【串讲课件】第2章 细胞工程（期中复习课件）高二生物下学期人教版

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考点01 植物细胞工程
1.植物组织培养的概念：
指离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为完整植株的技术。
2.植物组织培养的原理：
细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能
生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
酒精消毒30s
次氯酸钠溶液处理30min
→
无菌水清洗2～3次
3.植物组织培养的过程
用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段
将消过毒的外植体置于无菌培养皿中
用无菌滤纸吸去表面的水分
在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！（将“形态学上端”朝上，下端朝下）
用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记
培养基及培养条件： 激素比例1：1、置于黑暗、 提供有机碳源（蔗糖）
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
将接种了外植体的锥形瓶置于18-22℃的培养箱培养
定期观察愈伤组织的生长情况
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上
注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！
长出芽后，将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日
用流水清洗掉根部的培养基
将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。
（7）结果分析与评价：
用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。
在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？
与生长素的极性运输有关
为什么外植体不能倒插？
（1）在诱导形成愈伤组织阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体？（2）指图中①②分别表示什么过程？（3）愈伤组织的特点是什么？（4）决定细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是？它们如何影响植物细胞的发育方向？（5）脱分化阶段是否需要光照？__________________； 再分化阶段需要给予光照，为什么？
生长素和细胞分裂素的浓度和比例
未分化、不定形、高度液泡化的薄壁细胞
细胞分裂能力强，分化程度低,容易诱导产生愈伤组织
问题：番茄、马铃薯存在生殖隔离，无法进行杂交，如何可以得到杂种植物？
1.①是什么过程，利用什么方法？2.②过程常用方法有哪些？ 融合成功的标志是什么？若只考虑两两融合，融合细胞有几种，符合要求的是哪种？3.③④过程分别是什么？
去除细胞壁；酶解法（纤维素酶、果胶酶）
物理方法：电融合法、离心法；化学方法：PEG融合法、高Ca2+一高pH融合法
二、植物体细胞杂交技术
4.植物体细胞杂交技术涉及到的技术手段有哪些？对应的原理是什么？
5.植物体细胞杂交完成的标志是什么？6.通过上述分析，概括植物体细胞杂交的概念？
将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的方法。
7.番茄（2n=24）、马铃薯（4n＝48），用植物体细胞杂交技术得到的植株的染色体数目有多少？ 此变异类型是什么？8.假设能将两种植物进行有性杂交，则后代植株的染色体数是多少？
9.植物体细胞杂交技术和传统有性杂交技术相比的优点是什么？10.最终“超级作物”没有如科学家所想象的生长，这是为什么？
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种
杂种植株虽然有两个遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能有序表达
三、植物细胞工程的应用
高效、快速地实现种苗的大量繁殖
保持优良品种的遗传特性
植物顶端分生区附近(如
【背景】马铃薯和草莓都是无性繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传播给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。
a.植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒
b.分生物细胞分化程度低，分裂能力强，全能性更高
取材：分生区（如茎尖、根尖）
(1)脱毒苗是选择植物的分生区如茎尖进行植物组织培养而获得的，属于细胞工程。(2)抗毒苗是把某抗病毒基因导入受体细胞中，并通过一定的方法培养形成的，属于基因工程。
3.作物新品种的培育：单倍体育种、突变体的利用。
染色体数目变异、植物细胞的全能性
组织培养时，由于培养的细胞一直处于不断的分生状态，易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变。
基因突变和植物细胞的全能性。
（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。（不是生长所必需）（2）细胞产物的工厂化生产：人们利用　 　　　　　来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。（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。
先得到愈伤组织，再用液体培养基扩大培养
4.细胞产物的工厂化生产
考点01 传统发酵技术的应用
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益
植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
克服不同种生物远缘杂交的障碍
植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
植物组织培养过程中的无菌技术包括培养环境、培养基、培养器械的消毒灭菌和植物材料(外植体)的消毒，对培养材料进行表面消毒时，一方面要考虑药剂的消毒效果；另一方面要考虑植物材料的耐受能力。
如图表示生物兴趣小组以幼嫩的菊花茎段为材料，利用植物组织培养技术繁殖菊花过程中出现的不同结果。有关分析错误的是( )A．甲、乙、丙三组细胞内的遗传物质基本相同B．乙组细胞的全能性高于甲组和丙组细胞C．甲组经脱分化得到乙组，乙组经再分化得到丙组D．不同结果的出现与植物激素的浓度和比例有关
1.识图时，完整的植物细胞是不规则形，原生质体已失去细胞壁，是球形。去壁时为了不破坏细胞结构，常用酶解法，根据酶的专一性，常用纤维素酶和果胶酶。2.细胞融合的过程中，两个细胞的染色体进入同一个细胞核中，因此染色体数直接求和。
某二倍体药用植物甲(染色体组成为MM)含有有效成分A，二倍体药用植物乙(染色体组成为NN)含有有效成分B。科研小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物，设计了如下实验流程。下列说法错误的是A．过程①通常用纤维素酶和果胶酶处理B．过程②常使用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂C．融合细胞c的染色体组成都是MMNND．过程④⑤分别涉及细胞的脱分化和再分化
1．细胞产物一般是细胞的次生代谢物，不一定是蛋白质。2．细胞培养一般是使细胞增殖，也可能会利用组织培养技术，先脱分化然后再分化获得所需的特定细胞后再进行培养。
下图表示工厂化生产紫杉醇的过程，对红豆杉愈伤组织进行液体悬浮培养分离出单细胞，再用组成为“普通培养基＋0.5 mg·L－1NAA＋0.5 mg·L－1BA(BA是一种细胞分裂素)＋25 g·L－1蔗糖”的培养液培养获得大量红豆杉细胞，下列叙述错误的是( )A．培养液中添加的“NAA＋BA”可以促进愈伤组织细胞增殖B．选取红豆杉树皮做外植体更容易获得紫杉醇C．紫杉醇可能不是红豆杉细胞基本生命活动所必需的物质D．外植体使用及整个培养过程中需要保证严格的无菌环境
考点02 动物细胞工程
①从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖；②能使细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换。
获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体
幼龄个体的细胞分化程度低、分裂能力强，易培养。
糖类、氨基酸、无机盐、维生素等
+ 血清等天然成分
将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基。
（人们对动物细胞所需营养物质尚未全部研究清楚，动物血清中某些含人类未知、细胞生长增殖所必需的物质。)
液体培养基（也称为培养液）
（2）无菌、无毒的环境
（3）适宜的温度、pH和渗透压
①适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以 为宜；②适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为 ；③适宜的渗透压：
36.5 ± 0.5℃
（与相应动物内环境的理化性质保持一致）
维持细胞正常的形态和功能。
①主要气体成分：②培养仪器：
用培养皿或松盖培养瓶，在含有___________和_________的混合气体的____________
用机械法 或用胰蛋白酶、 胶原蛋白酶等处理
二、干细胞的培养及应用
1.干细胞概念：2.分布：3.分类（按来源）：
动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。
（1）胚胎干细胞 (简称ES细胞)
细胞体积小，细胞核大、核仁明显
目前科学家已分离出了小鼠、兔、牛、猴和人等的ES细胞，在体外培养可分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等细胞。
必须从胚胎中获取，涉及伦理问题，因而限制了在医学上的应用。
具有组织特异性，只能在特定的组织中分化成特定的细胞或组织， 不具有发育成完整个体的能力。
有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。
（3）诱导多能干细胞（iPS细胞）
通过体外诱导成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞。
科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。
(成纤维细胞或已分化的T细胞、B细胞）
存在导致肿瘤发生的风险。
干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测等领域发挥大作用。
指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。
细胞膜具有一定的流动性
与植物原生质体融合的方法相同
聚乙二醇（PEG）融合法
→具有原来两个或多个细胞的遗传信息。
突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。至今，种间、属间、科间、甚至动物和植物之间的细胞融合都已获得了成功。
5.融合实质及完成的标志：
血清（主要）、组织液及外分泌液（如乳汁中，为新生儿提供抗体）
产量低、纯度低，特异性差。
骨髓瘤细胞（癌细胞，能无限增殖）
一个B淋巴细胞（只分泌一种特异性抗体）
（1）作为诊断试剂——最广泛的应用
8.单克隆抗体的应用：
【资料】使用高效的细胞毒素类药物进行化疗，可以有效杀伤肿瘤细胞。但细胞毒素没有特异性，在杀伤肿瘤细胞的同时还会对健康细胞造成伤害，这限制了它在临床上的应用。抗体—药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC通常由抗体、接头和药物（如细胞毒素）三部分组成，它的作用机制如下图所示。
将动物的一个细胞的细胞核，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。
用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。
——细胞分化程度高，表现全能性十分困难
——细胞分化程度低，表现全能性容易
（1）动物体细胞核移植技术证明了？（原理）
该技术证明了：已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。
（2）从遗传物质的角度分析，克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？
② 生物性状还受环境因素的影响。
① 克隆动物遗传物质来源
全部来自 。
一部分来自 细胞，另一部分来自 。
③ 克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。
表现型 = 基因型 + 环境
5.体细胞核移植的过程
增加濒危物种的存活数量
6.体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
①培养过程中细胞都进行有丝分裂，不涉及减数分裂；②均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件。
植物组织培养和动物细胞培养的比较
细胞膜具有一定的流动性植物细胞的全能性
用果胶酶和纤维素酶去壁
用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞
电融合法、高Ca2+-高pH融合法；离心法、聚乙二醇（PEG）融合法
聚乙二醇（PEG）融合法、电融合法、灭活病毒诱导法
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，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
主要用于制造单克隆抗体
植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
诱导融合后得到多种杂交细胞，还有未融合细胞等
用特定的选择培养基进行筛选：未融合的亲本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才能生长。
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞。
用96孔板培养，在每个孔中尽量接种一个杂交瘤细胞的情况下进行克隆化培养和抗体检测，经过多次筛选得到足够数量的能分泌所需抗体的细胞。
筛选出分泌所需抗体的杂交瘤细胞
单克隆抗体制备过程两次筛选比较
有关动物细胞培养可归纳为4个“2”1．培养材料为“2”：即动物胚胎、幼龄动物的组织和器官。2．培养过程为“2”：即原代培养、传代培养。3．胰蛋白酶使用“2”次：即原代培养和传代培养中均使用，目的是使细胞分散。4．细胞生长特点有“2”个：即贴壁生长和接触抑制。
2019年诺贝尔生理学或医学奖授予了在“细胞感知和适应氧气供应”研究中做出贡献的科学家。此项研究以能够表达人类促红细胞生成素的小鼠模型为材料，并借助动物细胞培养技术进行研究。下列相关叙述错误的是( )A．培养过程中，应定期更换培养液，以便清除细胞代谢产物B．培养过程中，要在培养基中加入一定量的血清，以防止培养过程中的污染C．培养过程中，添加CO2的目的是维持培养液的pHD．用该技术培养的动物细胞可以用于筛选抗癌药物
克隆动物遗传物质来源：核内遗传物质全部来自供体细胞。细胞质中的遗传物质，一部分来自核供体细胞，另一部分来自受体卵母细胞。
下列对动物核移植技术的描述错误的是( )A．体细胞核移植的过程中可通过显微操作去核法去除卵母细胞中的核B．用于体细胞核移植的卵母细胞通常要在体外培养到减数分裂Ⅱ中期C．通过体细胞核移植方法生产的克隆动物与核供体性状并不完全相同D．非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难，至今没有成功实例
动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞
体外受精、胚胎移植、胚胎分割
在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
准备阶段Ⅱ:卵子的准备
精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
细胞膜的功能：进行细胞间信息交流
细胞膜具有：一定的流动性
2.胚胎工程的理论基础
体内：在 使精子获能；体外：培养在 中使其获能；
卵子要在 内进一步成熟，达到 时，才具备与精子受精的能力。
(1)准备阶段——精子获能
精子获能指精子获得受精能力，而不是获得能量。
精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带
精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核
防止多精入卵的两个屏障
核膜消失，形成受精卵。第一次卵裂即将开始
a.观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间）b.观察到雌、雄原核。
雌、雄原核融合形成合子
核膜消失，第一次卵裂即将开始
子细胞形成致密的细胞团
3.胚胎工程技术及其应用
去除精浆，以利于精子获能 (提取纯度较高精子)
胚胎早期培养的基本条件:①营养条件、②无菌、无毒的环境条件③适宜的温度、pH和渗透压、④适宜的气体环境
包括 、 和 等步骤
将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。
（遗传性状优良，生产能力强）
（有健康体质和正常繁殖能力）
早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。
Q1:同期发情处理的目的是什么？
Q2:如何进行超数排卵？
Q3:超数排卵的目的是什么？
Q4:冲卵的目的是什么？
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
确保供体和受体的生殖器官处于相同的生理状态，使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致
(一般用孕激素或雌激素)
直接注射性激素，通过负反馈调节会导致性腺萎缩。
(放入-196℃的液氮中保存)
2等份、4等份或8等份
早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。
后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。
体视显微镜和显微操作仪
发育良好的、形态正常的桑葚胚或囊胚。
注：分割囊胚时，要将内细胞团均等分割
采用___________将____________切割成___________________________等，经移植获得__________________的技术
选取滋养层细胞。 因为内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，如果取了内细胞团细胞，可能会影响胎儿以后的发育。而滋养层细胞将来发育成胎儿的胎盘和胎膜，只为胚胎提供营养；同时滋养层细胞和内细胞团细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂和细胞分化形成，具有相同的遗传物质。
都属于无性繁殖或克隆，最终技术是胚胎移植
雌性动物的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎
通过核移植技术获得的重组胚胎
胚胎分割动物具有相同的遗传物质，两个亲本提供的核遗传物质一样多
克隆动物的核遗传物质主要由供体细胞核提供
经过受精作用或其他方式形成的一个细胞
经过核移植技术形成的一个细胞
胚胎分割动物和体细胞核移植克隆动物的比较
胚胎移植成功与否的两个重要条件1．胚胎移植一般应在同种(指“同物种”)的雌性供体和受体之间进行。2．进行胚胎移植的供、受体生理状态要相同(1)供、受体雌性动物的发情时间一致；(2)移入受体子宫内胚胎的位置应与其在供体子宫内的位置相同或相似。
牛胚胎移植的主要流程如下，下列相关叙述不正确的是( )①供体超数排卵→②配种→③胚胎收集→④____→⑤胚胎移植→⑥子代小牛A．①过程需要注射促性腺激素，目的是获得更多的卵母细胞B．③过程是以哺乳动物早期胚胎未与子宫建立组织上的联系为前提C．④过程是“对胚胎进行质量检查”，可移植的胚胎应发育到囊胚或原肠胚D．⑤过程成功率的高低主要取决于供、受体生理环境的一致性
1.植物甲抗旱抗病性强但产量低，植物乙高产易感病。科研人员通过体细胞杂交培育兼具两者优点的杂种植株丙，流程如图。下列叙述错误的是（　　）A．过程①中甲乙原生质体制备时间不同，可能与细胞壁成分差异有关B．杂种细胞通过植物组织培养成植物丙体现细胞全能性C．配制诱导生芽的培养基需调高生长素/细胞分裂素比例D．可通过观察杂种植株丙的染色体形态和数目，初步鉴定其遗传特性
2.紫杉醇是从红豆杉的树皮中提取出来的一种具有抗肿瘤作用的药物。利用植物细胞悬浮培养技术将单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得大量紫杉醇，从而实现紫杉醇的工厂化生产。下列说法正确的是（　　）A．该培养过程所用的培养基为固体培养基B．紫杉醇是细胞代谢所必需的营养物质C．需要使用胶原蛋白酶处理细胞，使之分散为单个的悬浮细胞D．利用悬浮培养技术生产紫杉醇，有利于对红豆杉的保护
3.近年兴起的“科技食品”细胞培养肉是通过体外培养动物细胞制造出来的肉类，其生产流程如下图所示，相关叙述不正确的是（　　）A．肌卫星细胞应具有较强的细胞增殖和肌肉分化能力B．肌肉组织分离成肌卫星细胞类似植物组织培养的再分化过程C．培养基通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等成分D．生产细胞培养肉可能存在食品安全、技术滥用的风险
4.下图为利用正常的小鼠细胞进行动物细胞培养的过程，①～④表示相关过程。下列相关叙述正确的是（    ）A．过程①可以使用机械法或胃蛋白酶等将组织分散成细胞B．过程②和过程④中细胞只能贴壁生长C．培养细胞2需要贴附于基质表面生长，可直接用离心法进行收集D．培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素、血清等
5.科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁育，可以对此转基因奶牛进行克隆（如图所示）。下列叙述错误的是   A．采集的卵母细胞去核是去除纺锤体与染色体复合物B．动物的体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植C．利用该技术生出的犊牛与供体奶牛的遗传物质与性状完全相同D．该过程涉及的技术有动物细胞培养、核移植、胚胎移植技术等
6.金菊花是多年生草本植物，是经长期人工选择培育出的名贵观赏花卉。如图表示某生物兴趣小组利用金菊花未开花的幼嫩枝条进行组织培养的过程。下列叙述正确的是（    ）A．过程①是获取离体的未开花的幼嫩枝条，用适宜浓度的酒精和次氯酸钠的混合液消毒B．过程②形成的愈伤组织是一种固定形态的薄壁组织团，诱导产生愈伤组织时每日应给予适时光照C．过程④是将培育形成的试管苗直接移栽入土，进一步培养成金菊花植物体D．过程③诱导生芽培养基与诱导生根培养基相比，前者中细胞分裂素所占的比例和用量更高
7.甲品种青花菜具有多种由核基因控制的优良性状，但其属于细胞质雄性不育品种。通过体细胞杂交，科研人员成功地将乙品种细胞质中的可育基因引入甲品种中，下图为该操作示意图。请据图回答下列问题：(1)图中A过程为 ，可采用 酶获得原生质体。(2)诱导甲、乙原生质体融合的化学方法包括聚乙二醇融合法和 等，该过程成功的标志是 。(3)杂种细胞诱导形成杂种植株的过程的两大关键步骤是 。(4)植物体细胞杂交技术的生殖方式为 （填“有性”或“无性”）。
【答案】(1) 去除细胞壁 纤维素酶和果胶(2) 高Ca+-高pH融合法 再生出细胞壁(3)脱分化和再分化(4)无性
8.2n/4n嵌合体胚胎是指用四倍体(4n)胚胎与二倍体胚胎(2n)或胚胎干细胞(ES细胞)进行聚合，形成由二倍体和四倍体细胞组成的嵌合体。2n/4n嵌合体胚胎的构建常用方法如图，请据图分析回答：(1)受精卵是胚胎发育的开端，图中的卵细胞发育到 时期，才具备受精的能力，而精子需经过 过程才能和卵细胞结合。(2)2N的ES细胞来自胚胎发育过程的 期，本实验中从功能上说明了该细胞 。(3)2n/4n嵌合体胚胎的构建用到的现代生物工程技术主要有： 。(4)ES细胞经嵌合体方法培育的动物与核移植方法培育的动物相比，遗传物质来源的区别主要是什么？ 。
【答案】(1) MⅡ 获能(2) 囊胚 具有发育的全能性(3)动物细胞的培养、动物细胞融合和胚胎移植(4)用ES细胞经嵌合体方法克隆的动物是完全的复制体而用核移植方法克隆的动物只是核型一致但胞质类型却不一定相同。