2020版高考新创新一轮复习生物通用版学案：选修3第2讲细胞工程

第2讲 细胞工程

一、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。
二、植物细胞工程
1．植物细胞的全能性

2．植物细胞工程的基本技术

3．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
①单倍体育种
a．实质：花药离体培养过程就是植物组织培养过程。
b．流程：花药单倍体幼苗纯合子。
c．优点：后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。
②突变体的利用：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而发生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
(3)细胞产物的工厂化生产
①细胞产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
②培养阶段：愈伤组织阶段。
③技术基础：植物组织培养技术。
三、动物细胞培养与核移植技术
1．动物细胞培养

2．动物细胞核移植技术

四、动物细胞融合与单克隆抗体
1．动物细胞融合
(1)概念：两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，也称细胞杂交。
(2)条件：需要用聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒或电激等诱导因素。
(3)原理：细胞膜的流动性。
(4)结果：形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。
(5)意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。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，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：作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。
[基础微点全练]
1．判断正误
(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性(√)
(2)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的(×)
(3)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞进行诱导融合(×)
(4)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志(√)
(5)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织，再用胃蛋白酶处理(×)
(6)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸(×)
(7)动物细胞核移植的受体细胞必须是卵细胞(×)
(8)用于核移植的供体细胞一般都选用10代以内的培养细胞(√)
(9)杂交瘤细胞进行体内培养，是为了获得能产生单克隆抗体的胚胎(×)
(10)B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后有三种细胞类型(若仅考虑两两融合的情况)(√)
2．下列有关动物细胞培养的叙述，正确的是(　　)
A．动物细胞培养过程中，可用胃蛋白酶处理使细胞分散开
B．通过动物细胞培养获得大量细胞，可证明动物细胞具有全能性
C．动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础
D．动物细胞培养选用的培养材料大多是动物的受精卵
解析：选C　动物细胞培养过程中，应用胰蛋白酶处理使细胞分散开，A错误；通过动物细胞培养获得大量细胞，没有获得完整个体，不能证明动物细胞具有全能性，B错误；动物细胞培养选用的培养材料大多是幼龄动物的组织或细胞，D错误。
3．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是(　　)

A．该途径依据的原理是植物细胞具有全能性
B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例
C．经过程①细胞的形态和结构未发生变化
D．过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖
解析：选B　细胞全能性以细胞发育成个体为标志，而图中并没有形成完整植物体，A错误；过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，B正确；过程①是脱分化，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，成为高度液泡化的薄壁细胞，C错误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D错误。
4．应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株，也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑桔耐盐植株的实验流程。请回答下列问题：

(1)愈伤组织是由离体的茎段经________过程形成的，此时愈伤组织细胞________(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。
(2)对愈伤组织进行了两次处理，处理1中γ射线照射的目的是______________，用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是________________________；处理2中添加的物质X为________。
(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜—甘蓝、三倍体无子西瓜、农杆菌转化法获得抗虫棉中，必需用到植物组织培养技术的是________________________________________________________________________。
解析：由图分析可知，培育柑桔耐盐植株利用了γ射线照射，使其发生基因突变，再利用一定浓度盐的培养基去选择耐盐植株。(1)离体的茎段经过脱分化过程形成愈伤组织，此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞依然具有全能性。(2)对愈伤组织进行了两次处理，处理1中γ射线照射的目的是诱导基因突变。愈伤组织细胞处于不断地分裂状态，易受到培养条件和外界压力的影响而发生突变，因此通常用γ射线处理植物的愈伤组织能获得较好效果。该技术最终培育柑桔耐盐植株，因此处理2中添加的物质X为NaCl，起选择作用，具有能适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死亡。(3)三倍体无子西瓜的培养过程是：利用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗，使之变成四倍体植株，再用二倍体西瓜给四倍体西瓜授粉，结出三倍体的种子。第二年将此三倍体的西瓜种子种下去，授以二倍体的花粉，结出三倍体的无子西瓜。整个过程中没有用到植物组织培养。作物育种研究中常用农杆菌转化法将含抗虫基因的Ti质粒导入到植物体细胞中，再利用植物组织培养技术获得抗虫的农作物。运用细胞工程培育白菜－甘蓝杂种植株，需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。
答案：(1)脱分化　具有　(2)诱发基因突变　愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发基因突变　NaCl(或盐)　(3)白菜—甘蓝、抗虫棉
5．如图是某实验室通过小鼠纤维母细胞等获得单克隆抗体的实验流程，据图回答相关问题：

(1)过程①类似于植物组织培养技术中的________过程。与纤维母细胞相比，诱导干细胞的全能性较________。过程②中细胞分化的实质是__________________________________。
(2)a是________，Z细胞是____________________________________________________。
(3)骨髓瘤细胞和浆细胞融合所依据的原理是____________________。与诱导植物原生质体融合不同的方法是用________诱导。
(4)通过单克隆抗体制备技术得到的抗a的单抗具有____________________的特点。
解析：(1)过程①是将甲小鼠的纤维母细胞诱导成诱导干细胞，相当于植物组织培养技术中的脱分化。诱导干细胞相当于未分化的细胞，其全能性较高。过程②是诱导干细胞分化成各种体细胞，细胞分化的实质是基因选择性表达。(2)由图分析可知，Z为能产生抗a抗体的杂交瘤细胞，Z分泌合成的是抗a的单抗，则a为抗原。(3)动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性。骨髓瘤细胞和浆细胞融合与诱导植物原生质体融合不同的方法是用灭活的病毒进行诱导。(4)通过单克隆抗体制备技术得到的抗a的单抗具有的特点是特异性强、灵敏度高、可大量制备。
答案：(1)脱分化　高　基因的选择性表达　(2)抗原　能产生抗a抗体的杂交瘤细胞　(3)细胞膜的流动性　灭活的病毒　(4)特异性强、灵敏度高、可大量制备

一、植物细胞工程
[试考题·查欠缺]
1．(2018·江苏高考)花药离体培养是重要的育种手段。下图是某二倍体植物花药育种过程的示意图，下列叙述正确的是(　　)

A．为了防止微生物污染，过程①所用的花药需在70%乙醇中浸泡30 min
B．过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化
C．过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体
D．过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上
解析：选C　通常将花药用体积分数为70%的酒精浸泡30 s，立即取出，在无菌水中清洗；过程②为脱分化形成愈伤组织的过程，所用培养基中细胞分裂素和生长素的比例应适中；过程③为再分化，因用秋水仙素处理了由花药形成的愈伤组织细胞，故能筛选获得纯合的二倍体；过程④应将炼苗后的植株移栽到土壤中。
2．(2017·海南高考)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题：
(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中，均加入一定量的蔗糖，蔗糖水解后可得到______________。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是________________(填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。
(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的，这两种激素是________________。A中的愈伤组织是叶肉细胞经________形成的。

(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉，可用组织培养方法繁殖，在培养时，____________(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是_________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性。(2)蔗糖水解后可得到葡萄糖 、果糖。用细胞作为材料进行培养获得幼苗，细胞必须具有完整细胞核，才具有发育为个体的一整套完整遗传信息。(3)影响植物组织培养的两种主要激素是细胞分裂素和生长素。愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。(4)由于花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，组织培养得到花卉基因型不同于原植株，导致不能保留亲本性状。
答案：(1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性，在一定条件下能发育成完整的植株　(2)葡萄糖、果糖　具有完整的细胞核　(3)细胞分裂素、生长素　脱分化　(4)不能
对杂合体的植株来说，其体细胞的基因型相同，而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同。用花粉粒进行组织培养得到花卉基因型不同于原植株
3．(2013·全国卷Ⅱ)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。
解析：(1)要培育同时含有A和B的新型药用植物，可采用植物体细胞杂交技术。植物体细胞杂交技术的第一步是用纤维素酶和果胶酶去除两种植物细胞的细胞壁，获得具有活力的原生质体。诱导融合成功后获得的杂种细胞，经脱分化培养成愈伤组织，然后经过再分化形成完整的杂种植株。(2)多倍体的概念：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。由于甲与乙有性杂交的后代中分别含有甲植物和乙植物的一个染色体组，两个染色体组中的染色体互不相同，杂交后代细胞中无同源染色体，减数分裂过程中会发生联会异常，不能产生正常的生殖细胞，故该植株不可育。而体细胞杂交获得的杂种植物分别含有甲植物和乙植物的两个染色体组，含有同源染色体，减数分裂过程中联会正常，能产生正常的生殖细胞，故该杂种植株可育。(3)制备人工种子的材料可以是经组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等。
答案：(1)纤维素　果胶　原生质体　愈伤　再分化(或分化)　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，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常
(3)胚状体、不定芽、顶芽和腋芽
[强知能·补欠缺]
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(需再分化，生根培养基和生芽培养基)。
(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．植物激素对植物组织培养的影响
(1)使用顺序不同实验结果不同
使用顺序
实验结果
先使用生长素，后使用细胞分裂素
有利于细胞分裂，但细胞不分化
先使用细胞分裂素，后使用生长素
细胞既分裂也分化
同时使用
分化频率提高
简记为：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高

(2)生长素/细胞分裂素的值影响植物细胞的发育方向
生长素/细胞分裂素
植物细胞的发育方向
高
有利于根的分化，抑制芽的形成
低
有利于芽的分化，抑制根的形成
适中
促进愈伤组织的生长
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
3.植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法
(1)诱导产生的杂种细胞类型(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)。
①未融合的细胞：A和B。
②两两融合的细胞：AA、BB和AB。
③多细胞融合体。
(2)检测方法：对诱导产生的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。
植物性状
结论
①只表现出一种植物的性状
未融合的细胞
②得到的是具有两种亲本性状的植物
杂种植株
③得到的是两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得到加强
多细胞融合体
④得到的是一种植物的性状，但是效果得到加强
同种细胞
融合的结果
4．杂种植株遗传物质变化的判断
(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，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。
③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
[练题点·全过关]
1．(2019·武汉调研)为探究某种植物愈伤组织的培养条件，某研究小组配制了含有两种浓度2,4­D的培养基，然后接种初始重量相同的幼苗子叶切块并分别培养在光照及黑暗条件下，一段时间后，测量愈伤组织的生长量，结果如图。回答下列问题：

(1)在该实验中，自变量是___________________________________________。
进行植物组织培养的实验，要严格控制杂菌污染的原因是____________________。
(2)由图中实验数据分析，在培养基中添加2,4­D的作用是________________。
(3)幼苗子叶切块转变成愈伤组织的过程称____________。为大量获得该植物的愈伤组织适宜采取________(填“黑暗”或“光照”)培养。
(4)光照在培养过程中不作为愈伤组织的能量来源，原因是
________________________________________________________________________。

解析：(1)由图分析可知，该实验的自变量为光照的有无和2,4­D的浓度。由于微生物繁殖速度快，与植物组织竞争营养，并且可以产生大量有毒物质可能杀死植物细胞，故进行植物组织培养时，应严格控制杂菌污染。(2)2,4­D是植物生长素类似物，可以促进愈伤组织生长。(3)植物组织培养须在离体的情况下，经脱分化形成愈伤组织，经再分化形成胚状体；从图示坐标曲线分析，黑暗条件下愈伤组织生长更好。(4)经脱分化形成愈伤组织的过程中及愈伤组织的增殖阶段，细胞中均不含叶绿体，无法利用光能进行光合作用，而光照促进叶绿素的合成，抑制细胞脱分化，促进细胞再分化，故脱分化过程通常是在黑暗条件下进行，再分化在光下进行。
答案：(1)光照的有无、2,4­D的浓度　杂菌可以在培养基上生长争夺营养，杂菌产生的物质影响植物组织的生长
(2)促进愈伤组织的生长　(3)脱分化　黑暗　(4)经脱分化形成愈伤组织的过程中及愈伤组织的增殖阶段，细胞中均不含叶绿体，无法利用光能进行光合作用
2．(2019·长春调研)絮凝性细菌分泌的具有絮凝活性的高分子化合物能与石油污水中的悬浮颗粒和有机物等形成絮状沉淀，起到净化污水的作用。为进一步提高对石油污水的净化效果，将絮凝性细菌和石油降解菌融合，构建目的菌株。其流程如下。据图回答下列问题：

(1)溶菌酶的作用是__________________。PEG的作用是________________________。
(2)经处理后，在再生培养基上，未融合的A、B难以生长。图中AB融合菌能生长和繁殖，原因是成功融合的细胞既可以____________________，又可以____________。
(3)目的菌株的筛选：筛选既能分泌具有絮凝活性的化合物，又能在含有________的培养基上生长的AB融合菌，选择效果最好的作为目的菌株，其同化作用类型应为__________型，属于生态系统中的________(成分)。
(4)为探究目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果，将目的菌株进行发酵培养，定时取发酵液，加入石油污水中，还应设置__________________为对照组。
解析：(1)细菌所具有的细胞壁妨碍了细菌细胞的融合，所以溶菌酶的作用是将其细胞壁进行溶解，以获得原生质体。PEG是促进细胞融合的促融剂，其作用是诱导原生质体融合。(2)由图示分析可知，A菌细胞质失去活性，B菌DNA失去活性，所以AB融合菌有A的DNA和B的细胞质，既可以分泌絮凝活性物质又可以降解石油，在选择培养基上单纯的A、B菌都不能存活，而融合的AB菌能进行生长并繁殖。(3)目的菌的选择是要选择能分泌具有絮凝活性物质的高分子化合物，又具有降解石油能力的AB融合菌，因此目的菌株能在含有石油的培养基上生长，其同化作用类型为异养型，属于生态系统中的分解者。(4)为探究目的菌株在不同时间的絮凝效果，设置的对照组实验应是不加发酵液(没有目的菌株)的石油污水(或不含目的菌株的石油污水或只有石油污水)。
答案：(1)溶解(去除、破坏)细胞壁　诱导(或促进)(不同的)原生质体融合　(2)分泌絮凝活性物质　降解石油(合理即可)　(3)石油　异养　分解者　(4)不加发酵液的石油污水(或不含目的菌株的石油污水或只有石油污水)

二、动物细胞工程
[试考题·查欠缺]
1.(2018·江苏高考)(多选)如图为融合的示意图，下列叙述正确的是(　　)
A．若a细胞和b细胞是植物细胞，需先去分化再诱导融合
B．a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现
C．c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性都有关
D．c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因
解析：选BC　若a细胞和b细胞是植物细胞，应先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，然后再诱导融合；a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理，使植物细胞融合的促融方法有离心、振动、电激、聚乙二醇诱导等，使动物细胞融合的促融方法有聚乙二醇诱导、灭活的病毒诱导、电激等；细胞的融合与细胞膜的流动性有关；融合后的c细胞中的基因进行选择性表达，只能表达a、b两细胞的部分基因。
2．(2018·全国卷Ⅲ)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)核移植是指将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中，形成重组细胞。将重组细胞形成的早期胚胎移植到受体子宫内进一步发育，最终分娩得到克隆动物。因为染色体在细胞核中，所以克隆动物体细胞与提供细胞核的个体的体细胞的染色体数目相同。(2)由于动物的胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易，而动物的体细胞分化程度高，恢复全能性十分困难，因此，动物体细胞核移植获得克隆动物的难度明显高于胚胎细胞核移植。(3)哺乳动物雌雄个体的体细胞中，细胞核内常染色体的数目是相同的，性染色体组合是不同的。若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体，则得到的克隆动物的体细胞中常染色体的数目相同，性染色体组合不同。
答案：(1)将动物的一个细胞核，移入一个已去掉细胞核的卵母细胞中　不变　(2)小于　胚胎细胞分化程度低，恢复全能性相对容易　(3)相同　不同
[强知能·补欠缺]
1．植物组织培养与动物细胞培养的比较
比较项目
植物组织培养
动物细胞培养
理论基础
植物细胞的全能性
细胞增殖
前处理
无菌、离体
无菌；用胰蛋白酶处理，使组织细胞相互分散开
取材
植物较幼嫩的部位或花药等
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
培养基
性质
固体
液体
培养基
成分
水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、琼脂等
糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等
结果
最终产生新个体，体现了细胞的全能性
细胞培养产生大量细胞，不形成新个体，不能体现细胞的全能性
相同点
①都需人工条件下的无菌操作；②都需要适宜的温度、pH等条件；③都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂

2．植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较

植物体细胞杂交
动物细胞融合
培养条件
营养物质(水、无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等)、激素(细胞分裂素、生长素等)及其他条件(无菌、适宜的温度和pH等)
葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、血清或血浆等天然成分
细胞融合原理
细胞膜的流动性、细胞的全能性
细胞膜的流动性、细胞增殖
细胞融合方法
用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合
用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞后，诱导细胞融合
诱导手段
①物理法：离心、振动、电激等
②化学法：聚乙二醇(PEG)
①物理、化学法：与植物体细胞杂交的诱导手段相同
②生物法：灭活的病毒
结果
获得杂种植株
获得杂种细胞，以生产细胞产品
用途
克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍
制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等

3．单克隆抗体制备过程中两次筛选的方法及目的

项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选原因
诱导融合后得到多种杂交细胞，还有未融合的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
筛选方法
用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞能生长
用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
筛选目的
得到杂交瘤细胞
得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞

4．动物体细胞克隆技术(核移植技术)
(1)原理：动物细胞核具有全能性。
(2)核移植分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。
(3)核移植过程(以克隆高产奶牛为例)

(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。
[练题点·全过关]
1．如图表示细胞工程的流程图(a、b表示过程)，请据图回答下列问题：

(1)若图示为动物细胞融合的过程，则a特有的诱导剂是________________。以动物细胞融合为基础发展起来的杂交瘤技术为制备单克隆抗体开辟了新途径，通过把能产生抗体的________细胞与能在体外大量增殖的________细胞进行融合，得到既能迅速大量繁殖，又能产生专一性抗体的杂交瘤细胞。
(2)若图示为植物体细胞杂交过程，则在甲、乙融合之前，需要用____________(填工具酶)制备________。这项工程的意义是____________________________________________。
(3)由甲、乙融合得到丙细胞的基本原理是______________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)若图示为诱导动物细胞融合，则a特有的诱导剂是灭活的病毒。在单克隆抗体的制备过程中，利用已免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，该细胞既可以迅速大量增殖，又可以产生专一性抗体。(2)在植物体细胞杂交过程中，需要对甲、乙细胞先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，然后再诱导甲、乙细胞的原生质体融合。该技术可以克服有性杂交远缘不亲和的障碍，扩大亲本组合的范围。(3)甲、乙细胞融合形成丙细胞，利用了细胞膜的流动性。
答案：(1)灭活的病毒　B淋巴(浆)　骨髓瘤　(2)纤维素酶和果胶酶　原生质体　克服了有性杂交远缘不亲和的障碍，扩大了亲本组合的范围　(3)细胞膜的流动性
2．紫杉醇是一种具有抗癌活性的化合物，为了迅速高效地分离、纯化紫杉醇，实验小组以紫杉醇为抗原免疫小鼠，取免疫小鼠的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合，并经过筛选获得能稳定分泌紫杉醇单克隆抗体的杂交瘤细胞，回答下列问题：
(1)紫杉醇单克隆抗体的获得所涉及的生物技术手段有________________________，该实例说明单克隆抗体具有____________________的优点。
(2)免疫小鼠和骨髓瘤细胞融合后产生多种杂交细胞，为了获得杂交瘤细胞应用特定的__________进行筛选，然后通过专一抗体检测阳性和克隆化培养获得______________________________的杂交瘤细胞。
(3)若要体内培养杂交瘤细胞，可将杂交瘤细胞注入小鼠的_________，若要在体外培养液中培养杂交瘤细胞，需要将培养液放置在95%的空气和5%的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是_________________。
(4)紫杉醇是红豆杉产生的一种代谢产物，欲利用植物组织培养获得大量的紫杉醇，应将红豆杉的外植体培育到____________阶段，原因是___________________________________。
解析：(1)取免疫小鼠的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行融合，采用的是动物细胞融合技术，在融合前和筛选杂交瘤细胞的过程中均需要采用动物细胞培养技术来培养相应的细胞。单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的特点。(2)制备单克隆抗体的过程中至少需要对细胞进行两次筛选：第一次是在特定的选择性培养基上，将杂交瘤细胞筛选出来；由于筛选出的杂交瘤细胞有很多种，因此第二次筛选的目的是通过专一抗体检测阳性和克隆化培养，从很多种杂交瘤细胞中将既能大量增殖，又能产生抗紫杉醇的抗体的杂交瘤细胞筛选出来。(3)最终筛选出来的杂交瘤细胞，可以将其注射到小鼠腹腔内进行体内培养，也可以在体外培养液中进行大规模培养。后者需要将培养液放置在95%的空气和5%的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是维持培养液的pH。(4)紫杉醇是红豆杉产生的一种代谢产物。由于愈伤组织的细胞分裂快，代谢旺盛，所以，欲利用植物组织培养获得大量的紫杉醇，应将红豆杉的外植体培育到愈伤组织阶段。
答案：(1)动物细胞培养和动物细胞融合　特异性强，灵敏度高　(2)选择培养基　既能大量增殖，又能产生抗紫杉醇的抗体　(3)腹腔　维持培养液的pH　(4)愈伤组织　愈伤组织的细胞分裂快，代谢旺盛


1．某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述错误的是(　　)
A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害
B．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞
C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控
D．生根时，培养基通常应含α­萘乙酸等生长素类调节剂
解析：选B　植物组织培养中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对培养材料的伤害；植物体细胞的杂交需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞；细胞分化的实质是基因的选择性表达；植物组织培养过程中，生根阶段的培养基中通常应含有生长素类调节剂。
2．下列有关细胞工程的说法正确的是(　　)
A．在愈伤组织形成的过程中，除适宜的温度、pH和无菌条件外，还需要有植物激素进行调节
B．植物体细胞杂交前需要用酶去除细胞壁获得原生质体，然后再用灭活的病毒促进融合
C．利用动物体细胞核移植的方法得到克隆动物是培育新物种的一种方式
D．动物细胞应在含5%的CO2的恒温箱中培养，CO2的作用是为细胞提供碳源
解析：选A　在愈伤组织形成的过程中，需添加生长素和细胞分裂素等植物激素进行调节；灭活的病毒是促进动物细胞融合特有的方法；核移植属于克隆，为无性生殖，不会产生新物种；动物细胞应在含5%的CO2的恒温箱中培养，CO2的作用是维持培养液中的pH。
3．(2016·全国卷Ⅱ)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物(二倍体)的流程。回答下列问题：

(1)图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为________________。过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用________的方法。②代表的过程是______________。
(2)经过多次传代后，供体细胞中____________的稳定性会降低。因此，选材时必须关注传代次数。
(3)若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)与克隆羊“多莉(利)”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了________________________________________________________________________。
解析：(1)哺乳动物的正常细胞核中性染色体的组成为XX(雌性)或XY(雄性)。卵母细胞在培养至减数第二次分裂的中期时，常采用显微操作法去除细胞核。②过程是将早期胚胎移植到代孕个体的子宫中，即代表的是胚胎移植。(2)一般来说，动物细胞在传代培养到10～50代时，部分细胞的细胞核型可能会发生变化，即遗传物质的稳定性会降低。因此，选材时一般选10代以内的细胞，以保证细胞正常的二倍体核型。(3)获得的克隆动物性状与供体动物基本相同，但不完全相同，从遗传物质的角度分析，性状不完全相同的原因是克隆动物细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。(4)高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性在卵母细胞细胞质中的物质的作用下仍能得以表达。故克隆羊“多莉(利)”以及其他克隆动物的培育成功，证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。
答案：(1)XX或XY　 显微操作　胚胎移植　(2)遗传物质　(3)卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响　(4)动物已分化体细胞的细胞核具有全能性
4．(2019·徐州模拟)下面为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，请据图回答下列问题：

(1)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到可育的杂种植株？为什么？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，运用的技术手段是________________，依据的原理是________________，其中过程②称为________________技术，与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为________，过程④相当于________，过程⑤涉及的细胞分裂方式为________。
(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于________倍体植株。
(4)柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术，将柴油树细胞培养进行到________(填字母编号)阶段即可。
解析：(1)番茄和马铃薯属于两种植物，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代。(2)过程②是把a、b两个原生质体融合在一起，称为原生质体融合。过程③是在融合的原生质体外再生一层细胞壁，而细胞壁的形成与高尔基体有关。过程④的结果是形成了愈伤组织，为脱分化过程。(3)“番茄—马铃薯”属于异源多倍体中的异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物，要实现其工业化生产需将柴油树细胞培养到愈伤组织，然后进行提取。
答案：(1)不能。不同种的植物间存在生殖隔离　(2)植物组织培养　植物细胞的全能性　原生质体融合　高尔基体　脱分化　有丝分裂　(3)六　(4)e
5．我国科学家突破了体细胞克隆猴的世界难题，成功培育出世界上首个体细胞克隆猴——“中中”和“华华”。这标志着我国将率先开启以猕猴作为实验动物模型的时代。如图为克隆猴的流程示意图。请回答下列问题：

(1)我国克隆猴利用的是猴胎儿成纤维细胞，该细胞是已分化的体细胞，从理论上分析，它具有细胞的全能性，这是因为____________________________________________。
(2)克隆猴时需要进行“去核”操作，即去掉卵母细胞的细胞核。先在体外培养卵母细胞让其分裂，一般选择________的细胞进行去核操作；然后进行“核移植”，即将体细胞的细胞核移到去核卵母细胞中形成重组细胞，此时采用的技术是________________________；得到的重组细胞再进行人工激活使其分裂形成胚胎。
(3)科学家将79枚克隆胚胎移植入21只代孕母猴中，最终只有两只母猴正常怀孕产下“中中”和“华华”，他俩的性别是否一致？____________，原因是________________________________________________________________________。
(4)克隆动物有很多优点：①可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；②________________________________________________________________________。
(5)灵长类生物克隆成功是克隆技术的重大突破，在该技术应用方面，应注意哪些潜在的风险？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由于成纤维细胞的细胞核中含有猴的全部核基因，因此理论上成纤维细胞具有全能性。(2)去核操作一般选择减数第二次分裂中期的卵母细胞。体细胞的细胞核移到去核卵母细胞中形成重组细胞的方法是显微注射技术。(3)79枚克隆胚胎为有丝分裂而来，其细胞核遗传物质一致，即“中中”“华华”的细胞核中遗传物质一样，其性别也一致。(4)克隆动物的优点：①可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。②可以增加濒危物种的存活数量(或可以建立实验动物模型研究人类疾病)。(5)克隆技术存在潜在的风险，应避免进一步扩大到对灵长类或者人类的体细胞克隆，引发伦理问题。
答案：(1)成纤维细胞的细胞核中含有猴的全部核基因　(2)减数第二次分裂中期(或MⅡ期)　显微注射技术
(3)是　“中中”“华华”的细胞核中遗传物质一样，是经过有丝分裂形成的　(4)可以增加濒危物种的存活数量(或可以建立实验动物模型研究人类疾病)　(5)避免进一步扩大到对灵长类或者人类的体细胞克隆，引发伦理问题
6．人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，人工制备的抗HCG单克隆抗体可用于早孕的诊断。回答下列问题。
(1)制备单克隆抗体过程中要用到________和________技术。制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的HCG相当于________，使小鼠产生能分泌相应抗体的浆细胞。
(2)在细胞内DNA合成一般有两条途径。主要途径是在细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA，而氨基喋呤可以阻断此途径。另一辅助途径是在次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情况下，经酶催化合成DNA，而骨髓瘤细胞的DNA合成没有此辅助途径。根据这样的原理，向经诱导后的浆细胞与骨髓瘤细胞混合培养液中添加氨基喋呤________(填“能”或“不能”)能筛选杂交瘤细胞，原因是______________________________。
(3)筛选获得的杂交瘤细胞具有________________________________________________
的特点。利用杂交瘤细胞生产的单克隆抗体可以与____________________特异性结合，从而诊断早孕。
解析：(1)制备单克隆抗体过程中要用到动物细胞培养技术培养B淋巴细胞、骨髓瘤细胞和杂交瘤细胞，并利用动物细胞融合技术将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞。制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的HCG相当于抗原，使小鼠免疫产生能分泌相应抗体的B淋巴细胞(浆细胞)。(2)根据题意分析，向经诱导后的浆细胞与骨髓瘤细胞混合培养液中添加氨基喋呤后，浆细胞不能增殖，骨髄瘤细胞中的DNA合成途径被阻断不能增殖，杂交瘤细胞可通过辅助途径合成DNA，能够增殖，进而将杂交瘤细胞筛选出来。(3)杂交瘤细胞具有无限增殖和分泌特异性抗体的特点；利用杂交瘤细胞产生的单克隆抗体可以与人绒毛膜促性腺激素(或HCG)特异性结合，从而诊断早孕。
答案：(1)动物细胞培养　动物细胞融合　抗原　(2)能　浆细胞不能增殖，骨髄瘤细胞中的DNA合成途径被阻断不能增殖，杂交瘤细胞可通过辅助途径合成DNA，能够增殖　(3)能无限增殖并分泌特异性抗体　人绒毛膜促性腺激素(或HCG)
7．回答下列有关动物细胞培养的问题：
(1)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面________时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的________。此时，瓶壁上形成的细胞是________层。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用___________酶处理。
(2)随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现________________现象，但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而获得________，该种细胞的黏着性________，细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量________。
(3)现用某种大分子染料对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不能被染色，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用分裂________期的细胞在显微镜下进行观察。
(5)在细胞培养过程中，通常在________条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中________的活性降低，细胞________速率降低。
解析：(1)细胞接触抑制是指细胞表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖的现象。基于上述特性，瓶壁上形成的细胞是单层排列的。需要用胰蛋白酶将贴壁的细胞从瓶壁上分离下来。(2)随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现衰老甚至死亡现象，但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成不死性细胞，该种细胞由于细胞表面糖蛋白减少，其黏着性降低。(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能通过，所以活细胞不被染色；死细胞的细胞膜失去了选择透过性，大分子染料可以通过，所以死细胞能被大分子染料染色。(4)有丝分裂中期时染色体的着丝点排列在赤道板上，染色体形态固定、数目清晰，是观察染色体数目的最佳时期。(5)在细胞培养过程中，通常在冷冻(或超低温、液氮)条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中酶的活性降低，细胞新陈代谢的速率降低。
答案：(1)相互接触　接触抑制　单(或一)　胰蛋白
(2)衰老甚至死亡　不死性　降低　减少　(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内(或死细胞的细胞膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色)　(4)中　(5)冷冻(或超低温、液氮)　酶　新陈代谢
8．现代生物科技日新月异，请据图回答下列问题：

(1)图中的prG、生长激素基因都是目的基因，可从基因文库或cDNA文库获得后，常用________技术扩增。扩增后，如何鉴定其化学本质，请简要写出实验设计思路。________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)将prG导入浆细胞制备单克隆抗体，应进行多次专一性抗体检测，Ⅰ到Ⅱ间检测筛选的目的是___________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)简述⑤的培养流程：___________________________________________________。
解析：(1)目的基因获取后，常用PCR技术进行扩增。鉴定DNA的方法为：将扩增产物溶解于盐溶液后与二苯胺加热反应，若生成蓝色，则鉴定为DNA。(2)Ⅰ到Ⅱ间检测筛选的目的是筛选出既能无限增殖又能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。(3)植物组织培养的流程是。
答案：(1)PCR　将扩增产物溶解于盐溶液后与二苯胺加热反应，若生成蓝色，则鉴定为DNA　(2)筛选出既能无限增殖又能产生特异性抗体的杂交瘤细胞　(3)
9．利用生物学技术制备抗体的两个途径如图所示，请回答相关问题：

(1)过程①所用特有的诱导因素是________，融合之后要利用有关的培养基进行第一次筛选，目的是______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)据此原理用棉花生产该种抗体，则⑥过程的受体细胞通常选用__________菌。在进行基因工程操作中，真正被用作载体的天然质粒需要进行改造，请简述理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)过程①是将同种动物的骨髓瘤细胞与免疫细胞融合，动、植物细胞融合共有的方法是物理和化学方法，动物细胞融合特有的方法是用灭活的病毒处理。融合之后第一次筛选出杂交瘤细胞。第二欠筛选出能产生所需单一抗体的杂交瘤细胞。(2)③是从浆细胞中提取出mRNA，再逆转录形成DNA，形成目的基因，将目的基因插入农杆菌的Ti质粒的T­DNA片段，由于天然质粒很难满足作为载体所具备的一些特点(如要有标记基因、要有一个至多个限制酶切割位点、要有目的基因的启动子和终止子)，且有可能对宿主细胞有害，故要加以改造。
答案：(1)灭活的病毒　将未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞淘汰，留下融合的杂种细胞
(2)农杆　天然质粒很难满足作为载体所具备的一些特点(如要有标记基因、要有一个至多个限制酶切割位点、要有目的基因的启动子和终止子)
10．下面为制备单克隆抗体和多克隆抗体的示意图，据图回答下列问题：

(1)图中向小鼠注射包含多种抗原决定簇的抗原后，所获得的免疫抗血清实际上是含有______________________(填写抗体的名称)的混合物，这种方法制备的多克隆抗体不仅产量低，而且纯度低。与多克隆抗体相比，单克隆抗体突出的优点在于它的________________________________________________________________________，并能大量制备。
(2)图中选用B细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞，说明细胞膜具有________；如果仅考虑细胞的两两融合，其融合细胞有________种类型。
(3)图中两次筛选的目的不同，其中筛选①的目的是筛选出____________，筛选②的目的是筛选出____________________________________。筛选时所用的培养基是特定的________培养基。
(4)科学工作者正在研究的用于治疗癌症的“生物导弹”就是____________________，用“生物导弹”治疗癌症的方法优于化疗的原因是________________________________。
(5)由图中可看出，单克隆抗体的制备过程中，运用了动物细胞工程中的______________和____________两大技术。
解析：(1)结合题图可看出，向小鼠注射包含多种抗原决定簇的抗原后，获得的免疫抗血清实际上是含有Ab1、Ab2、Ab3、Ab4多种抗体的混合物。(2)动物细胞融合的过程体现了细胞膜的流动性；仅考虑两个细胞的融合，可得到B细胞＋B细胞、骨髓瘤细胞＋骨髓瘤细胞及B细胞＋骨髓瘤细胞3种类型的融合细胞。(3)在单克隆抗体的制备过程中，第1次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞，第2次筛选的目的是获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞。筛选时所用的培养基是特定的选择性培养基。(4)把单克隆抗体跟抗癌药物相结合制成“生物导弹”，注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，能将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量。(5)单克隆抗体的制备运用了动物细胞融合和动物细胞培养两大技术。
答案：(1)Ab1、Ab2、Ab3、Ab4　特异性强、灵敏度高
(2)流动性　3　(3)杂交瘤细胞　能产生所需抗体的杂交瘤细胞　选择性　(4)单克隆抗体上连接抗癌药物　不损伤正常细胞，且用药剂量少，毒副作用小　(5)动物细胞融合　动物细胞培养