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1、第二章 细胞工程高二生物学人教版（2019）选择性必修三大单元“四步复习法”第一步：单元学习目标整合1.简述植物组织培养和体细胞杂交技术及其应用。2.简述动物细胞培养和体细胞核移植技术及其应用前景。3.举例说出动物细胞融合和单克隆抗体技术及其应用。第二步：单元思维导图回顾知识第三步：单元重难知识易混易错（一）细胞工程的概念与分类1.概念（1）原理和方法：细胞生物学和分子生物学。（2）操作水平：细胞水平或细胞器水平。（3）目的：按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。2.种类根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。（二）植物组织培养技术1.原理：植物细胞的全能性。2.过程
2、3.脱分化：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。4.植物组织培养的条件（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、叶和成熟的组织相对较难。（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。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）。再分化阶段：一定要有光照，有利于叶片
3、内叶绿素的合成。5.过程外植体的消毒：将流水冲洗后的外植体用酒精消毒30 s，用无菌水清洗23次后，再用次氯酸钠溶液处理30 min，用无菌水清洗23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0.51 cm长的小段。接种：在酒精灯火焰旁，将外植体的1/31/2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1822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。6
4、.植物组织培养过程中应注意的问题（1）灭菌所有的实验用具需要严格灭菌。接种过程中，实验人员须进行严格的无菌操作。（2）严格控制光照在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的阶段一定要有光照。因为暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，若有光照则容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织例：开放式组织培养技术简称开放组培，是指在抑菌剂的作用下，使植物组织培养脱离严格无菌的操作环境，不需要高压蒸汽灭菌和超净工作台，在自然、开放的有菌环境中进行的植物组织培养。以下分析错误的是（ ）A.与传统的植物组织培养相比，开放组培简化了操作环节，提高了组培效率B.开放组培的培养基不需要进行高压蒸汽灭菌
5、，可使营养物质和激素损失减少C.可用抗生素、防腐剂等作为开放组培的抑菌剂D.开放组培中，生长素和细胞分裂素的比值较低时，有利于根的分化【答案】D【解析】开放组培中的抑菌剂可以抑菌，因此进行开放组培接种时不需要超净工作台，可大大提高组培效率，A正确；开放组培时在培养基中加入了抑菌剂，其培养基可不用高压蒸汽灭菌，可使营养物质和激素损失少，B正确；抗生素、防腐剂等均可抑制细菌的生长，所以均可作为抑菌剂，C正确；开放组培中，生长素与细胞分裂素的比值较高时有利于根的分化，D错误。（三）植物体细胞杂交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：
6、植物体细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。3.过程步骤做法原生质体的获得酶解法（纤维素酶、果胶酶）去除细胞壁，得到原生质体杂种细胞的形成通过一定的技术手段（物理法：离心、振动、电激等；化学法：用聚乙二醇等作为诱导剂）进行人工诱导，实现原生质体的融合杂种植株的产生对杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育（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：物理法：离心、振动、电激等。化学法：用聚乙二醇（PEG）诱导。（3）融合成功的标志：杂种原生质体再生出细胞壁。4.意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。5.植物体
7、细胞杂交技术的应用植物体细胞杂交克服了植物远缘杂交不亲和的障碍，可以定向地改良生物性状，在培育作物新品种方面具有广阔的应用前景。如科学家已经培育出了白菜甘蓝、烟草海岛烟草、胡萝卜羊角芹等种间或属间杂种。但是目前仍有许多理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。例：科学家采用体细胞杂交技术得到了“番茄一马铃薯”杂种植株。下列与植物体细胞杂交技术相关的叙述，错误的是（ ）A. 可以利用离心、电融合等物理方法诱导植物原生质体融合B. 可以利用高Ca2+一高pH融合法等化学方法诱导植物原生质体融合C. 利用两种不同植物体细胞杂交时，得到的细胞类型最多有3种D. 利用植物体细胞杂交技术，可以实现远
8、缘杂交育种【答案】C【解析】促进植物原生质体融合的方法有电融合法、离心法、高Ca2+一高pH融合法、PEG诱导融合法等，AB正确；若只考虑细胞的两两融合，理论上融合的细胞有3种类型，还存在没有融合的细胞，C错误；植物体细胞杂交技术最大的优点就是克服生物远缘杂交不亲和的障碍，D正确。（四）植物细胞工程的应用1.植物繁殖的新途径（1）微型繁殖本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。优点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。应用：兰花、甘蔗、桉树、铁皮石斛等。（2）作物脱毒病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子
9、繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的。如果未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。应用：马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝、香蕉等。2.作物新品种的培育（1）单倍体育种过程：花药离体培养单倍体幼苗秋水仙素处理获得性状稳定遗传的植株。原理：植物细胞的全能性。方法：植物的组织培养技术及染色体变异。优点：a单倍体经过染色体加倍，获得的后代为纯合子，可明显缩短育种年限（一般为2年）。b用单倍体作为转基因的受体
10、，获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯合，避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。缺点：技术相当复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持，多限于植物。应用a我国培育出世界上第一个单倍体作物新品种单育1号烟草。b与常规育种结合，培育出水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。（2）突变体的利用产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态而易受到培养条件和外界诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。利用：从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。3.细胞产物的
11、工厂化生产（1）次生代谢物定义：不是植物基本生命活动所必需的产物。种类：小分子有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物等。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。（五）动物细胞培养1.概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。2.培养过程3.相关概念（1）细胞贴壁：细胞悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上。（2）细胞的接触抑制：当贴
12、壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。（3）原代培养：指动物组织消化后的初次培养。（4）传代培养：贴壁的细胞，出现接触抑制后，需要重新用胰蛋白酶来处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖的培养过程。（5）细胞株：传代培养的细胞能传到1050代，这样的传代细胞称为细胞株。（6）细胞系：传代培养的细胞在传到50代后，有部分细胞的遗传物质发生了改变，获得不死性，这种具有癌变特点的细胞称为细胞系。4.培养条件（1）无菌、无毒的环境：培养液和所有的培养用具要进行无菌处理；通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染；应定期更换培养液，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。
13、（2）营养：主要有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。在使用含有上述成分的合成培养基时，通常需加入血清、血浆等天然成分。（3）温度和pH：哺乳动物多以36.50.5 为宜，多数细胞生存的适宜pH为7.27.4。（4）气体环境：95%空气5%CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。例：人乳头瘤病毒(HPV)感染是诱发宫颈癌的重要因素。HPV 具有多种类型，其中的HPV16 和 HPV18 属于高危型，可引起宫颈癌及宫颈上皮内高度病变。现对某就诊者的取样细胞进行培养，来进行确诊。下列说法不正确的是（ ）A.分散取样的细胞时可采用胰蛋白酶、胶原蛋白酶、 胃蛋白酶等
14、处理B.培养取样细胞时，需要为这些细胞提供充足的营养条件、稳定的外部环境等C.让取样细胞进行贴壁生长，若产生了接触抑制现象，则不属于 HPV 高危型D.无论是原代培养还是传代培养，都需将培养瓶放在 CO2 培养箱中培养【答案】A【解析】分散取样的细胞能剪碎，并采用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，A错误；培养取样细胞时，需要为这些细胞提供充足的营养条件、稳定的内环境（温度、pH、渗透压）等，B正确；动物细胞培养存在细胞贴壁和接触性抑制，HPV高危型不存在接触性抑制，C正确；论是原代培养还是传代培养，都需将培养瓶放在CO2培养箱中培养，目的是维持培养液的pH稳定，D正确。（六）干细胞的培养及其应用1.
15、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.种类来源功能及应用胚胎干细胞（ES细胞）早期胚胎能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体成体干细胞成体组织或器官只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的潜能诱导多能干细胞（iPS细胞）体外诱导体细胞产生能分化成为具有特定功能的细胞，用于治疗疾病（七）动物细胞融合1.概念：动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。2.原理：细胞膜的流动性。3.诱导融合的三种方法（1）物理法：例如电激等。（2）化学法：例如聚乙二醇。（
16、3）生物法：例如灭活的病毒。4.过程5.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。6.意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。7.动物细胞融合技术的应用（1）成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段。（2）用于制备单克隆抗体。（八）单克隆抗体1.传统抗体的制备 （1）向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体；从动物血清中分离所需抗体。（2）缺点：产量低、纯度低、特异性差。2.单克隆抗体的制备（1）存在问题：B淋巴细胞能产生特异性抗体但不能无限增殖；骨髓瘤细胞能无限增殖，但不能产生抗体。（2）解决思路：将B淋巴细胞与骨髓瘤
17、细胞融合为杂交瘤细胞。（3）制备过程第一步：向免疫小鼠体内注射特定的抗原蛋白，然后从小鼠体内获得已免疫的B淋巴细胞；该细胞能产生单一抗体。第二步：用电激法、聚乙二醇法、灭活的病毒法等，诱导两种细胞发生融合，这时得到的融合细胞除了杂交瘤细胞，还有B淋巴细胞相互融合的细胞和骨髓瘤细胞相互融合的细胞。第三步：用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。然后再从杂交瘤细胞群中选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。这时的杂交瘤细胞既能分泌抗体又能大量增殖。第四步：克隆化培养杂交瘤细胞。第五步：将杂交瘤细胞在体外培养或注射到小鼠腹腔内增殖，从细胞培养液或小鼠的腹水中提取单克隆抗体。（4）单克隆抗体的特点：特异性强、灵敏
18、度高，并可大量制备。（5）单克隆抗体制备过程中的筛选及原因第一次筛选是在B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后，筛选出杂交瘤细胞，淘汰未融合细胞和同种细胞融合而成的细胞。第二次筛选需先在多孔培养板上培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始培养，然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群。由于该细胞群是由单个杂交瘤细胞克隆来的，所以产生的抗体一定是化学性质单一、特异性强的单克隆抗体。（6）单克隆抗体的应用作为诊断试剂：能准确识别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。用于治疗疾病和运载药物 单独使用：直接用于癌症或其他疾病的治疗（作为药物本身）。 综合使用：与
19、放射性同位素、细胞毒素或化学药物结合制成“生物导弹”，主要用于治疗癌症，也可用于治疗其他疾病。例：在利用小鼠制备某单克隆抗体药物的操作过程中，下列叙述错误的是（ ）A.取小鼠脾组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理后制成细胞悬液B.细胞培养时空气中保持适当浓度的二氧化碳是为了抑制细胞呼吸作用C.需要对杂交瘤细胞株进行两次筛选才可获得能够大量增殖的目的细胞株D.利用抗原-抗体杂交技术检测96孔板中的细胞株后再经过扩大培养提取单克隆抗体【答案】B【解析】小鼠脾组织细胞间存在蛋白质，所以要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理后制成细胞悬液， A正确；动物细胞培养时空气中保持适当浓度的二氧化碳是为了维持培养液的pH，并
20、非是为了抑制细胞呼吸作用，B错误；用选择性培养基对融合细胞进行筛选后获得杂交瘤细胞，再利用抗原抗体杂交技术对其96孔板中的细胞株进行二次筛选，才能获得既能产生所需抗体且能大量增殖的单克隆杂交瘤细胞株即目的细胞株，C、D正确。（九）动物体细胞核移植技术和克隆动物1.动物核移植概念（1）供体：动物一个细胞的细胞核。（2）受体：去掉细胞核的卵母细胞。（3）结果：形成重组胚胎，发育成动物个体。2.类型：胚胎细胞核移植体、细胞核移植。3.体细胞核移植的过程4.克隆动物的特点（1）克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同，但不是完全相同，原因是：克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵母细胞；生物的性状不仅与
21、遗传物质有关，还受环境影响。（2）核基因是供体核基因的100%的复制。（3）克隆动物是一种无性繁殖方式。5.克隆的层次（1）分子水平：如DNA复制；（2）细胞水平：动物细胞培养；（3）个体水平：克隆羊“多利”的诞生。6.体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题（1）应用前景畜牧业：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。医药卫生：通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。治疗人类疾病： 转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体。 以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它
22、们移植给患者时，可以避免免疫排斥反应。 研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程。 克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因。 克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。保护濒危物种：该技术有望增加濒危物种的存活数量。（2）存在问题体细胞核移植技术的成功率非常低。克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷等。例：常用的核移植方法主要有细胞质内注射法和透明带下注射法两种。前者是用微型注射针将供体细胞的细胞核吸出注入去核卵母细胞质内；后者是直接将供体细胞注入去核卵母细胞透明带内，然后促使两个细胞融合，从而具有发育的全能性。我国科学
23、家于2017年底培育出的体细胞克隆猴“中中”和“华华”采用的就是后者。下列有关叙述正确的是（ ）A.供体细胞注入卵母细胞透明带内后，就可自行进入卵母细胞B.“中中”和“华华”的性状由多个亲本共同决定，属于有性生殖C.“中中”和“华华”核DNA均来自供体细胞，质DNA均来自去核卵母细胞D.相比之下，透明带下注射法对供体细胞核和卵母细胞的损伤更小【答案】D【解析】本题主要考查细胞核移植等，考查学生的理解能力。将供体细胞注入去核卵母细胞透明带后，需要用物理或化学方法处理才可使供体细胞进入卵母细胞，A项错误；核移植属于无性生殖，B项错误；“中中”和“华华”细胞核的遗传物质来自供核亲本，细胞质的遗传物质
24、来自双亲，C项错误；透明带下注射法不抽取供体细胞的细胞核，操作简单且对供体细胞核损伤小，同时注射的位置是卵母细胞外的透明带，然后诱导两个细胞融合，对卵母细胞的损伤小，D项正确。第四步：单元核心素养对接高考知识点1 植物组织培养【2022重庆卷】植物体细胞通常被诱导为愈伤组织后才能表现全能性。研究发现，愈伤组织的中层细胞是根或芽再生的源头干细胞，其在不同条件下，通过基因的特异性表达调控生长素、细胞分裂素的作用，表现出不同的效应（见如表）。已知生长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生；反之，有利于芽的再生。下列推论不合理的是（ ）条件基因表达产物和相互作用效应WOX5维持未分化状态WOX5+
25、PLT诱导出根WOX5+ARR2，抑制ARR5诱导出芽A.WOX5失活后，中层细胞会丧失干细胞特性B.WOX5+PLT可能有利于愈伤组织中生长素的积累C.ARR5促进细胞分裂素积累或提高细胞对细胞分裂素的敏感性D.体细胞中生长素和细胞分裂素的作用可能相互抑制【答案】C【解析】根据表格信息可知，WOX5能维持未分化状态，使植物细胞保持分裂能力强、较大的全能性，若WOX5失活后，中层细胞会丧失干细胞分裂能力强、分化程度低的特性，A正确；由题干信息“生长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生”，再结合表格信息，WOX5+PLT能诱导出根，可推测WOX5+PLT可能有利于愈伤组织中生长素的积累，B
26、正确；由题意可知，生长素的生理作用小于细胞分裂素时有利于芽的再生，而抑制ARR5能诱导出芽，可知ARR5被抑制时细胞分裂素较多，故可推测ARR5抑制细胞分裂素积累或降低细胞对细胞分裂素的敏感性，C错误；由题干信息可知，出芽或出根都是生长素与细胞分裂素含量不均衡时才会发生，故可推测体细胞中生长素和细胞分裂素的作用可能相互抑制，D正确。知识点2 单克隆抗体【2022山东卷】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（ ）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【答案】D【解析】本题考查抗体的作用及特点。双抗同时含有抗体1和抗体2的部分结构，可同时与2种抗原结合，A正确；根据抗体与抗原特异性结合的特点，利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，B正确；筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原，才能刺激B细胞产生两种抗体，C正确；双抗是在体外解偶联后重新偶联获得的，同时注射2种抗原可刺激B细胞分化产生抗体1和抗体2的浆细胞，但不能产生双抗，D错误。学科网（北京）股份有限公司