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第3章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
一 植物细胞工程的基本技术
课前预习学案
课堂互动探究
课标领航
知能优化训练
一
植物细胞工程的基本技术
1.举例说出植物组织培养的过程、原理和应用
2．简述植物细胞培养的过程及应用
3．举例说出植物体细胞杂交过程、原理和意义
课标领航
【重点】 1.植物细胞工程的基本技术
2．植物细胞工程的应用
【难点】 植物细胞工程的基本技术
情景导引
“春风欲擅秋风巧,催
吐幽兰继落梅。”素有
“天下第一香”之称的兰花(如右图)，以其优美高雅的叶片和芳香艳丽的花朵,成为自古以来文人墨客吟诗作赋的对象。但是，兰花在自然条件下播种繁殖的难度很大，需要较长时间才
能获得少量幼苗。如何才能满足人们对兰花的需求呢？科学家在细胞全能性的理论基础上发现了兰花快速繁殖的技术——植物组织培养。植物组织培养是植物细胞工程的核心技术,那么你知道植物细胞工程的基本技术有哪些吗？快进入本节的学习去了解吧！
课前预习学案
一、植物组织培养技术
1．理论基础：__________________。
2．分类及方法：根据________的种类,可以分为植物______培养、植物
________培养、 __________培养和花粉及花药培养技术。培养方法主要是__________培养。
植物细胞的全能性
培养物
细胞
离体胚
原生质体
细胞悬液
3．各种技术的相互关系及作用
(1) _____________是植物体细胞杂交、植物细胞核移植、显微注射和细胞代谢产物大规模生产等技术的基础。
(2) ________________是植物体细胞杂交和显微注射技术的基础。
植物细胞培养
原生质体的培养
(3) ________________技术，能够缩短育种年限。
(4)幼胚培养一般常用于挽救远缘杂交的种子幼胚。
花粉和花药培养
脱分化
再分化
脱分化
再分化
移栽
染色体加倍
愈伤组织
种胚
接种
愈伤组织
分化培养基
生根培养基
6．植物组织培养的概念
在__________________的条件下，将______的植物器官、组织和细胞，培养在人工配制的_______上，给予适宜的培养条件，诱导产生___________、丛芽或完整的植株。
无菌和人工控制
离体
培养基
愈伤组织
思考感悟
1.植物组织培养为何要在无菌条件下进行？
提示：植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅
速生长，所以在植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。
二、植物体细胞杂交技术
1．概念：就是将不同种的植物体细胞原生质体在一定条件下融合成__________，并把___________培育成完整植物体的技术。
2．理论基础：__________________、细胞膜的流动性。
杂种细胞
杂种细胞
植物细胞的全能性
3．过程如下图。
4．植物体细胞杂交过程中应明确的几个问题
(1)除去细胞壁的方法： ________。
(2)诱导原生质体融合的方法：物理法有_____________________等，化学法用_________作诱导剂等。
酶解法
离心、振动、电刺激
聚乙二醇
(3)杂种细胞成功的标志：植物__________的形成。
5．植物体细胞杂交的优点：克服了不同生物___________________的障碍，可培育作物新品种。
新细胞壁
远缘杂交不亲和
思考感悟
2.为什么“番茄、马铃薯”超级杂种植株没有实现地上长番茄，地下结马铃薯的目标？
提示：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，二者的遗传物质的表达受到相互干扰,不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。
三、植物细胞工程的概念：
利用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，以__________为基本单位进行培养增殖或按照人们的意愿来改造细胞的某些生物学特性，从而获得______产品的一门综合技术。
植物细胞
细胞
课堂互动探究
植物组织培养过程分析
要点一
名称 过程 形成特点 培养基 光
脱分化 由外植体成为愈伤组织 排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团 生长素与细胞分裂素的比例大 避光
名称 过程 形成特点 培养基 光
再分化 由愈伤组织成为幼苗或胚状结构 有根、芽或有生根发芽的能力 上述比例小 需光
营养生长生殖生长 发育成完整的植物体 由根、茎、叶、花、果实、种子组成 自身产生各种激素 需光
【特别提醒】 外植体的选择与制备
(1)选择外植体时，由于外植体的脱分化难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而有很大差异，因此，选择哪些作为外植体应该注意。一般来讲,烟草、胡萝卜、植物的花和幼嫩的
组织脱分化相对较易，而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。
(2)制备外植体首先要消毒，其次要选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。
(2012·广东质量检测)如图表示植物组织培养过程：
(1)图中①过程获得的细胞是正常植物体经________形成的，在这一过程中的染色体的变化是_____________。
例1
(2)要顺利完成③过程，除了需要各种无机营养物质外，还需要在培养基中加入________、________(两类不同功能的物质)。该过程形成的细胞与正常体细胞相比，具有________的特点。
(3)从过程④的结果看，它的实质是
_______________________________。
(4)某人在探究细胞脱分化和再分化的实验中，得到了如下结果：
①只有细胞分裂素时，组织块产生愈伤组织
②细胞分裂素＝生长素时，愈伤组织不分化
③细胞分裂素>生长素时，愈伤组织分化出芽
④细胞分裂素<生长素时，愈伤组织分化出根
由实验结果，你能得出什么结论？
【思路点拨】 本题考查植物组织培养技术，解答本题必须掌握：
①植物组织培养过程；
②影响植物组织培养的因素。
【解析】 (1)获得单倍体性细胞是经减数分裂形成的，其特点是染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目减半。
(2)图中③是脱分化，在培养基中除需加入无机营养物质外，还需要加入有机营养物质和植物激素等，形成的愈伤组织细胞是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。
(3)图中④是再分化，从实质上看是基因选择性表达。
(4)分析实验结果可以看出，细胞分裂素与生长素的含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。
【答案】 (1)减数分裂 染色体复制一次，分裂两次，子细胞中染色体数目是亲代细胞中的一半
(2)有机营养物质 植物激素 排列疏松、高度液泡化、细胞壁薄
(3)基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果
(4)植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。
跟踪训练
1．韧皮部细胞是高度分化的植物细胞,用韧皮部细胞进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是( )
A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和细胞分裂形成的
B．该愈伤组织的细胞没有全能性
C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成
D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构
解析：选B。愈伤组织是由离体的植物器官、组织或细胞通过细胞分裂产生的,此过程称为植物细胞的脱分化。愈伤组织中的细胞排列疏松而无规则,主要是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。愈伤组织中虽然有些细胞发生分化，但仍具有全能性，在
一定条件下继续培养，细胞会发生再分化，生成芽和根，进而发育成完整植株。愈伤组织的形态发生方式主要有不定芽方式和胚状体方式两种。其中，胚状体方式是指由愈伤组织细胞诱导分化出具有胚芽、胚根和胚轴的胚状结构，进而长成完整的植株。
1．概念：用来自不同种的植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。
2．原理：膜的流动性和细胞的全能性。
植物体细胞杂交
要点二
3．过程：下图是两个不同品种的植物细胞A、B进行细胞融合的过程：
C：用酶解法去掉细胞壁，获得原生质体的过程，所用酶为纤维素酶和果胶酶；
D：在诱导剂的作用下进行诱导融合,先进行膜的融合，再进行核的融合，最后形成杂种细胞E，E细胞有三种(AA型、BB型、AB型，只有AB型才是我们所需要的杂种细胞，所以需要进行筛选)；
4．目的：植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株的特征：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遗传物质。
5．优点：该技术在育种上应用时最大的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍。
6．未解决的问题
目前还不能让杂种细胞完全按人们的需要去表达亲代的优良性状，如番茄—马铃薯。
【特别提醒】 在培育新品种过程中应注意的问题
(1)若图中A含有2N条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，B含有2M条染色体，2个染色体组,基因型为ccDd,则新植株应为四倍体,其体细胞中染色体条数为2N＋2M,基因型为AabbccDd,
从中不难看出，体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。
(2)在培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传规律，因为只有有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传规律，而体细胞杂交没有此过程。
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。
【思路点拨】 本题主要考查植物体细胞杂交技术的相关知识，解答本题应注意如下几点：
①植物细胞壁的去除是用酶解法。
②植物体细胞杂交后,融合细胞中的染色体条数为两细胞染色体条数之和。
【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的形成有关。
(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。
跟踪训练
2．要想通过体细胞杂交技术获得杂种植株,下列各套步骤中正确的是( )
A．分离原生质体→诱导原生质体融合→再生细胞壁→组织培养→杂种植株
B．分离原生质体→原生质体自然融合→再生细胞壁→组织培养→杂种植株
C．病毒诱导原生质体融合→组织培养→杂种植株
D．分离原生质体→脱分化→再分化→杂种植株
解析：选A。植物体细胞杂交技术首先要获得不同生物的体细胞，用纤维素酶、果胶酶除去细胞壁得到原生质体，再通过物理或化学方法诱导原生质体融合，成为杂种细胞，再经组织培养形成杂种植株。
知能优化训练
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第1节 植物细胞工程
二 植物细胞工程的应用
课前预习学案
课堂互动探究
课标领航
知能优化训练
二
植
物
细
胞
工
程
的应
用
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】 植物细胞工程的实际应用
【难点】 植物细胞工程的应用
课标领航
情景导引
山东的金乡县因近年来
盛产大蒜，现已成为全
省乃至全国闻名的大蒜
之乡。种植大蒜成为该县的支柱产业和主要经济来源。外贸绿色壁垒，走向世界，快速提高金乡县的GDP，该
县农科所与中国农科院联合成功开发和培育出了品质好、产量高的新品种——脱毒大蒜。2011年大蒜出口在受到明显影响的情况下，金乡生产的脱毒大蒜销量没有减少，给全县带来了可观的经济效益，这也是细胞工程的又一成果。
课前预习学案
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。
繁殖
(3)意义：高效快速地实现种苗的___________。
2．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。
大量繁殖
性状
(2)结构：人工_______＋ ________或不定芽或腋芽。
(3)获得方法：植物___________。
3．作物脱毒
(1)选材：无病毒的_______。
(2)结果：高产优质的无病毒植物。
薄膜
胚状体
组织培养
茎尖
物理、化学
遗传特性
物理
化学
(3)产生：植物组织培养过程中，培养细胞一直处于不断分裂增生状态，容易受到培养条件和外界因素的影响而发生突变。
(4)意义：
①获得新品系或新品种
②克服突变体的嵌合性等缺陷，提高__________。
突变频率
5．细胞产物的工厂化生产
(1)产物种类：_______、橡胶、香精油、色素等。
(2)生产技术： _____________
药物
植物组织培养
6．拯救濒危植物
(1)植物濒危的原因：人类对_________的日益加剧和___________。
(2)拯救方法： __________________。
环境破坏
不合理利用
植物细胞培养技术
思考感悟
人工种子的胚状体和植物种子的胚在来源上有何区别？
提示：胚状体是无性生殖的结果，种子中的胚是有性生殖的结果。
课堂互动探究
微型繁殖
要点一
1．微型繁殖,实际上是一种无性繁殖,能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过程只涉及有丝分裂,不涉及减数分裂。
2．微型繁殖具有选材少,培养周期短,繁殖率高，便于自动化管理等优点，有利于进行工厂化培养。
3．作物脱毒，人工种子中的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽的获得采用的技术还是微型繁殖。
【特别提醒】 工厂化育苗生产利用了微繁可以保持亲本优良性状和高效性的两大优点。
下列属于植物组织培养的是
( )
A．兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗
B．水稻种子萌发并长成新个体
C．扦插的葡萄枝条长成新个体
D．柳树芽发育成枝条
例1
【思路点拨】 本题考查微型繁殖技术的应用实例。微型繁殖技术是指利用植物的组织和器官，经组织培养过程，短时间内获得大量的植物幼苗的技术。
【解析】 解答本题需要从两个方面入手；首先，水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育部分；其次，扦插的葡萄枝长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。
【尝试解答】 A
答案：A
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
微型繁殖与无性繁殖、作物脱毒、人工种子、单倍体育种的比较
要点二
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．人工种子与微型繁殖
人工种子的优点是培育的后代无性状分离，能够稳定遗传；产生的后代能够保持亲本的优良性状；培育的种子不受气候、季节和地域的限制。采用的技术是微型繁殖技术，首先利用植物组织培养获得胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等，然后包上人工种皮就形成了人工种子。
4．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，即后代都是纯合体；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，获得纯合体。
【特别提醒】 微型繁殖利用的植物组织培养技术，原理是细胞的全能性，是无性繁殖，单倍体育种利用的是植物细胞培养技术，原理是细胞的全能性和染色体变异，是一种有性生殖方式。
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
例2
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_______________________。
【思路点拨】 本题考查人工种子的培育过程，解答本题需明确：
①人工种子制备的原理；
②人工种子的结构及各结构功能；
③花药离体培养技术原理及过程。
【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。
【答案】 (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
【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：①由已脱分化的外植体直接产生；②由愈伤组织产生;③由悬浮细胞培养产生。
跟踪训练
2．(2012·汕头市金山中学调研)下列关于驱蚊草培育的叙述中,错误的是( )
A．培育方法属于细胞工程育种，其优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍
B．培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电刺激等方法
C．培育手段是植物体细胞杂交，它不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗形成
D．驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草有性杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离
解析：选C。驱蚊草是通过天竺葵和香茅草细胞杂交而得的，在此技术中仍需要植物组织培养技术，有愈伤组织和试管苗的形成。
知能优化训练
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第2节 动物细胞工程
2
第
节
动
物
细
胞
工程
课前预习学案
课堂互动探究
课标领航
知能优化训练
1.简述动物的细胞培养及条件、流程
2．简述动物细胞融合原理和方法
3．简述单克隆抗体的制备过程及应用
4．简述动物体细胞克隆技术
5．举例说明动物细胞工程的应用
课标领航
【重点】1.动物的细胞培养及条件、流程
2．动物细胞融合原理及方法
【难点】 单克隆抗体的制备过程及应用
情景导引
早在1978年，美国科幻小
说家罗维克就写过一本名
叫《克隆人》的小说。该
小说当时很多人包括生物学家在内对此都表示怀疑。时至1997年克隆羊“多莉”问世，人们又将克隆人的话题提了
出来，有些科学家甚至开始着手制订克隆人的培育计划。然而，有些人认为，克隆人严重地违反了人类的伦理道德，是克隆技术的滥用。有些国家制定相关法律严禁进行克隆人的研究,而现任美国总统奥巴马在刚刚上任的第48天，即2009年3月9日，就正式为
美国科学界签署了为人体胚胎干细胞在医学方面的克隆研究解禁的命令。为什么人们对克隆技术既爱又恨？克隆技术与伦理道德为什么会发生冲突？让我们走进克隆世界一探究竟吧！
课前预习学案
一、哺乳动物细胞培养技术
1．动物细胞工程的内容：
动物细胞工程包括很多种常用技术,如__________培养、动物细胞______、_______抗体和动物_______克隆等。
动物细胞
融合
单克隆
体细胞
2．动物细胞培养条件
(1)培养基：采用______培养基，其成分包括葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和__________等。
(2)气体环境：
①足够的氧气：保证__________活动的进行。
液体
动物血清
细胞代谢
②一定的二氧化碳：调节培养液的______。
(3)温度和pH：适宜的温度为______________，pH为__________ 。
3．动物细胞培养流程
(1)细胞来源: __________或__________的组织或器官。
pH
36.5℃～37.5℃
7.2～7.4
动物胚胎
幼龄动物
原代培养
传代培养
贴壁生长
接触抑制
思考感悟
1.动物细胞培养过程中产生的细胞株和细胞系有何区别？
提示：动物细胞培养过程中，细胞培养10代到40～50代的细胞，遗传物质没有发生改变，称为细胞株，超过50代仍能无限制地传代下去的细胞遗传物质发生改变，成为细胞系。
融合因子
两个
杂交
DNA
杂交
2．单克隆抗体
(1)概念：由____________细胞增殖形成的细胞群所产生的_________抗体分子称为单克隆抗体。
一个B淋巴
单一型
(2)应用：
①作为诊断试剂:准确识别各种抗原物质,并跟_______的结合具有______、______、简易、快速的优点。
抗原
高效
准确
B淋巴
多种融合细胞
杂交瘤细胞
骨髓瘤细胞
杂交瘤细胞
②杂交瘤细胞的特点：既能大量_______,又能分泌大量___________。
增殖
特异性抗体
思考感悟
植物体细胞杂交技术与动物细胞融合技术有什么不同？
提示：植物体细胞杂交技术与动物细胞融合技术基本相同，不同的是植物体细胞融合前需去掉细胞壁，然后再融合；动物细胞融合是两个体细胞直接融合。
三、动物体细胞克隆技术
1．克隆技术的研究历程
时间 人物 贡献
1938年 德国斯培曼 提出克隆设想
1952年 美国布里格斯、托马斯·金 实现了__________的克隆
1984年 威拉德森 用__________克隆出羊
1996年 威尔穆特 用________克隆出羊
蝌蚪细胞
胚胎细胞
体细胞
电脉冲
融合细胞
供卵个体
优良品种
转基因动物
濒临灭绝
人造器官
课堂互动探究
动物细胞培养的过程
要点一
1．过程分析
2．动物细胞培养过程的几个概念
(1)贴壁生长
动物细胞在液体培养基中悬浮生长一段时间后，大部分细胞会贴附在培养瓶的表面生长。也有一些细胞(如淋巴细胞)能够持续在悬浮状态下生长，这些能长期悬浮生长的细胞容易进行大规模细胞培养，生产大量的动物细胞及其产物。
(2)接触抑制
细胞进行有丝分裂，数量不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，停止分裂增殖，出现接触抑制现象。
(3)原代培养
直接从动物体内取出的组织块，用胰蛋白酶使其分散成单个细胞，然后用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液，转入培养瓶中进行培养的过程。
(4)传代培养
原代培养到一定程度，细胞会出现接触抑制，如果还需要继续进行细胞培养，就要用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来，重新分散成细胞悬液，分装到多个培养瓶中继续培养的过程。
【特别提醒】 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 原理 细胞的全能性 细胞增殖
培养基 固体；营养物质、激素 液体；营养物质、动物血清等
植物组织培养 动物细胞培养
区
别 过程
植物组织培养 动物细胞培养
区
别 结果 培育成植株 培育成细胞群
培育目的 快速繁殖，培育无病毒植株等 获得细胞的产物或细胞等
相同点 都需要人工条件下的无菌操作
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，瓶壁上形成的细胞层数是_____。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来,需要用酶处理,可用的酶是______。
例1
(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________的现象；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________细胞，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，最好选用细胞分裂到______期的细胞用显微镜进行观察。
(5)给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当做________进行攻击。
【思路点拨】 本题考查动物细胞培养的相关知识，解答本题，必须明确如下知识：
①动物细胞培养的特点
②动物细胞培养过程
③细胞分裂各期特征
【解析】 (1)动物细胞培养过程中具有贴壁生长和接触抑制的特点，若要传代培养应先用胰蛋白酶处理，使其从瓶壁上分离下来。
(2)在传代培养过程中，随着传代次数的增多，绝大多数细胞停止分裂，进而出现衰老甚至死亡，极少数细胞遗
传物质发生改变，克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这种细胞黏着性降低，细胞膜表面的糖蛋白减少。
(3)活细胞的细胞膜具有选择透过性，而死细胞的细胞膜则没有这种特性，所以大分子染料可以对死细胞染色而不能对活细胞染色。
(4)若要观察染色体的数目，最好选择细胞分裂中期的细胞，因为分裂中期染色体螺旋程度最高，形态固定，数目清晰。
(5)皮肤移植后发生排斥反应，是因为机体把移植的皮肤组织当做抗原进行攻击。
【答案】 (1)相互接触 接触抑制 单层(或一层) 胰蛋白酶
(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，故活
细胞不能着色(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使其着色)
(4)中
(5)抗原
跟踪训练
1．有关动物细胞培养的叙述中正确的是( )
A．动物细胞培养前要用胃蛋白酶使细胞分散
B．动物细胞培养的主要目的是获得大量的细胞分泌蛋白
C．细胞遗传物质的改变发生于原代培养过程中
D．动物细胞培养前要用胰蛋白酶使细胞分散
解析：选D。本题考查动物细胞培养过程以及原代培养和传代培养的知识。通常将健康动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理以后的细胞的初次培养,称为原代培养。贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖，这种培养
过程即为传代培养。胃蛋白酶的最适pH大约在1.5左右，不适合做细胞培养时分散细胞的酶。动物细胞培养利用了细胞有丝分裂的原理，获得大量的具有相同遗传特性的细胞。细胞传代培养至50代以后，遗传物质可能发生改变。
单克隆抗体的制备过程及其与,植物体细胞杂交的比较
要点二
单克隆抗
体的制备 利用植物体细胞杂交获得杂种植株
理论基础(原理) 细胞膜的流动性、细胞增殖 细胞膜的流动性、细胞的全能性
融合前的处理 注射特定抗原蛋白免疫处理正常小鼠 酶解法去除细胞壁(纤维素酶、果胶酶)
单克隆抗
体的制备 利用植物体细胞杂交获得杂种植株
促融方法 (1)物化法：与植物细胞融合相同
(2)生物法：灭活的仙台病毒 (1)物理法：离心、振动 、电刺激等
(2)化学法：聚乙二醇(PEG)
单克隆抗
体的制备 利用植物体细胞杂交获得杂种植株
过程 正常小鼠免疫处理 原生质体的制备(酶解法)
动物细胞融合 原生质体融合
杂交瘤细胞筛选与培养 杂种细胞的筛选与培养
单克隆抗体的提纯 杂种植株的诱导与鉴定
单克隆抗
体的制备 利用植物体细胞杂交获得杂种植株
意义和用途 (1)制备单克隆抗体
(2)诊断、治疗、预防疾病。例如：单抗诊断盒、“生物导弹”治疗癌症 (1)克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了杂交的亲本组合范围
(2)克服有性杂交的母系遗传，获得细胞质基因的杂合子,研究细胞质遗传
【特别提醒】 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。
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。
【思路点拨】 本题考查了单克隆抗体的制备过程及其相关知识，解答本题的关键是熟练掌握单克隆抗体的制备过程。
【解析】 (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。
【答案】 (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
【探规寻律】 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。
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2．要想获得大量的单克隆抗体就必须用单个的B淋巴细胞进行无性繁殖形成细胞群。其原因是( )
A．在体外培养条件下B淋巴细胞可以无限增殖
B．在动物体内B淋巴细胞可产生多达百万种以上的抗体
C．每一个B淋巴细胞都参与特异性免疫反应
D．每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体
解析：选D。单克隆抗体即专一性强、纯度高、数量大的抗体，而一种B淋巴细胞只能合成分泌一种抗体，故用单个B淋巴细胞进行无性繁殖形成细胞群，即可获得大量的单克隆抗体。
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