第32讲细胞工程.docx

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第32讲细胞工程

第32讲　细胞工程

最新考纲

全国卷考情

1.植物的组织培养（Ⅱ）

2.动物细胞培养与体细胞克隆（Ⅱ）

3.细胞融合与单克隆抗体（Ⅱ）

2018·全国卷Ⅲ（38）、2016·全国卷Ⅱ（40）

考点一　植物细胞工程

1.细胞工程

（1）操作水平：

细胞水平或细胞器水平。

（2）目的：

按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

2.植物细胞的全能性

（1）概念：

具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。

（2）原理：

细胞内含有本物种的全部遗传信息。

（3）全能性表达条件：

具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。

3.植物组织培养技术

（1）原理：

植物细胞具有全能性。

（2）过程

4.植物体细胞杂交技术

（1）概念：

将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。

（2）原理：

体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。

（3）过程

植物细胞A、B

↓纤维素酶和果胶酶处理去掉细胞壁

原生质体A、B

↓诱导融合—

融合的原生质体

↓再生出细胞壁（融合完成的标志）

杂种细胞

愈伤组织

杂种植株

（4）意义：

克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。

5.植物细胞工程的实际应用

（1）植物繁殖的新途径

①微型繁殖：

用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

特点

②作物脱毒技术：

选取作物无毒组织（如茎尖）进行组织培养，获得脱毒苗的技术。

③人工种子：

以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。

（2）作物新品种的培育

（3）细胞产物的工厂化生产：

即利用植物组织培养技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等（培养至愈伤组织阶段）

1.（2018·经典高考，改编）如图为细胞融合的示意图，下列①～④的叙述哪些是错误的？

为什么？

①若a细胞和b细胞是植物细胞，需先脱分化再诱导融合

②a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现

③c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性都有关

④c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因

提示　若a细胞和b细胞是植物细胞，需要用酶解法去掉细胞壁后再诱导融合，融合完成后的细胞再经脱分化和再分化培养，故①所述错误；c细胞内有a、b两细胞的遗传物质，但不能同时表达a、b细胞中的所有基因，故④所述错误。

2.为培育出含β－胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出以下两套培育方案。

（相关数字为染色体数）

（1）甲方案中，β－胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是什么？

图示②过程中可用何种技术检测水稻体细胞DNA上是否插入了β－胡萝卜素基因？

（2）乙方案中，在体细胞杂交前需要用何种酶除去细胞壁获得原生质体？

诱导其融合的方法有哪些？

（3）通过⑤获得“黄金大米”幼苗需要经过哪两个环节？

这体现了什么原理？

在培养过程中，除了在培养基中添加营养物质外，还需要添加什么物质？

（4）甲、乙方案中获得的“黄金水稻细胞”染色体数分别是多少？

提示　

（1）所有生物共用一套遗传密码。

DNA分子杂交技术。

（2）纤维素酶和果胶酶。

物理法和化学法，物理法包括离心、振动、电激等；化学法一般用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。

（3）脱分化、再分化。

植物细胞的全能性，植物激素（生长素、细胞分裂素等）。

（4）甲：

24（条），乙：

20＋24＝44（条）

1.（2013·全国卷Ⅱ，40）甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。

某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。

回答下列问题：

（1）为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用　　　　酶和　　　　酶去除细胞壁，获得具有活力的　　　　，再用化学诱导剂诱导二者融合。

形成的融合细胞进一步培养形成　　　　组织，然后经过　　　　形成完整的杂种植株。

这种培育技术称为　　　　　　　。

（2）上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指　　　　　　　　　　　　　　　。

假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是___________________________________。

（3）这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。

经植物组织培养得到的　　　　　　　　　　　　　　　等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。

答案　

（1）纤维素　果胶　原生质体　愈伤　再分化（分化）　植物体细胞杂交技术　

（2）由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体　在减数分裂过程中，前者同源染色体联会异常，而后者同源染色体联会正常　（3）胚状体、不定芽、顶芽、腋芽

2.科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了胡萝卜—羊角芹杂种植株，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胡萝卜和羊角芹的细胞膜上的蛋白质，其培育过程如图所示：

请回答下列相关问题。

（1）植物体细胞杂交的生物学原理是______________________________。

（2）过程①常用　　　　酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。

植物原生质体融合过程常采用的物理方法有　　　　（答出两点即可）；原生质体融合成功的标志是　　　　。

在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，当观察到　　　　时可判断该原生质体是由胡萝卜原生质体和羊角芹原生质体融合而成的。

（3）过程③和过程④分别为　　　　，过程④的培养基中常添加的植物激素有　　　　。

（4）与杂交育种相比，植物体细胞杂交的显著特点是______________。

解析　

（1）植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞在一定条件下诱导融合成杂种细胞，再利用植物组织培养技术将杂种细胞培育成新的植物体，体现的生物学原理为细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。

（2）植物细胞具有细胞壁，在进行体细胞融合之前需先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，诱导原生质体融合的物理法包括振荡、离心、电激等，化学法一般是用聚乙二醇作为诱导剂来诱导细胞融合。

细胞融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁；由于红色荧光和绿色荧光分别标记于胡萝卜和羊角芹的细胞膜上的蛋白质，故融合的杂种原生质体表面既有红色荧光又有绿色荧光。

（3）由杂种细胞形成愈伤组织的过程为植物组织培养中的脱分化，由愈伤组织形成胡萝卜—羊角芹杂种植株的过程属于再分化。

培养基中需添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。

（4）植物体细胞杂交是将不同种植物的体细胞融合，克服了植物远缘杂交不亲和的障碍或打破了物种间的生殖隔离。

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　离心、振荡、电激（任意两点均可）　杂种细胞再生出细胞壁　融合的杂种原生质体表面既有红色荧光又有绿色荧光　（3）脱分化和再分化　生长素和细胞分裂素　（4）克服了植物远缘杂交不亲和的障碍（或打破了物种间的生殖隔离）

1.植物组织培养的关键

（1）条件：

离体，一定营养物质，激素（生长素、细胞分裂素）等。

（2）培养基状态：

固体培养基（再分化生根培养基及生芽培养基）

（3）体内细胞未表现全能性的原因：

基因的表达具有选择性。

（4）光照的应用

脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。

2.植物激素在植物组织培养中的作用

适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根，适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽，比例适中诱导产生愈伤组织。

（图示如下）：

3.杂种植物遗传物质的变化

（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。

考点二　动物细胞工程

1.动物细胞培养

（1）原理：

细胞增殖。

（2）培养条件

②营养：

除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外通常还需加入血清、血浆等一些天然成分。

③适宜的温度：

36.5℃±0.5℃；适宜的pH：

7.2～7.4。

④气体环境

（3）培养过程

取动物组织块

↓

配制细胞悬液

↓

原代培养：

具有贴壁生长和接触抑制的特点

↓

（4）应用：

生物制品的生产、检测有毒物质、医学研究。

点悟：

动物细胞培养的2个易错点

（1）动物细胞培养时选用幼龄动物组织或胚胎进行细胞培养，因为其分化程度低，增殖能力强，更易于培养。

（2）动物细胞培养时加入CO2的主要作用是维持培养液的pH；O2的作用是促进细胞有氧呼吸。

2.动物体细胞核移植技术和克隆动物

（1）原理：

动物体细胞核具有全能性。

（2）过程

（3）结果：

产生新个体。

（4）应用：

①加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；②保护濒危物种；③生产医用蛋白；④作为异种移植的供体；⑤用于组织器官的移植。

3.动物细胞融合和单克隆抗体的制备

（1）动物细胞融合

①原理：

细胞膜的流动性。

②融合方法：

聚乙二醇（PEG）、灭活的病毒、电激等。

③意义：

突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能，也为制造单克隆抗体开辟了新途径。

（2）单克隆抗体

①制备过程

②优点：

特异性强、灵敏度高，可大量制备。

③用途：

1.如图为动物细胞培养过程中细胞增殖情况的变化曲线，图中B、E两点表示经筛选、分装后继续培养。

据图分析：

（1）原代培养和传代培养的分界点是哪个？

提示　B点之前的培养称为原代培养，之后的分瓶培养称为传代培养。

（2）AB段和DE段繁殖速度缓慢的原因是什么？

提示　AB段发生了接触抑制；DE段细胞大部分衰老失去分裂能力。

（3）E点后细胞有何特点？

提示　E点后的细胞大多数具有异倍体核型，能无限增殖（有“细胞系”之称）

2.就“核移植”问题思考：

（1）进行核移植时，为何选用去核的“卵母细胞”？

提示　选用去核卵（母）细胞的原因：

卵（母）细胞比较大，容易操作；卵（母）细胞细胞质多，营养丰富，含有促进核全能性表达的物质。

（2）（教材P49讨论2解答）用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？

提示　培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。

因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。

1.（2018·全国卷Ⅲ，38）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。