资源简介

(共208张PPT)
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、细胞工程的概念
考点1　植物细胞工程及应用
二、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__________或分化成其他各种细胞的潜能。
2．在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会____________。
完整生物体
选择性地表达
三、植物组织培养技术
1．概念：将离体的________、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．原理：________________。
3．过程
植物器官
植物细胞的全能性
再分化
脱分化
4．操作实例——菊花的组织培养
　　　　　　　　　　
流水
酒精
无菌水
次氯酸钠
愈伤组织
封口膜
18～22 ℃
生芽
生根
封口膜
消过毒
四、植物体细胞杂交技术
1．概念：将不同来源的__________，在一定条件下融合成________，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
2．原理：体细胞杂交利用了细胞膜的______，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的______。
植物体细胞
杂种细胞
流动性
全能性
3．操作过程
　　
维素酶
果胶酶
聚乙二醇融合法、高Ca2+—高pH融合法
五、植物细胞工程的应用
1．植物繁殖的新途径
2．作物新品种的培育
3．细胞产物的工厂化生产
(1)次生代谢物：是一类______有机化合物，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
(2)细胞产物的工厂化生产：人们利用____________来获得目标产物的过程。
(3)植物细胞培养：是指在____条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其____的技术。
小分子
植物细胞培养
离体
增殖
1．菊花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　P37“探究·实践”)
提示：培养基中生长素用量和细胞分裂素用量的比值偏低。
2．“番茄－马铃薯”杂种植株并未地上结番茄，地下长马铃薯，其原因是什么？(选择性必修3　P38“拓展应用”)
提示：“番茄－马铃薯”杂种植株的细胞含有两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄，地下长马铃薯了。
3．传统生产紫杉醇的方法不利于对野生红豆杉的保护，我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞。请简要表述工业化生产紫杉醇的方法。(选择性必修3　P41“文字信息”)
提示：利用植物组织培养技术把离体的红豆杉细胞培养成愈伤组织，从中提取紫杉醇，进行加工生产。
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．单倍体植株是进行体细胞诱变和研究遗传突变的理想材料，其原因在于___________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现
1．单倍体植株是进行体细胞诱变和研究遗传突变的理想材料，其原因在于___________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现
1．生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响
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
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．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。
2．花椰菜(2n＝18)对黑腐病无抗性，黑芥(2n＝16)为花椰菜近缘野生种，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种子下胚轴原生质体融合，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，结果如表所示。
根据表中数据，解释杂合新植株甲染色体数目的可能形成原因。
提示：杂合新植株甲发生了两个以上的细胞融合，同时细胞发生了染色体丢失。
植株 花椰菜 黑芥 杂合新 植株甲 杂合新 植株乙 杂合新
植株丙
染色体数/条 18 16 58 34 19
考向1植物组织培养过程分析
1．(2023·广东惠州联考)以四倍体(基因型为AAaa)植株的花药为外植体经植物组织培养获得植株的过程如图所示，下列相关叙述正确的是(　　)
A．①②③过程要进行严格的灭菌处理
B．秋水仙素作用于细胞分裂间期抑制纺锤体的形成
C．②③过程不需要更换培养基
D．经④过程形成的植株中纯合子占1/3
D　[②③过程要进行严格的灭菌处理，防止杂菌污染，①过程只需消毒，A错误；秋水仙素作用于细胞分裂前期抑制纺锤体的形成，B错误；②过程为脱分化，③过程为再分化，两过程中两种激素的比例不同且培养过程会产生代谢废物以及营养消耗等，故②③过程需要更换培养基，C错误；基因型为AAaa的四倍体，会产生AA、aa、Aa三种配子，其比例为AA∶aa∶Aa＝1∶1∶4，因此经④过程形成的植株中纯合子占 1/3，D正确。]
2．(2022·广东深圳联考)人参是名贵的中药材，但长期以来，由于过度采挖，野生人参濒临灭绝。研究人员利用植物组织培养技术，实现了人参的快速繁殖(如图)。下列叙述错误的是(　　)
A．同一株人参不同根细胞经培养获得的新的人参植株的基因型相同
B．①号培养瓶使用液体培养基且可用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞
C．②③号培养瓶中的培养液成分中植物生长调节剂的比例有所不同
D．利用射线等诱变因素处理②中的细胞团并进一步培养可获得突变体
B　[同一株人参不同根细胞中具有发育成完整植株的全套遗传信息，同一株人参不同根细胞经培养获得的新的人参植株的基因型相同，A正确；根据悬浮培养可知，①号培养瓶使用液体培养基，主要是为了培养细胞，但将植物细胞分散成单个细胞不能使用胰蛋白酶处理，B错误；②号培养瓶是为了让单细胞脱分化，③号培养瓶是为了再分化，②和③中生长素与细胞分裂素的比例不同，C正确；②号培养瓶中细胞团为愈伤组织，其分裂旺盛，DNA复制过程中易受到射线、化学物质等诱变而发生基因突变，因此对经诱变处理的愈伤组织进行培养，可获得突变体，D正确。]
考向2考查植物体细胞杂交技术
3．(2023·广东广州联考)为培育富含β-胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出了利用植物体细胞杂交技术，将玉米细胞和水稻细胞融合为杂种细胞，其方案如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．步骤①需要使用纤维素酶和果胶酶处理以获得原生质体
B．通过步骤②处理后得到的两两融合原生质体类型可能有3种
C．步骤③中细胞再生细胞壁后转移到悬浮液中培养获得愈伤组织
D．诱导愈伤组织一般不需要光照，而幼苗的培育过程需要光照
C　[过程①是获得植物细胞的原生质体，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，A正确；过程②中常用PEG诱导原生质体融合，若只考虑两两融合的情况，则步骤②处理后得到的融合原生质体类型可能有3种，B正确；步骤③中细胞再生细胞壁后转移到固体培养基中培养获得愈伤组织，C错误；诱导愈伤组织一般不需要光照，而幼苗的培育过程需要光照，因为叶绿素的合成需要光照，D正确。]
(教师用书独具)
(2022·山东临沂三模)紫罗兰花色丰富、抗虫性强、种子富含亚麻酸。为了让油菜具有紫罗兰的诸多优良性状，科研人员进行了如图所示实验。下列叙述错误的是(　　)
A．制备原生质体需将植物组织切块用含纤维素酶和果胶酶的较高渗透压溶液处理
B．细胞融合依赖生物膜的流动性，获得的融合原生质体需放在无菌水中以防杂菌污染
C．由愈伤组织到杂种植株培养过程中，需调整生长素与细胞分裂素比例以诱导根、芽分化
D．获得杂种植株后，可借助抗原—抗体杂交、病虫感染实验进行新性状表达的鉴定
B　[用酶解法制备原生质体时，需先用较高渗透压的溶液处理植物细胞，使细胞失水，处于微弱的质壁分离状态，然后用纤维素酶和果胶酶消化去除细胞壁，获得原生质体，A正确；细胞融合依赖于生物膜的流动性，但获得的原生质体不能放在无菌水中，以防原生质体吸水涨破，B错误；由愈伤组织到杂种植株培养过程中，需调整生长素与细胞分裂素比例以诱导根、芽分化，其中诱导根分化时生长素与细胞分裂素的比例较高，而诱导芽分化时两者比例较低，C正确；获得杂种植株后，可借助抗原—抗体杂交、病虫感染实验进行新性状表达的鉴定，其中前者属于分子水平的鉴定，后者属于个体生物学水平的鉴定，D正确。]
考向3考查植物细胞工程的应用
4．(2023·广东深圳检测)草莓是以母株形成的匍匐茎作为子苗进行繁殖的，容易受到病毒侵袭，造成严重的品种退化。培育脱毒苗，是防治草莓病毒病的根本对策。下图是利用植物组织培养技术获得脱毒苗的基本过程。下列相关叙述错误的是(　　)
A．外植体往往选择草莓匍匐茎的茎尖
B．X是有特定结构和功能的薄壁组织团块
C．生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例会影响脱分化和再分化
D．若要获得突变体，一般用诱变因素处理X而非外植体
B　[植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，因此以其为外植体进行组织培养可以获得脱毒苗，A正确；生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例会影响脱分化和再分化，C正确；外植体经脱分化失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块，即愈伤组织，愈伤组织具有较强的增殖能力，适宜用诱变因素处理获得突变体，B错误、D正确。]
(教师用书独具)
(2022·山东德州二模)紫草宁是从紫草细胞中提取的一种色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。科研人员利用紫草外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中进行悬浮培养，以获得更多的紫草宁。下列说法不正确的是(　　)
A．外植体细胞经诱导后基因选择性表达，形成愈伤组织
B．需要将愈伤组织分散成单个细胞后再进行悬浮培养
C．需要在培养液中加入大量蔗糖以提供植物细胞所需的能量
D．悬浮培养可增加细胞与营养物质的接触面积，有利于细胞生长
C　[外植体经过诱导发生脱分化过程，形成愈伤组织，其实质是基因的选择性表达，A正确；由于需要在液体培养基中培养，所以需要将愈伤组织分散成单个细胞后再进行悬浮培养，B正确；在悬浮培养过程中，蔗糖的主要作用是维持渗透压，但需适量，C错误；悬浮培养可增加细胞与培养液的接触面积，有利于细胞生长，D正确。]
一、动物细胞培养
1．原理：________。
2．地位：动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞核移植、____________等，其中____________是动物细胞工程的基础。
细胞增殖
动物细胞融合
动物细胞培养
考点2　动物细胞培养
3．培养条件
(1)营养：除糖类、氨基酸、无机盐和维生素等细胞所需的营养物质外，通常还需加入 等一些天然成分。
(2)无菌、无毒的环境：对培养液和所有培养用具进行 处理以及在无菌环境下进行操作。培养液需 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。
血清
灭菌
定期更换
(3)温度、pH和渗透压：哺乳动物细胞培养的温度多以(36.5±0.5) ℃为宜，多数动物细胞生存的适宜pH为 ，此外，渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。
(4)气体环境：95%空气＋ (维持培养液的pH)。
7.2～7.4
5%CO2
4．过程
(1)体外培养的动物细胞的类型
①一类细胞能够____在培养液中生长增殖；
②另一类则需要____于某些基质表面才能生长增殖，而且还会发生________现象，从而使细胞停止分裂增殖。
悬浮
贴附
接触抑制
(2)过程
胰蛋白酶、
胶原蛋白酶
二、干细胞培养及其应用
　　　　
任何一种类型
成体
神经干细胞
特定的细胞或组织
胚胎干细胞
1．进行动物传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，可以用胃蛋白酶替代胰蛋白酶吗？说明原因。(选择性必修3　P44“旁栏思考”)
提示：不可以，胃蛋白酶作用的适宜pH约为1.5，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失活。胰蛋白酶作用的适宜pH为7.2～8.4。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中失活，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适宜用于细胞培养时分散细胞。
2．若将病人的皮肤成纤维细胞诱导成iPS细胞，再使它转化为需要的细胞，用这些细胞给病人治病，不会产生免疫排斥反应，尝试解释其中的原因。(选择性必修3　P46“文字信息”)
提示：因为iPS细胞来源于病人自身的体细胞。
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淋巴细胞也能被诱导为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．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．动物细胞悬浮培养时，分裂受阻的原因有___________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素
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
培养前处理 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
项目 动物细胞培养 植物组织培养
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
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．艾弗里在证明DNA是遗传物质的实验中，通过分别向不同实验组加入各类酶来确认“转化因子”的化学本质，利用了自变量控制的减法原理。参考此方法，如果要了解Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4基因在诱导iPS细胞时，每个基因作用的相对大小，该如何进行实验？请你给出实验设计的思路。
提示：依次去掉1个基因，将其他3个基因转入小鼠成纤维细胞中，通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较，来推测缺失的基因对诱导iPS细胞的影响，进而判断每个基因作用的相对大小。
考向1考查动物细胞培养的原理、过程等
1．(2023·广东汕头检测)小鼠的某种上皮细胞与某种淋巴细胞体外培养时，细胞周期基本相同，但上皮细胞在培养时，呈现扁平不规则多角形，且粘附在培养瓶内壁上，而该淋巴细胞则常常悬浮在培养液中。下列有关叙述正确的是(　　)
A．使用合成培养基培养动物细胞通常不添加天然成分
B．培养基内加入适量的抗生素可以形成无病毒的培养环境
C．培养消化道上皮细胞更易观察判断细胞是否具有接触抑制现象
D．相同次数分瓶培养所获得的两者细胞数目完全相同
C　[动物细胞培养应在无毒、无菌的环境下进行，由合成培养基提供各种营养成分，但通常还需要添加血清等天然成分，A错误；抗生素具有抑菌或杀菌作用，但对病毒无用，培养基内加入适量的抗生素不能形成无病毒的培养环境，B错误；消化道上皮细胞是单层柱状上皮细胞，培养消化道上皮细胞更易观察判断细胞是否具有接触抑制现象，C正确；细胞培养时会出现贴壁生长和接触抑制现象，如果要传代培养，就应该用胰蛋白酶处理分散成单个细胞后分瓶培养，相同次数分瓶培养所获得的两者细胞数目不一定相同，D错误。]
2．(2023·广东惠州质检)如图是血清对正常细胞和癌细胞增殖的影响，血清中含有促生长因子，是促进细胞增殖的信号分子。据图分析，下列说法正确的是(　　)
A．血清对正常细胞的增殖无明显作用
B．血清对癌细胞的增殖具有显著影响
C．正常细胞具有促生长因子的受体
D．癌细胞不具有促生长因子的受体
C　[由图可知，正常细胞在有血清和无血清培养时，同一培养时间下细胞数目明显不同，且有血清培养时，细胞数目明显更多，说明血清对正常细胞的增殖有明显作用，A错误；癌细胞在有血清和无血清培养时，同一培养时间下细胞数目相差不大，说明血清对癌细胞的增殖影响不大，B错误；由图可知，相比在无血清的条件下培养，正常细胞在有血清的条件下培养时，同一培养时间下细胞数目增加比较多，结合血清中含有促生长因子，可知正常细胞具有促生长因子的受体，C正确；由图可知，相比在无血清的条件下培养，癌细胞在有血清的条件下培养时，同一培养时间下细胞数目更多一些，结合血清中含有促生长因子，可知癌细胞具有促生长因子的受体，D错误。]
考向2考查干细胞及其应用
3．(2022·湖北武汉模拟)我国科学家将小鼠孤雌单倍体胚胎干细胞和大鼠孤雄单倍体胚胎干细胞进行融合，获得异种杂合二倍体胚胎干细胞(AdESCs)，并通过胚胎移植产生全为雌性个体的子代，技术路线如图。下列分析正确的是(　　)
A．单倍体胚胎干细胞可来自单倍体囊胚中的任何一个细胞
B．体外培养AdESCs时需在培养液中添加动物血清和干扰素等
C．子代全为雌性的原因可能是含Y染色体的胚胎干细胞致死
D．实验结果说明了小鼠与大鼠之间不存在生殖隔离
C　[单倍体胚胎干细胞可来自单倍体囊胚中的内细胞团细胞，但不能来自囊胚中的滋养层细胞，A错误；体外培养AdESCs时需向培养液中添加动物血清等天然物质，以满足动物细胞对特殊营养物质的需求，但是不需要加入干扰素，B错误；根据题意，子代实际为精子和卵细胞的融合体，可能为XX，也可能为XY，子代全为雌性的原因可能是含Y染色体的胚胎干细胞致死，C正确；生殖隔离是指两个类群之间在自然条件下不交配，或者即使能交配也不能产生后代或不能产生可育后代，题中所述技术不能说明大鼠和小鼠之间不存在生殖隔离，D错误。]
(教师用书独具)
(2022·辽宁鞍山二模)人脐带间充质干细胞(hUCMSCs)广泛应用于神经系统、心血管系统和骨骼肌、皮肤创面的再生和修复。科研人员采用不同浓度血清培养hUCMSCs，48 h后收集各组上清液，培养角膜上皮细胞(HCEcs)过程及结果如表。下列叙述错误的是(　　)
实验步骤 A组 B组 C组 D组
配制不同浓度的血清 1% 3% 5% 10%
培养hUCMSCs细胞48 h后，取上清液 进行 进行 进行 进行
用上清液培养HCEcs 进行 进行 进行 进行
24 h后测吸光度(数值越大代表活细胞数目越多) 0.67 0.68 0.52 0.48
A．本实验目的是探究培养HCEcs的最适血清浓度
B．用胰蛋白酶处理使HCEcs分散以检测吸光度
C．血清浓度较低时有利于获得更多的HCEcs
D．人脐带间充质干细胞可能是一种全能干细胞
D　[据题意可知，培养HCEcs时不是直接用血清，但用的是不同浓度血清培养hUCMSCs细胞48 h后得到的上清液，故也可以说明本实验目的是探究培养HCEcs的最适血清浓度，A正确；为检测HCEcs吸光度，可利用胰蛋白酶处理使HCEcs分散成单个细胞，B正确；由表格数据可知，血清浓度较低时，吸光度数值更大，HCEcs数目越多，故血清浓度较低时有利于获得更多的HCEcs，C正确；人脐带间充质干细胞(hUCMSCs)广泛应用于神经系统、心血管系统和骨骼肌、皮肤创面的再生和修复，故属于多能干细胞，D错误。]
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____细胞的技术。
2．方法：PEG融合法、电融合法和______________等。
3．原理：______________。
4．结果：形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为________。
一个
灭活病毒诱导法
细胞膜的流动性
杂交细胞
考点3　动物细胞融合技术与单克隆抗体
5．意义：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能；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，为制造__________开辟了新途径。
单克隆抗体
二、单克隆抗体及其应用
1．制备原理：一个B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体，B淋巴细胞在体外____(填“能”或“不能”)无限增殖；骨髓瘤细胞能________；B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到的杂交瘤细胞，既能迅速大量繁殖，又能______________________。
不能
无限增殖
产生足够数量的特定抗体
2．制备过程
　　　　　　　　　　　　　　
特定的抗原
B　
选择培养基
未融合
同种核
杂交瘤
B淋巴
细胞培养液
腹水
阳性
大量增殖
抗体
克隆化培养
抗体
所需抗体
特定抗原
检测
1．19世纪30年代，科学家发现患肺结核、天花和麻疹等疾病的病人的病理组织中存在多核细胞，这些多核细胞的来源可能是什么？(选择性必修3　P49“旁栏思考”)
提示：患者体内的病毒直接诱导多个细胞融合而形成多核细胞。
2．ADC的抗体和药物各具有什么作用？(选择性必修3　P50“思考·讨论”)
提示：抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞；药物发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。
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淋巴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淋巴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膜的流动性。 ( )
6．抗体—药物偶联物(ADC)通常由抗体、接头、药物(如细胞毒素)三部分组成。 ( )
√
√
√
1．灭活病毒诱导细胞融合的原理是___________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：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．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．比较植物体细胞杂交和动物细胞融合
项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合
原理 细胞膜的流动性、细胞的全能性 细胞膜的流动性、细胞增殖
融合前处理 除去细胞壁 使细胞分散开
项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合
相关酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶或胶原蛋白酶
诱导方法 物理法：电融合法、离心法； 化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法 物理法：电融合法；
化学法：聚乙二醇(PEG)融合法；
生物法：灭活病毒诱导法
项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合
结果 杂种植株 杂交细胞
应用 培育植物新品种 主要用于制备单克隆抗体
意义 克服远缘杂交不亲和的障碍。培育植物新品种 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。制备单克隆抗体
相同点 动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法相似 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．双特异性抗体是指一个抗体分子可以与两个不同抗原或同一抗原的两个不同抗原表位相结合，目前最常利用杂交瘤杂交法来制备。长春花是原产于非洲东海岸的野生花卉，其所含的长春碱具有良好的抗肿瘤作用。如图是科研人员通过杂交—杂交瘤细胞技术(免疫的B淋巴细胞和杂交瘤细胞杂交技术)生产能同时识别癌胚抗原和长春碱的双特异性单克隆抗体的部分过程。
根据所学知识，用箭头和文字写出图中获取单克隆杂交—杂交瘤细胞的生产过程。
提示：将获得的B淋巴细胞与单克隆杂交瘤细胞融合→在选择培养基上筛选出杂交→杂交瘤细胞→克隆化培养、抗体检测筛选出单克隆杂交→杂交瘤细胞。
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·山东济南模拟预测)将一个具有两个野生型基因(A＋、B＋)的人体细胞和一个具有两个隐性突变基因(A－、B－)小鼠细胞诱导融合，筛选得到的杂种细胞在传代培养过程中，人体细胞中的某条染色体会发生丢失现象，小鼠的染色体不丢失。最终通过检测基因产物，确定基因A＋、B＋是否位于一条染色体上。下列说法正确的是(　　)
A．杂种细胞传代培养需要添加激素及血清等天然成分的选择培养液
B．诱导融合后的细胞具有两种细胞的遗传物质并发生了基因重组
C．如果子细胞中只出现(A＋、B＋)和(A－、B－)所表达的基因产物，说明基因A＋、B＋在同一条染色体上
D．如果子代细胞出现(A＋、B－)、(A－、B＋)、(A＋、B＋)和(A－、B－)等所表达的全部基因产物，说明A＋、B＋位于两条染色体上
C　[杂种细胞传代培养需要添加激素及血清等天然成分的完全培养液，A错误；诱导融合后的细胞具有两种细胞的遗传物质，属于染色体变异，B错误；由题可知，子细胞中只出现(A＋、B＋)和(A－、B－)基因所表达的产物，而不是单独出现A＋或者B＋ 所表达的产物，说明基因A＋、B＋在同一条染色体上，C正确；如果子代细胞出现(A＋、B－)、(A－、B＋)、(A＋、B＋)和(A－、B－)等所表达的全部基因产物，可能A＋、B＋位于一条染色体上，不能排除在染色体之间发生了结构变异的可能性，D错误。]
考向2考查单克隆抗体的制备
2．(2023·广东肇庆期末)抗PD-L1单克隆抗体能与肿瘤细胞膜表面的PD-L1特异性结合，因而具有治疗某些癌症的作用。下图表示制备抗PD-L1单克隆抗体的流程。下列叙述不正确的是(　　)
A．分离B淋巴细胞前，需要对小鼠注射PD-L1
B．经PEG诱导后融合的细胞即为杂交瘤细胞
C．图中细胞群a～d既能大量增殖，又能产生抗体
D．图中细胞群a可用于大规模培养，生产抗PD-L1单克隆抗体
B　[在分离B淋巴细胞前，需要对小鼠注射PD-L1进行免疫，产生已免疫的B淋巴细胞，A正确；经PEG诱导后融合的细胞，有同种细胞融合的细胞，不是杂交瘤细胞，B错误；图中细胞群a～d表示杂交瘤细胞，既能大量繁殖，又能产生抗体，C正确；图中细胞群a能产生抗PD-L1抗体，可扩大化培养生产抗PD-L1单克隆抗体，D正确。]
(教师用书独具)
(2020·全国卷Ⅰ)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。
回答下列问题：
(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是__________________________________。
(2)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于________，使用该培养基进行细胞培养的结果是________________________。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是________________。
(4)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，可采用的方法有____________________________(答出两点即可)。
[解析]　(1)实验前给小鼠甲注射病毒A，其目的是刺激机体发生免疫反应，从而产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。(2)制备单细胞悬液的主要实验步骤：从健康动物体内取出组织块，剪碎，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间，这样组织就会分散成单个细胞，然后用培养液将分散的细胞稀释制成单细胞悬液。(3)图中筛选1采用特定的选择培养基，在该培养基上，未融合的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(杂交瘤细胞)才能
生存。图中筛选2含多次筛选，利用抗原与抗体特异性结合的原理，就可获得能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。(4)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，可将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养，或注射到小鼠腹腔内增殖。
[答案]　(1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞　(2)取小鼠甲的脾脏剪碎，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)选择培养基　只有杂交瘤细胞能够生存　抗原与抗体的反应具有特异性　(4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外培养
一、概念、原理及类型
　　　　
细胞核
去核的卵母
细胞
动物细胞核
胚胎细胞
体细胞
考点4　动物体细胞核移植技术和克隆动物
二、体细胞核移植的过程
　　
MⅡ期
显微
重构
操作
胚
三、应用前景和存在的问题
前景 畜牧业 加速家畜________进程、促进优良畜群繁育
保护濒危物种 医药卫生 ①作为__________生产医用蛋白；
②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植；
③人核移植__________，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，可用于器官移植
遗传改良
生物反应器
胚胎干细胞
问题 成功率______
绝大多数克隆动物存在健康问题，许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷
非常低
1．“图2－18”中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　P53“图2－18”)
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。
2．体细胞核移植技术与诱导iPS细胞相比，有何相似或不同之处？(选择性必修3　P54“思考·讨论”)
提示：相似之处：后代能够表现出细胞核含有的遗传性状；不同之处：体细胞核移植没有人为改变遗传物质，而诱导iPS细胞，则人为改变了某些基因。
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。 ( )
6．动物体细胞核移植过程中，从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞，可直接用于实验。 ( )
提示：采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养到MⅡ期才可使用。
×
√
×
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．非人灵长类动物的体细胞核移植比其他动物更为困难，原因之一是灵长类动物的克隆胚胎发育差。为解决该问题，研究人员将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理它。根据所学知识推测，这两种物质发挥作用的机制是_________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程
有关核移植的分析
1．核移植时应选MⅡ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。
2．克隆动物的重组细胞的细胞质基因来源于受体细胞，细胞核基因来源于提供细胞核的亲本，其遗传物质来自2个亲本。
3．克隆动物绝大部分性状与供体动物相同，少数性状与提供卵母细胞的动物相同，与代孕动物的性状无遗传关系。
4．动物体细胞核移植技术(克隆)从生殖方式的角度看属于无性生殖，重构胚相当于受精卵，需要动物细胞培养和胚胎工程技术的支持。
5．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。
6．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。
7．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，获得了Z症猕猴。由此技术获得的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．为了探究蛋白酶抑制剂MG-132在高产奶牛核移植过程中的作用，研究人员在核移植整个过程中添加5 μmol·L-1MG-132，操作结束后再进行激活，实验结果如表。
MG-132添加 核移植细胞个数 卵裂率 桑葚胚率 囊胚率
－：不添加 50 35/50 25/35 7/25
＋：添加 50 37/50 29/37 11/29
注：同列数据之间差值<0.05表示差异不显著，>0.05表示差异显著。
分析表中数据，表述该实验的结论。
结论：_____________________________________________________　
__________________________________________________________
提示：蛋白酶抑制剂MG-132对核移植细胞的卵裂率无显著影响，但可以显著提高核移植细胞的桑葚胚率和囊胚率。
考向 考查动物体细胞核移植和克隆动物
1．(2022·辽宁沈阳三模)由于胚胎发育率低，导致非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难。我国科学家经过反复实验，于2017年成功培育出了体细胞克隆猴，流程如图。下列叙述不正确的是(　　)
A．该过程应用了动物细胞培养、动物细胞融合和胚胎移植等技术
B．体细胞克隆猴的线粒体DNA完全来自提供卵母细胞的母猴
C．灭活的仙台病毒具备感染能力和抗原结构
D．重构胚中组蛋白的甲基化水平降低、乙酰化水平升高可能会提高胚胎发育率
B　[图示过程为体细胞克隆猴过程，该过程中应用了动物细胞培养(卵母细胞等的培养)、动物细胞融合(去核卵母细胞与成纤维细胞融合)和胚胎移植等技术，A正确；体细胞克隆猴是由去核卵母细胞和成纤维细胞融合而成的，故体细胞克隆猴的线粒体DNA来自提供卵母细胞的母猴和成纤维细胞，B错误；灭活的仙台病毒可以诱导动物细胞融合，故灭活的仙台病毒具备感染能力和抗原结构，C正确；需要先将重构胚中组蛋白mRNA去甲基化、组蛋白加入脱乙酰酶抑制剂，再移入代孕母猴体内，故推测重构胚中组蛋白的甲基化水平降低、乙酰化水平升高可能会提高胚胎发育率，D正确。]
2．(2021·湖南选择性考试)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：
(1)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苷酸之间的________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________________________
__________________________________________________________。
(3)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要用到限制性内切核酸酶，即限制酶，限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷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，要定时更换培养液，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。(3)动物细胞核移植分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植，其中体细胞核移植由于动物体细胞分化程度高，因此恢复其全能性十分困难。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，即可以分化成动物体内任何一种组织细胞。(4)在进行单克隆抗体制备时，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—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(抗原—抗体特异性结合的现象)，若有则说明M基因不失活，否则说明M基因失活。
[答案]　(1)限制酶(或限制性内切核酸酶)　磷酸二酯键　(2)清除代谢物，防止细胞代谢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—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
考点5　胚胎工程的理论基础
研读教材　夯实必备知识
内化知识　提升素养能力
瞄准高考　强化迁移应用
05
一、胚胎工程的概念
胚胎工程是指对________、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。胚胎工程技术包括体外受精、________和胚胎分割等。
生殖细胞
胚胎移植
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：在自然条件下，哺乳动物的受精在______内完成。
输卵管
3．阶段
(1)受精前的准备阶段
MⅡ期
受精能力
(2)受精阶段
　　
卵细胞膜
第二极体后
雌原核
三、胚胎早期发育
　　　　
有丝
分裂
并不增加
全能细胞
胎儿的各种组织
胎盘和胎膜
1．要对移植的早期胚胎进行性别鉴定，通常取滋养层的细胞，尝试解释其中的原因。(选择性必修3　P58“文字信息”)
提示：滋养层细胞与内细胞团细胞染色体组成相同，且不损伤胚胎。
2．结合几种动物受精发育及其进入子宫的时间表，若将体外培养的小牛胚胎移植到母牛子宫时，应选择至少发育到什么阶段的胚胎？(选择性必修3　P59“思考·讨论”)
提示：牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8～16细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
1．将精子培养在人工配制的获能液中可使其获能。 ( )
2．动物排出的卵子成熟程度不同，如猪、羊排出的是初级卵母细胞。 ( )
提示：马、犬等排出的是初级卵母细胞，猪、羊排出的卵子是次级卵母细胞。
3．多数哺乳动物的第一极体不进行减数分裂Ⅱ。 ( )
√
×
√
4．受精时，精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。 ( )
5．卵裂时，细胞的数量不断增加，胚胎的总体积也不断增加。 ( )
提示：卵裂时，细胞的数量不断增加，胚胎的总体积并不增加。
6．胚胎干细胞是一类未分化的细胞，可以从早期胚胎中分离获得。 ( )
7．聚集在囊胚一端的细胞形成内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。 ( )
√
×
√
√
1．实际胚胎工程操作中，受精的标志为______________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：观察到两个极体或者雌、雄原核
2．若将外源基因导入小鼠受精卵，则外源基因可能随机插入小鼠受精卵DNA中。这种受精卵有的可发育成转基因小鼠，有的却死亡。请分析因外源基因插入导致受精卵死亡的最可能的原因：________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：外源基因的插入使受精卵内生命活动必需的某些基因不能正常表达
1．受精作用
(1)刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数分裂Ⅰ，需要进一步成熟，直到减数分裂Ⅱ的中期才能与精子结合完成受精过程，这一过程是在输卵管内完成的。
(2)受精的标志是在透明带和卵细胞膜之间观察到两个极体，而受精过程完成的标志是雌、雄原核的融合。
2．卵裂胚胎发育过程中物质和体积变化的规律
(1)有机物：胚胎没有和母体建立联系，没有从母体获取有机物，而胚胎一直呼吸消耗，有机物总量减少。
(2)细胞数目和体积：胚胎总体积并不增加，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。
(3)细胞中DNA含量：伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中核DNA含量保持相对稳定。
子宫内膜异位症是指有活性的子宫内膜细胞种植在子宫内膜以外的位置而形成的一种常见妇科疾病，常伴有不孕等症状，且患者腹腔液中含有较高浓度的白细胞介素(IL)。为探明该类不孕症患者的不孕症状是否与其腹腔液中存在的IL有关，科研人员用含重组小鼠白细胞介素IL-1β的培养液混合培养小鼠的精子和卵母细胞，并观察受精情况，得到如图所示的实验结果。
据图，写出IL-1β对小鼠卵母细胞受精的影响。若要继续研究IL-1β对小鼠不同发育时期的早期胚胎发育的影响，写出其实验思路。
实验思路：_________________________________________________　
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
提示：IL-1β能抑制小鼠卵母细胞受精，浓度为30 ng·mL-1的IL-1β的抑制作用最明显；利用上述培养液培养小鼠不同发育时期的早期胚胎，观察并统计胚胎的发育情况。
考向 考查体内受精及胚胎早期发育的过程分析
1．(2022·天津南开一模)小鼠克隆胚胎着床后胎盘发育显著异常可能是与克隆胚胎中H3K27me3 印记基因过度表达有关，H3K27me3印记基因敲除极大提高了体细胞克隆的成功率。H3K27me3 印记基因敲除的实验组克隆小鼠的体重与受精卵来源的小鼠一致，而对照组克隆小鼠的体重显著高于受精卵来源的小鼠；实验组克隆小鼠的胎盘直径和重量也显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致。下列相关分析错误的是(　　)
A．克隆胚胎过大可能是克隆胚胎着床后成活率低的原因
B．克隆胚胎过大的原因可能是克隆胚胎的胎盘过大
C．H3K27me3印记基因过度表达抑制胎盘的发育
D．H3K27me3印记基因的表达产物可能影响早期胚胎滋养层细胞的发育
C　[克隆小鼠的体重显著高于受精卵来源的小鼠，故克隆胚胎过大可能是克隆胚胎着床后成活率低的原因，A正确；实验组克隆小鼠的胎盘直径和重量显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致，说明克隆胚胎过大的原因可能是克隆胚胎的胎盘过大，B正确；H3K27me3印记基因敲除的实验组，克隆小鼠的胎盘直径和重量显著低于对照组克隆小鼠，而与受精卵来源的小鼠一致，说明H3K27me3印记基因可促进胎盘的发育，C错误；H3K27me3印记基因可影响胎盘的发育，而胎盘是由滋养层细胞发育而来的，故其表达产物可能影响早期胚胎滋养层细胞的发育，D正确。]
2．大千世界，无奇不有，澳大利亚布里斯班一对现年4岁的小姐弟，被确认为全球历来第二对半同卵双胞胎。该对半同卵双胞胎的受精及胚胎发育过程如图所示。
　
图1　　　图2　　　　图3　　　图4
(1)图1表示该异常胚胎的受精过程，此时卵母细胞发育到哪一个阶段？__________________________。该卵母细胞与2个精子受精，这种情况极其罕见，因为机体具有两道防止多精入卵受精的屏障，包括______________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(2)图2细胞中包含3个原核，为____________________(填原核数量和名称)，正常情况下，这种受精卵无法正常发育。但是，该受精卵在母体内神奇的恢复了正常分裂，如图3所示。此时受精卵形成了3极纺锤体，并最终分裂成3个合子(图4)。其中一个合子由1个父系染色体组和1个母系染色体组组成，则另外两个合子的染色体组为__________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________。
从染色体组成角度推测这3个合子的发育结果。包含1个父系染色体组和1个母系染色体组的两个合子正常发育、而仅包含两个父系染色体组的合子发育失败。最终该名母亲成功诞下两名性别不同的婴儿，这两名婴儿的染色体组中，来源于母系的染色体________，来源于父系的染色体________(填“相同”“不相同”或“无法确定”)。
(3)胚胎工程的实施建立在对哺乳动物的体内受精和早期胚胎发育的规律基础之上。胚胎工程是对____________________进行的多种显微操作和处理技术，如________________________ (答出两项即可)等技术。
[解析]　(1)卵母细胞只有发育到减数分裂Ⅱ中期才能参与受精，分析图1可知，着丝粒分裂，染色单体分离拉向两极，故此时卵母细胞发育到减数分裂Ⅱ后期。机体具有两道防止多精入卵受精的屏障，包括透明带反应和卵细胞膜反应。(2)据图1可知，这个异常受精卵是由卵母细胞与2个精子受精，故图2细胞中的3个原核包括1个雌原核和2个雄原核。由图3分析可知，此时受精卵形成了3极纺锤体，并最终分裂成3个合子(图4)，其中一个合子由1个父系染色体组和1个母系染色体组组成，则另外两个合子的染色体组为1个父系染色体组
和1个母系染色体组，以及两个父系染色体组。包含1个父系染色体组和1个母系染色体组的两个合子正常发育，最终该名母亲成功诞下两名性别不同的婴儿，这两名婴儿来自同一个卵细胞，故来源于母系的染色体相同，这两名婴儿来自不同的精子，且性别不同，说明来源于父系的染色体不相同。(3)胚胎工程是对生殖细胞、受精卵或早期胚胎进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。
[答案]　(1)减数分裂Ⅱ的后期　透明带反应和卵细胞膜反应　(2)1个雌原核和2个雄原核　1个父系染色体组和1个母系染色体组，以及两个父系染色体组　相同　不相同　(3)生殖细胞、受精卵或早期胚胎　胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养
考点6　胚胎工程技术及其应用
研读教材　夯实必备知识
内化知识　提升素养能力
瞄准高考　强化迁移应用
06
一、体外受精
1．过程
卵母细胞的采集(培养至______期)
↓
精子的获取(要在体外进行____处理)
↓
受精
MⅡ
获能
2．意义：体外受精技术是提高动物________的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。
二、胚胎移植
1．概念：指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到____的、________相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
繁殖能力
同种
生理状态
2．过程
　　　
超数排卵
人工授精
同期
发情
妊娠
三、胚胎分割
1．材料：发育良好、形态正常的____________。
2．实质：胚胎分割可增加动物后代的数量，其实质是________，即克隆。
3．分割要求：在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将________均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
桑葚胚或囊胚
无性繁殖
内细胞团
4．意义：促进优良动物品种的繁殖，产生的遗传性状____的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；胚胎移植前进行________、__________等，对于人工控制________、动物繁育健康后代具有重要意义。
相同
性别鉴定
遗传病筛查
动物性别
1．若一次给受体母牛移入多个体外受精的多个胚胎，产生的后代基因型相同吗？并说明理由。(选择性必修3　P61“图2－23”)
提示：不一定相同，因为这些胚胎可能由不同的受精卵发育而来。
2．对发育到囊胚期的牛胚胎进行二分胚分割时，要将内细胞团均等分割，原因是什么？(选择性必修3　P63“图2－25”)
提示：内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养层细胞，为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分发育能力强，少的部分发育受阻或不良，甚至不能发育等问题。
1．体外受精前需对采集到的卵母细胞和精子分别在体外进行成熟培养和获能处理。 ( )
2．移植给受体的胚胎仅通过体外受精技术获得。 ( )
提示：移植给受体的胚胎可通过转基因技术、核移植技术及体外受精技术等获得。
√
×
3．胚胎移植后，经受体孕育的后代，其遗传特性与供体保持一致。 ( )
4．在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。 ( )
5．超数排卵是应用外源雌激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 ( )
提示：超数排卵应用的外源激素为促性腺激素。
6．实践证明，胚胎分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小。 ( )
√
√
×
√
1．胚胎移植的实质是______________________________________
__________________________________________________________。
提示：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移
2．进行胚胎移植的优势是__________________________________
__________________________________________________________。
提示：可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
1．胚胎移植的生理学基础
2．列表比较试管动物与克隆动物
项目 试管动物 克隆动物
技术基础 体外受精、胚胎移植 核移植技术
生殖方式 有性生殖 无性生殖
遗传特性 具有双亲的遗传特性 主要与供体个体相同
意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期 加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等
相同点 二者均涉及早期胚胎培养、胚胎移植技术，其移植所选胚胎一般是桑葚胚或囊胚 3．胚胎移植的三个关键环节
(1)移植胚胎必须在原肠胚之前进行，但不能直接移植受精卵。
(3)胚胎移植的供体和受体必须是同种生物，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。
1．进行胚胎分割移植时，若胚胎分割份数越多，则移植成功率就越低，根据所学知识推测其原因。
提示：早期胚胎的体积很小，只有在显微镜下才能看到，其细胞数量也是有限的。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，而且囊胚胚胎的内细胞团所受的影响会越大。因此，分割的份数越多，技术的难度会越大，移植后恢复和发育的难度也越大，移植成功率自然会越低。
2．目前我国第三代试管婴儿技术已获突破，不但能解决部分不孕不育问题，还能在胚胎移植前对部分遗传病进行筛查，从而实现优生优育。若要从分子水平对胚胎进行性别鉴定，请写出鉴定的实验设计思路。
实验设计思路：_____________________________________________　
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
提示：若要对胚胎进行性别鉴定，可以从待测囊胚中取出滋养层细胞，提取DNA；然后用位于Y染色体上的性别决定基因(SRY基因)的一段碱基作引物，以提取得到的DNA(或滋养层细胞的DNA)为模板进行PCR扩增；最后与SRY特异性探针杂交，出现阳性反应者，胚胎为男性。
1
2
3
4
考向1考查体外受精
1．(2022·福建厦门高三模拟)科研人员利用如图所示的流程，将小鼠多能干细胞(PSC)诱导成为精子，并成功与卵细胞受精，得到正常后代。下列叙述正确的是(　　)
A．PSC诱导形成精子的过程中，不会发生细胞染色体数目的变化
B．步骤①只能加入一个分化出的精子，以避免多个精子和卵细胞融合
C．上述流程中利用了动物细胞培养、体外受精和胚胎移植等生物技术
D．通过上述流程，可避免生下患有白化病、红绿色盲等遗传病的后代
1
2
3
4
C　[小鼠多能干细胞(PSC)诱导成为精子，并成功与卵细胞受精，得到正常后代(染色体数目与体细胞相同)，说明诱导形成精子的过程中，会发生细胞染色体数目的减半，A错误；为保证受精的成功，步骤①可加入多个分化出的精子，因为卵细胞受精后会发生相应的变化避免多精入卵，B错误；上述流程中包含的技术手段有动物细胞培养、体外受精和胚胎移植等生物技术，C正确；题述流程，不能避免生下患有白化病、红绿色盲等遗传病的后代，因为白化病和红绿色盲均是单基因遗传病，题述流程中没有对胚胎进行基因检测，因而无法避免，D错误。]
1
2
3
4
2．下列关于小鼠体外受精及胚胎发育的叙述，不正确的是(　　)
A．小鼠在特定条件下饲养，注射相关激素有促进超数排卵的作用
B．将成熟的卵母细胞与新采集的精子同时放在获能液中培养利于受精
C．注射到小鼠囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育
D．分割的胚胎细胞有相同的遗传物质，发育成的个体也会有形态学差异
1
2
3
4
B　[小鼠在特定条件下饲养，注射相关激素(促性腺激素)有促进超数排卵的作用，A正确；将成熟的卵母细胞与获能后的精子同时放在获能液中培养利于受精，B错误；注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以分化形成各种组织，因此可以参与个体器官的发育，C正确；分割的胚胎细胞有相同的遗传物质，但生物的性状还受环境因素的影响，因此发育成的个体有形态学差异，D正确。]
1
2
3
4
考向2考查胚胎工程技术及其应用
3．(2023·广东佛山检测)精子载体法是以精子作为外源基因载体携带外源基因进入卵细胞，形成转基因动物的方法。某科研小组利用精子载体法将人的促卵泡激素(β-FSH)基因导入受精卵中形成转基因牛来生产促卵泡激素。下列有关说法错误的是(　　)
1
2
3
4
A．①过程中需将精子处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态
B．②过程的精子需要先在获能液或雌性生殖道中进行获能处理
C．③过程的早期胚胎需要发育到桑葚胚或原肠胚才能进行胚胎移植
D．④过程的代孕牛需要进行同期发情处理
1
2
3
4
C　[①过程表示将外源基因导入精子，需将精子处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，即成为感受态细胞，A正确；②过程表示受精作用，精子需要获能，可在获能液或雌性生殖道中进行获能处理，B正确；③过程的早期胚胎需要发育到桑葚胚或囊胚才能进行胚胎移植，C错误；过程④表示胚胎移植，进行胚胎移植时，要求受体和供体处于相同的生理状态，所以用相关激素对代孕母鼠进行同期发情处理，D正确。]
1
2
3
4
4．(2022·黑龙江哈尔滨三中模拟)随着二孩、三孩生育政策相继开放，越来越多的有生育意愿的人士尝试通过人类辅助生殖技术生育后代。试管婴儿技术是20世纪人类辅助生殖技术的杰作，目前我国每年约有30万名试管婴儿诞生。如图为试管婴儿的培育过程示意图。请据图并结合所学知识回答以下问题：
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
(2)有一对夫妻，丈夫正常，妻子(杂合子)患有常染色体单基因显性遗传病，在自然生育条件下，生出患病孩子概率是________。现在，这对夫妻欲通过试管婴儿技术生育一名健康孩子，可在胚胎植入母体前，对胚胎进行____________________，筛选出健康胚胎。检测过程中，需要利用PCR技术扩增取自胚胎细胞的DNA，PCR技术的前提是_________________________。
(3)胚胎在植入母体前可以进行染色体检查，请分析该项操作对人口优生的益处是________________；对性别比例的潜在影响是______________________________________________________。
[解析]　(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步骤。图示过程中，常使用促性腺激素来进行超数排卵。试管婴儿除了体外受精，还涉及的胚胎工程技术为早期胚胎培养、胚胎移植。(2)由题意可设母亲的基因型为Aa，父亲是正常人，基因型为aa，故在自然生育条件下，该夫妇的孩子的患病概率是50%，这对夫妻欲通过试管婴儿技术生育一名健康孩子，可在胚胎植入母体前，对胚胎进行遗传学诊断筛选出健康胚胎。PCR技术的前提是有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列设计引物。(3)胚胎在植入母体前可以进行染色体检查，可规避染色体病；但是也可能用于选择胎儿性别，导致性别比例失调。
1
2
3
4
[答案]　(1)卵母细胞的采集　精子的获取　促性腺　早期胚胎培养、胚胎移植　(2)50%　遗传学诊断(或基因检测)　有一段已知目的基因的核苷酸序列　(3)规避染色体病　可能用于选择胎儿性别(或“导致性别比例失调”)
1．核心概念
(1)(选择性必修3 P34)全能性：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)(选择性必修3 P35)脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，使已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程。
(3)(选择性必修3 P35)再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
(4)(选择性必修3 P44)细胞贴壁：细胞贴附在培养瓶的瓶壁上的现象。
(5)(选择性必修3 P44)接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖的现象。
(6)(选择性必修3 P45)原代培养和传代培养：动物组织经处理后的初次培养称为原代培养，将分瓶后的细胞培养称为传代培养。
(7)(选择性必修3 P52)动物细胞核移植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。
(8)(选择性必修3 P58)卵裂：胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
(9)(选择性必修3 P58)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的过程。
(10)(选择性必修3 P61)胚胎移植：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。　(11)(选择性必修3 P62)胚胎分割：指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．结论语句
(1)(选择性必修3 P34)在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，这是因为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。
(2)(选择性必修3 P37)在进行植物体细胞杂交之前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。
(3)(选择性必修3 P48)细胞融合技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。
(4)(选择性必修3 P49)杂交瘤细胞既能大量增殖，又能产生特定抗体。
(5)(选择性必修3 P52)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明显高于胚胎细胞核移植。
(6)(选择性必修3 P58)在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。
(7)(选择性必修3 P62)进行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。
(8)(选择性必修3 P62)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。
(9)(选择性必修3 P62)在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。
1
3
2
4
1．(2021·北京等级考)研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦(2n＝14)的优良性状导入普通小麦(2n＝42)中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉，10天后只发现两个杂种幼胚，将其离体培养，产生愈伤组织，进而获得含28条染色体的大量杂种植株。以下表述错误的是(　　)
A．簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离
B．培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化
C．杂种植株减数分裂时染色体能正常联会
D．杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株
真题体验·感悟高考
1
3
2
4
C　[正常情况下，簇毛麦与普通小麦之间不能杂交，在人工授粉条件下产生杂种胚的概率也很低，故二者之间存在生殖隔离，A正确；幼胚细胞经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织经过再分化形成胚状体或丛芽，从而得到完整植株，B正确；杂种植株细胞内由于没有同源染色体，故减数分裂时染色体无法正常联会，C错误；杂种植株的染色体加倍后能获得可育植株，D正确。]
2．(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(　　)
1
3
2
4
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
1
3
2
4
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；由于双抗是由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子经过解偶联后重新偶联形成的，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。]
1
3
2
4
3．(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
1
3
2
4
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。]
1
3
2
4
4．(2022·江苏选择性考试)下列关于动物细胞工程和胚胎工程的叙述正确的是(　　)
A．通常采用培养法或化学诱导法使精子获得能量后进行体外受精
B．哺乳动物体外受精后的早期胚胎培养不需要额外提供营养物质
C．克隆牛技术涉及体细胞核移植、动物细胞培养、胚胎移植等过程
D．将小鼠桑葚胚分割成2等份获得同卵双胎的过程属于有性生殖
1
3
2
4
C　[精子获能是获得受精的能力，不是获得能量，A错误；哺乳动物体外受精后的早期胚胎培养所需营养物质与体内基本相同，例如需要有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，还需加入血清等天然成分，B错误；克隆牛技术涉及体细胞核移植、动物细胞培养、胚胎移植等过程，C正确；胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法，D错误。]
1
3
2
4

展开更多......

收起↑