官进行改造并取得成功，所导入调节因子的作用是抑制抗原决定簇基因的表达。
[答案]　(1)免疫排斥　T细胞　(2)添加一定量的抗生素并定期更换培养液　促使皮肤细胞恢复分裂增殖能力　内细胞团　(3)同期发情处理　同种、健康、生理状态相同的其他雌鼠　(4)抑制抗原决定簇基因的表达
2．某课题组为解决本地纯种牛产奶量低的问题，引进了含高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。
(1)拟进行如下杂交：
A(具高产奶基因的纯种)×♀B(具适宜本地生长基因的纯种)―→C
选择B作为母本，原因之一是胚胎能在母体内正常_______。若C中的母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明高产奶是_______性状。为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛，根据现有类型，最佳杂交组合是_______，后代中出现这种母牛的概率是_______(假设两对基因分别位于不同对常染色体上)。
(2)用以上最佳组合，按以下流程可加速获得优良个体。
精子要具有受精能力，需对其进行________处理；卵子的成熟在过程________中完成。在过程④的培养基中含有葡萄糖，其作用是________。为筛选出具有优良性状的母牛，过程⑤前应鉴定胚胎的__________。子代母牛的优良性状与过程________的基因重组有关。
[解析]　(1)用具有适宜本地生长基因的纯种母牛作母本的原因之一是胚胎能在母体内正常生长发育。设控制产奶量高低的基因分别用T、t表示，控制适应性强弱的基因分别用R、r表示。杂交后代C中的母牛表现为适应性强但产奶量并未提高，说明高产奶、低适应性均为隐性性状，则推导出A的基因型为ttrr，B的基因型为TTRR，C的基因型为TtRr。通过回交，即C牛与A牛杂交(TtRr×ttrr)，获得高产奶量且适应性强的母牛的概率为1/2×1/2×1/2＝1/8。
(2)在体外受精过程中，从供体公牛获得的精子经获能处理后，才具有受精能力。从供体母牛采集的卵子经培养达到MⅡ中期后在与精子受精过程中最终成熟。由于受精作用的随机性，为筛选出具有优良性状的母牛，在胚胎移植前应鉴定胚胎的性别、是否具有高产奶基因和适应本地生长的基因。由于公牛为隐性纯合子，所以子代母牛的优良性状与供体母牛减数分裂产生卵子的过程中的基因重组有关。
[答案]　(1)生长发育　隐性　A×♀C　1/8　(2)获能　③　供能　性别、高产奶和适宜本地生长的基因　②

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