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第3讲　细胞工程
选择性必修3 生物技术与工程
第十单元　生物技术与工程
一、植物细胞工程
1．植物组织培养技术
细胞全能性
离体的植
物器官、组织、细胞或原生质体
部分或完整植株
离体的植物器官、组织、细胞或
原生质体
无菌水
适宜的培
养基
发育途径
失去原有的分化状态
分生能力
愈伤组织
愈伤组织
完整植株
胚状体
适应自然
环境
考点1　植物细胞工程及应用
2．植物体细胞杂交技术
(1)概念：植物体细胞杂交技术主要是指将自发或人工融合的________培育成新品种______的技术。
杂种细胞
植物体
(2)过程
细胞壁
细胞壁
杂种细胞AB
①去壁：用________________去除植物细胞壁，获得原生质体。
②原生质体的融合
a.自发融合
缺点：效率比较__。
b．诱导融合
Ⅰ.优点：效率__且对原生质体伤害__。
纤维素酶和果胶酶
低
高
小
Ⅱ.
聚乙二醇法
电融合法
3．植物体细胞杂交的原理
(1)原生质体融合的过程利用了细胞质膜的____性。
(2)杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的______。
4．意义：可以克服不同种植物之间杂交的______障碍，打破________，实现远缘物种之间的________，再通过培养便可获得新品种植株。
5．问题：杂种后代遗传性状________、再生植株________。
流动
全能性
不亲和
生殖隔离
核质融合
不够稳定
寿命较短
二、植物细胞工程的应用
1．植物组织培养技术的应用
(1)
植物组织培养
遗传特性
高效快速地
人工控制
季节
(2)
植物生长点
植物生长点
不稳定
活力下降
嘌呤和嘧啶类似物或抗生素
超低温
存活率
遗传特性
物质代谢和
生命活动几乎完全停止
不会引起遗传性状的改变
悬浮细胞
胚状体
花粉
人工种皮
季节
人工胚乳
濒危
经济
2．植物细胞培养技术的应用
工业化手段
季节
外部环境
花药离体培养
单倍体
纯合二倍体
稳定
缩短
1．在愈伤组织形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖。 ( )
提示：在愈伤组织形成幼苗的过程中，会发生细胞的增殖和分化。
2．在进行植物体细胞杂交前，必须用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得原生质体。 ( )
3．用高Ca2＋—高pH融合法可人工诱导原生质体的融合。 ( )
4．铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可利用快速繁殖技术生产其试管苗。 ( )
×
√
√
√
5．单倍体育种和突变体培育的原理相同。 ( )
提示：单倍体育种的原理是染色体变异，而突变体培育的原理是基因突变。
6．利用植物细胞培养生产的紫草宁是世界上首例药用植物细胞工程产品。 ( )
×
√
1．(1)实验中使用的培养基和所有的器械都要________。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要_________。
(2)接种时注意外植体的方向，一般将天竺葵叶________________接触培养基。
(3)诱导愈伤组织期间一般________________光照，在后续的培养过程中，每日________________给予适当时间和强度的光照。(选择性必修3　P49“走进实验室”)
提示：(1)灭菌　灭菌　(2)背面　(3)不需要　需要
2．天竺葵组织培养的再分化过程中，若愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化成了芽，其可能的原因是什么？(选择性必修3　P49“走进实验室”)
提示：培养基中生长素用量和细胞分裂素用量的比值偏低。
1．在进行植物组织培养的实验时，要严格控制杂菌污染的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：杂菌在培养基上生长争夺营养，杂菌产生的物质影响植物组织的生长
2．若想利用植物体细胞杂交技术培育出马铃薯—草莓杂种植株以提高土地的利用率，________________(填“能”或“不能”)把两物种细胞直接融合，理由是__________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：不能　植物细胞外面有一层细胞壁，阻碍了细胞间的杂交(融合)
3．光照在培养过程中不作为愈伤组织的能量来源，原因是_______ _____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：在脱分化形成愈伤组织及愈伤组织的增殖阶段，细胞中均不含叶绿体，无法利用光照进行光合作用
1．植物激素对植物组织培养的影响
(1)按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果
使用顺序 实验结果
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
同时使用 分化频率提高
简记：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高 (2)当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向
生长素/细胞分裂素 植物细胞的发育方向
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
简记：“高”根，“低”芽，“中”愈伤 2．植物体细胞杂交后的遗传物质分析
(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。
(2)染色体组数
①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。
②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。
③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体数为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
1．植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序(用文字和箭头表示)。
2．结合诱变育种从细胞工程的角度出发，简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及步骤。
提示：体细胞诱变育种。利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞发生基因突变，再利用植物组织培养技术发育成完整植株，然后筛选培育出抗寒品种。
考向1植物组织培养的过程
1．(2021·江苏选择性考试)植物组织培养技术常用于商业化生产，其过程一般为：无菌培养物的建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是(　　)
A．为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养
B．组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构
C．提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根
D．用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异
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1
2
D　[植物组织培养过程中应注意无菌操作，为获得无菌培养物，外植体要经过表面消毒处理后，才能进行培养，所用的培养基必须彻底灭菌，A正确；组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构，胚状体若包裹上人工种皮，可制作成人工种子，B正确；生长素和细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成，因此提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根，C正确；用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗会出现变异，如在愈伤组织的培养过程中可能发生基因突变等变异，D错误。故选D。]
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1
2
2．(多选)(2022·江苏常州模拟预测)植物愈伤组织是一类内含原质体的薄壁细胞，在其增殖分化的过程中，原质体内膜内折形成的前质体能进一步发育成叶绿体，具体过程如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
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1
2
A．愈伤组织分化时需调整生长素与细胞分裂素的比例
B．愈伤组织中前质体的形成需要在光照的条件下进行
C．在前质体进一步发育成叶绿体的过程中不必全程光照
D．愈伤组织只需给予一定的光照就能再分化形成胚状体
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2
AC　[愈伤组织分化时需调整生长素与细胞分裂素的比例，因为生长素和细胞分裂素的比例能诱导愈伤组织的分化方向，A正确；愈伤组织中前质体的形成不需要在光照的条件下进行，因为其中没有叶绿素，叶绿素的形成需要光照，B错误；结合图示可知，在前质体进一步发育成叶绿体的过程中不必全程光照也能实现，C正确；愈伤组织再分化形成胚状体的过程中不仅需要给予一定的光照，而且还需要调整培养基中植物激素的比例，D错误。故选AC。]
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2
考向2考查植物体细胞杂交技术
3．(多选)(2022·江苏南通开学考试)科研人员研究了不同浓度的聚乙二醇(PEG)对沙打旺和紫花苜蓿原生质体融合率的影响，实验结果如下图。异源融合率是指不同种的原生质体发生融合的概率。已知PEG浓度较高时对细胞具有毒害作用，下列相关叙述正确的是(　　)
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1
2
A．除了用PEG诱导融合之外还可以用电融合法
B．可以利用各种缺陷型的突变体细胞之间的互补作用将杂种细胞筛选出来
C．本实验中不同PEG浓度下同源融合率均大于异源融合率
D．实验结果显示诱导紫花苜蓿与沙打旺原生质体融合的最佳PEG浓度为40%
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ABC　[原生质体融合时，除了用PEG诱导融合之外，还可以用电融合法等，A正确；杂种细胞具有两个生物的特性，可以利用各种缺陷型的突变体细胞之间的互补作用将杂种细胞筛选出来，B正确；图示为总融合率与异源融合率随PEG浓度的变化趋势，其中同源融合率＝总融合率－异源融合率，据图可知，本实验中不同PEG浓度下同源融合率均大于异源融合率，C正确；图示40%与35%的异源融合率相同，故需要进一步缩小浓度范围以确定诱导紫花苜蓿与沙打旺原生质体融合的最佳PEG浓度，D错误。故选ABC。]
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4．(多选)(2022·江苏盐城模拟预测)如图是利用烟草叶片分离原生质体的过程。下列叙述正确的是(　　)
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1
2
A．分离的原生质体由细胞质膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质构成，再生细胞壁能力较强
B．应将叶片去除下表皮的一面朝下，置于含有纤维素酶和果胶酶的等渗或低渗溶液中
C．将酶解装置改为锥形瓶，置于低速摇床上轻轻振荡，有利于原生质体从组织中释放
D．用血球计数板检测原生质体的密度，初始培养密度过高会影响细胞的分裂
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1
2
CD　[原生质体是去除细胞壁之后形成的，因此分离的原生质体由细胞质膜、细胞质和细胞核构成，A错误；应将叶片去除下表皮的一面朝下，置于等渗或高渗溶液中，不能处于低渗溶液，因为低渗溶液会使原生质体吸水(原生质体无细胞壁，过度吸水会涨破)，B错误；将酶解装置改为锥形瓶，置于低速摇床上轻轻振荡以促进酶解，有利于原生质体从组织中释放，C正确；用血球计数板检测原生质体密度，初始培养密度过高，会消耗大量营养物质，排出大量废物，会影响细胞分裂，D正确。故选CD。]
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2
考向3考查植物细胞工程的应用
5．(2022·江苏南京阶段练习)为探究某植物原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如下图。下列叙述正确的是
(　　)
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1
2
A．过程①在低渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原生质体
B．过程②③需提高生长素的比例，以促进芽的分化和新植株的形成
C．在愈伤组织培养时加入促融剂，可获得染色体加倍的细胞
D．图示说明原生质体仍保持细胞的全能性，过程④应将幼苗炼苗后移栽
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D　[①是去壁过程，需要在等渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原生质体，A错误；生长素的比例高时，促进根的分化，B错误；愈伤组织细胞含有细胞壁，加入促融剂不会诱导细胞融合，因此不会得到染色体加倍的细胞，C错误；图示原生质体可发育为完整植株，说明原生质体仍保持细胞的全能性，过程④炼苗后的植株只需要移栽在普通土壤中即可，D正确。故选D。]
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6．(多选)(2022·江苏涟水县第一中学高三期中)长春花中的长春碱具有良好的抗肿瘤作用。科研人员利用TMS基因构建重组Ti 质粒，对愈伤组织进行遗传改造，从其细胞分泌物中提取长春碱，操作流程如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
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2
A．外植体通过①脱分化过程形成愈伤组织
B．①过程需在适宜条件下用蛋白酶处理
C．过程②常采用农杆菌转化法
D．愈伤组织通过③再分化过程产生长春碱
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BD　[外植体通过①脱分化过程形成愈伤组织，脱分化是将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，A正确；①外植体通过脱分化形成愈伤组织，需要营养物质、激素和避光条件，不需要蛋白酶处理，B错误；过程②是把目的基因导入植物细胞，常采用农杆菌转化法，C正确；已经脱分化的愈伤组织在一定条件下，再分化出各种组织器官，或进一步形成完整植株，这一过程叫作再分化，③过程产生长春碱不需要进行再分化，D错误。故选BD。]
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1
2
1．克隆羊多莉的培育过程
电脉冲
细胞核
考点2　动物细胞核移植技术及其应用
2．动物细胞核移植技术
细胞核
成熟卵母细胞
新的胚胎
无性繁殖
显微操作
体细胞核
去核卵母
细胞
提醒：核移植时应选减数第二次分裂中期的卵母细胞的原因
(1)此类细胞体积大，易于操作；(2)卵黄多，营养物质丰富；(3)卵母细胞的细胞质中存在激发细胞核全能性表达的物质。
3．动物细胞核移植技术的应用
1．体细胞核移植时，去核卵母细胞的“核”是指纺锤体。 ( )
提示：去核卵母细胞的“核”是指纺锤体—染色体复合物。
2．非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难。 ( )
3．应用体细胞核移植技术生出的犊牛与供体奶牛遗传物质完全相同。 ( )
提示：应用体细胞核移植技术生出的犊牛与供体奶牛遗传物质基本相同。
×
√
×
4．目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是采用化学物质处理。 ( )
提示：目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。
5．体细胞核移植技术有望增加濒危物种的存活数量。 ( )
×
√
通常用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因是什么？(选择性必修3　P63“积极思维”)
提示：它体积大、易操作、营养物质丰富，细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质。
1．若通过核移植等技术获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是__________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响
2．胚胎细胞的核移植获得克隆动物的难度小于体细胞核移植，其原因是_____________________________________________________ _________________________________________________________。
提示：胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易
对核移植与克隆的理解
1．克隆是指遗传组成完全相同的分子、细胞或个体，即克隆应包含三个层次的内容：
(1)分子水平：如DNA复制。
(2)细胞水平：如动物细胞培养。
(3)个体水平：如克隆动物。
2．核移植技术中选用的核供体应为具有优良性状的个体，提供卵母细胞的受体和代孕个体只需为同一物种的健康雌性个体即可。
3．动物细胞核移植可以有两种操作方式：一是把供体细胞导入去核的卵母细胞，这是现在常用的方法；二是将供体动物的一个细胞核直接导入去核的卵母细胞，该过程需要用电刺激的方法促进融合。
4．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，形成早期胚胎才能进行胚胎移植。
5．体细胞核移植体现了动物细胞核的全能性，而非动物细胞的全能性。
1．科学家利用CRISPR/Cas9基因编辑系统，成功改造了猕猴基因组中与某病症(Z症)相关的 SHANK3基因，获得的Z症猕猴。由此技术获得了Z症猕猴，可通过体细胞核移植技术得到克隆Z症猕猴，请写出基本程序。(用流程图表示)
提示：
2．2018年，中国科学家成功培育全球首个体细胞克隆猴“中中”和“华华”。克隆猴的成功为阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病以及免疫缺陷、肿瘤等疾病机理研究、干预、诊治带来前所未有的光明前景。与以往用普通猴子做实验相比，克隆猴作为实验动物模型的两大优势在哪里？
提示：体细胞克隆猴遗传背景相同，避免个体间差异对实验的干扰，大大减少实验动物的使用数量；体细胞克隆猴制备时间缩短，基因编辑等可在体外培养的细胞进行。
考向考查动物体细胞核移植和克隆动物
1．(2022·江苏扬州模拟预测)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。流程图如下，相关叙述正确的是(　　)
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1
2
A．重组细胞C的获得利用了体细胞核移植技术，该过程和试管婴儿一样属于无性生殖
B．体外培养时在滋养层细胞上胚胎干细胞可以增殖而不发生分化
C．获得的组织器官移植给个体B可避免严重免疫排斥反应
D．胚胎干细胞在形态上表现为体积大、细胞核小、核仁明显
3
1
2
C　[重组细胞C的获得利用了体细胞核移植技术，属于无性生殖，试管婴儿经过两性生殖细胞的融合，属于有性生殖，A错误；体外培养时在饲养层细胞上胚胎干细胞可以只增殖而不发生分化，B错误；若将图中获得的组织器官移植给个体B不会发生免疫排斥反应，因为B是供核的一方，克隆的组织和器官的绝大多数遗传物质和B相同，C正确；胚胎干细胞在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显，D错误。故选C。]
3
1
2
2．(2022·江苏盐城专题练习)胎牛血清(FBS)是天然的培养基，能够在多种动物卵母细胞的成熟过程中提供足够的营养物质，起到非常好的促进效果。下表是后期胚胎培养液(CR2后液)中添加不同浓度FBS对牛核移植胚胎发育的影响情况，下列叙述正确的是(　　)
胎牛血清(FBS)的不同浓度对牛核移植胚胎发育的影响
3
1
2
组别 培养液 卵裂率/% 囊胚率/%
对照组 CR2后液 59.17±1.34 13.53±2.04
实验组1 10% FBS＋CR2后液 62.14±1.78 13.78±2.77
实验组2 20% FBS＋CR2后液 68.95±4.15 26.09±2.20
实验组3 30% FBS＋CR2后液 62.02±8.64 8.78±3.20
A．若统计每组实验的桑椹胚率，其数值应小于囊胚率
B．添加20% FBS是促进核移植胚胎发育的最适浓度
C．胚胎培养过程要在CO2培养箱中进行
D．添加不同浓度的FBS对卵裂率和囊胚率均有促进作用
3
1
2
C　[根据表格显示，实验目的是研究添加不同浓度FBS对牛核移植胚胎发育的影响，自变量是FBS浓度，该实验只研究了添加不同浓度FBS对牛核移植胚胎发育的影响，从表中数据无法得出桑椹胚率小于囊胚率，A错误；表中信息显示：添加20% FBS的实验组2，其卵裂率和囊胚率都高于对照组和其他实验组，说明添加20% FBS对促进核移植胚胎发育有较好的作用，但不能据此确定该浓度即为最适浓度，应在该浓度两侧缩小浓度范围继续进行实验，B错误；
3
1
2
通常将重组细胞置于含95%空气＋5%CO2的培养箱中进行培养，C正确；表中信息显示：各实验组的卵裂率均高于对照组，说明在一定范围内，添加不同浓度的FBS对卵裂率均有促进作用，实验组1、2的囊胚率高于对照组，实验组3的囊胚率低于对照组，说明在一定浓度范围内，添加不同浓度的FBS对囊胚率均有促进作用，但超过该浓度范围却起抑制作用，D错误。故选C。]
3
1
2
3．(多选)(2022·江苏盐城伍佑中学阶段练习)如图是体细胞核移植的流程图，下列说法正确的是(　　)
3
1
2
A．操作过程中需要将卵母细胞培养到第二次减数分裂时期，用显微操作仪将卵母细胞去核
B．利用体细胞核移植技术，可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群的繁育
C．重新组合的细胞需用物理或化学方法激活，目的是使其完成细胞分裂和发育进程
D．受体母牛需要用促性腺激素进行同期发情处理
3
1
2
ABC　[从动物卵巢中采集的卵母细胞，一般要在体外培养到减数第二次分裂中期才能用于实验，核移植时是将细胞核移植到去核卵母细胞，可用显微操作去核法去除卵母细胞的核，A正确；体细胞核移植技术在畜牧生产方面主要可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群的繁育，B正确；在核移植技术中，常用处于MⅡ中期的去核的次级卵母细胞作为受体细胞，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，C正确；胚胎工程中，需要用促性腺激素对良种母牛进行超数排卵，核移植过程不需要，D错误。故选ABC。]
3
1
2
1．动物细胞培养技术及其应用
营养充足
无菌
胰蛋白酶
培养皿
一层
新培养液
37 ℃
7.1～7.3
O2
CO2
氨基酸
微量
元素
促生长因子
培养基
培养器具
抗生素
更换培养液
考点3　动物细胞培养技术、干细胞技术及其应用
初次
细胞的生物学特性
继续转接
到新的培养基上继续培养
10～50次
还会发生
癌变
细胞或细胞器
重组蛋白
病毒疫苗
细胞
药物
毒性
2．干细胞技术及其应用
胚胎及某些器官
自我
更新和分化能力
圆球形或椭圆球形
体积小
成体
胚胎
完整个体
多种
完整个体
某种
一种
分离
扩增
人体胚胎干细胞
产生排斥
定向分化
1．使用合成培养基培养动物细胞时，通常需要加入血清等天然成分。 ( )
2．培养动物细胞一般使用液体培养基。 ( )
3．动物细胞培养时，需经过脱分化形成愈伤组织。 ( )
提示：动物细胞培养时，不需经过脱分化形成愈伤组织。
4．已分化的T细胞也能被诱导为iPS细胞。 ( )
√
×
√
√
5．一般认为，成体干细胞具有发育成完整个体的能力。 ( )
提示：一般认为，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。
6．神经干细胞在治疗阿尔茨海默病方面具有重要的应用价值。 ( )
×
√
1．“在合成培养基中通常需加入一定量的动物血清，以满足动物细胞培养的营养需要。”血清中含有哪些促进细胞代谢和生长的物质？(选择性必修3　P65“正文信息”)
提示：蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。
2．用胰蛋白酶处理动物组织，对细胞的消化有两种情况：(选择性必修3　P65“正文信息”)
(1)短时间内细胞________________(填“会”或“不会”)被消化，原因是_____________________________________________________ _______________________________________________________。
(2)长时间后细胞________________(填“会”或“不会”)被消化，原因是___________________________________________________ _________________________________________________________。
提示：(1)不会　细胞表面具有糖蛋白，对细胞具有一定的保护作用　(2)会　细胞表面糖蛋白的保护作用是有限的；细胞质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
1．体外进行动物细胞培养时，培养液要定期更换，其目的是_____ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：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
2．胚胎干细胞存在于早期胚胎中，其分化的潜能是_____________ ___________________________________________________________________________________________________________________。
提示：分化为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
3．动物体细胞进行体外培养时，________________(填“需要”或“不需要”)脱分化过程，原因是______________________________ ______________________________。
提示：不需要　高度分化的动物细胞分化的潜能变窄，失去发育成完整个体的能力
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
前处理 无菌；用机械的方法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，使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
项目 动物细胞培养 植物组织培养
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
项目 动物细胞培养 植物组织培养
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 1．利用iPS细胞治疗镰状细胞贫血的过程是首先制备患者的iPS细胞，再将其诱导形成造血干细胞，最终输给患者使其产生健康的血细胞。判断该过程是否能治疗镰状细胞贫血？并阐述理由。
提示：不能。因为患者体细胞的相应基因是突变的，制成iPS细胞仍然是突变的，分化成的细胞也是突变的，因此无法通过该方法治疗。
2．为探究血清对动物细胞培养的影响，请写出相关的实验设计思路。
提示：将配制好的基本培养基均分成甲、乙两组，乙组加入适量的血清，甲组加入等量的生理盐水，然后将等量的动物细胞分别放入甲、乙两组培养基中，在相同适宜的条件下培养，观察细胞的生长发育状况。
考向1考查动物细胞培养的原理、过程等
1．(2022·湖北选择性考试)某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究，结果发现其培养的原代神经元生长缓慢，其原因不可能的是
(　　)
A．实验材料取自小鼠胚胎的脑组织
B．为了防止污染将培养瓶瓶口密封
C．血清经过高温处理后加入培养基
D．所使用的培养基呈弱酸性
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A　[小鼠胚胎脑组织中含有丰富的原代神经元，细胞增殖能力强，不会造成生长缓慢，A符合题意；培养瓶瓶口密封会使培养液中缺氧，影响细胞有氧呼吸，造成供能不足，可能使细胞生长缓慢，B不符合题意；血清经过高温处理后，其中活性成分变性，失去原有功能，细胞生存环境严重恶化，可能使细胞生长缓慢，C不符合题意；小鼠内环境为弱碱性，所使用的培养基呈弱酸性，使细胞生存环境恶劣，可能造成细胞生长缓慢，D不符合题意。故选A。]
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2．(2022·江苏常州模拟预测)下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是(　　)
A．培养环境中需要O2，不需要CO2
B．培养液中通常会有糖类、氨基酸和维生素等物质
C．细胞要经过脱分化形成愈伤组织
D．培养液中的细胞需定期用胰蛋白酶处理，分瓶后一定能继续增殖
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B　[动物细胞培养过程既需要O2，也需要CO2，A错误；结合分析可知，培养液中通常会有糖类、氨基酸和维生素等物质，B正确；动物细胞培养的原理是细胞增殖，不会经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织是植物培养过程中形成的结构，C错误；细胞培养过程中会出现接触抑制现象而停止分裂增殖，故培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶处理分瓶后才能继续增殖，但并不是处理后就一定能继续增殖，因为正常细胞分裂的次数是有限的，D错误。故选B。]
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考向2考查干细胞及其应用
3．(2022·江苏徐州专题练习)2020年6月，学术期刊《自然》发表论文称，利用人类多能干细胞培养的皮肤类器官在培养4～5个月后，形成了多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，是迄今最逼真的人皮肤类器官。下列相关叙述正确的是(　　)
A．多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中，遗传物质通常会发生改变
B．多能干细胞培养形成多层皮肤组织，说明动物的体细胞具有全能性
C．给烧伤病人移植自身多能干细胞培养成的皮肤类器官可减弱免疫排异反应
D．该项研究结果表明多能干细胞可以分化成为人体内所需的各种组织和器官
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C　[多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中，遗传物质并未发生改变，只是基因的选择性表达，A错误；细胞的全能性是指细胞分裂和分化后，仍然有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性，多能干细胞培养形成多层皮肤组织，不能说明动物的体细胞具有全能性，B错误；由于多能干细胞培养成的皮肤类器官由自身细胞发育而来，不会出现免疫排异反应，C正确；研究结果表明，多能干细胞能形成多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，但不能说明其能分化成各种组织和器官，D错误。故选C。]
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4．(2022·江苏南京师大附中开学考试)某实验室做了下图所示的实验研究，有关叙述错误的是(　　)
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A．图中的肝细胞、神经细胞及X细胞具有相同的基因组成
B．过程①是诱导纤维母细胞中基因选择性表达的结果
C．过程②细胞的DNA中结合RNA聚合酶的位置不完全相同
D．过程③得到的 Z细胞还需进行克隆化培养和抗体检测及筛选
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A　[图中的肝细胞、神经细胞均来自甲鼠，是由诱导干细胞经过有丝分裂、分化形成的，具有相同的基因组成，但X细胞是瘤细胞，具有无限增殖的能力，虽然也是来自诱导干细胞，但其应该经过了基因突变引起了无限增殖，因此X细胞与图中的肝细胞和神经细胞在遗传物质上有差异，A错误；过程①是通过诱导基因作用使纤维母细胞脱分化为干细胞，该过程的发生是基因选择性表达的结果，B正确；过程②是干细胞再分化为其他组织器官细胞，是基因选择性表达的结果，由于不同细胞中被选择表达的基因不同，因此过程②细胞的DNA中结合RNA聚合酶的位置不完全相同，C正确；过程③是细胞融合形成杂交瘤细胞过程，需要用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞，同时还需要进行克隆化培养和抗体检测及筛选，D正确。故选A。]
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1．动物细胞融合技术
两个或多个
物理、化学或生物
灭活的
病毒
细胞质
膜
细胞质
膜融合
聚乙二醇
伤害小
易操作
考点4　动物细胞融合技术及其应用
2．单克隆抗体
(1)制备流程
骨髓瘤
杂交细胞
能产生特定抗体
培养液
腹水
(2)单克隆抗体的特点
①____________；②________。
(3)应用
①制备单克隆抗体靶向制剂：________与单克隆抗体结合，对肿瘤细胞有较好的______杀伤作用。
②疾病诊断：单克隆抗体检测相关抗原________及其________。
③导向手术：利用__________的单克隆抗体在体内显示肿瘤位置，用以指导手术范围。
化学性质单一
特异性强
化疗药物
选择性
是否表达
表达水平
同位素标记
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。 ( )
提示：制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。
2．每一个B细胞只能分泌一种特异性抗体。 ( )
3．在体外培养条件下，一个B细胞是不可能无限增殖的。 ( )
4．单克隆抗体能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，且可大量制备。 ( )
5．动物细胞融合与植物体细胞杂交的原理都涉及细胞质膜的流动性。 ( )
×
√
√
√
√
(1)灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去________________，但并不破坏病原体的________________。
(2)灭活的病毒诱导细胞融合与病毒和细胞所含的________________有关。(选择性必修3　P67“图2-3-4”)
提示：(1)感染能力　抗原结构　(2)糖蛋白
1．获得的杂交瘤细胞只能产生单一抗体的原因在于_____________ _______________________________________________________。
提示：每一个B细胞只分泌一种特异性抗体
2．制备的单克隆抗体在临床上不能直接用于人体，还需要对抗体进行人源化，即对鼠源单克隆抗体进行改造，使其大部分氨基酸序列为人源序列所替代，该过程的意义是________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：鼠源单克隆抗体对人而言可能是异种抗原，经人源化后能保留抗体的特异性，降低其异源性
1．动物细胞融合与植物体细胞杂交
动物细胞融合 植物体细胞杂交
原理 细胞质膜的流动性 细胞质膜的流动性、细胞的全能性
方法 步骤 分散成单个细胞后诱导融合，筛选培养 酶解法去除细胞壁后诱导原生质体融合，再生细胞壁后形成杂种细胞，经植物组织培养成杂种植株
动物细胞融合 植物体细胞杂交
诱导 方法 物理方法、化学方法、灭活病毒诱导法 物理方法、化学方法
结果 形成杂交细胞 形成杂种植株
用途或意义 突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。制备单克隆抗体 克服远缘杂交不亲和的障碍。培育植物新品种
2．单克隆抗体制备过程的关键分析
(1)对动物免疫的原因：B淋巴细胞要经过免疫过程，即接触抗原，增殖分化为有特异性免疫功能的B淋巴细胞，才能产生相应的抗体，所以与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是浆细胞。
(2)杂交瘤细胞具备双亲的遗传物质，不仅具有浆细胞产生特异性抗体的能力，还具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的能力，可以克服单纯B淋巴细胞不能无限增殖的缺点，而大量生产单克隆抗体。
1．dMAb技术是一种通过DNA编码产生单克隆抗体的技术，比传统的单克隆抗体制备方法有更多的发展潜力。下图是dMAb技术在埃博拉病毒感染疾病的临床研究中的操作流程。
与传统利用杂交瘤细胞产生单克隆抗体的技术相比，dMAb技术在抗体的制备上有何优势？(请列举两点)
提示：抗体的产生在生物体内进行，不需要进行细胞体外培养；产生抗体的细胞种类不局限于免疫细胞(浆细胞)；可制备成DNA“疫苗”，便于存储和运输；抗体直接由DNA编码产生，省去抗原刺激免疫细胞再进行细胞融合和筛选的步骤。
2．请根据以下信息，设计一方法(不考虑机械方法)，从培养液中筛选出杂交瘤细胞，并写出其依据的原理。已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断。人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但一般不分裂增殖。小鼠骨髓瘤细胞中尽管只有D途径，但能不断分裂增殖，将这两种细胞在试管中混合，加入聚乙二醇促融，获得杂种细胞。
提示：为了筛选出杂交瘤细胞，除去其他细胞，可向培养液中加入氨基嘌呤，收集增殖的细胞，因为加入氨基嘌呤后，使D合成途径阻断，仅有D合成途径的骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖，但人的淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞可以利用淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖。
考向1考查动物细胞融合
1．(2022·江苏高邮开学考试)将小鼠骨髓瘤细胞与一种浆细胞融合，可使融合的细胞经培养产生单克隆抗体。下列有关此项技术的说法中错误的是(　　)
A．动物细胞融合和动物细胞培养技术是单克隆抗体技术的基础
B．实验中培养杂交瘤细胞的培养基中需添加血清等一些天然成分
C．将浆细胞与骨髓瘤细胞置于培养液中，能自动融合成杂交瘤细胞
D．按照培养基的用途分类，实验中筛选杂交瘤细胞的培养基是选择培养基
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C　[单克隆抗体生物制备所用的技术有动物细胞融合和动物细胞培养，故动物细胞融合和动物细胞培养技术是单克隆抗体技术的基础，A正确；在细胞培养时为保证营养，通常需加入血清等一些天然成分，B正确；浆细胞与骨髓瘤细胞放入培养液中，需要加入促进细胞融合的物质，或者是采取物理方法促融，才能使细胞融合，C错误；实验中筛选杂交瘤细胞的培养基是选择培养基，在该培养基上，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂种细胞才能生长，D正确。故选C。]
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2．(多选)(2022·江苏选择性考试)下图表示利用细胞融合技术进行基因定位的过程，在人—鼠杂种细胞中人的染色体会以随机方式丢失，通过分析基因产物进行基因定位。现检测细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中人的4种酶活性，只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性，只有Ⅲ具有胸苷激酶活性，Ⅰ、Ⅲ都有磷酸甘油酸激酶活性，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有乳酸脱氢酶活性。下列相关叙述正确的有(　　)
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A．加入灭活仙台病毒的作用是促进细胞融合
B．细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为人—人、人—鼠、鼠—鼠融合细胞
C．芳烃羟化酶基因位于2号染色体上，乳酸脱氢酶基因位于11号染色上
D．胸苷激酶基因位于17号染色体上，磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上
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ACD　[动物细胞融合过程中，可以利用灭活的仙台病毒或聚乙二醇作促融剂促进细胞融合，A正确；细胞Ⅲ中保留了人的X、11、17号染色体，故不会是鼠—鼠融合细胞，B错误；根据分析可知，芳烃羟化酶基因位于2号染色体上，乳酸脱氢酶基因位于11号染色上，胸苷激酶基因位于17号染色体上，磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上，C、D正确。故选ACD。]
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考向2考查单克隆抗体的制备
3．(2022·山东等级考)如图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是(　　)
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A．双抗可同时与2种抗原结合
B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞
C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原
D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞
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D　[根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与2种抗原结合，A正确；根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性，利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B正确；在两种不同的抗原刺激下，B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成两种抗体，因此，筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原—抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C正确；同时注射2种抗原可刺激B细胞分化形成不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D错误。故选D。]
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4．(多选)(2022·江苏扬州三模)下图为单克隆抗体制备过程的示意图。下列有关叙述错误的是(　　)
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A．每个脾B细胞都可产生多种抗体
B．灭活的病毒促融合的效率一般不能达到 100%
C．细胞筛选和细胞融合时所用的培养液在成分上有差异
D．克隆化培养过程中杂交瘤细胞会出现接触抑制的现象
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AD　[抗体是由浆细胞产生，浆细胞是由B细胞或者记忆细胞经抗原刺激产生的，只能产生针对该抗原的抗体，因此一般情况下，一种浆细胞只能产生一种抗体，A错误；灭活的病毒诱导细胞融合的原理：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞质膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，细胞质膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞质膜打开，细胞发生融合，因此灭活的病毒促融合的效率一般不能达到100%，B正确；细胞筛选时获得杂交瘤细胞需要在选择培养基上筛选，细胞融合时所用的培养液需要加入促融剂，两者的成分上有差异，C正确；杂交瘤细胞具有无限增殖的特点，相当于癌细胞，无接触抑制现象，因此该细胞克隆化培养过程中不会出现接触抑制，D错误。故选AD。]
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1．核心概念
(1)动物细胞核移植技术：指把一个动物细胞的细胞核移植到一个已经去除细胞核的成熟卵母细胞中，并使重组细胞发育为一个新的胚胎，继而发育为动物新个体的技术。
(2)动物细胞培养技术：指从动物体内获得相关组织，分散成单个细胞后，模拟体内环境，在温度适宜、营养充足、无菌等条件下培养，使其继续生长、增殖的技术。
(3)原代培养：指从供体获取细胞或组织后进行的初次培养。
(4)传代培养：将原代培养的细胞继续转接到新的培养基上继续培养的过程。
(5)动物细胞融合技术：指在一定的条件下将两个或多个动物细胞，通过物理、化学或生物方法，结合形成一个细胞的技术。
(6)干细胞：指动物(包括人)胚胎及某些器官中同时具有自我更新和分化能力的细胞。
2．结论语句
(1)动物细胞工程常用的技术手段有：动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、干细胞技术等，其中动物细胞培养技术是基础。
(2)动物细胞培养利用了细胞增殖的原理，选取动物胚胎或幼龄动物的器官或组织，经过剪碎、用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理成分散的悬浮细胞，先后经过原代培养和传代培养。
(3)培养条件中的O2是细胞代谢所必需的，CO2的含量会影响培养液的pH。
(4)动物细胞核移植的种类可分为：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。
(5)制备单克隆抗体需要用特定的抗原刺激动物的目的是获得能产生特定抗体的浆细胞。
(6)单克隆抗体的主要优点是化学性质单一、特异性强、灵敏度高，并可大量制备。

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