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专题二十六 细胞工程与胚胎工程
基础篇
4. 考点 一 植物细胞工程 实例：菊花的组织培养
ꎮ
一、植物组织培养
1.
概念：指将离体的植物器官 组织或细胞等
、 ꎬ
培养在人工配制的培养基上 给予适宜的培
ꎬ
养条件 诱导其形成完整植株的技术
ꎬ ꎮ
2.
理论基础：植物细胞的全能性 疑难突破
ꎮ
原理 植物细胞含有本物种的❶ 全套遗传 ( )对外植体消毒的目的:避免杂菌在培养基上迅速生
１
１) :
信息
长消耗营养ꎬ同时防止某些杂菌危害培养物的生长ꎮ
ꎮ
( )一般选择植物幼嫩的组织(如茎尖、根尖、形成层细
全能性表达的条件 离体 一定的激素和营 ２
２) : 、
胞)作为植物组织培养的材料的原因:幼嫩的组织容易
养等
ꎮ 诱导形成愈伤组织ꎮ
在生物的生长发育过程中 并不是所有的细胞
３) ꎬ ( )植物组织培养过程中培养基中添加蔗糖的作用:提
３
都表现出全能性 原因是在特定的时间和空间
ꎬ 供碳源、提供能量、调节渗透压ꎮ
条件下 细胞中的基因会❷ 选择性表达
( )脱分化过程中要遮光ꎬ再分化过程中需要光照的原
ꎬ ꎮ
４
全能性大小的比较 因:脱分化时光照ꎬ外植体往往容易形成维管组织ꎬ而不
４) :
受精卵 生殖细胞 体细胞 易形成愈伤组织ꎻ再分化时给予适当光照能诱导叶绿素
① > > ꎮ
分化程度低的细胞 分化程度高的细胞 的合成ꎮ
② > ꎮ
3.
过程
二、植物体细胞杂交
1.
概念：将不同来源的植物体细胞 在一定条
ꎬ
件下融合成杂种细胞 并把杂种细胞培育成
ꎬ
新植物体的技术
ꎮ
2. 原理：❺ 细胞膜的流动性 和植物❻ 细胞
知识归纳
的全能性
( )愈伤组织:未分化的不定形薄壁组织团块ꎮ
１ ꎮ
3.
( )生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再 操作流程
２
分化的关键激素ꎬ它们的浓度、比例等都会影响植物细
胞的发育方向ꎮ
5
年 生长素 细胞分裂素 结果
高 /
考 比值高 利于根的分化 4. 诱导原生质体融合的方法：物理法包括电融
3
年 比值低 利于芽的分化 合法 ❽ 离心法 等 化学法包括❾ 聚乙二醇
模 、 ꎬ
拟
比值适中 促进形成愈伤组织 ( ) 融合法 高 ２＋ 高 融合法等
A ＰＥＧ 、 Ｃａ — ｐＨ ꎮ
5.
版 意义：在打破生殖隔离 实现远缘杂交育种
ꎬ ꎬ
高 培育植物新品种等方面展示出独特的优势
考 ꎮ
生
物
１５８
疑难突破 生的一类小分子有机化合物 如酚类 萜类
ꎬ 、
( )去除细胞壁的原生质体失去了细胞壁的保护ꎬ裸露 和含氮化合物等
１ ꎮ
的原生质体容易吸水涨破或失水皱缩ꎬ因此原生质体的
疑难突破
融合应在等渗或略高渗溶液中进行ꎮ ( )植物细胞融合 ( )植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少ꎬ甚至无
２ １
过程中ꎬ杂种细胞形成的标志是再生出新的细胞壁ꎮ 病毒ꎬ故可用茎尖等分生区细胞培育脱毒苗ꎮ ( )获得
２
( )杂种植株的变异类型属于染色体数目变异ꎬ杂种植 突变体时ꎬ一般以愈伤组织作为诱变处理的对象ꎬ这是
３
株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和ꎬ杂种 因为愈伤组织细胞分裂旺盛ꎬ容易发生突变ꎮ
植株属于异源多倍体ꎮ
考点训练(请判断下列说法是否正确)
三、植物细胞工程的应用
培养基中生长素含量高于细胞分裂素时 有
１. ꎬ
1.
植物繁殖的新途径
利于愈伤组织生根
ꎮ ( )
快速繁殖 繁殖速度快 并可保持优良品种
利用茎尖分生组织培养脱毒苗 可以使植株
１) : ꎬ
２. ꎬ
的遗传特性
具有抗病毒能力
ꎮ
ꎮ ( )
作物脱毒 利用茎尖等顶端分生区细胞进行
植物细胞有细胞壁 一般可通过酶解法在清
２) :
３. ꎬ
组织培养获得脱毒苗 可提高作物的产量和
水中制备原生质体
ꎬ
ꎮ ( )
品质
植物组织培养技术可以实现人参皂苷 紫杉
ꎮ
４. 、
2.
作物新品种的培育
醇等细胞产物的工业化生产
ꎮ ( )
单倍体育种
１) １ ２ 脱毒苗自身无病毒 但是不具
原理 细胞的全能性和染色体变异 .√ .✕ ꎬ
① : ꎮ 备抗病毒能力 ３ 原生质体在清水中会吸水
ꎮ .✕
方法 二倍体植株花药 或花粉 离体培养 单
② : ( ) → 涨破 可在等渗或略高渗溶液中制备原生质体
ꎬ ꎮ
秋水仙 选择
倍体植株 纯合二倍体植株 优良 ４
素处理→ → .√
品种
ꎮ 考点 二 动物细胞工程
优点 极大地缩短了育种的年限 是进行体
③ : ꎻ
一、动物细胞培养
细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料
ꎮ 1.
培养条件
突变体的利用
２)
营养 合成培养基 ❶ 血清 等天然成分
在植物的组织培养过程中 培养细胞处于不 １) : ＋ ꎮ
ꎬ
知识拓展
断增殖的状态 易受培养条件和诱变因素
ꎬ
血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖等多种营养物
如射线 化学物质等 的影响而产生突变
( 、 ) ꎬ 质ꎻ含有多种激素及多种生长因子(如成纤维细胞生长
因此可从突变体中筛选出对人们有用的突
因子)ꎻ还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子
变体 进而培育成新品种
ꎬ ꎮ 及其他活性物质ꎬ能促进细胞的生长、增殖和贴附ꎮ
3.
细胞产物的工厂化生产
❷ 无毒、无菌 的环境 专
脱分化 分散开
一般途径 外植体 愈伤组织 ２) ꎮ 题
１) : → → 适宜的温度 和渗透压 二
３) 、ｐＨ ꎮ 十
培养并提取
六
细胞悬液 细胞产物 温度 哺乳动物细胞培养的温度多以
→ ꎮ ① : ３６.５±
细
初生代谢产物 是生物生长和生存所必需的 为宜 胞
２) : ０.５ ℃ ꎮ 工
代谢产物 如糖类 脂质 蛋白质 核酸等 多数动物细胞生存的适宜 为 程
ꎬ 、 、 、 ꎮ ②ｐＨ: ｐＨ ７.２~７.４ꎮ 与
胚
次生代谢产物 不是生物生长所必需的 一 渗透压 可维持细胞的正常形态和功能 是
胎
３) : ꎬ ③ : ꎬ
工
般是在特定组织或器官中 在特定条件下产 细胞培养过程中的一个重要环境参数 程
ꎬ ꎮ
１５９
气体环境 空气 其中 是细胞代谢所 二、动物细胞融合技术与单克隆抗体
４) :９５％ ( Ｏ２
必需的 主要作用是❸ 维持培养 1. 动物细胞融合技术
)、５％ＣＯ２(
液的 的混合气体 原理 ❻ 细胞膜的流动性
ｐＨ ) ꎮ １) : ꎮ
2. 培养过程 常用方法 融合法 电融合法和❼ 灭活病
２) :ＰＥＧ 、
毒 诱导法等
ꎮ
结果 形成杂交细胞
３) : ꎮ
意义 突破了有性杂交的局限 使远缘杂交
４) : ꎬ
成为可能
知识归纳 ꎮ
应用 制备单克隆抗体等
( )实现无毒、无菌环境的途径:对培养液和培养用具 ５) : ꎮ
１
2.
单克隆抗体
进行灭菌处理ꎻ在无菌环境下进行操作ꎻ定期更换培
养液(清除代谢物ꎬ防止细胞代谢物积累对细胞自身 制备流程
１) :
造成伤害)ꎮ ( )动物组织块需用机械法或胰蛋白酶、
２
胶原蛋白酶等处理ꎬ将组织分散成单个细胞ꎬ用培养
液将细胞制成细胞悬液ꎮ ( )原代培养时ꎬ细胞分裂
３
受阻的原因有细胞密度过大、有害代谢物积累和培养
液中营养物质缺乏等ꎬ此外ꎬ贴壁细胞在生长增殖时
还会出现接触抑制(当贴壁细胞分裂生长到表面相互
接触时ꎬ细胞通常会停止分裂增殖)现象ꎬ因此需要进
行传代培养ꎮ
3.
干细胞的类型及其应用 优点 能准确识别抗原的细微差异 与特定
２) : ꎬ
抗原发生特异性结合 可以大量制备
ꎬ ꎮ
应用 作为诊断试剂 用于多种疾病诊断和
３) : ꎬ
病原体鉴定 运载药物 如将细胞毒素与能
ꎻ (
特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合 选
ꎬ
１)
择性杀伤肿瘤细胞 治疗疾病
)ꎻ ꎮ
知识归纳
( )杂交瘤细胞的特点:既能迅速大量繁殖ꎬ又能产生抗
１
体ꎮ ( )两次筛选的目的:第一次筛选(使用特定的选
２
择培养基)的目的是获得杂交瘤细胞ꎻ第二次筛选(采用
应用
２) :
抗原—抗体杂交技术)的目的是将能产生特定抗体的杂
造血干细胞 用于治疗白血病及一些恶性肿
① : 交瘤细胞筛选出来ꎮ
瘤放疗或化疗后引起的造血系统 免疫系统
、
5 三、核移植技术和克隆动物
功能障碍等疾病
年
高 ꎮ 1. 原理： 动物细胞核 具有全能性
考 神经干细胞 在治疗神经组织损伤和神经系 ꎮ
3 ② : 2. 分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植
年 统退行性疾病 如帕金森病 阿尔茨海默病 ꎮ
模 ( 、 3. 过程：
拟 等 方面具有重要价值
) ꎮ
A
现在用 细胞治疗阿尔茨海默病 心血管
版 ③ ｉＰＳ 、
高 疾病等领域的研究取得了新进展
考 ꎮ
生
物
１６０
疑难突破 考点 三 胚胎工程
( )供体细胞一般选优良动物的传代 代以内的细胞ꎬ因
１ １０ 一、胚胎工程的理论基础
为传代 代以内的细胞可保持细胞正常的二倍体核型ꎮ
１０ 1. 受精
( )选择去核的卵母细胞作为受体细胞的原因:卵母细胞比
２
精子获能 在雌性动物的生殖道获得受精能力
较大ꎬ容易操作ꎻ卵母细胞细胞质多ꎬ营养物质丰富ꎬ含有激 １) : ꎮ
知识拓展
发细胞核全能性表达的物质ꎮ ( )克隆动物的遗传物质并
３
将精子培养在人工配制的获能液中也可使其获能ꎮ
非全部来自核供体动物:克隆动物绝大部分 来自核供
ＤＮＡ
获能液的成分因动物种类不同而有所差异ꎬ常见的有效
体动物的细胞核ꎬ但其细胞核外的 ꎬ即线粒体中的
ＤＮＡ
成分有肝素、 ２＋载体等ꎮ
可同时来自核供体细胞和受体卵母细胞ꎮ Ｃａ
ＤＮＡ
卵子的准备 在输卵管中进一步成熟 到
4.
应用前景：畜牧业 加速家畜遗传改良进程 ２) : ꎬ
( 、 ❶ 期 时 才具备与精子受精的能力
促进优良畜群繁育 医药卫生 如生产医用 ＭⅡ ꎬ ꎮ
)、 (
受精主要过程
蛋白 以及其他领域 ３) :
) ꎮ
考点训练(请判断下列说法是否正确)
动物细胞培养时 培养箱中要通入 的
１. ꎬ ５％ Ｏ２
和 的
９５％ ＣＯ２ꎮ ( )
淋巴细胞和骨髓瘤细胞在单独培养时都会 易混易错
２.Ｂ
( )常以观察到两个极体(多数哺乳动物的第一极体不
出现接触抑制的现象
１
ꎮ ( )
进行减数分裂 ꎬ不会形成两个第二极体)或者雌、雄原
动物细胞培养是动物细胞工程的基础 进行培 Ⅱ
３. ꎬ 核作为受精的标志ꎬ而受精完成的标志是雌、雄原核融
养时培养基中除了需加入细胞所需的各种营养
合ꎮ ( )在自然条件下ꎬ哺乳动物的受精在输卵管内完
２
物质 还需要加入血清等天然成分
ꎬ ꎮ ( ) 成ꎮ ( )不同哺乳动物排出的卵子成熟程度不同ꎬ有的
３
将骨髓瘤细胞和 淋巴细胞混合 经诱导后 可能是初级卵母细胞ꎬ如马、犬等ꎻ有的可能是次级卵母
４. Ｂ ꎬ
融合的细胞即为杂交瘤细胞 细胞ꎬ如猪、羊等ꎮ ( )排卵指卵子从卵泡中排出ꎮ
ꎮ ( ) ４
灭活的病毒可诱导动物细胞或植物原生质体 知识拓展
５.
精细胞变形成为精子的过程:高尔基体发育成精子
的融合
ꎮ ( )
头部的顶体ꎬ中心体演变成精子尾ꎬ细胞核变为精子头
经动物细胞核移植技术获得的子代的遗传物
６. 的主要部分ꎬ线粒体聚集在精子尾的基部形成线粒体
质和核供体完全相同
ꎮ ( ) 鞘ꎬ细胞内的其他物质浓缩为球状(原生质滴)ꎬ原生质
１ 动物细胞培养箱的气体环境是
滴随精子的成熟过程向后移动ꎬ直至脱落ꎮ
.✕ ９５％
的空气和 的 ２ 骨髓瘤细胞在单独培 2.
５％ ＣＯ２ꎮ .✕ 胚胎早期发育
养时不会出现接触抑制的现象 ３ ４ 经诱
ꎮ .√ .✕ 受精卵 胚胎发育起点
１) : ꎮ
导后融合的细胞中会存在部分同种细胞相互融合的
卵裂 细胞的数量不断增加 但胚胎的总体
非杂交瘤细胞 需用特定的选择培养基筛选得到杂交 ２) : ꎬ
ꎬ 积并不增加
瘤细胞 ５ 灭活的病毒不能用于诱导植物原 ꎮ 专
ꎮ .✕ 桑葚胚 卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的 题
生质体的融合 ６ 子代的遗传物质中细胞核 ３) : 二
ꎮ .✕ 十
细胞团 形似桑葚 此时细胞未分化
的遗传物质来自核供体 细胞质中的遗传物质可同时 ꎬ ꎬ ꎮ 六
ꎬ
囊胚 细
来自受体和核供体
ꎮ ４) : 胞
工
程
与
胚
胎
工
程
１６１
囊胚进一步扩大会导致透明带破裂 胚胎从 生改变 可保持供体的优良特性
ꎬ ꎬ ꎮ
其中伸展出来 这一过程叫作孵化 胚胎移植的生理学基础
ꎬ ꎮ ４) :
原肠胚 出现三个胚层和原肠腔 胚胎移入 同种动物的供 受体排卵后生殖
５) : ꎮ ① : 、
二、胚胎工程技术及其应用 器官的生理变化是相同的
ꎮ
1.
体外受精 胚胎收集 早期胚胎形成后 在一定时间内
② : ꎬ
步骤 主要包括卵母细胞的采集 精子的获 不会与母体子宫建立组织上的联系 而是处
１) : 、 ꎬ
取和受精等 于游离状态
ꎮ ꎮ
过程 胚胎存活 受体对移入子宫的外来胚胎基本
２) : ③ :
上不发生免疫排斥反应
ꎮ
胚胎发育 供体胚胎可与受体子宫建立正常的
④ :
生理和组织联系 但其遗传特性不受影响
ꎬ ꎮ
意义 体外受精技术是提高动物繁殖能力的有 3.
胚胎分割
３) :
效措施 还可以为胚胎移植提供可用的胚胎
材料 发育良好 形态正常的❹ 桑葚胚 或
ꎬ ꎮ
１) : 、
2.
胚胎移植
❺ 囊胚
ꎮ
基本步骤 以牛胚胎移植为例
实质 动物无性繁殖或克隆的方法之一
１) ( )
２) : ꎮ
操作要求 分割囊胚阶段的胚胎时 要注意将
３) : ꎬ
❻ 内细胞团 均等分割
ꎮ
考点训练(请判断下列说法是否正确)
胚胎移植前要对胚胎进行检查并在囊胚或原
１.
肠胚阶段移植
ꎮ ( )
体外受精前 用促性腺激素处理雌鼠可以获
２. ꎬ
得更多的卵细胞
ꎮ ( )
卵裂期 随着卵裂的进行 胚胎的体积略有变
３. ꎬ ꎬ
小 但有机物的总量会增加
ꎬ ꎮ ( )
采用胚胎分割技术产生的同卵多胎的数量是
４.
知识归纳 有限的
ꎮ ( )
( )两次使用激素:使用外源孕激素对供、受体进行同期 精子接触透明带时 卵细胞膜会发生反应阻
１ ５. ꎬ
发情处理ꎻ使用外源促性腺激素对供体进行超数排卵处
止多精入卵
ꎮ ( )
理ꎮ ( )两次检查:对收集的胚胎进行检查ꎻ对受体是否
２
１ 一般选择发育良好 形态正常的桑葚
妊娠进行检查ꎮ .✕ 、
胚或囊胚进行胚胎移植 ２ ３ 卵裂期 胚
ꎮ .√ .✕ ꎬ
5 优势 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力
胎的总体积并不增加 但细胞数量不断增加 有机物
年 ２) : ꎮ ꎬ ꎬ
高 大大缩短了供体本身的繁殖周期 增加了供 总量减少 ４ ５ 精子触及卵细胞膜的瞬间
考 ꎬ ꎮ .√ .✕ ꎬ
3
体的后代数 卵细胞膜外的透明带会发生反应 阻止后来的精子进入
年 ꎮ ꎬ
模
实质 早期胚胎在相同生理环境条件下空间 透明带 精子入卵后 卵细胞膜会发生反应阻止多精
拟 ꎮ ꎬ
３) :
A 位置的转移 胚胎本身的遗传物质并不发 入卵
ꎮ
版 ꎮ
高
考
生
物
１６２
创新篇
创新 植物的“不对称体细胞杂交” 解题思路
( )已经分化的细胞经脱分化转变成愈伤组
例 白叶枯病是水稻最严重的病害之一 疣粒 １
ꎬ
织ꎬ图中能表示脱分化阶段的序号有 、 ꎮ 获
野生稻对该病具有高度抗性 但疣粒野生稻与 ａ ｄ
ꎬ
得杂种植株依据的原理是植物细胞的全能性
栽培稻有性杂交得到的后代高度不育 不对
ꎮ “
和细胞膜的流动性ꎮ
称体细胞杂交 法可以将一个亲本的部分染色
”
( )若仅考虑原生质体两两融合ꎬ理论上通过
体或染色体上某些片段转移到另一个亲本体细 ２ ｃ
过程可得到 种细胞ꎬ分别为疣粒野生稻原生
胞内 获得不对称杂种植株 ① 大剂量的 射线 ３
ꎬ ꎮ Ｘ
质体自身融合的细胞、栽培稻原生质体自身融
能随机破坏染色体结构 使其发生断裂 易位
ꎬ 、 、
合的细胞以及疣粒野生稻原生质体和栽培稻
染色体消除等 细胞不再持续分裂 碘乙酰胺
②
ꎬ ꎮ
原生质体融合的细胞ꎮ
使细胞质中某些酶失活 抑制细胞分
(ＩＯＡ) ꎬ
( )由 可知ꎬ经 射线处理后ꎬ疣粒野生稻自
裂 ③ 研究人员为了将疣粒野生稻的抗病性转移 ３ ② Ｘ
ꎮ
身原生质体融合的细胞及未与其他细胞融合
到栽培稻中 进行了相关实验 过程如图所示
ꎬ ꎬ ꎮ
的单个细胞的染色体结构被破坏ꎬ不能持续分
裂ꎻ由 可知ꎬ经 处理后ꎬ栽培稻自身原生
③ ＩＯＡ
质体融合的细胞及未与其他细胞融合的单个
细胞中某些酶失活ꎬ细胞分裂会受抑制ꎮ 杂种
细胞则补充了栽培稻细胞细胞质中失活的酶
(生理互补)ꎬ使杂种细胞能正常分裂ꎬ故只有
基础设问 异源融合后的杂种细胞才可持续分裂形成愈
图中能表示脱分化阶段的序号有哪些 获 伤组织ꎮ
(１) ?
得杂种植株依据的原理是什么 ( )可能是经 射线处理后ꎬ疣粒野生稻中含
? ４ Ｘ
若仅考虑原生质体的两两融合 则理论上 有抗病基因的染色体片段被破坏或消除ꎬ导致
(２) ꎬ
通过 过程可获得多少种细胞 杂种植株失去了抗病性ꎮ
ｃ ?
过程无需筛选 就能确保形成愈伤组织 ( )由 可知ꎬ与转基因技术相比ꎬ在向目标生
(３)ｄ ꎬ ５ ①
的细胞一定是杂种细胞 原因是什么 物转移外源基因方面ꎬ“不对称体细胞杂交”的
ꎬ ?
创新设问 优点是可在某一性状的遗传基础还不明确或
若抗病实验检测发现 极少数的杂种植株 是由多基因控制某一性状的情况下ꎬ进行有关
(４) ꎬ
没有抗病性 你认为可能的原因是什么 基因的转移ꎻ缺点是只能在植物之间进行ꎬ且
ꎬ ?
在作物育种上 和基因工程相比 不对称体 变异不定向ꎬ需大量筛选ꎮ
(５) ꎬ ꎬ
细胞杂交有何优缺点 专
? 题
二
十
六
细
胞
工
程
与
胚
胎
工
程
１６３
