[高中生物一輪復(fù)習(xí)教學(xué)講義選修3]

第28講細(xì)胞工程

考點一植物細(xì)胞工程

細(xì)胞工程：按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。在細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平。根據(jù)

操作對象不同，分為植物細(xì)胞工程和動物細(xì)胞工程。

1.植物細(xì)胞工程

(1)植物細(xì)胞的全能性：生物的每一個細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成完整個

體所必需的全部基因，具有發(fā)育成完整生物休的潛能。

(2)原因：細(xì)胞含有本物種全部的遺傳信息。

(3)細(xì)胞全能性表達(dá)的條件：具有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)；處于離體狀態(tài)；提供一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜

的外界條件。

2.植物組織培養(yǎng)技術(shù)

(1)原理：植物細(xì)胞具有全能性。

(2)操作流程

(3)培養(yǎng)條件：營養(yǎng)物質(zhì)，礦質(zhì)元素(無機鹽)、蔗糖、維生素、有機添加物(甘氨酸)。植物激素，細(xì)胞分

裂素、生長素等。固化劑，瓊脂。其他條件，無菌、適宜的溫度、合適的pH等。

(4)脫分化和再分化的比較。

比較內(nèi)容脫分化再分化

過程外植體一愈傷組織愈傷組織一幼苗

形成體特點排列疏松、高度液泡化的薄壁細(xì)胞生根、發(fā)芽

需要條件a.離體；b.適宜的營養(yǎng)；c.生長a.離體；b.適宜的營養(yǎng)；c.生長素和細(xì)胞

素和細(xì)胞分裂素的比例適中分裂素的比例高或低分別誘導(dǎo)生根或生芽

3.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

(1)概念：將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的

技術(shù)。

⑵原理

①原生質(zhì)體融合：利用了細(xì)胞膜的流動性。

②雜種細(xì)胞發(fā)育成雜種植株：利用了細(xì)胞的全能性。

(3)過程圖解

胃

細(xì)

胞

A

植

物

細(xì)

胞

B

步驟做法

①原生質(zhì)體的獲得酶解法(纖維素酶、果膠酶)去除細(xì)胞壁，得到原生質(zhì)體

通過一定的技術(shù)手段(物理法：離心、振動、電激等；化學(xué)法：

②雜種細(xì)胞的形成

用聚乙二醇等作為誘導(dǎo)劑)進行人工誘導(dǎo)，實現(xiàn)原生質(zhì)體的融合

③雜種植株的產(chǎn)生對雜種細(xì)胞，用植物組織培養(yǎng)的方法進行培育

(4)意義：植物體細(xì)胞雜交克服了不同生物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。

注意說明：

(1)進行融合的細(xì)胞，若只考慮兩兩融合會產(chǎn)生三種類型：AA型、BB型、AB型，符合要求的為AB

型。

(2)雜種細(xì)胞形成的標(biāo)志：再生出細(xì)胞壁。

(3)雜種細(xì)胞的染色體數(shù)通常是兩親本細(xì)胞染色體數(shù)目之和，屬于異源多倍體，變異類型屬于染色體變

異。

4.植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用

(1)植物繁殖的新途徑

①微型繁殖：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。

特點：a.保持優(yōu)良品種的遺傳惡性；b.高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖

②作物脫毒技術(shù)：選取作物無毒組織(如莖尖)進行組織培養(yǎng)，

獲得脫毒苗的技術(shù)。常用于馬鈴薯、草莓、甘蔗、香蕉等無性繁殖的植物。

③人工種子：以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到

的種子。人工種皮要透水、透氣、易降解，而且要在一定濃度的農(nóng)藥中浸泡。人工胚乳或子葉中除含有營

養(yǎng)物質(zhì)外，也可以放入固氮菌。

(2)作物新品種的培育：單倍體育種；突變體的利用。

考點二動物細(xì)胞工程

1.動物細(xì)胞培養(yǎng)

(1)概念：從動物機體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細(xì)胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些

細(xì)胞生長和增殖。

(2)原理：細(xì)胞的增殖。

(3)操作流程

動物胚胎或幼齡動剪碎一單個細(xì)胞加培養(yǎng)液一

物的器官或組織胰蛋蟾或膠原蛋白醯遍制成‘

細(xì)胞懸液一貼壁細(xì)胞生長到表面相互接觸一M0代細(xì)胞一50代細(xì)胞

原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)繼續(xù)傳代培養(yǎng)，

可能發(fā)生觸

①選用幼齡動物組織或胚胎進行細(xì)胞培養(yǎng)的原因：幼齡動物組織或胚胎的細(xì)胞分化程度低，增殖能力

很強，更易于培養(yǎng)。

②不選用胃蛋白酶分散細(xì)胞的原因：多數(shù)動物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2?7.4,此環(huán)境下胃蛋白酶(適宜

pH為1.5左右)沒有活性，而胰蛋白酶(pH為7.2?8.4)活性較高。

③正常細(xì)胞有接觸抑制現(xiàn)象，癌變細(xì)胞會失去接觸抑制現(xiàn)象。

④目前使用或冷凍保存的通常都是10代以內(nèi)的細(xì)胞，目的是保持細(xì)胞正常的二倍體核型。

⑤無論是原代培養(yǎng)還是傳代培養(yǎng)，培養(yǎng)瓶都要放在二氧化碳培養(yǎng)箱中，目的是調(diào)節(jié)pH。

(4)培養(yǎng)條件

①無菌、無毒的環(huán)境：培養(yǎng)液和培養(yǎng)用具進行無菌處理；培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素；定期更換培

養(yǎng)液，以清除細(xì)胞代謝產(chǎn)物。

②營養(yǎng)：主要有糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。在使用含有上述成分的合成培養(yǎng)基

時，通常需加入血清、血漿等天然成分。

③溫度和pH：培養(yǎng)哺乳動物細(xì)胞的溫度多以36.5+0.5℃為宜，多數(shù)細(xì)胞生存的適宜pH為7.2?7.4。

④氣體環(huán)境：95%空氣+5%CC)2,O2是細(xì)胞代謝所必需的，C02的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。

(5)動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用

①生產(chǎn)病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等。

②為基因工程提供受體細(xì)胞。

③用于檢測有毒物質(zhì)，判斷某種物質(zhì)的毒性。

④用于生理、病理、藥理等方面的研究。

2.動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物

(1)概念：將動物的一個細(xì)胞的細(xì)胞核移入一個已經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中，使其重組并發(fā)育成一個

新的胚胎，這個新的胚胎最終發(fā)育為動物個體。

(2)原理：動物細(xì)胞核的全能性。

(3)分類：胚胎細(xì)胞核移植(容易)、體細(xì)胞核移植(困難，原因是動物體細(xì)胞分化程度高，全能性很難恢

復(fù))。

(4)操作流程

取供體動一細(xì)胞一體細(xì)胞

物體細(xì)胞培養(yǎng)

采集卵也減數(shù)第二次顯微操作之核的卵電激，使

母細(xì)胞培養(yǎng)分裂中期吸出細(xì)胞'母細(xì)胞細(xì)胞融合,

核及極體

重組細(xì)胞邀運重組胚胎受體雌一儡墨舞

移植性動物同的個體

(5)用到的技術(shù)手段：動物細(xì)胞培養(yǎng)、動物細(xì)胞融合、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植。

(6)體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景：加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁育；保護瀕危物種；轉(zhuǎn)基

因克隆動物可以作為生物反應(yīng)器；為器官移植提供供體；為胚胎發(fā)育及衰老過程的研究提供證據(jù)；用克隆

動物作疾病模型。

(7)存在的問題：成活率低；克隆動物的健康問題；克隆動物食品的安全性問題等。

知識拓展:

選卵細(xì)胞作為受體細(xì)胞的原因：①卵細(xì)胞體積大，易于操作；②卵黃多，營養(yǎng)豐富，能為發(fā)育提供充

足的營養(yǎng)；③能激發(fā)重組細(xì)胞分裂分化

用物理或化學(xué)方法(如電脈沖、鈣離子載體，乙醇、蛋白酶合成抑制劑等)激活受體細(xì)胞，使其完成

細(xì)胞分裂和發(fā)育進程

目前核移植技術(shù)中普遍使用的去核方法是顯微操作去核法。還有人采用其他方法，如梯度離心、紫外

光短時間照射、化學(xué)物質(zhì)處理等。這些方法是在沒有刺破透明帶或卵母細(xì)胞質(zhì)膜的情況下，去除細(xì)胞核或

使卵細(xì)胞核DNA變性，從而達(dá)到去核目的。

(8)生物技術(shù)中的倫理問題：不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人的實驗，不反對治療

性克隆。

考點三動物細(xì)胞融合與單克隆抗體的制備

1.動物細(xì)胞融合：兩個或多個動物細(xì)胞結(jié)合形成一個細(xì)胞的過程，又稱細(xì)胞雜交。

(2)原理：細(xì)胞膜的流動性。

⑶方法：滅活的病毒、聚乙二醇、電激等。

(4)意義：突破有性雜交方法的局限，使遠(yuǎn)緣雜交成為可能；成為研究細(xì)胞遺傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和生

物新品種培育等的重要手段；制備單克隆抗體。

D

不同DNA

的兩個細(xì)胞

融合

兩個完整的

雜交細(xì)胞,

⑥有絲分裂

用滅活病毒誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合過程的示意圖

2.單克隆抗體的制備

(1)血清抗體與單克隆抗體

名稱產(chǎn)生特點

血清抗體由漿細(xì)胞分泌一般從血清中分離，產(chǎn)量低，純度低，特異

性差

單克隆抗體由雜交瘤細(xì)胞分泌特異性強，靈敏度高，能大量制備

(2)單克隆抗體：克隆單一的雜交瘤細(xì)胞所產(chǎn)生的大量的單一抗體。

(3)生產(chǎn)過程注射抗原

(4)特點：特異性強、靈敏度高，并可大量制備。

(5)用途：①作為診斷試劑：能準(zhǔn)確識別各種抗原物

雜交細(xì)胞

質(zhì)的細(xì)微差異，并與一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，具有準(zhǔn)

確、高效、簡易、快速的優(yōu)點。----------篩選出雜交瘤細(xì)胞

溫迂______專一抗體

②用于治療疾病和運載藥物：可制成“生物導(dǎo)彈”，火以檢驗陽性

克隆上述

雜交細(xì)胞篩選出能產(chǎn)生特定

主要用于治療癌癥，也有少量用于治療其他疾病?？贵w的雜交瘤細(xì)胞

專一抗體

檢驗陽性

將不同雜交

細(xì)胞分開

體外培養(yǎng)體內(nèi)培養(yǎng)

從培養(yǎng)液V從小鼠腹水

中提取工中提取

單克隆抗體

(6)制備單克隆抗體過程中的兩次篩選

篩選的對象方法

利用特定的選擇培養(yǎng)基：在該培養(yǎng)基

中只有雜交瘤細(xì)胞存活，其他細(xì)胞(未

第一次篩選雜交瘤細(xì)胞

融合的B細(xì)胞和瘤細(xì)胞、融合后的

B—B細(xì)胞和瘤一瘤細(xì)胞)均不能存活

利用特定抗原通過抗原一抗體雜交技

第二次篩選能產(chǎn)生特異性抗體的雜交瘤細(xì)胞

術(shù)確認(rèn)抗體性質(zhì)

1.根據(jù)下面植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程圖，回答相關(guān)問題。

番茄細(xì)胞

(1)運用傳統(tǒng)有性雜交(即用番茄、馬鈴薯雜交)自然狀態(tài)下不能得到雜種植株，原因是O

(2)在利用雜種細(xì)胞培育雜種植株的過程中，依據(jù)的原理是,其中過程②稱為,植

物體細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是O

(3)己知番茄、馬鈴薯分別為四倍體、二倍體，貝廣番茄一馬鈴薯”屬于倍體植株。

(4)已知柴油樹種子含有的柴油是植物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，可用植物組織培養(yǎng)來實現(xiàn)柴油的工業(yè)化生產(chǎn)。若

利用此技術(shù)，將柴油樹細(xì)胞培養(yǎng)到階段即可(填字母編號)。

(5)若培育抗蟲棉，將抗蟲基因通過適當(dāng)?shù)耐緩綄?dǎo)入棉花受精卵，然后進行組織培養(yǎng)，該過程相當(dāng)于

(填字母編號)。

(6)人工種子是由發(fā)育到過程(填字母編號)的結(jié)構(gòu)包裹上人工種皮制備的。

［答案］(1)不同種的植物存在生殖隔離⑵細(xì)胞的全能性原生質(zhì)體融合產(chǎn)生新的細(xì)胞壁(3)六

(4)e

(5)④⑤(6)f

［解析］(1)番茄和馬鈴薯屬于兩個物種，存在生殖隔離，不能通過有性雜交產(chǎn)生后代。(2)在利用雜種細(xì)胞

培育雜種植株的過程中，依據(jù)的原理是細(xì)胞的全能性，其中過程②稱為原生質(zhì)體融合，植物體細(xì)胞融合完

成的標(biāo)志是產(chǎn)生新的細(xì)胞壁。(3)由于番茄、馬鈴薯分別為四倍體、二倍體，因此“番茄一馬鈴薯”屬異源六

倍體。(4)柴油是植物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，將柴油樹細(xì)胞培養(yǎng)到愈傷組織階段即可提取，愈傷組織階段為圖中

的e階段。(5)若培育抗蟲棉，將抗蟲基因通過適當(dāng)?shù)耐緩綄?dǎo)入棉花受精卵，然后進行組織培養(yǎng)，包括脫分

化和再分化兩個階段，即圖中的④⑤。(6)人工種子是用胚狀體、不定芽、腋芽等材料包上人工種皮制成的。

2.如圖表示兩種制備單克隆抗體的實驗方案。已知調(diào)控細(xì)胞增殖的基因在骨髓瘤細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，回答相

關(guān)問題：

體內(nèi)培養(yǎng)

1f機/小鼠八單克隆

CD細(xì)胞培養(yǎng)、座曠

體外培養(yǎng)

圖1

(1)若圖1中A是小鼠骨髓瘤細(xì)胞，則B細(xì)胞是取自體內(nèi)的漿細(xì)胞，促進d過程的常用誘

導(dǎo)劑是?

(2)假設(shè)僅考慮某兩個細(xì)胞的融合，則可形成種類型的C細(xì)胞，通常首先是用選擇培養(yǎng)基對C

細(xì)胞進行篩選，篩選出_______細(xì)胞，然后再設(shè)法篩選出________(填特點)的D細(xì)胞用于培養(yǎng)。

(3)若以細(xì)胞核移植技術(shù)制備單克隆抗體(圖2),a為去核的細(xì)胞，e是從d中分離出的

細(xì)胞，V過程類似于植物組織培養(yǎng)中的過程。

1供體細(xì)胞的核

占心占o(jì)線g工一

ac13ef

早期從d中取出特定

胚胎細(xì)胞、培養(yǎng)細(xì)胞

圖2

(4)單克隆抗體與常規(guī)的血清抗體相比，最大的優(yōu)點是。

［答案］⑴感染病毒的動物或人聚乙二醇(PEG)

(2)3雜交瘤既能無限增殖又能產(chǎn)生單一抗體

(3)骨髓瘤胚胎干再分化

(4)特異性強、靈敏度高、可大量制備

［解析］(1)雜交瘤細(xì)胞是由小鼠的骨髓瘤細(xì)胞與經(jīng)抗原刺激形成的漿細(xì)胞融合而成的；動物細(xì)胞融合常

用的誘導(dǎo)劑是聚乙二醇(PEG)。⑵僅考慮兩個細(xì)胞的融合，則可形成骨髓瘤細(xì)胞自身融合、漿細(xì)胞自身融

合、骨髓瘤細(xì)胞與漿細(xì)胞融合3種類型的C細(xì)胞，所以需要用選擇培養(yǎng)基對C細(xì)胞進行篩選，先篩選出雜

交瘤細(xì)胞，然后再設(shè)法篩選出既能無限增殖又能產(chǎn)生單一抗體的細(xì)胞。(3)若以細(xì)胞核移植技術(shù)制備單克隆

抗體，則a為去核的骨髓瘤細(xì)胞，e是從早期胚胎d中分離出的胚胎干細(xì)胞，經(jīng)誘導(dǎo)培養(yǎng)分化為特定細(xì)胞,

這種特定細(xì)胞具有雜交瘤細(xì)胞的特點，既能無限增殖又能產(chǎn)生單一抗體。(4)單克隆抗體與常規(guī)的血清抗體

相比，最大的優(yōu)點是特異性強、靈敏度高、可大量制備。

3.如圖分別是單克隆抗體制備過程和克隆羊培育過程示意圖，請據(jù)圖回答下列問題：

黑面綿羊去］白面綿羊

,核卵母細(xì)胞|乳腺細(xì)胞核

(重”細(xì)胞)

|電脈］刺激

(早血胚胎)

I@

|另一母歲羊子宮)

J妊娠、誕

(克隆羊“多利1

乙

(1)圖甲和圖乙所示的過程中，均用到的動物細(xì)胞工程技術(shù)是。

(2)圖甲中②過程——動物細(xì)胞融合技術(shù)是指,該過程中常用的誘導(dǎo)因素有聚乙

二醇、O

⑶克隆羊的性狀與白面綿羊不完全相同，其主要原因是(不考慮環(huán)境因素影響)：

(4)圖乙過程的技術(shù)具有多方面的用途。在畜牧生產(chǎn)中，利用體細(xì)胞克隆技術(shù)可以加速家畜遺傳改良的進

程，促進優(yōu)良畜群繁育；在保護瀕危物種方面，可望利用體細(xì)胞核移植技術(shù)增加這些動物的存活數(shù)量。請

你列舉一例說明該技術(shù)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用：。

(5)在制備單克隆抗體的過程中，進行了兩次篩選，其目的分別是

［答案］(1)動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

(2)兩個或多個動物細(xì)胞結(jié)合形成一個細(xì)胞的過程滅活的病毒、電激

(3)卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)的遺傳物質(zhì)也能控制某些性狀

(4)轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白；在治療人類疾病時，轉(zhuǎn)基因克隆

動物細(xì)胞、組織和器官可以作為異種移植的供體；人的核移植胚胎干細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)分化，形成相應(yīng)的組織、

器官后，可以用于組織器官的移植。(回答出其中一項即可)

(5)第一次篩選出的是雜交瘤細(xì)胞，第二次篩選出的是能產(chǎn)生所需抗體的雜交瘤細(xì)胞(合理即可)

［解析］(1)圖甲和圖乙所示的過程中，都會用到的動物細(xì)胞工程技術(shù)是動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。(2)圖甲中②過

程為動物細(xì)胞融合技術(shù)(或細(xì)胞雜交)，是指兩個或多個動物細(xì)胞結(jié)合形成一個細(xì)胞的過程。此過程中常用的

誘導(dǎo)因素有聚乙二醇、滅活的病毒和電激等。(3)克隆羊的性狀并不完全像白面綿羊，因為卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)

的遺傳物質(zhì)也能控制某些性狀。(4)體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用：在畜牧生產(chǎn)中，利用體細(xì)胞克隆技術(shù)可以加

速家畜遺傳改良的進程，促進優(yōu)良畜群繁育；在保護瀕危物種方面，可望利用體細(xì)胞核移植技術(shù)增加這些

動物的存活數(shù)量。在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域，轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白；在

治療人類疾病時，轉(zhuǎn)基因克隆動物細(xì)胞、組織和器官可以作為異種移植的供體；人的核移植胚胎干細(xì)胞經(jīng)

過誘導(dǎo)分化，形成相應(yīng)的組織、相官后，可以用于組織、器官的移植。理論方面：研究克隆動物和克隆細(xì)

胞可使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程；用克隆動物做疾病模型，能使人們更好的追蹤研究疾病的

發(fā)展過程和治療疾病。(5)在制備單克隆抗體的過程中，進行了兩次篩選，其目的不同，第一次篩選