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细胞工程

高中生物一对一辅导讲义

课题：

细胞工程

第1讲植物细胞工程

一、植物组织培养

1、组织培养：

在无菌和人工控制条件下，将的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。

2、原理：

。

指植物的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整植株的遗传能力。

在适宜条件下，任何一个细胞都可以发育成一个新个体。

3、过程：

例题1、（2008江苏）下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是

A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压

B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化

C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织

D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同

例题2、（2008江苏多选）某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了4个实验，实验条件除图示外其他均相同。

下列各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是

A．污染主要不是培养基灭菌时间短造成的B．污染主要来源于组织培养所用的离体组织

C．调节培养基pH不能解决污染问题D．调节培养温度不能解决污染问题

二、植物组织培养有哪些应用

1、植物繁殖的新途径

（1）微型繁殖技术（快速繁殖技术）用于快速繁植优良品种的植物组织培养技术。

其优点是

①保持优良品种的遗传特性；

②高效快速地实现优良品种的大量繁殖；

③不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。

（2）作物脱毒

①作物脱毒的原因:

长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，而植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。

②材料:

分生区（如茎尖﹑根尖）的细胞。

（3）人工种子

①将植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包上人工种皮就形成人工种子。

②针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。

为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。

③人工种子的优点:

人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。

人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。

2、作物新品种的培育

（1）单倍体育种

①方法:

花药的离体培养，再秋水仙素加倍。

②优点:

①后代稳定遗传,都是纯合体；②明显缩短育种年限。

所以可通过植物组织培养培育单倍体植株。

（2）突变体的利用

①产生:

植物组织培养。

培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而发生突变。

②利用:

筛选对人们有利突变体,进而培育新品种

（3）细胞产物的工厂化生产：

利用植物组织培养技术大量生产某些细胞产物。

3、植物体细胞杂交

（1）原理：

酶的专一性、细胞膜的流动性、染色体变异和细胞的全能性。

（2）植物体细胞杂交流程

①原生质体的制备：

利用和除去细胞壁。

②原生质体的融合：

利用人工诱导的方法包括法、法（PEG）诱导原生质体融合。

③杂种细胞形成的标志是形成。

④杂种细胞要经历和过程。

⑤植物体细胞杂交的终点是杂种植株，其特征是具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的。

（3）优点：

克服了。

例题3、某优良品种水稻的基因型为AaBb，其花药通过组织培养形成了试管苗。

下列叙述错误的是

A.花粉形成试管苗需要经过脱分化和再分化的过程

B.试管苗有四种基因型，其体细胞含有一个染色体组

C.通过该过程培养出的试管苗还不能直接用于生产

D.这些试管苗自交，后代性状不发生分离

例题4、下列有关植物体细胞杂交技术的描述，不正确的是

A．利用植物体细胞杂交可以获得某种多倍体植株

B．获得原生质体的过程中需要纤维素酶和果胶酶

C．通常用聚乙二醇或灭活病毒诱导原生质体融合

D．可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定杂种细胞

例题5、基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：

（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得_____________等营养物质。

（2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_____________和________________两类激素。

（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。

这一过程必须给予光照，其原因是_____________能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。

（4）试管苗的细胞核中含_________条脱氧核糖核苷酸链。

（5）培育成的试管苗可能出现的基因型有_____________。

【总结提升】

1、植物组织培养利用细胞的全能性，先脱分化形成愈伤组织，再分化形成胚状体，以后发育成个体。

依此增加植物繁殖新途径和作物新品种的培育。

2、植物体细胞杂交，先用果胶酶和纤维素酶除去细胞壁，再诱导融合成杂种细胞，长出新的细胞壁诱导成功；经过脱分化和再分化发育成杂种植株。

第2讲动物细胞工程

一、动物细胞培养

1、动物细胞培养

就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个的细胞，然后，在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。

2、操作过程

（1）细胞来源是的组织、器官，其细胞的分化程度低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。

（2）将组织分散成单个细胞：

物理方法—剪碎；化学方法是用处理。

（3）将分散的细胞和培养液组成，细胞生长时有和现象。

（4）培养条件：

①无菌无毒环境：

无菌——器具无菌处理，培养液加抗生素；无毒——定期更换培养液。

②营养：

使用合成培养基时要加入等天然成分（含有促生长因子）

③温度和pH值：

与被培养动物的体温相似，哺乳动物多数以36.5±0.5°C，多数pH为7.2~7.4。

④气体环境：

95%和5%。

主要调节培养液的pH。

（5）原理：

（6）胰蛋白酶的作用除把组织分散成单个细胞外，还有将贴壁细胞从瓶壁上分离下来。

（7）培养结果：

细胞株或者细胞系。

的遗传物质发生改变。

（8）应用：

生产细胞产品如干扰素、疫苗和单克隆抗体；检测并判定某种物质的毒性的大小。

例题1、下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是（）

A.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞

B.克隆培养法培养过程上多数细胞的基因型会发生改变

C.二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的

D.恶性细胞系的细胞可进行传代培养

例题2、用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是

A．都需用CO2培养箱B．都须用液体培养基

C．都要在无菌条件下进行D．都可体现细胞的全能性

例题3、下列关于细胞工程的叙述中，错误的是

A．植物细胞融合必须先制备原生质体

B．试管婴儿技术包括人工受精和胚胎移植两方面

C．动物细胞培养过程中要保持一定浓度的C02，其目的是促进动物细胞呼吸

D．用于培养的植物器官或组织属于外植体

例题4、下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是

A．培养中的人效应T细胞能产生单克隆抗体

B．培养中的人B细胞能够无限地增殖

C．人的成熟红细胞经过培养能形成细胞株

D．用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个肝细胞

二、动物细胞核移植技术与克隆动物

体细胞克隆是通过核移植实现的。

一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新胚胎最终发育为动物个体。

用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。

（1）供体：

提供。

一般选择传代10代以内的细胞，能够保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞的正常遗传基础。

（2）受体细胞：

去掉细胞核的细胞。

选择减数Ⅱ中期的卵母细胞，此时具备受精能力，并且细胞质中含有与细胞分裂分化的物质能够刺激重组细胞进行分裂分化形成重组胚胎。

（选择卵母细胞作为受体的原因：

细胞大，易于操作；营养丰富，为细胞发育提供充足的营养；能够通过发育直接表现出性状。

）

（3）原理：

。

绝对不能说成动物细胞的全能性。

（4）技术手段：

动物细胞、动物细胞、早期和移植。

（5）应用：

加速家畜遗传改良、促进优良畜群的繁殖、保护濒危动物、克隆器官移植等。

（6）缺点：

成活率低；克隆动物存在严重的健康问题；引起食品安全性问题。

例题5、下列有关体细胞核移植技术的说法，不正确的是（）

A.获得组织器官异体移植的供体

B.体细胞核移植技术在多种动物中获得了成功，成功率非常高

C.克隆技术的各环节有待于进一步改进

D.克隆动物食品的安全性问题仍然存在争议

例题6、下列哪项不属于体细胞核移植技术的应用（）

A.加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育

B.保护濒危动物

C.大量生产人参皂苷

D.获得组织器官供器官移植使用

例题7、（2010上海松江）把成年三倍体鲫鱼的肾脏细胞核移植到二倍体鲫鱼的去核卵细胞中培养，并获得了克隆鱼，该鱼（）

A．性状与三倍体鲫鱼完全相同B．是二倍体

C．是有性生殖的产物D．高度不育

例题8、下列关于细胞工程的有关叙述，不正确的是（　　）

A．利用花药离体培养得到单倍体植株，从紫草的愈伤组织中提取紫草素，利用细胞工程培育“蕃茄—马铃薯”杂种植株，都利用了植物组织培养技术。

B．在进行组织培养时，由根尖细胞形成愈伤组织的过程中，可能会发生细胞脱分化，染色体变异或基因突变，而不可能发生细胞分化和基因重组。

C．动物细胞融合与植物体细胞杂交相比，诱导融合的方法，所用的技术手段，所依据的原理均相同，都能形成杂种细胞和杂种个体。

D．“试管婴儿”实质上就是“体外受精”和“胚胎移植”的“产物”，不能使不能产生精子或卵细胞的夫妇得到自己的孩子。

三、细胞融合与单克隆抗体

1、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。

（1）常用的诱导因素：

、、等。

特有的方法是诱导融合。

（2）原理：

和。

（3）细胞融合突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。

2、单克隆抗体：

（1）融合的细胞来源：

能细胞和能细胞

（2）筛选：

在特定的培养基上选出细胞；选择出能够大量分泌单克隆抗体的的杂交瘤细胞。

（3）体内培养和体外培养

（4）单克隆抗体的优点：

（5）应用：

诊断试剂和生物导弹。

例题9、下列有关动物细胞工程的有关说法中，正确的是

A．灭活病毒通过表面的糖蛋白和一些酶与动物细胞膜上的糖蛋白作用，进而诱导融合

B．在细胞培养液中添加干扰素，以防止培养过程中的污染

C．动物细胞培养所需的气体主要是CO2，使培养基的pH值维持在7．2～7．4

D．胰蛋白酶将动物细胞膜表面的糖蛋白去掉，细胞黏着性降低，使细胞散开

例题10、（多选）将小鼠骨髓瘤细胞与一种B淋巴细胞融合，可使融合的细胞经培养产生单克隆抗体，其依据是

A．B淋巴细胞可以产生抗体，但不能无限增殖

B．B淋巴细胞只有与骨髓细胞融合后才能产生抗体

C．骨髓瘤细胞可以无限增殖，但不能产生抗体

D．骨髓瘤细胞可以产生抗体，但不能无限增殖

例题11、（2010上海长宁）单克隆抗体产生于

A．促融剂作用下形成的杂交瘤细胞B．单个杂交瘤细胞增殖形成的细胞群

C．B淋巴细胞分化形成的浆细胞D．胚胎干细胞定向诱导形成的淋巴细胞

例题12、单克隆抗体（简称单抗）实质上是单个浆细胞通过克隆形成的细胞群产生的化学性质单一、特异性强的免疫球蛋白。

下列有关叙述中，错误的是（　　）

A．单抗作为生物导弹能定向到达癌细胞所在部位

B．单抗制备的过程要用到动物细胞培养和细胞融合技术

C．单抗制备的过程中必须经过至少两次细胞筛选

D．只有用物理或化学方法的诱导，才能促使B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞

例题13、（2010盐城二模）甲型H1N1流感病毒表面的X蛋白为主要抗原。

下图为制备该病毒的疫苗及抗体的流程图。

请据图回答问题：

（1）过程①③需使用的酶分别是、。

（2）图中需进行动物细胞培养的过程是（填写图中序号）。

（3）细胞M的特点是。

（4）对甲型H1N1流感疑似患者确诊时，可用图中获得的单克隆抗体进行　　，

也可利用手段进行快速有效地检测。

【总结提升】

1、动物细胞培养抓住四种物质（胰蛋白酶、抗生素、血清、二氧化碳）一个现象（贴壁生长和接触抑制）。

2、核移植搞清两个细胞一个全能。

去核的减数Ⅱ中期的卵母细胞和供核细胞，体现了动物细胞核的全能性。

3、动物细胞融合和单克隆抗体理解灭活病毒诱导细胞融合是特有，选择杂交瘤细胞是关键，体内体外两种方法培育杂交瘤细胞获得单克隆抗体。

单克隆抗体八字特征（特异性强，灵敏度高）要记牢。

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

2.下列有关植物组织培养的叙述，正确的是

A.愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞

B.二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株

C.用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子

D.植物耐盐突变体可通过添加适量NaCL的培养基培养筛选二获得

3 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  

4、 培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是（  ） 

A. 组织培养  B. 细胞杂交  C. 显微注射  D. 核移植  

5、如图是单克隆抗体制备流程的简明示意图。

下列有关叙述,正确的是（）

A.①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应T淋巴细胞

B.②中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成

C.③同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性

D.④是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群

6、关于哺乳动物细胞体外培养的难易程度,下列表述正确的是（）

A.乳腺癌细胞易于乳腺细胞;胚胎细胞易于脂肪细胞

B.乳腺细胞易于乳腺癌细胞;胚胎细胞易于脂肪细胞

C.乳腺细胞易于乳腺癌细胞;脂肪细胞易于胚胎细胞

D. 乳腺癌细胞易于乳腺细胞; 脂肪细胞易于胚胎细胞

7、 花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。

野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。

用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化, 并丧失再生能力。

再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合, 以获得抗黑腐病杂种植株。

流程如下图。

据图回答下列问题:

（1） 过程①所需的酶是。

（2） 过程②后, 在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的存在, 这一特征可作为初步筛选杂种细胞 

（3） 原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压, 其作用是。

原生质体经过     再生, 进而分裂和脱分化形成愈伤组织。

（4） 若分析再生植株的染色体变异类型, 应剪取再生植株和植株的根尖, 通过 、、染色和制片等过程制成装片, 然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。

 （5） 采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA进行PCR扩增, 得到两亲本的差异性条带, 可用于杂种植株的鉴定。

下图是用该引物对双亲及再生植株1~4进行PCR扩增的结果。

据图判断, 再生植株1~4中一定是杂种植株的有。

（6） 对杂种植株进行接种实验, 可筛选出具有高抗性的杂种植株。

8、单纯疱疹病毒Ⅰ型（HSV-1） 可引起水泡性口唇炎。

利用杂交瘤技术制备出抗HSV-1的单克隆抗体可快速检测HSV-1。

 回答下列问题:

（1） 在制备抗HSV-1的单克隆抗体的过程中, 先给小鼠注射一种纯化的HSV-1蛋白, 一段时间后, 若小鼠血清中抗的抗体检测呈阳性, 说明小鼠体内产生了反应, 再从小鼠的中获取B淋巴细胞。

将该B淋巴细胞与小鼠的细胞融合, 再经过筛选、检测, 最终可获得所需的杂交瘤细胞, 该细胞具有的特点是。

（2） 若要大量制备抗该蛋白的单克隆抗体, 可将该杂交瘤细胞注射到小鼠的中使其增殖, 再从中提取、纯化获得。

（3） 通过上述方法得到的单克隆抗体可准确地识别这种HSV-1蛋白, 其原因是该抗体具有 和等特性。

9、人类在预防与诊疗传染性疾病过程中, 经常使用疫苗和抗体。

已知某传染性疾病的病原体为RNA病毒, 该病毒表面的A蛋白为主要抗原, 其疫苗生产和抗体制备的流程之一如图：

请回答：

1） 过程①代表的是    。

（2） 过程②构建A基因表达载体时, 必须使用 和两种工具酶。

（3） 过程③采用的实验技术是    , 获得的X是    。

（4） 对健康人进行该传染病免疫预防时, 可选用图中基因工程生产的    所制备的疫苗。

对该传染病疑似患者确诊时, 可从疑似患者体内分离病毒, 与已知病毒进行    比较; 或用图中的    进行特异性结合检测。

10．（8分）科学家将培育的异源多倍体的抗叶锈病基因转移到普通小麦中，育成了抗叶锈病的小麦，育种过程见图。

图中A、B、C、D表示4个不同的染色体组，每组有7条染色体，C染色体组中含携带抗病基因的染色体。

请回答下

列问题：

（1）异源多倍体是由两种植物AABB与CC远缘杂交

形成的后代，经＿＿＿＿＿＿方法培育而成，还可用植

物细胞工程中＿＿＿＿＿＿方法进行培育。

（2）杂交后代①染色体组的组成为＿＿＿＿＿＿，进

行减数分裂时形成＿＿＿个四分体，体细胞中含有＿＿＿＿

条染色体。

（3）杂交后代②中C组的染色体减数分裂时易丢失，

这是因为减数分裂时这些染色体＿＿＿＿。

（4）为使杂交后代③的抗病基因稳定遗传，常用射线

照射花粉，使含抗病基因的染色体片段转接到小麦染色

体上，这种变异称为＿＿＿＿＿＿＿。