(共32张PPT)
2．1 植物细胞工程
2．1.1 植物细胞工程的基本技术
课标领航
1．了解细胞工程的含义。
2．掌握植物组织培养技术的过程及用途。
3．理解植物体细胞杂交技术的过程。
【重点】 植物组织培养和植物体细胞杂交技术的过程。
【难点】 细胞全能性的原理及实现全能性的条件。
快速培养花卉及濒危植物
利用离体的植物细胞、组织或器官
在特定的条件下，通过脱分化、再
分化等过程培育新植株。在生产实
践中，利用细胞工程技术能繁殖名贵花卉(如郁金香)和濒危植物。
情景导航
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
2.1.1
植物细胞工程的
基本技术
基础自主梳理
全能性
高度分化
愈伤组织
(1)细胞脱分化：已_____的细胞，经过诱导后，失去其特有的___________而转变成未分化细胞的过程。
(2)生物的体细胞不能表达全能性的原因：植物体细胞内的_______________。
3．植物组织培养的概念：在无菌和人工控制的条件下，将_____条件的植物器官、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__________、丛芽，最终形成完整植株。
分化
结构和功能
基因选择性表达
离体
愈伤组织
思考感悟
1．诱导愈伤组织分化时需要的植物激素主要有哪些？
【提示】 生长素和细胞分裂素。
二、植物体细胞杂交技术
1．概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成_________，并把__________培育成新的植物体的技术。
杂种细胞
杂种细胞
原生质体
融合
细胞壁
远缘杂交
思考感悟
2．植物细胞A和B去除细胞壁后的原生质体融合后有几种？
【提示】 三种，A—A、B—B、A—B。
核心要点突破
细胞全能性及植物细胞全能性表达所需条件
1．细胞的全能性
(1)全能性的理论依据
一般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，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。
(2)全能性的高低(大小)(通常情况下)
①受精卵>配子>体细胞。
②植物细胞>动物细胞。
③具有持续分裂能力的细胞高于不分裂的细胞。
④分化程度低的细胞高于分化程度高的细胞。
2．植物细胞全能性表达所需条件
(1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表
达。
(2)体现细胞全能性的条件：
材料 离体的细胞、组织或器官
培养基 种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素
外界
条件 a.无菌操作；b.光照：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养
(2011年哈尔滨高二检测)有关细胞全能性的叙述，不正确的是( )
A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此其全能性最高
B．生物体内细胞由于进行分化，全能性不能表达
C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高
D．在一定条件下，植物细胞离体培养能表现出全能性
【尝试解答】 C
例1
【解析】 受精卵是个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分化就能形成完整的个体，所以全能性很高；体内每一个体细胞都是通过有丝分裂形成的，都含有发育成完整个体所必需的全部基因，理论上讲都应该具有全能性，但由于分化，基因在不同的细胞中选择性表达，因而体内细胞并没有表达出全能性；卵细胞在一定条件下，全能性表现比体细胞高，但与受精卵不同，卵细胞的分化程度较高；分化的植物细胞具有全能性，但必须在一定条件下离体培养才能表达。
【易误警示】 (1)细胞具有全能性和全能性表达是两个不同的概念。体内分化的植物细胞具有全能性,但在体内不能表达，需在一定条件下离体培养才能表达。
(2)理解体内所有细胞中受精卵全能性最高，卵细胞比体细胞潜在的全能性高，分化的植物细胞比分化的动物细胞全能性易表达，但需在一定条件下。
(3)高度分化的动物体细胞的全能性受限制，严格来说，只有高度分化的动物细胞的细胞核才具有全能性，但需借助卵细胞的细胞质才能体现出来。
跟踪训练 植物细胞的全能性是指( )
A．具有核、膜、质，细胞结构完整，能进行各种生理活动
B．只具有膜和质，同样能进行各种生理活动
C．植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能
D．具有本物种全套遗传物质的特定细胞
解析：选C。具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都有发育成完整新生物体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性。
植物组织培养和植物体细胞杂交
名称 植物组织培养 植物体细胞杂交
原理 细胞的全能性 细胞膜的流动性和细胞的全能性
名称 植物组织培养 植物体细胞杂交
过程
名称 植物组织培养 植物体细胞杂交
注意事项 (1)取材：选取有形成层的部位最容易诱导形成愈伤组织
(2)光照：在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，有利于细胞的脱分化产生愈伤组织。当愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成 (1)去壁方法：酶解法，所用的酶是纤维素酶和果胶酶
(2)人工诱导融合的方法
物理法：离心、振动、电激
化学法：聚乙二醇
据图回答下列问题：
例2
(1)过程①②是用________________________处理细胞的细胞壁，后经③过程诱导原生质体融合，实际融合的过程中原生质体可能会形成________
种融合细胞(只考虑两个细胞融合的情况)。④是__________________的过程，与此过程密切相关的细胞器是________。
(2)在⑤过程培养中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入________________。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证________。
(3)若番茄细胞内含A条染色体，马铃薯细胞内含B条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育(假设能成功)，得到的后代应含________条染色体，还必须用________来处理幼苗，才能得到可育的番茄—马铃薯植株，此时体细胞中含有________条染色体。
(4)若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则(3)中可育杂种植株为________倍体。
【解析】 (1)图示表示植物体细胞杂交过程，图中①②表示利用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁获得原生质体的过程；原生质体融合后可能形成三种细胞，即两个番茄原生质体融合、两个马铃薯原生质体融合、一个番茄原生质体与一个马铃薯
原生质体融合；图中④是杂种细胞细胞壁再生的过程，与该过程密切相关的细胞器是高尔基体，因高尔基体与植物细胞壁形成有关。
(2)组织培养过程中所利用的培养基是固体或半固体的，必须含有一定的营养物质、植物激素和一定的外界条件，外植体才能脱分化进而进行再分化形成试管苗。
(4)番茄细胞含2个染色体组，马铃薯细胞含4个染色体组，则杂种植物含6个染色体组，为异源六倍体。
获得的杂种植株是否可育，应根据杂种植株所含染色体组数来判定；若为偶数倍染色体组，理论上是可育的；若为奇数倍，理论上是不可育的。
【探规寻律】 (1)植物体细胞杂交包括植物体细胞(原生质体)融合和杂种细胞培育成一个新植株的过程。融合的细胞有多种类型，必须经过筛选，然后才能培育出我们所需要的杂种植株。
(2)植物体细胞杂交过程中无有性生殖细胞的结合，属于无性生殖。
(3)从杂种植株的染色体组成上看，染色体数目增加，属于染色体数目的变异。
跟踪训练 下图为植物体细胞杂交过程示意图。下列说法不正确的是( )
.
A．植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍
B．杂种细胞经过④和⑤过程可以培育成杂种植株说明杂种细胞具有全能性
C．尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养
D．若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy
解析：选C。本题考查植物组织培养和植物体细胞杂交。植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍；杂种细胞经过脱分化和再分化过程可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性。愈伤组织没有形成叶绿体，不能进行光合作用,所以其培养基中需要糖类、氨基酸等有机营养；若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy。
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2．2.2 动物细胞融合与单克隆抗体
课标领航
1．掌握动物细胞融合技术。
2．理解单克隆抗体技术。
3．了解动物细胞融合和单克隆抗体技术的应用。
【重点】 动物细胞融合技术；单克隆抗体技术。
【难点】 杂交瘤细胞的筛选过程。
情景导航
20世纪90年代初，英国科学家成功
地利用“生物导弹”单克隆抗体瞄
准并杀死了癌细胞，使患血癌的一
名67岁退休教授与一名女患者的癌细胞奇迹般消失了。被称为“生物导弹”的单克隆抗体，能够跟踪和杀死细菌、病毒或癌细胞。
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
2.2.2
动物细胞融合与单克隆抗体
基础自主梳理
两个或多个
杂交
DNA
杂交
4．意义：克服了______杂交的不亲合性，成为研究细胞_____、_________、肿瘤和生物_______培育的重要手段。
二、单克隆抗体
1．传统抗体的获得
(1)方法：①向动物体内反复注射某种_____，使动物产生_____；②从动物_____中分离所需抗体。
(2)特点：_______、纯度低、_______差。
远缘
遗传
细胞免疫
新品种
抗原
抗体
血清
产量低
特异性
2．单克隆抗体的制备
脾
骨髓瘤细胞
B淋巴细胞
杂交瘤细胞
增殖
产生抗体
克隆化
抗体
体外培养
小鼠腹腔
细胞培养液
腹水
3．单克隆抗体的应用
(1)优点：_________、_________、产量大。
(2)应用
①作为诊断试剂，具有准确、_____、简易、_____的优点。
②用于_________和_________。
特异性强
灵敏度高
高效
快速
治疗疾病
运载药物
思考感悟
什么是单克隆抗体？鼠的单克隆抗体能否用于人体疾病的治疗？为什么？
【提示】 单克隆抗体是由单一杂交瘤细胞增殖产生的高度专一的抗体。 不能。因为鼠的B淋巴细胞所产生的抗体与人体B淋巴细胞产生的抗体是不同的。
核心要点突破
动物细胞融合
1．原理：膜的流动性。
2．诱导方法：物理法——离心、振动、电激；化学法——聚乙二醇；生物方法——灭活的病毒。
3．动物细胞融合的过程
4．优点：动物细胞融合技术突破了有性杂交方法的局限性，使远缘杂交成为可能。
特别提醒
灭活是指用物理或化学的手段使病毒或细菌失去感染能力，但是并不破坏这些病原体的抗原结构。
5．植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
比较
项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合
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后，诱导细胞融合
诱导
手段 离心、电激、振动、显微操作、聚乙二醇等诱导 与植物体细胞杂交相比，还可用灭活的病毒诱导
结果 获取杂种植株 获得杂交细胞，以生产细胞产品
用途 克服远缘杂交不亲和的障碍,扩展杂交亲本组合范围，培育新品种 制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等
(2010年安庆高二检测)某同学在学习“细胞工程”时，列表比较了动植物细胞工程的有关内容，你认为有几处是不正确的( )
例1
植物细胞工程 动物细胞工程
技术
手段 植物组织培养，植物体细胞杂交 动物细胞培养和融合，单克隆抗体的制备
特殊
处理 机械法去除细胞壁 胰蛋白酶处理，制作细胞悬液
融合
方法 物理方法、化学方法 物理方法、化学方法、生物方法
典型
应用 人工种子、杂种植株 单克隆抗体的制备
培养基区别 生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化 动物血清不可缺少
A.1 B．2
C．3 D．4
【尝试解答】 B
【解析】 选B。植物细胞工程常采用的技术手段有植物组织培养和植物体细胞杂交。动物细胞工程常采用的技术手段有动物细胞培养、细胞融合、单克隆抗体的制备，还有胚胎移植、核移植等。动、植物细胞工程中都需要对所取材料进行特殊处理，植物细胞工程要利用酶解法去除细胞壁，得到有生
活力的原生质体，动物细胞工程则需要用胰蛋白酶处理动物组织。动、植物细胞工程所用的培养基是不同的，植物细胞工程中利用固体或半固体培养基,含有蔗糖、植物必需的矿质元素、植物激素等，动物细胞工程中利用液体培养基，含有动物所需的营养物质、无机盐、维生素、动物血清等。
【互动探究】 动物细胞融合中两种不同细胞融合,则：①融合的方式有几种？②融合完成的标志是什么？
【提示】 ①三种；②细胞核融合成一个核。
【易误警示】 (1)常用的病毒诱导剂有仙台病毒、新城鸡瘟病毒、疱疹病毒等,其中仙台病毒最常用。
(2)用做诱导剂的病毒必须事先灭活，使病毒的感染活性、增殖能力丧失但不破坏病毒的抗原结构。
跟踪训练 (2011年滦县高二检测)能使动物细胞融合的特有的诱导因素是( )
A．离心 B．灭活的病毒
C．电激 D．振动
答案：B
单克隆抗体的制备
1．关键思路及操作依据
(1)关键思路
①克隆单一的B淋巴细胞，形成细胞群。
②将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，获得杂交瘤细胞。
(2)用B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的原因
①每一个B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体；不同种类的B淋巴细胞分泌的抗体不同。
②B淋巴细胞在体外培养时不能无限增殖；骨髓瘤细胞能够无限增殖。
2．单克隆抗体的制备过程
3．单克隆抗体制备过程中的筛选及原因
(1)第一次筛选是在B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后，因为有三种融合情况：B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，而只有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞的融合细胞才是需要的杂种细胞。
(2)第二次筛选需先在多孔培养皿上培养，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。
特别提醒
上述B淋巴细胞为经过免疫的B淋巴细胞。
(2011年青岛市高二检测)如图表示用生物工程制备人抗A抗体的过程。请回答下列问题。
例2
(1)人的红细胞膜表面有被称为凝集原的特异_____;
从免疫学角度看，这种凝集原是________。
(2)图中细胞1是小鼠体内注入人A型血红细胞后而获得的________细胞，这种细胞具有产生_______
__________________________________________的特点，但难以在体外培养。甲培养皿中培养的细胞2，是从患骨髓瘤的小鼠体内获取的骨髓瘤细胞，这种细胞在体外培养时能________________，但不会产生抗体。
(3)为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点，经特殊处理，在促细胞融合因子的作用下，使两种细胞发生融合，形成图中的细胞3，这种细胞称为________。把它在乙培养皿中进行培养，则能产生大量的细胞群，这种方法称为________。
(4)过程①的主要目的是______________________。通过过程②或③的培养方法能产生大量________抗体。
【尝试解答】 (1)糖蛋白 抗原
(2)B淋巴 单一的抗A抗体(或单一的特异性抗体) 快速大量增殖
(3)杂交瘤细胞 单克隆
(4)筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞 抗A单克隆
【解析】 此题主要考查了单克隆抗体的制备过程及其相关知识。
(1)红细胞表面的凝集原与细胞识别有关，其化学本质是糖蛋白。从免疫学角度看是抗原。
(2)小鼠受到抗原刺激后能产生B淋巴细胞，这种细胞能产生单一抗体，但不能增殖，骨髓瘤细胞能无限增殖但不能产生抗体。
(3)通过动物细胞融合的方式可以获得杂交瘤细胞，产生单克隆抗体。
(4)过程①的目的是筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞,通过②或③可大量产生抗A单克隆抗体。
【易误警示】 解答单克隆抗体的有关题目时要特别注意以下几点：
(1)所用B淋巴细胞是否是经过免疫的B淋巴细胞。
(2)细胞融合之后需要经过两次筛选，方可获得能产生单一抗体的杂交瘤细胞。
(3)利用单克隆抗体制成的“生物导弹”，其选择性是由抗体决定的，与药物无关。
跟踪训练 (2011年惠州高二检测)关于应用动物细胞工程技术获取单克隆抗X抗体的具体操作步骤如下，其中对单克隆抗体制备的相关叙述中不正确的是 ( )
①将X抗原注入小鼠体内，获得能产生抗X抗体的B淋巴细胞
②从患骨髓瘤的小鼠体内获取骨髓瘤细胞
③利用促细胞融合因子使两种细胞发生融合
④将杂交瘤细胞注入小鼠腹腔培养
⑤筛选出能产生抗X抗体的杂交瘤细胞
⑥从腹水中提取抗体
A．实验顺序应当是①②③⑤④⑥
B．④过程中产生多个杂交瘤细胞的过程也为克隆
C．③过程获得的细胞均可无限增殖
D．③到⑤的过程中通常要经过两次筛选
解析：选C。本题考查的是单克隆抗体的制备，属于考纲识记层次。解答本题的关键是知道单克隆抗体制备的过程，理解其原理。只有骨髓瘤细胞与B淋巴细胞的融合体才可以无限增殖。
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2．1.2 植物细胞工程的实际应用
课标领航
1．列举植物细胞工程的实际应用。
2．举例说明植物繁殖的新途径、作物新品种的培育方法以及细胞产物的工厂化生产的实例。
【重点】 微型繁殖技术的概念、特点及意义。
【难点】 人工种子的结构与获取。
情景导航
你是否吃过脱毒草莓、“纳米”西
瓜等植物细胞工程产品？目前，除
了这些水果新品种，植物细胞工程
的实际应用还体现在微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子等方面。相信通过植物基因工程和细胞工程的进一步发展，会给人类带来更多、更大的惊喜。
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
2.1.2
植物细胞工程的
实际应用
基础自主梳理
一、植物繁殖的新途径
1．植物微型繁殖技术的概念、特点、意义
(1)概念：快速_____优良品种的植物组织培养技术。
(2)特点：保持优良品种的遗传特性。
(3)意义：高效快速地实现种苗的_________。
2．作物脱毒
(1)选材：无病毒的_____。
(2)结果：高产优质的无病毒植物。
繁殖
大量繁殖
茎尖
3．人工种子
(1)特点
①后代无_____分离。
②不受季节气候和地域限制。
(2)结构：人工_____ ＋ _______或不定芽或腋芽。
(3)获得方法：植物_________。
二、作物新品种的培育
1．单倍体育种
(1)方法：_____离体培养；然后染色体加倍。
性状
薄膜
胚状体
组织培养
花药
(2)优点
①后代稳定遗传，都是________。
②明显_____育种年限(当年)。
2．突变体的利用
(1)产生：植物组织培养过程中，培养细胞一直处于不断分生状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而发生突变。
(2)利用：筛选对人们有用的突变体，进而培育新品种。
纯合子
缩短
三、细胞产物的工厂化生产
1．产物种类：_______、_____、_____、药物、香料、生物碱等。
2．生产技术：_________技术。
蛋白质
脂肪
糖类
组织培养
核心要点突破
微型繁殖与无性繁殖、作物脱毒、单倍体育种的比较
1．微型繁殖与无性繁殖
微型繁殖就是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫快速繁殖技术。它实际是一种无性繁殖。繁殖过程的分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞内DNA不变，所以能够保证亲、子代遗传特性不变。这种技术可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
2．微型繁殖与作物脱毒
微型繁殖的条件是培养基中加入细胞生命活动所需的水、矿质养料和小分子有机物，还有植物激素，更重要的是所有加入物质必须是无菌的，操作过程必须在无菌条件下进行，这样繁殖的幼苗才是无毒的。
作物脱毒就是把已被病毒感染的植株进行脱毒，采用的技术还是微型繁殖技术，但是取材一定是无毒的，如茎尖、根尖。
3．单倍体育种与微型繁殖
单倍体育种的优点是后代无性状分离，能够稳定遗传，即后代都是纯合子；明显缩短育种年限，只需一年就可获得纯种。采用的技术是微型繁殖技术，单倍体育种的方法是花药离体培养，获得单倍体，然后用秋水仙素处理，获得纯合子。
(2011年湖北宜昌高二检测)如图列举了几种植物的育种方式，请据图回答相关问题。
例1
(1)甲育种方式称为________。
(2)通过丁种方式可以获得脱毒苗，培养过程中c常常取用茎尖的原因是________________________。
(3)乙方式处理植物的愈伤组织能获得较好效果，原因是______________________________________。
(4)丙方式将外源目的基因导入受体植物细胞，最常采用的方法是__________________。在通过丙方式获得转基因植株的过程中，核心步骤是_________
__________________________________________。
(5)甲、丙两种育种方式与传统杂交育种方式相比，其优点是__________________________________。
【尝试解答】 (1)植物体细胞杂交
(2)茎尖不带病毒或很少被病毒感染
(3)愈伤组织细胞处于不断分裂的状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变
(4)农杆菌转化法 基因表达载体的构建
(5)能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍
【解析】 该题主要考查了杂交育种、诱变育种和基因工程育种以及植物体细胞杂交，其中诱变育种和基因工程育种都属于作物新品种的培育方法。
(1)由a、b两种细胞通过一定的技术手段获得c，属于植物体细胞杂交，能克服远缘杂交不亲和的障碍。
(2)植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至没有病毒，因此常用茎尖进行组织培养获得脱毒苗。
(3)由于愈伤组织一直处于不断分裂的状态，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。
(4)将外源基因导入受体植物细胞的方法，最常用的是农杆菌转化法。
(5)植物体细胞杂交和基因工程都能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍，而传统杂交育种由于生殖隔离而不能实现种间杂交。
【互动探究】 (1)要提取大量的细胞产物，一般从愈伤组织阶段还是从新植物中获取？
(2)丁过程存在基因重组吗？
【提示】 (1)愈伤组织。(2)不存在。
【探规寻律】 (1)培养无病毒作物时，取材一定是植物的分生区附近，因为此组织很少被病毒感染，甚至无病毒。
(2)微型繁殖过程的分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞内的遗传物质不变。
人工种子的制备
1．人工种子的制备
人工种子是利用细胞的全能性原理，将离体培养所产生的体细胞胚或具有发育成完整植株的分生组织(如胚状体、芽和茎段等)，包裹在一层含有营养物质并具有保护功能的外膜内，形成的在适宜条件下能够发育成完整植株的小颗粒。制备的人工种子具备类似天然种子的基本结构和功能，主要由三部分组成(如右下图)：
一是胚状体(分生组织)，它相当于
天然种子的胚，是有生命的物质
结构；二是供胚状体维持生命力
和保证其在适宜的环境条件下生长发育的人工胚乳；三是具有保护作用的“人工种皮”。
2．人工种子与天然种子相比，突出的优点
(1)可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖。
(2)固定杂种优势。天然种子是有性繁殖，往往杂种优势只能体现在第1代，第2代便参差不齐了。而人工种子在本质上属于无性繁殖，一旦获得优良品种,即可保持杂种优势。
(3)快捷高效的繁殖方式。已有研究表明用1个体积为12 L的发酵罐在二十几天内生产的胡萝卜体细胞胚可制造1000万粒人工种子，可供种植几百km2地,这样也就节约了大量留种地。
(4)可人为控制植物的生长发育与抗逆性。人工胚乳除了含有供胚状体发育成植株所必需的营养物质外，还可以在其中加入除草剂、弱病毒、杀菌剂、农药、抑制休眠的物质及对植物生长有益的细菌等,使其具备抗逆性和耐贮性等优良特性，也可添加激素类物质以调节植物的生长发育。与试管苗技术比较，人工种子技术具有成本低、贮藏运输方便、减少了移栽驯化过程和生产周期短等优点。
请根据以下材料回答：
人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分是被外层物包埋的具有类似种子胚功能的胚状体。胚状体不同于一般种子的胚，是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下，可以生长发育形成植株。胚状体可从悬浮培养的单细胞中得到，也可以通过试管培养的茎尖、芽尖、子房、花粉等获得。将胚状体包埋在能提供营
例2
养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。培育过程如图所示：
(1)人工种子的制备是依据什么原理进行的？________________________________________。
(2)包埋胚状体的胶质可看做是种子的哪部分结构？ ________。在植物的个体发育中这种结构来自________。
(3)某二倍体植物基因型为DdTt，利用这种生物技术采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子。这种种子萌发形成的个体称为__________，基因型为________________，从生殖类型看属于________生殖。
(4)如果获取的外植体为植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，可加入( )
A．15%的盐酸 B．淀粉酶
C．果胶酶 D．胰蛋白酶
(5)②表示脱分化的过程，其实质是________________________________________。
③表示再分化的过程，其实质是_____________
________________________________________。
【尝试解答】 (1)细胞的全能性 (2)胚乳 受精极核 (3)单倍体 DT、Dt、dT、dt 有性 (4)C (5)使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达，导致了细胞形态、结构和功能的改变
【解析】 人工种子培育的原理是细胞的全能性，即生物的体细胞具有发育为完整个体的潜能。据此原理，采用植物组织培养技术，可将单个细胞培育成具有根、芽的胚状体，再将其用人工制造的胚乳包裹，就成为人工种子。在植物的个体发育中，胚乳是由受精极核发育成的。通过花药离体培养，形
成的植株是单倍体。基因型为DdTt的植物能产生DT、Dt、dT和dt四种花粉。花粉是雄蕊的花药产生的，由花粉培育成单倍体的过程，可以看成是有性生殖。植物细胞之间的胞间层主要由果胶质构成，用果胶酶就可以将细胞分离。脱分化的实质是使不分裂的细胞恢复分裂能力，再分化的实质是使分裂的细胞在形态、结构和功能上再次发生变化，这种变化是基因选择性表达的结果。
【探规寻律】 (1)单倍体育种的过程需要进行花药离体培养，得到染色体减半的单倍体，所以属于有性生殖。
(2)胚状体可以由三种途径产生：a.由已脱分化的外植体直接产生；b.由愈伤组织产生；c.由悬浮细胞培养产生。
跟踪训练 下图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是( )
A．人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质，还可以添加农药和植物激素
B．人工种子可以工厂化生产，播种人工种子可节省大量的粮食
C．人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
D．人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构
解析：选D。人工种子是经植物组织培养获得具有生根发芽能力的胚状体后，包裹上人工种皮而形成的。在人工种子的胚乳中除了添加种子萌发所需的营养物质外，还可以添加农药、植物激素、固氮菌等。
知能过关演练
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2．2 动物细胞工程
2．2.1 动物细胞培养和核移植技术
课标领航
1．简述动物的细胞培养及条件。
2．举例论证动物细胞培养技术的应用及意义。
3．简述动物核移植的过程及意义。
【重点】 动物细胞培养的过程；动物核移植的过程。
【难点】 原代培养和传代培养的概念。
情景导航
克隆羊多利的诞生，为动物细胞工程的发
展和研究开辟了新的篇章。它实现了通过
动物核移植技术创造新个体的方法，从而
也证明了动物细胞核的全能性，为畜牧业、医药卫生等领域展示了广泛的应用前景。但对于克隆动物尤其是克隆人，人们有许多不同的观点，有人赞同,有人反对，你持何种态度？应怎样面对科学技术和伦理、社会的关系……
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
2.2.1
动物细胞培养和核移植技术
基础自主梳理
一、动物细胞培养的概念
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______细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。
二、动物细胞培养的过程
1．流程图：
单个
原代
传代
注：a、b代表的是__________或胶原蛋白酶。
2．在细胞培养的过程中，进行的细胞分裂方式为
_________，当数量增多出现_________现象时，细胞分裂就会停止。通常情况下，10代以内的细胞能够保证正常的二倍体核型，所以通常在实践上应用10代以内的细胞冷冻保存；10～50代细胞分裂缓慢
胰蛋白酶
有丝分裂
接触抑制
甚至完全停止，部分细胞_____发生改变；超过50代的细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性,这部分细胞一经突变，朝着等同于_______的方向发展。
三、动物细胞培养的条件
1．无菌、无毒的环境：需对培养液_____处理，添加一定量的抗生素并定期___________。
2．营养：合成培养基成分有糖、_______、促生长因子、无机盐、微量元素等。除了合成培养基，通常还需加入血清、血浆等天然成分。
核型
癌细胞
无菌
更换培养液
氨基酸
3．温度和pH：适宜温度为36.5±0.5 ℃；pH为7.2～7.4。
4．气体环境：置于含95%空气＋5%二氧化碳的混合气体的培养箱中。细胞培养所需气体主要有氧氧和二氧化碳，前者是细胞代谢所必需的，后者的主要作用是维持培养液的pH。
四、动物细胞培养技术的应用
1．大规模生产有重要价值的_________，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体。
2．应用于基因工程。
生物制品
3．检测_________毒性大小，原理是动物细胞经该物质处理后，畸变细胞所占的比例越大，说明该物质毒性越大。
五、动物核移植的概念及种类
1．动物核移植是将动物的一个细胞的_______移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其______并发育成一个新的胚胎，最终成为动物个体。
有毒物质
细胞核
重组
思考感悟
动物细胞培养如何检测有毒物质毒性的大小？
【提示】 用含有一定浓度有毒物质的细胞培养液和正常细胞培养液同时培养正常细胞，通过对照观察变异细胞的百分数来确定其毒性强弱。
胚胎
体
六、体细胞核移植的过程
1．过程
2．用于核移植的供体细胞一般都选用10代以内的细胞，目的是为了保证细胞正常的遗传基础。
3．接受细胞核的卵母细胞必须体外培养到_______
____________期，原因是此期细胞核的位置靠近第一极体，用微型吸管可将二者一并吸出，并且此时使细胞核的全能性表现出来的物质已近成熟。
七、体细胞核移植技术的应用前景
1．在畜牧生产中，可加速家畜_________进程，促进优良畜群繁育。
减数第
二次分裂中
遗传改良
2．在保护濒危物种方面可增加一些动物的存活数量。
3．在医药卫生领域，可利用___________动物生产珍贵的医用蛋白，提供异种移植的细胞、组织和器官；人的核移植胚胎干细胞经诱导分化，可用于组织器官的移植；研究克隆动物和克隆细胞，更深入地了解__________及衰老过程；用克隆动物做疾病模型,更好地追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。
转基因克隆
胚胎发育
八、体细胞核移植技术存在的问题
1．成功率低，产下的活克隆动物占移植克隆胚胎的比率平均不到10%。
2．多数克隆动物还存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷。
3．对克隆动物食品的安全性存有争议。
核心要点突破
动物细胞培养
1．动物细胞培养过程中的几个重要概念
(1)细胞贴壁：培养液中分散的细胞很快贴附在瓶壁上生长繁殖，称为细胞贴壁或贴壁生长。
(2)接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖的现象。
(3)原代培养：将动物的器官或组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，分散成单个细胞，然后制成细胞悬液，放入培养瓶内，放在适宜的条件下培养，这种培养叫原代培养。
(4)传代培养：原代培养的细胞由于接触抑制不再分裂，还要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理后，再分瓶培养，让细胞继续增殖，这种培养叫传代培养。
2．培养过程
动物细胞培养的过程如下所示：
特别提醒
用胰蛋白酶处理组织块，可使细胞分散开，这样做的目的是使细胞与组织液充分接触，这也说明了细胞间的主要物质是蛋白质，但是由于细胞膜的主要成分之一也是蛋白质，因此要控制好处理的时间，不能太长，否则会损伤细胞。由于多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，因此不能使用胃蛋白酶分散细胞。
(2010年高考浙江卷)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中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
【尝试解答】 D
例1
【解析】 由于细胞之间相互接触而发生接触性抑制，细胞在培养瓶壁上只能形成单层细胞，A错；克隆培养法中细胞都是由一个细胞经过有丝分裂而得的，所以细胞的基因型相同，多数不会发生改变, B错；二倍体细胞传代培养至10代多数会死亡，只有少数的细胞能够培养至50代以后成为细胞系，C错；恶性细胞系的细胞具有癌变的特点，能够无限增殖，可以进行传代培养，D正确。
【互动探究】 (1)动物细胞的培养常运用什么样的细胞？
(2)动物细胞的培养能产生动物个体吗？
【提示】 (1)胚胎或幼龄动物的器官和组织细胞。
(2)不能。
【探规寻律】 (1)当动物细胞培养超过50代后，少部分细胞发生突变而持续分裂。
(2)癌细胞失去了接触抑制机制，可以在培养瓶中形成多层细胞。
植物组织培养和动物细胞培养的比较
植物组织培养 动物细胞培养
区别 理论基础
(原理) 细胞的全能性 细胞增殖
培养基及培养条件 固体或半固体培养基，需一定营养物质、激素、光照等条件 液体培养基、营养物质、维生素、动物血清、适宜pH等
植物组织培养 动物细胞培养
区别 过程
结果 获得新个体或细胞产品 大量产生细胞或细胞产物
相同点 都需人工条件下的无菌操作
(2011年深圳高二检测)现将“细胞工程”中动、植物细胞培养技术列表比较如下，你认为哪一项比较有错误( )
例2
比较
项目 原理 培养基
区别 结果 培养目的
植物组织培养 细胞的
全能性 需加植物激素 培育成植株 快速繁殖，培育无病毒植株等
动物细胞培养 细胞的
全能性 需加动物血清 培养成细胞系或细胞株 获得细胞或细胞的产物等
A.原理 B．培养基区别
C．结果 D．培养目的
【尝试解答】 A
【解析】 本题考查的是植物组织培养和动物细胞培养相关知识的比较，动物细胞培养的目的是获得更多细胞或细胞产物。而不是获得个体，其原理只涉及细胞增殖(细胞分裂)。
【误区警示】 误认为动物细胞培养也是为了获得一个完整的个体，而得出错误答案“D”，但却忽略了动物细胞培养只是为了得到细胞或细胞产物，它用到的原理也只是细胞增殖。
跟踪训练 下列有关植物组织培养和动物细胞培养的比较中，叙述错误的是( )
A．所用的培养基的成分基本相同
B．植物组织培养的结果是培育成植株，动物细胞培养的结果是培育成很多细胞
C．植物组织培养的目的是为了快速繁殖和获得无病毒的植株，动物细胞培养的目的是为了获得细胞产物或细胞
D．植物组织培养的原理是细胞的全能性，动物细胞培养的原理是细胞的增殖
解析：选A。对动物细胞培养和植物组织培养的知识理解程度不够，造成了概念上的混淆，认为动物细胞培养和植物组织培养具体过程相差不大，故误选B或C或D。动植物细胞培养时培养基的成分差别较大，动物培养基需加入血清，植物培养基需加入激素和琼脂。
动物体细胞核移植
1．原理：细胞核的全能性。
2．供核细胞：一般选优良动物的传代培养10代以内的细胞。
3．受体细胞：去核的MⅡ期卵母细胞。
4．体细胞核移植的过程
特别提醒
①核移植时，一般先用电刺激使供受体细胞融合，再用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成细胞分裂和发育进程。②克隆动物的性状与核供体生物的性状基本相同，而不是完全相同，因为克隆动物的细胞质遗传物质来自于受体卵母细胞；生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境的影响。
5．体细胞核移植技术存在的问题
克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题，生产克隆动物成本高，不容易大规模推广。
例3
(2011年济宁市高二检测)美国威斯康星州的一个奶牛场有一头奶牛，年产奶量达30.8 t，我国奶牛产量年平均水平仅为3～4 t。某人用该高产奶牛的耳朵细胞，采用核移植技术获得高产奶牛(如图)。
(1)目前完成①的方法有__________、_____________、________________、化学物质处理等。
(2)③过程中选择去核卵母细胞作为受体细胞的原因是____________________________________。
(3)④过程所利用的技术是________________，其原理是________________________。
(4)该实验的成功说明已分化的耳朵细胞的细胞核中含有与________________一样的全套基因，这种繁殖方式属于________。
(5)若研究发现该高产奶牛线粒体发达，故它的产奶量高，则小牛d成年后具有这一优良性状吗？________。你的依据是______________________
________________________________________。
【尝试解答】 (1)显微操作去核法 梯度离心 紫外光短时间照射
(2)卵母细胞体积大，易操作，营养物质丰富，且细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质
(3)动物细胞培养 细胞增殖
(4)受精卵 无性繁殖
(5)不会 线粒体中的基因一般通过细胞质传递给后代，而小牛d的细胞质主要来自于牛a
【解析】 (1)去核的方法有显微操作去核法、梯度离心、紫外光短时间照射及化学物质处理等方法。
(2)在核移植中常用去核卵母细胞作为受体细胞，是因为卵母细胞内含有丰富的营养物质；体积比较大,容易操作。
(3)④过程属于动物细胞培养，其原理是细胞增殖。
(4)该实验的成功证明了动物细胞核有全能性，因为细胞核中含有和受精卵一样的全套基因。
(5)线粒体位于细胞质中，主要来源于受体细胞，因此没有产奶量高的优良性状。
【探规寻律】 体细胞核移植的过程必须弄清的几个问题：
(1)动物细胞的全能性会随着动物体的发育而逐渐受到限制，其主要原因是细胞的分化。
(2)克隆高产奶牛所用的受体细胞是去核的卵母细胞，处于减数第二次分裂中期。因为卵母细胞中含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。
(3)克隆高产奶牛过程所利用的生物技术有：细胞核移植、动物细胞培养、胚胎移植。
(4)目前核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。
跟踪训练 如果用动物的细胞进行克隆实验应该选择的细胞核不能来源于( )
A．乳腺细胞 B．卵细胞
C．胃腺细胞 D．囊胚时期的胚胎细胞
答案：B
知能过关演练
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