章末综合检测(二)
(时间：90分钟，满分：100分)
一、选择题(每小题2分，共32分)
1．下列对细胞全能性的表述，正确的是( )
A．离体的植物细胞均能够表现出全能性
B．动物细胞融合标志着动物细胞全能性的实现
C．花粉可培育成单倍体植株是细胞全能性的表现
D．单克隆抗体的制备依据的原理是细胞的全能性
解析：选C。离体的植物细胞只有在一定条件下才能够表现出全能性；细胞只有通过培养最终发育成一个新的生命才能表明细胞全能性的实现，而动物细胞融合不能标志着动物细胞全能性的实现；花粉离体培养成单倍体植株是植物细胞全能性的表现；单克隆抗体的制备依据的原理是动物细胞的培养与动物细胞的融合。
2．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．动物细胞培养和植物组织培养过程中不都用到胰蛋白酶
C．经细胞核移植培育出新个体只具有一个亲本的遗传性状
D．用于培养的植物器官或组织属于外植体
解析：选C。植物细胞的融合实质上是植物细胞原生质的融合，为此要先去除细胞壁，A正确；动物细胞处理需要用胰蛋白酶处理，但植物组织培养过程不需要胰蛋白酶处理，B正确；由于细胞质中也含有少量的遗传物质，为此，经过细胞核移植的新个体并不是只有一个亲本的遗传性状，C错误；植物组织培养的过程中，用到的植物器官或组织属于外植体，D正确。
3．下列关于生物技术及育种的叙述，不正确的是( )
A．“太空种子”都能培育出高产、优质、高效的新品种
B．利用兰花的离体组织大规模培育兰花属于细胞工程
C．通过基因工程育种可获得抗逆性强的新品种
D．花药离体培养得到的植株一般不能正常结实
解析：选A。“太空种子”属于诱变育种，具有不定向性，A错误；利用兰花的离体组织大规模培育兰花属于细胞工程，B正确；通过基因工程育种可获得抗逆性强的新品种，C正确；花药离体培养得到的植株一般不能正常结实，因为单倍体植株不含同源染色体，D正确。
4．某兴趣小组研究了培养基中生长素与细胞分裂素含量的比值对烟草愈伤组织分化的影响，得到如下结果，下列叙述不正确的是( )
组别 生长素 (mg/L) 细胞分裂素 (mg/L) 分化状况
甲 2 0.02 分化形成根
乙 2 0.2 不分化
丙 2 0.5 分化形成芽
A.愈伤组织在生长过程中细胞的核膜、核仁会出现周期性变化
B．培养在乙组培养基中的烟草愈伤组织细胞丧失了细胞全能性
C．两种激素含量比值的变化会导致愈伤组织细胞出现稳定性差异
D．生长素与细胞分裂素含量的比值高时有利于愈伤组织分化形成根
解析：选B。愈伤组织在生长过程中，其细胞会通过有丝分裂进行增殖，所以细胞的核膜、核仁会出现周期性变化，A项正确；烟草愈伤组织细胞虽然未分化，但并未丧失全能性，B项错误；表中信息显示：两种激素含量比值的变化会导致愈伤组织细胞向不同的方向分化，进而出现稳定性差异，当生长素与细胞分裂素含量的比值高时，有利于愈伤组织分化形成根，C、D项正确。
5．如图表示利用棉花叶肉细胞进行原生质体培养的过程，据图分析不正确的是( )
根、芽
A．①过程是在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液环境下用纤维素酶和果胶酶处理
B．②过程表示原生质体在培养基提供的特定条件下形成愈伤组织，此过程叫做再分化
C．③过程中以适当配比的营养物质和生长调节剂进行诱导
D．该过程体现了植物细胞的全能性
解析：选B。植物组织培养时，去除细胞壁的方法是酶解法，即用纤维素酶和果胶酶处理，原生质体在低渗溶液中会吸水涨破，所以选择0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液，故A正确；形成愈伤组织的过程称为脱分化，故B错误；再分化过程需要以适当配比的营养物质和生长调节剂进行诱导，故C正确；植物组织培养过程体现了植物细胞的全能性，故D正确。
6．A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如图所示(仅显示细胞核)，将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是( )
A．二倍体；基因型是DdYyRr
B．三倍体；基因型是DdYyRr
C．四倍体；基因型是DdYyRr
D．四倍体；基因型是DdddYYyyRRrr
解析：选C。根据题意，将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞中染色体数和染色体组均为融合前两细胞的数目直接相加，所以该杂种细胞内染色体组数为4，基因型为DdYyRr；经过组织培养后得到了杂种植株的过程中只进行有丝分裂，其结果细胞内染色体不变，所以形成的该杂种植株是四倍体，基因型是DdYyRr，C正确。
7．如图是关于植物组织培养及应用的示意图，关于此生物技术叙述合理的是( )
ⅠⅡⅢ―→Ⅳ
图a
图b
A．利用植物组织培养技术制造人工种子，应选用图a中的Ⅲ
B．利用物理或化学的手段诱导Ⅳ阶段细胞发生基因突变，培育突变新品种的效果最好
C．通常人工种子中被包入的固氮菌在生态系统中属于消费者
D．人工种子中的胚状体与正常种子中的胚都是新个体的幼体，都具有一个亲本的遗传物质
解析：选A。A正确，图a中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别表示离体的细胞(组织或器官)、愈伤组织、胚状体和植物体，制造人工种子应选用Ⅲ；B错误，培育突变新品种应选择分裂旺盛、易发生基因突变的Ⅱ(愈伤组织)细胞；C错误，通常人工种子中被包入的固氮菌是自生固氮菌，在生态系统中属于分解者；D错误，正常种子中的胚是由受精卵发育而来的，具备两个亲本的遗传物质和性状。
8．为了培育菊花新品种，科学家利用二倍体野生夏菊和六倍体栽培秋菊进行杂交，培育过程如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．野生夏菊和栽培秋菊自然杂交后是四倍体，属于同一物种
B．①过程常选择酶解法去壁，一般在低渗溶液中进行
C．②过程有关的细胞器只有高尔基体比较活跃
D．d植株含有夏菊和秋菊的遗传物质
答案：D
9．以下有关动物细胞、组织培养的表述中，正确的是( )
A．动物细胞培养中，含5%CO2的恒温培养箱用来调控pH值和温度
B．动物组织培养过程中不会出现组织分化
C．传代培养的细胞因最接近于体内细胞的生长特性，常用于药物测试研究
D．动物细胞培养过程中，首先要用胃蛋白酶处理部分组织使细胞分散获得单个细胞
解析：选A。在动物细胞培养过程中，含5%的CO2的恒温培养箱中可以调控温度，其中CO2可以调节培养液的pH，故A正确；动物组织培养过程中加入诱导因子可以诱导组织分化，故B错误；传代培养50代之后的细胞因为遗传物质可能发生变化，因此并不接近体内细胞，故C错误；动物细胞培养时，需要用到胰蛋白酶处理使细胞分散成单个细胞，故D错误。
10．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淋巴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
解析：选D。效应T细胞不产生抗体；B淋巴细胞不能无限增殖；单克隆抗体是由已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经融合获得的杂交瘤细胞经培养产生的。人的成熟红细胞无细胞核，失去了细胞的完整性，不再分裂，更不会形成细胞株。将所选用的动物组织取出后，首先用胰蛋白酶等处理，使组织分散成单个细胞，然后将配好的细胞悬液置于适宜环境中培养。
11．细胞工程中，选择合适的生物材料是成功的关键。下列叙述不正确的是( )
A．选择高度分化的动物体细胞进行培养有利于获得大量的细胞
B．选择去核的卵细胞作为核受体进行核移植可提高克隆动物的成功率
C．选择植物的愈伤组织进行诱变处理可获得有用的突变体
D．选择一定大小的植物茎尖进行组织培养可获得脱毒苗
解析：选A。高度分化的细胞已经失去分裂能力，因此选择高度分化的动物体细胞进行培养不会获得大量细胞，A错误；卵母细胞的细胞质中含有促进全能性表达的物质，因此选择去核的卵母细胞作为核受体进行核移植可提高克隆动物的成功率，B正确；愈伤组织细胞处于分生状态，易受外界环境因素影响，因此选择植物的愈伤组织进行诱变处理，再进行人工选择，可获得优质的突变体，C正确；茎尖等分生区组织几乎不含病毒，因此选择一定大小的植物茎尖进行组织培养可获得脱毒苗，D正确。
12．下表为动物细胞工程的有关内容比较，你认为错误的是( )
项目 植物细胞工程 动物细胞工程
特殊 处理 机械法去除细胞壁 胰蛋白酶处理制细胞悬浮液
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、杂种植物 单克隆抗体的制备
培养基 区别 麦芽糖是离体组织赖以生长的成分 动物血清不可缺少
A.0处 B．1处
C．2处 D．3处
答案：C
13．下列关于细胞工程的叙述，错误的是( )
A．电激可诱导植物原生质体融合或动物细胞融合
B．去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理
C．小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫小鼠的B淋巴细胞融合可制备单克隆抗体
D．某种植物甲乙两品种的体细胞杂种与甲乙两品种杂交后代的染色体数目相同
解析：选D。电激可诱导植物原生质体融合或动物细胞融合，A正确；去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞分别需要纤维素酶、果胶酶处理和胰蛋白酶处理，B正确；小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫小鼠的B淋巴细胞融合可获得杂交瘤细胞，制备单克隆抗体，C正确；某种植物甲乙两品种的体细胞杂种的染色体数目是甲乙两品种杂交后代的染色体数目的二倍，D错误。
14．单克隆抗体制备过程中所用的骨髓瘤细胞是一种基因缺陷型细胞，其合成核酸的途径能被氨基喋呤阻断。现将从预先注射了某种抗原的小鼠脾脏中获得的B淋巴细胞与上述骨髓瘤细胞混合，加入PEG促融后，再加入含氨基喋呤的培养液。若将这些混合物分装于细胞培养板的小孔中培养(如图所示)，则小孔中的培养物不可能出现的结果是( )
A．细胞分裂繁殖，产生抗体，专一性抗体检验呈阴性
B．细胞分裂繁殖，产生抗体，专一性抗体检验呈阳性
C．没有活细胞，产生抗体
D．没有活细胞，不产生抗体
解析：选C。依题意可知，在该细胞培养板上出现的培养物为：①骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合而成的杂交瘤细胞，既能产生特异性抗体，又能无限增殖，由于在该细胞培养板融合形成的杂交瘤细胞不是一种，而是多种，所以，专一性抗体检验，有的呈现阴性，有的呈现阳性，A、B项正确；②单个的骨髓瘤细胞及其融合的细胞，不能产生抗体，因培养液中含有的氨基喋呤阻断了这两类细胞的核酸合成途径，使之失去了分裂能力，二者也会死亡；③单个的B淋巴细胞及其融合的细胞，这二者虽然能产生抗体，但不能增殖，因此会死亡，死亡的细胞不能产生抗体；综合上述分析，C项错误，D项正确。
15．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小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
解析：选D。①是从小鼠脾脏中获得的能产生抗体的浆细胞，A项错误；②中应该使用能促进细胞融合的促融剂，如聚乙二醇等，B项错误；③同时具有从脾脏中分离出的浆细胞和骨髓瘤细胞的特性，C项错误；④是经筛选培养获得的能产生特异性抗体的细胞群，D项正确。
16．三聚氰胺是小分子有机物，如图为采用单克隆技术制备三聚氰胺特异性抗体的过程，下列有关叙述错误的是( )
A．三聚氰胺分子“扩容”的目的是激活小鼠的免疫系统
B．从自然免疫的小鼠体内可获得产生该特异性抗体的B淋巴细胞
C．经培养筛选后得到的杂交瘤细胞既能无限增殖又能产生单一抗体
D．在基因水平上将单克隆抗体改造为嵌合抗体可降低对人体的不良反应
解析：选B。抗原具有大分子性，三聚氰胺是小分子有机物，因此三聚氰胺分子“扩容”的目的是将三聚氰胺分子与大分子结合使其具有抗原的大分子性，激活小鼠的免疫系统，A正确；从自然免疫的小鼠体内获得的B淋巴细胞不具有产生该特异性抗体的能力，B错误；经培养筛选后得到的杂交瘤细胞既能无限增殖又能产生单一抗体，C正确；在基因水平上将单克隆抗体改造为嵌合抗体可降低对人体的不良反应，D正确。
二、非选择题(共68分)
17．(8分)白藜芦醇是一种天然的抗氧化剂，可降低血液粘稠度，抑制血小板凝结和血管舒张，保持血液畅通，可预防癌症的发生及发展，具有抗动脉粥样硬化和冠心病，缺血性心脏病，高血脂的防治作用，抑制肿瘤的作用还具有雌激素的作用，可用于治疗乳腺癌等疾病。下图表示利用植物组织培养的方法生产白藜芦醇的过程。请分析作答下列问题：
外植体愈伤组织丛芽或不定根―→完整植株
(1)植物组织培养是在无菌和人工控制条件下，将________的植物体器官、组织、细胞，在人工配置的培养基上培养成完整植株，利用的原理是______________。
(2)其中①称为______________，①和②过程需要的培养基的激素含量______(相同/不同)，培养基根据物理状态划分属于____________________。
(3)利用细胞产物工厂化生产技术提取白藜芦醇需要将外植体培养至____________，原因是此阶段的细胞分裂能力强，但白藜芦醇的产量一般较低，可以用____________________处理愈伤组织，再筛选产量提高的细胞进一步培养。可将白藜芦醇的____________转入水稻、小麦、大豆等重要粮食作物和经济作物中，提高农作物的营养价值和品质。
解析：(1)植物组织培养需要使用离体的植物器官、组织、细胞，原理是植物细胞的全能性。(2)①是脱分化形成愈伤组织，②是再分化形成丛芽或不定根，①②过程的激素种类相同、含量不同，植物组织培养需要的培养基是固体培养基。(3)愈伤组织细胞分裂能力强。可用射线等处理，使基因突变获得高产植株。可利用基因工程将白藜芦醇的基因转入农作物中，提高农作物的营养价值和品质。
答案：(1)离体 植物细胞的全能性 (2)脱分化 不同 固体培养基 (3)愈伤组织 射线(或其他诱变方法) 基因
18．(8分)很久以前科学家在土壤中发现了某种细菌能制造一种对昆虫有毒的蛋白质，当时许多人就想把编码这一蛋白质的基因(抗虫基因)转移到农作物中，以降低昆虫对农作物造成的危害。20世纪90年代，美国科学家采用基因工程技术首次培育出抗虫玉米新品种。如图为这一转基因玉米的主要培育过程。请据图回答有关问题：
(1)获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基因外，还可以_________。
将目的基因与载体结合时必须用____________和DNA连接酶。在基因工程中，常用的载体有________等，而作为载体必须具备相应的条件，例如应具有________以便进行筛选。
(2)由转基因玉米细胞经过________形成愈伤组织，然后发育成胚状体和试管苗。若要制备转基因玉米的人工种子，可选择上述实验过程中的________再包裹合适的________等。
解析：获得目的基因的方法有三种：从基因文库中提取目的基因，利用PCR技术扩增目的基因，利用DNA合成仪人工合成目的基因等。目的基因与载体结合时必须选用同种限制酶切割载体，然后用DNA连接酶使二者结合，载体上必须具有可用于筛选的标记基因。利用植物组织培养可以制造人工种子。
答案：(1)人工合成(或利用PCR技术扩增) 同种限制酶 质粒(或动植物病毒或λ噬菌体的衍生物等) 标记基因 (2)脱分化(或去分化) 胚状体 人造种皮
19．(8分)为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问题：
(1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为______。
(2)在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和 pH 的变化如图所示。细胞干重在12 d后下降的原因有________________；培养液中蔗糖的作用是________、____________。
(3)多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。 二倍体愈伤组织细胞经____________处理，会产生染色体加倍的细胞。 为检测愈伤组织细胞染色体数目，压片前常用纤维素酶和____________酶解离愈伤组织。若愈伤组织细胞(2n)经诱导处理后，观察到染色体数为8n 的细胞，合理的解释是_______________________、__________________。
(4)为了更好地获得次生代谢产物，生产中采用植物细胞的固定化技术，其原理与酵母细胞固定化类似。 下列说法正确的有____________(填序号)。
①选取生长旺盛的愈伤组织细胞包埋 ②必须在光照条件下培养 ③培养过程中需通空气 ④固定化后植物细胞生长会变慢
解析：(1)外植体经诱导形成愈伤组织的过程称为脱分化。(2)12天后，蔗糖浓度下降，pH降低，细胞干重下降，培养液中的蔗糖主要为愈伤组织提供能源和调节渗透压。(3)诱导二倍体中染色体数目加倍形成四倍体的方法有秋水仙素处理或低温处理。解离愈伤组织的酶有纤维素酶和果胶酶。愈伤组织细胞经诱导处理后，形成的子细胞中染色体数目有4n、8n等，经加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期，经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期，细胞中的染色体均为8n。(4)愈伤组织的培养必须在暗处进行，否则形成维管组织。愈伤组织属于异养需氧型，培养过程需通空气，固定化后细胞与培养液接触减小，细胞生长变慢。
答案：(1)脱分化 (2)蔗糖浓度下降，pH降低 提供能源 调节渗透压 (3)秋水仙素(低温) 果胶 经加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期 经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期 (4)①③④
20．(8分) P53基因是正常细胞内重要的抑癌基因，研究表明P53基因突变可导致肝脏细胞癌变。科学家研究发现P53基因对体外培养的肝癌细胞生长有抑制作用，请回答下列问题：
(1)切下新鲜的肝癌组织，在37 ℃下用____________消化30～40分钟，在5%________培养箱中培养，培养基是模拟了人体________的成分配制的，在培养基中加入一定量的抗生素，其目的是______________。
(2)获取P53基因的方法通常包括________________和____________________。
(3)将P53基因经过一系列的处理并与脂质体混合，将混合物滴加至肝癌细胞上，轻轻混匀。最后筛选出含有P53基因的肝癌细胞。脂质体在这个操作中的作用是________________________________。
(4)为证明P53基因有抑癌作用，需将两种细胞接入多孔板中，并从次日开始检测每孔的细胞总数，绘制成如图所示的生长曲线。请分析两条曲线分别是哪种细胞，曲线1是__________细胞，曲线2是______________________细胞。
解析：(1)动物细胞培养前需要用胰蛋白酶处理组织，使细胞分散成单个细胞。动物细胞培养的条件：①无菌、无毒的环境：消毒、灭菌；添加一定量的抗生素；定期更换培养液，以清除代谢废物。②营养物质：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，还需加入血清、血浆等天然物质。③温度和pH。④一定的气体环境：95%空气(细胞代谢必需的)和5%的CO2(维持培养液的pH)。(2)获取目的基因(P53基因)的方法通常包括化学方法合成和从基因文库中获取。(3)脂质体在这个操作中的作用是将P53(目的)基因导入肝癌细胞。(4)P53基因是正常细胞内重要的抑癌基因，所导入P53基因的肝癌细胞数目下降，而普通肝癌细胞能无限增殖，其数目不断上升，即曲线1是肝癌细胞，曲线2是转入P53基因的肝癌细胞。
答案：(1)胰蛋白酶 CO2 内环境 防止杂菌污染
(2)化学方法合成 从基因文库中获取
(3)将P53(目的)基因导入肝癌细胞
(4)肝癌细胞 转入P53基因的肝癌细胞
21．(8分)科学家用植物细胞杂交方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株，如图1所示，其中①～⑤表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。育种工作者还利用番茄进行了如图2三组实验。据图回答下列问题：
(1)实现过程②的技术是______________，在此之前使用______________酶处理细胞以除去细胞壁。过程③原生质体经过____________再生，与此密切相关的细胞器为____________。
(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的标志。
(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞含n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞内含________条染色体；若杂种细胞培育成为“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于________倍体植株。
(4)如果形成c细胞的a、b细胞都是番茄细胞，那么更简单的得到番茄植株f的处理方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)若杂种植株在有丝分裂过程中，仅保留番茄的染色体而马铃薯的染色体会不断丢失，采用特异性引物对番茄和马铃薯基因组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。图3是用该引物对双亲及4棵再生植株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)图2中Ⅰ过程培育植物体A主要应用了________________技术。
(7)用红果多室(Yymm)番茄植株的花粉进行Ⅱ、Ⅲ有关实验，则Ⅱ过程中，培育植物体B的方法称为__________________。植物体C的基因型有________________(细胞A为两两融合细胞，写出具体的基因型)。
(8)三种育种方法得到的植物体A、B、C中一定为纯合体的是__________。
解析：(1)图中的a、b分别是番茄和马铃薯的原生质体，故②采用的技术是原生质体融合；除去细胞壁所用的酶为纤维素酶和果胶酶；过程③为再生新的细胞壁，高尔基体与细胞壁的形成有关。
(2)过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体，依据这一特征就可以初步筛选杂种细胞。
(3)植物体细胞杂交获得的杂种植株染色体数目是两种植物染色体数目之和，即m＋n；配子发育成的植株一定是单倍体。
(4)若a、b都是番茄细胞，得到的杂种植株实际上相当于番茄的染色体数目加倍的植株，因此另一种得到这样植株的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
(5)根据图谱，番茄含有碱基对为300和600的DNA片段，马铃薯含有碱基对为1 000、1 300和1 500的DNA片段，再生植株3，只含有长度为300和600的片段，与番茄一致，1、2、4既含有番茄DNA片段，又含有马铃薯DNA片段，为杂种植株。
(6)图2中Ⅰ培育植物体采用了植物组织培养技术。
(7)利用植物的花粉进行培养，属于单倍体育种，用红果多室(Yymm)番茄植株的花粉进行Ⅱ、Ⅲ有关实验，则Ⅱ过程中，培育植物体B的方法称为单倍体育种。Ⅲ过程中植物体C的基因型为YYmm、Yymm或yymm。
(8)三种育种方法得到的植物体A、B、C中一定为纯合体的是只有植物体B。
答案：(1)原生质体融合 纤维素酶和果胶 细胞壁 高尔基体(线粒体)
(2)叶绿体
(3)m＋n 单
(4)用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
(5)1、2、4
(6)植物组织培养
(7)单倍体育种 YYmm或Yymm或yymm
(8)植物体B
22．(8分)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图1所示。
回答下列问题：
(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中，在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为____________________，加入了________________作为合成DNA的原料。
(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组，其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测T淋巴细胞浓度，结果如图2。
①由图2 可知，当细胞浓度达到a时，添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加，此时若要使T淋巴细胞继续增殖，可采用的方法是________________。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，CO2的作用是____________________________。
②仅根据图1、图2可知，上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少________(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段，则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。
解析：(1)若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则转录出的mRNA上缺少起始密码子，故不能翻译出蛋白乙。(2)使用PCR技术获取DNA片段时，应在PCR反应体系中添加引物、耐高温的DNA聚合酶、模板、dNTP作为原料。(3)T淋巴细胞浓度之所以不再增加，是因为细胞间出现接触抑制，因此若要使T淋巴细胞继续增殖，需要对贴满瓶壁的细胞使用胰蛋白酶处理，然后分瓶培养，即细胞传代培养。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，以维持培养液的pH。据图分析，蛋白丙与对照接近说明B、D片段对于T淋巴细胞增殖不是非常重要，蛋白甲和乙对T淋巴细胞的增殖都有较大影响，甲、乙两种蛋白中共同的片段是C，所以缺少C片段会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。
答案：(1)编码乙的DNA序列起始端无ATG，转录出的mRNA无起始密码子 (2)模板 dNTP (3)①进行细胞传代培养 维持培养液的pH ②C
23．(10分)如图所示用两栖动物的未受精卵所做的实验图解，据图回答下列问题：
(1)蝌蚪肠上皮细胞核中含有青蛙发育所需的______________，重新组合的细胞相当于青蛙的______________细胞，经过____________和____________形成组织和器官。本实验结果说明____________具有全能性。
(2)图中A过程采用的技术手段称为____________技术。
(3)图中培养过程所用的营养液与植物组织培养基成分的主要不同是__________。
(4)通过图示过程产生新个体的生殖方式是________，如果长期依赖这种繁殖方式繁衍后代，会造成什么后果？____________________________________________________。
解析：蝌蚪肠上皮细胞属于体细胞，含有青蛙发育的全部基因，核移植重组细胞相当于青蛙的受精卵，发育成蛙，说明动物细胞核具有全能性，动物细胞培养的培养液中必须含有动物血清等，克隆动物属于无性繁殖。
答案：(1)全部基因(全部遗传物质) 受精卵 细胞分裂 细胞分化 动物细胞核
(2)核移植
(3)前者必须含有动物血清等
(4)无性繁殖 后代无更大变异性，环境是多变的，适应能力降低，容易被淘汰
24．(10分)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。疫苗生产和抗体制备的流程如下图：
(1)过程①代表的是______________。②过程可以通过______________技术大量扩增A基因，该技术的原理是________________。
(2)过程③构建A基因重组载体时，必须使用限制酶和__________________两种工具酶。
(3)若受体细胞为动物细胞，过程④常用的方法是________________。
(4)动物细胞融合过程中，区别于植物细胞常用的诱导方法是________________。
(5)在将X进行扩大培养之前，至少需要经过两次筛选，方法分别是用______________________筛选和用________________检测。
(6)以上实验操作过程中用到的技术除了PCR技术还有________________________。
(7)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________来制备疫苗。对该传染病疑似患者确诊时，可以从疑似患者体内分离出病毒与已知病毒进行核酸序列比较，或用图中的______________与分离出的病毒进行特异性检测。
答案：(1)逆转录 PCR DNA复制 (2)DNA连接酶
(3)显微注射法(技术) (4)用灭活的病毒诱导
(5)选择性培养基 专一抗体 (6)转基因技术(基因工程)、动物细胞融合技术、动物细胞培养技术
(7)A蛋白 抗A蛋白的单克隆抗
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第一节 细胞工程概述
[随堂检测]
知识点一 细胞工程的发展
1．下列技术中，一般不属于细胞工程的是( )
A．1907年哈里森进行的蛙胚神经组织培养
B．1972年卡尔逊获得了体细胞杂交植株
C．1982年帕米特采用显微注射技术获得了巨型小鼠
D．1996年韦尔穆特利用核移植技术克隆出绵羊“多莉”
解析：选C。帕米特采用显微注射技术将经过重组的带有大鼠生长激素基因的质粒转入小鼠受精卵内，并将早期胚胎植入小鼠体内妊娠，分娩出了带有大鼠生长激素基因的巨型小鼠，这一实验被认为是基因工程发展史上的一个里程碑。
知识点二 细胞工程的基本技术
2．胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获得的( )
A．愈伤组织 B．再分化
C．形成完整植株 D．取离体组织
解析：选B。植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成愈伤组织。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或根、芽，所以胚状体是在植物组织培养的再分化阶段形成的。
3．下列对细胞全能性的表述，正确的是( )
A．离体的植物细胞均能表现出全能性
B．肝脏细胞是高度分化的动物细胞，没有全能性
C．花粉可培育成单倍体植株是细胞全能性的表现
D．植物体内细胞由于分化，全能性不能表达
解析：选C。离体的植物细胞要表现出全能性还需营养物质、植物激素和其他适宜外界条件。肝脏细胞是高度分化的动物细胞，全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性。分化的植物细胞具有全能性，但细胞要表达全能性必须要在一定条件下离体培养。
4．为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。
下列操作与实验目的不符的是( )
A．用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ和连接酶构建重组质粒
B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞
C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞
D．用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上
解析：选C。目的基因C和质粒都有可被EcoR Ⅰ切割的酶切位点，另外需要DNA连接酶将切好的目的基因和质粒连接起来，A项正确；愈伤组织全能性较高，是理想的植物受体细胞，将目的基因导入植物受体细胞的方法通常为农杆菌转化法，B项正确；质粒中含有潮霉素抗性基因，因此选择培养基中应该加入潮霉素，C项错误；使用分子杂交方法可检测目的基因是否整合到受体染色体上，D项正确。
5．如图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植物白菜—甘蓝的过程，以下说法错误的是( )
A．①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程
B．②过程常用聚乙二醇诱导原生质体融合
C．③过程中高尔基体活动旺盛
D．最终获得的杂种植物体细胞内含19条染色体
解析：选D。图中①是去除细胞壁的过程，常利用酶解法(纤维素酶和果胶酶)去除细胞壁获得原生质体，故A项正确；②是诱导原生质体融合的过程，常用的诱导方法有物理法(电刺激、离心、振动)和化学法(聚乙二醇)，故B项正确；③是形成新细胞壁的过程，植物细胞中高尔基体与细胞壁的形成有关，因此该过程中高尔基体活动旺盛，故C项正确；最终获得的杂种植物体细胞内含有两个亲本的全部遗传物质，即含有20＋18＝38条染色体，故D项错误。
6．中科院上海生理与生态研究所为“神舟”四号上一批特殊“新人”——烟草细胞举办了特殊的“婚礼”。将两个“新人”放入融合室中，当充满液体的融合室中加入直流电场，两个原本相互游离的细胞一下子就贴到了一起，开始“窃窃私语”。紧接着，在瞬间高压脉冲的作用下，细胞膜被击出了小孔，透过这微小的通道，两股细胞质展开了“心灵的沟通”。渐渐地，细胞核也扭捏着“亲热”起来，20 min后，两细胞已是你中有我，我中有你，一个新的生命就这样诞生了。地面实验结果显示：用于融合的两个“新人”，一号开的是粉花，二号开的是黄花。融合后的细胞再生植株开的是黄花，但性状却和一号相同(称一号性状，另一个称二号性状)。请回答相关问题：
(1)由于细胞的密度不同，因此在地面上细胞配对融合非常困难。从理论上讲，在太空中细胞融合更容易，原因是________________________________________________。
(2)在“细胞婚礼”举行前，必须对“新人”进行特殊处理，方法是________________。
在显微镜下观察，“新人”的细胞膜融合在一起，细胞呈圆球状，这是因为________________________________________________________________________。
(3)粉花和黄花、一号性状和二号性状属于________，一号性状属于________。
(4)从染色体组成看，再生植株属于________体。
解析：(1)植物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，即膜上分子运动，因此，在地面实验室中融合，因受到重力的影响，分子运动的方向、速度等都受到限制。(2)植物细胞融合的实质是原生质体的融合，而细胞壁阻碍了这一过程，因此实验中必须利用纤维素酶、果胶酶等处理细胞，以除去细胞壁。(3)同种生物同一性状的不同表现称为相对性状，融合后的杂种植物细胞中具有两种性状的相关基因，而表现出来的却为一号性状，因此可以判断控制一号性状的基因在细胞中为显性基因。
答案：(1)在微重力的条件下，重力的沉降现象消失了
(2)用纤维素酶、果胶酶等除去细胞壁 没有细胞壁，细胞膜具有流动性
(3)相对性状 显性性状 (4)多倍
[课时作业]
一、选择题
1．下列关于细胞工程技术的叙述中，错误的是( )
A．以细胞为基本单位进行操作
B．植物细胞间融合时需要去除细胞壁
C．核移植时主要借助显微操作仪
D．20世纪70～80年代已经培育出动植物之间杂交的新品种
解析：选D。细胞工程发展到现在还没有培育出动植物之间的杂交新品种，体细胞的杂交还只局限于在植物与植物、动物与动物、微生物与微生物之间进行。
2．下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述，错误的是( )
A．属于无性生殖
B．主要理论依据是植物细胞具有全能性
C．培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株
D．人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等
解析：选C。植物组织培养是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物离体的器官、组织或细胞，在无菌和适宜的人工培养条件下，诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，最后形成完整的植株，属于无性生殖。人工培养基中虽含有植物生长发育所需的全部营养物质，但仍需光照、温度等条件。
3．当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，并发育成完整植株的是( )
A．细胞分裂素 B．生长素
C．一定的营养物质 D．以上三者均是
解析：选D。植物组织培养的培养基的组成有无机成分(水和无机盐)、有机营养成分、激素(生长素和细胞分裂素)、琼脂。
4．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，进而长成完整植株。
5．植物细胞表现出全能性的必要条件是( )
A．给予适宜的营养和外界条件
B．导入其他植物细胞的基因
C．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件
D．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵母细胞内
解析：选C。植物细胞全能性得以表现的必要条件是细胞脱离母体、营养物质和植物激素以及适宜的外界条件。
6．植物体细胞杂交育种具有比一般杂交育种更为突出的优点，如用此方法培育普通小麦，会使育种过程简单且时间大大缩短。这个优点( )
A．使杂种细胞的全能性大大提高
B．使育种周期明显缩短，减小了盲目性
C．克服了远缘杂交不亲和的障碍
D．能保持杂种优势
解析：选C。普通杂交育种一般只能在同种生物的不同基因型个体之间进行，由于不同种生物之间存在生殖隔离，所以通过种间杂交育种很难实现。而植物体细胞杂交育种突破了种间生殖隔离的限制，克服了远缘杂交不亲和的障碍，能产生出自然界中没有的新品种。
7．下列关于细胞融合的叙述，不正确的是( )
A．采用自发或人工的方法使两个或多个不同细胞融合为一个细胞
B．在促融合因子的作用下，仅仅使细胞核发生融合
C．常用的促融合因子有电场、聚乙二醇等
D．在植物细胞融合前需用纤维素酶等去除细胞壁
解析：选B。在促融合因子的作用下，细胞之间的细胞膜发生粘连、破裂，细胞质发生融合，进而发生核融合，形成杂种细胞。
8．我国科学工作者曾成功地将分别属于两个科的植物，烟草和菠菜杂交成功，从而获得一种新型的烟草品种。在此过程中，下列不是必需的是( )
A．杂交前要除去两种细胞的细胞壁
B．原生质体融合后，要选出烟草—菠菜融合细胞加以培养
C．要诱导愈伤组织进行再分化
D．原生质体融合前要先脱分化
解析：选D。脱分化发生在原生质体融合后，当形成新的细胞壁后再进行植物组织培养的过程就发生了脱分化。
9．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”。下列有关植物组织培养的叙述错误的是( )
A．植物组织培养过程中要注意细胞分裂素和生长素的适宜比例
B．用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物细胞原生质体失去了全能性
C．同种植物的不同基因型个体的细胞全能性表达程度会大不相同
D．植物愈伤组织经液体悬液培养可以得到具有胚性细胞特征的单细胞
解析：选B。用纤维素酶和果胶酶水解法只是破坏了细胞壁，获得的植物细胞原生质体仍有全能性。
10．将甲、乙两个物种的二倍体植物体细胞融合的杂交细胞，用植物组织培养的方法培育成植株，此植株是( )
A．二倍体 B．三倍体
C．四倍体 D．单倍体
解析：选C。因甲、乙两种植物均是二倍体，故由它们的体细胞融合成的杂交细胞及由该细胞发育成的植株均含有四个染色体组。
11．下图为植物组织培养过程，有关说法正确的是( )
A．实验中②试管细胞全能性最高
B．④试管中培育出的个体都是纯合子
C．①→②的过程需要光照
D．①→④过程培养基保持不变
解析：选A。①试管中的组织块经脱分化形成②试管中的愈伤组织，愈伤组织是未分化的细胞，全能性最高；植物组织培养属于无性生殖，不改变基因型，所以产生的个体基因型与母本是相同的，可能是纯合子也可能是杂合子；脱分化形成愈伤组织的过程中需要避光培养，不需要光照；在植物组织培养的不同阶段需要的条件不同，培养基中所含有的物质比例也不同，如生长素和细胞分裂素比例适中时有利于形成愈伤组织，比例高时，有利于根的分化。
12．超氧化物歧化酶(SOD)是一种源于生命体的活性物质。如图为人工培育含SOD植物新品种的过程，相关叙述正确的是( )
新细胞愈伤组织胚状体―→新品种
A．①过程只能用农杆菌转化法导入SOD基因
B．②③过程所用的激素种类和比例都相同
C．SOD催化反应的机制是为反应提供活化能
D．图示育种过程体现了植物细胞的全能性
解析：选D。目的基因导入植物细胞的方法有：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法，A错误；②脱分化、③再分化过程所用的激素种类相同是细胞分裂素和生长素，但比例不同，B错误；SOD催化反应的机制是为反应降低活化能，C错误；植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，D正确。
二、非选择题
13．叶肉细胞原生质体的分离和培养的主要过程可以用下面的图解简单表示，根据图解完成问题：
Ｋ
(1)图解中“酶解”所用的酶应该包括________和________。
(2)原生质体的结构由__________________________________________三部分组成。
(3)在培养基的成分中，除了各种营养成分外，还必须含有________、____________才能诱导获得愈伤组织。
(4)一般在培养基上培养24～48小时后，大部分原生质体已再生出细胞壁。可以通过取样，利用25%蔗糖溶液以及其他用具，通过________________________实验来鉴别细胞壁是否已经再生。
解析：对植物细胞酶解的目的是除去细胞壁，植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此酶解所需的酶是纤维素酶和果胶酶。原生质体包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分。在植物组织培养的培养基中必须含有合适比例的生长素和细胞分裂素才能促使原生质体形成愈伤组织。植物细胞有无细胞壁再生，可以通过质壁分离和复原的实验来验证。
答案：(1)纤维素酶 果胶酶
(2)细胞膜、细胞质、细胞核
(3)生长素 细胞分裂素
(4)植物细胞的质壁分离和复原
14．如图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下，形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题：
(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括____________和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和______________两类植物激素。
(2)此过程依据的原理是________________。A和B阶段主要进行的分裂方式是______________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞____________等。
(3)此过程要无菌操作，主要是指对____________进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是____________的结果。
(5)A、B两过程能否在同一培养基上进行？_____________________________。
解析：植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基中含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂；再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。由于细胞分裂素和生长素对脱分化、再分化的作用不同，因此需配制不同浓度比值的生长素、细胞分裂素培养基，通过转接以便顺利完成脱分化和再分化。
答案：(1)无机物 生长素
(2)植物细胞的全能性 有丝分裂 分化
(3)培养基 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件
(4)基因选择性表达
(5)不能
15．通过细胞工程技术，利用甲、乙两种植物的各自优势(甲耐盐、乙高产)，培育高产耐盐的杂种植株。请完善下列实验流程并回答问题：
(1)A是________________酶，B是______________，D是具有________优良性状的幼芽。D长成的幼苗需要选择的原因是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)由C形成植株的过程利用了_______________________________________
技术，形成愈伤组织需要经过________过程，愈伤组织形成D需要经过________过程。整个培养过程要在________的条件下进行。
(3)植物体细胞融合成功的标志是_______________________________________。
目前，植物体细胞杂交还存在许多问题没有解决，如____________________________，尽管如此，这项新技术在_______________________________________________
等方面取得的重大突破还是震撼人心的。
(4)已知甲、乙植物分别为四倍体、二倍体，则“甲—乙植株”属于________倍体植株。
解析：(1)由植物细胞变成原生质体，需要去掉细胞壁，细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，酶具有专一性，所以应用纤维素酶和果胶酶处理细胞壁。两个原生质体经PEG诱导后融合，再生出细胞壁后变成杂种细胞，利用植物组织培养技术可得到愈伤组织、丛芽结构和试管苗，并非每个细胞都能表达出耐盐性状，需要利用含盐培养基进行选择。(2)C细胞是杂种细胞，形成植株需要利用植物组织培养技术，经历细胞的脱分化过程和再分化过程。过程中涉及培养基培养过程，所以无菌操作非常重要。(3)植物细胞融合时，核质应该都进行融合，当细胞壁再生时，说明融合后的细胞核与细胞质已经进行正常的新陈代谢了，即融合成功。植物体细胞杂交虽然克服了远缘杂交不亲和的障碍，但让杂合子表达出两种植物的优良性状还比较困难。(4)“甲—乙植株”属于异源多倍体里面的异源六倍体。
答案：(1)纤维素酶和果胶 融合的原生质体 耐盐 并非每个细胞都能表达出耐盐性状 (2)植物组织培养 脱分化 再分化 无菌 (3)再生出新的细胞壁 不能按照人的意愿表达两个亲本的性状 克服远缘杂交不亲和的障碍 (4)六
16．为培育出含β?胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出以下两套培育方案：
(1)甲方案中玉米基因能在水稻体内表达的理论依据是__________________。此方案所用技术的核心是____________________。
(2)在乙方案中，在体细胞杂交前需要除去________，再诱导细胞融合。此方案的优点是能克服____________________。
(3)图中的转基因水稻体细胞、杂交细胞都能培育成“黄金大米”完整植株的原因是__________________。
解析：基因工程之所以能成功，理论依据是所有生物共用一套遗传密码，表达方式也相同。基因工程技术的关键是构建基因表达载体，它使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时使目的基因表达并发挥作用。植物细胞有细胞壁，阻止了细胞的融合，所以要先去掉细胞壁，原生质体在人工诱导的条件下可以融合。植物细胞具有全能性，这是两种技术都能育种的前提。
答案：(1)所有生物共用一套遗传密码 基因表达载体的构建 (2)细胞壁 远缘杂交不亲和的障碍 (3)植物细胞具有全能性
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第一节 细胞工程概述
学习导航 明目标、知重点难点
简述细胞工程的基本技术。(重、难点) 举例说出细胞工程的应用。(难点)
一、阅读教材P45完成细胞工程的发展
时间 人物 事件 意义
1907年 哈里森 培养蛙胚神经组织 开创了动物细胞培养的先河
1937年 高特里特等 离体培养胡萝卜组织 首次成功进行植物组织培养
1972年 卡尔逊等 将2个不同种烟草细胞原生质体融合 获得世界上第一个体细胞杂交植株
1996年 韦尔穆特等 将成年芬兰白面母羊体细胞的细胞核移入苏格兰黑面母羊去核卵细胞中，进行培养 首次克隆出绵羊“多莉”
二、阅读教材P46～51分析细胞工程的基本技术
1．概念
细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞或细胞器的水平上的操作，按照人的意愿去改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的综合性科学技术。
2．分类
(1)根据操作对象的不同
(2)根据所用技术不同
3．植物组织培养是指依据细胞全能性原理，在无菌条件下，分离植物的器官、组织、细胞或原生质体，并在培养基上培养，在适宜的条件下使其发育成部分或完整植株的技术。
4．细胞融合技术是采用自发或人工的方法使两个或多个细胞融合为一个细胞的技术。常用的促融合方法有生物法、化学法和物理法等。植物细胞融合前还需要用纤维素酶等去除细胞壁。
5．动物细胞核移植技术是把一个动物细胞的细胞核移入一个已经去除细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育为一个新的胚胎，最终发育为一个动物个体的技术。
判一判
(1)植物组织培养的过程不需在无菌条件下进行。(×)
(2)快速培养花卉及濒危植物需要在离体条件下进行。(√)
(3)植物体细胞融合的最终目的是产生杂种植株。(√)
(4)植物组织培养产生的新个体能保持亲代的优良性状。(√)
(5)体细胞克隆技术培养的克隆动物属于有性繁殖。(×)
填一填
植物组织培养技术[学生用书P23]
结合教材P46～48的内容，完成下面的探究。
探究1 观察并分析下面植物组织培养过程图，理解植物组织培养的原理
(1)该图表示用胡萝卜根韧皮部细胞培养成完整的正常植株的过程，体现了植物细胞的全能性。
(2)培养材料：茎尖、根尖、幼嫩的叶片和花药等。
(3)培养过程
离体的植物器官、组织、细胞或原生质体愈伤组织根、芽或胚状体―→试管苗。
①愈伤组织：是一团没有特定形态、结构和功能，并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞。
②脱分化：指已经分化的植物细胞形成愈伤组织的过程。
③再分化：愈伤组织重新被诱导分化形成根、芽等器官的过程。
(4)培养条件：体外无菌条件和必要的生长条件。
(5)培养目的：使离体植物细胞或组织生长、增殖与分化，发育成部分或完整植株的技术。
探究2 根据探究1分析胡萝卜根组织培养过程
主要过程：选材(选择生长较好的胡萝卜根作为材料)→消毒(体积分数为70%的酒精溶液消毒30 s→用无菌水洗净→用体积分数为20%的次氯酸钠溶液处理30 min→用无菌水冲洗多次)→接种(将外植体接种到适宜的培养基上)→诱导脱分化→诱导再分化→炼苗移植。
1．植物细胞的全能性
(1)实现全能性的条件
材料 离体的植物细胞、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 无菌操作、光照
(2)细胞全能性的标志：由细胞发育成完整的个体。
(3)植物细胞表达全能性的条件
①具有完整细胞结构，处于离体状态。
②在一定的营养物质、植物激素(主要是生长素、细胞分裂素等)和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。
(4)影响脱分化、再分化的因素
2．植物组织培养过程
离体的植物器官、组织、细胞或原生质体愈伤组织胚状体或丛芽(试管苗)植株。
突破1 植物细胞的全能性
1．下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是( )
A．玉米种子萌发长成新植株
B．小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞
C．小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株
D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株
解析：选D。已分化的细胞具有发育成完整个体的潜能叫做细胞的全能性。种子萌发长成植株是由幼体到成体的正常生长发育过程，虽有细胞分化，但不能体现细胞的全能性，故A项不符合题意；骨髓造血干细胞形成各种血细胞，仅仅是细胞分化的过程，没有完整个体的形成，体现不出细胞全能性，B项不符合题意；花粉离体培养发育成单倍体植株，经历了细胞分化，体现的是花粉(生殖细胞)的全能性，没有体现体细胞的全能性，C项不符合题意；胡萝卜根韧皮部细胞经植物组织培养发育成新植株，该过程既有细胞分化，又体现出体细胞的全能性，D项符合题意。
突破2 植物组织培养的基本过程
2．植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是( )
①体细胞全能性 ②离体植物器官、组织、细胞或原生质体 ③根、芽 ④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙烯 ⑥愈伤组织 ⑦再分化 ⑧脱分化 ⑨植物体
A．① ②⑧⑥⑦③⑨ ④
B．① ②⑦⑥⑧③⑨ ⑤
C．① ⑥②⑨⑧③⑦ ⑤
D．① ②⑨⑧⑥⑦③ ④
解析：选A。植物组织培养依据的原理是植物体细胞的全能性；培养过程的顺序是：离体植物器官、组织、细胞或原生质体经脱分化形成愈伤组织，经再分化形成根、芽等，进一步形成植物体；诱导的植物激素是生长素和细胞分裂素。
突破3 植物组织培养中的注意事项
3．“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，又要注意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，培养基通常应含萘乙酸等生长素类调节剂
解析：选B。消毒主要是为了杀死材料表面的微生物，同时要注意减少对植物细胞的伤害，A项正确；植物细胞融合前必须先去除细胞壁才能诱导融合，直接在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，不能得到融合细胞，B项错误；出芽从细胞水平上看，是细胞分化的结果，从分子水平上看，是基因选择性表达的结果，C项正确；生长素类调节剂可促进愈伤组织生根，因此生根时，培养基中应含有生长素类调节剂，D项正确。
细胞融合技术[学生用书P24]
探究1 观察下图，分析细胞融合技术过程
(1)融合原理：细胞膜的流动性。
(2)融合对象：两个或多个不同细胞。
(3)促融合方法：生物法(如病毒诱导融合法)、化学法(如聚乙二醇诱导融合法)、物理法(如电场诱导融合法)。
(4)融合结果：形成杂种细胞。
(5)融合过程：两个或多个不同细胞的质膜发生粘连、破裂→细胞质发生融合→细胞核发生融合→形成杂种细胞。
(6)融合意义：突破有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。
探究2 结合教材“白菜—甘蓝”的培育过程，归纳植物体细胞杂交的一般方法
1．植物体细胞杂交离不开植物组织培养。
2．植物体细胞杂交过程属于无性生殖，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律。
(1)杂种植株遗传物质的变化：细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和；染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数目之和，形成异源多倍体。
(2)杂种细胞的类型有三种：AA、BB、AB，符合要求的只有AB。体细胞融合成功以后，既能形成AB型杂种细胞，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。
3．植物体细胞杂交育种的优点和局限性
(1)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。
(2)局限性：目前仍有许多理论和技术问题未解决，还不能让杂种植物按照人们的需求表现出亲代的优良性状。
突破1 细胞融合技术
1．植物细胞融合和动物细胞融合的比较中，正确的是( )
A．诱导融合的方法完全相同
B．所用的技术手段完全相同
C．所采用的原理完全相同
D．都能形成杂种细胞
解析：选D。植物细胞融合与动物细胞融合都是两种生物的体细胞融合，融合而成的细胞都是杂种细胞。
几种细胞融合方法的比较
类型区别 生物法 化学法 物理法
诱导剂 疱疹病毒、仙台病毒、天花病毒、腮腺炎病毒等 聚乙二醇、高浓度钙离子等 电场
常用方法 仙台病毒诱导融合法 聚乙二醇诱导融合法 电场诱导融合法
优点 易培养，对各种动物细胞都适宜，融合率高 使用方便，诱导细胞融合频率高 频率高，对细胞无毒害作用，操作简便，可重复性好
缺点 有些病毒(如仙台病毒)不稳定，在保存过程中融合活性会降低；而且病毒进入细胞后，可能对细胞的生命活动产生干扰 有些物质(如聚乙二醇)有一定的毒性，对有些细胞(如卵细胞)不适用 目前没有发现
突破2 植物体细胞杂交
2．科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株，为了便于杂种细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质，其培育过程如图所示。据图回答下列问题：
(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)过程①常用的方法是________，细胞融合完成的标志是________________。
(3)植物原生质体融合过程常利用化学试剂________诱导融合，在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，当观察到融合的细胞表面_____________________________________，
可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。
(4)过程③和过程④依次为_______________________________________________，
过程④中的培养基常添加的植物激素有__________________________________
__________________。
(5)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞中含n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含____________条染色体。若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于________植株。
答案：(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
(2)酶解法 形成了新的细胞壁
(3)聚乙二醇(或PEG) 既有红色荧光又有绿色荧光
(4)脱分化和再分化 生长素和细胞分裂素
(5)2(m＋n) 单倍体
植物细胞融合技术
(1)植物细胞融合前需要用纤维素酶和果胶酶等去除细胞壁。
(2)不同融合方法的目的是相同的，都是要获得融合的细胞；不同融合方法所依据的原理也是相同的，即都依据细胞膜的流动性。
(3)植物细胞融合后再生出细胞壁标志着植物细胞融合结束。
细胞核移植技术[学生用书P25]
根据下图，分析细胞核移植技术。
(1)体细胞：提供细胞核。
(2)卵母细胞：提供细胞质。
(3)操作仪器：显微操作仪。
(1)细胞工程与基因工程的操作水平有什么不同？
提示：细胞工程的操作水平属于细胞或细胞器水平，而基因工程的操作水平属于DNA分子水平。
(2)基因工程和细胞工程的变异分别属于哪种变异类型？
提示：基因工程产生的变异属于基因重组，细胞工程产生的变异属于染色体变异。
细胞工程基本技术的比较
项目 概念 条件或操作手段 结果
植物细 胞与组 织培养 技术 在无菌条件下分离植物细胞或组织，将其放在适当培养基上，给予必要的生长条件，使其在体外继续生长、增殖与分化，形成新的组织、器官和个体的技术 无菌、离体、适当的培养基、必要的生长条件 形成新的组织、器官和个体
细胞融 合技术 是采用自然或人工的方法，使两个或多个不同细胞融合为一个细胞的技术 促融合因子、植物细胞融合前需用纤维素酶等去除细胞壁 形成杂种细胞
细胞核 移植 技术 是将一个细胞的细胞核转移到另一个去除细胞核的卵母细胞中，使受体细胞获得新的遗传信息，产生新的生命现象的技术 显微操作仪 重组形成新细胞
1．下列关于细胞工程技术操作的叙述，不正确的是( )
A．操作水平是分子或细胞水平
B．培育濒危植物和无毒作物都有两个重要的过程
C．体细胞杂交植株的培育需要除去细胞壁
D．核移植需要借助显微操作仪对细胞核进行操作
解析：选A。细胞工程的操作水平是细胞水平。
2．下列有关细胞工程的说法，错误的是( )
A．美国科学家哈里森开创了动物细胞培养的先河
B．根据研究的对象不同，细胞工程主要包括植物组织培养、细胞融合、细胞核移植等
C．细胞工程在农业、林业生产以及在医疗领域都有广泛的应用
D．细胞工程与其他生物工程关系密切，相辅相成
解析：选B。根据研究对象的不同，细胞工程领域可分为植物细胞工程、动物细胞工程等；根据所使用技术的不同，细胞工程主要包括植物组织培养、细胞融合、细胞核移植等。
核心知识小结
[网络构建] [关键语句]1.植物组织培养是在无菌且适宜的条件下使离体细胞或组织发育成部分或完整植株的技术。2.细胞融合技术依据的生物学原理是细胞膜的流动性。常用的促融合方法有生物法、化学法和物理法等。植物细胞融合前需要用纤维素酶等去除细胞壁。细胞融合技术实现了不同物种间杂交，形成了前所未有的新杂交物种。3.植物组织培养的生物学原理是植物细胞具有全能性，动物细胞核移植技术的原理是动物细胞核具有全能性。
[随堂检测]
知识点一 细胞工程的发展
1．下列技术中，一般不属于细胞工程的是( )
A．1907年哈里森进行的蛙胚神经组织培养
B．1972年卡尔逊获得了体细胞杂交植株
C．1982年帕米特采用显微注射技术获得了巨型小鼠
D．1996年韦尔穆特利用核移植技术克隆出绵羊“多莉”
解析：选C。帕米特采用显微注射技术将经过重组的带有大鼠生长激素基因的质粒转入小鼠受精卵内，并将早期胚胎植入小鼠体内妊娠，分娩出了带有大鼠生长激素基因的巨型小鼠，这一实验被认为是基因工程发展史上的一个里程碑。
知识点二 细胞工程的基本技术
2．胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获得的( )
A．愈伤组织 B．再分化
C．形成完整植株 D．取离体组织
解析：选B。植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成愈伤组织。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或根、芽，所以胚状体是在植物组织培养的再分化阶段形成的。
3．下列对细胞全能性的表述，正确的是( )
A．离体的植物细胞均能表现出全能性
B．肝脏细胞是高度分化的动物细胞，没有全能性
C．花粉可培育成单倍体植株是细胞全能性的表现
D．植物体内细胞由于分化，全能性不能表达
解析：选C。离体的植物细胞要表现出全能性还需营养物质、植物激素和其他适宜外界条件。肝脏细胞是高度分化的动物细胞，全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性。分化的植物细胞具有全能性，但细胞要表达全能性必须要在一定条件下离体培养。
4．为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。
下列操作与实验目的不符的是( )
A．用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ和连接酶构建重组质粒
B．用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞
C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞
D．用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上
解析：选C。目的基因C和质粒都有可被EcoR Ⅰ切割的酶切位点，另外需要DNA连接酶将切好的目的基因和质粒连接起来，A项正确；愈伤组织全能性较高，是理想的植物受体细胞，将目的基因导入植物受体细胞的方法通常为农杆菌转化法，B项正确；质粒中含有潮霉素抗性基因，因此选择培养基中应该加入潮霉素，C项错误；使用分子杂交方法可检测目的基因是否整合到受体染色体上，D项正确。
5．如图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植物白菜—甘蓝的过程，以下说法错误的是( )
A．①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程
B．②过程常用聚乙二醇诱导原生质体融合
C．③过程中高尔基体活动旺盛
D．最终获得的杂种植物体细胞内含19条染色体
解析：选D。图中①是去除细胞壁的过程，常利用酶解法(纤维素酶和果胶酶)去除细胞壁获得原生质体，故A项正确；②是诱导原生质体融合的过程，常用的诱导方法有物理法(电刺激、离心、振动)和化学法(聚乙二醇)，故B项正确；③是形成新细胞壁的过程，植物细胞中高尔基体与细胞壁的形成有关，因此该过程中高尔基体活动旺盛，故C项正确；最终获得的杂种植物体细胞内含有两个亲本的全部遗传物质，即含有20＋18＝38条染色体，故D项错误。
6．中科院上海生理与生态研究所为“神舟”四号上一批特殊“新人”——烟草细胞举办了特殊的“婚礼”。将两个“新人”放入融合室中，当充满液体的融合室中加入直流电场，两个原本相互游离的细胞一下子就贴到了一起，开始“窃窃私语”。紧接着，在瞬间高压脉冲的作用下，细胞膜被击出了小孔，透过这微小的通道，两股细胞质展开了“心灵的沟通”。渐渐地，细胞核也扭捏着“亲热”起来，20 min后，两细胞已是你中有我，我中有你，一个新的生命就这样诞生了。地面实验结果显示：用于融合的两个“新人”，一号开的是粉花，二号开的是黄花。融合后的细胞再生植株开的是黄花，但性状却和一号相同(称一号性状，另一个称二号性状)。请回答相关问题：
(1)由于细胞的密度不同，因此在地面上细胞配对融合非常困难。从理论上讲，在太空中细胞融合更容易，原因是________________________________________________。
(2)在“细胞婚礼”举行前，必须对“新人”进行特殊处理，方法是________________。
在显微镜下观察，“新人”的细胞膜融合在一起，细胞呈圆球状，这是因为________________________________________________________________________。
(3)粉花和黄花、一号性状和二号性状属于________，一号性状属于________。
(4)从染色体组成看，再生植株属于________体。
解析：(1)植物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，即膜上分子运动，因此，在地面实验室中融合，因受到重力的影响，分子运动的方向、速度等都受到限制。(2)植物细胞融合的实质是原生质体的融合，而细胞壁阻碍了这一过程，因此实验中必须利用纤维素酶、果胶酶等处理细胞，以除去细胞壁。(3)同种生物同一性状的不同表现称为相对性状，融合后的杂种植物细胞中具有两种性状的相关基因，而表现出来的却为一号性状，因此可以判断控制一号性状的基因在细胞中为显性基因。
答案：(1)在微重力的条件下，重力的沉降现象消失了
(2)用纤维素酶、果胶酶等除去细胞壁 没有细胞壁，细胞膜具有流动性
(3)相对性状 显性性状 (4)多倍
[课时作业]
一、选择题
1．下列关于细胞工程技术的叙述中，错误的是( )
A．以细胞为基本单位进行操作
B．植物细胞间融合时需要去除细胞壁
C．核移植时主要借助显微操作仪
D．20世纪70～80年代已经培育出动植物之间杂交的新品种
解析：选D。细胞工程发展到现在还没有培育出动植物之间的杂交新品种，体细胞的杂交还只局限于在植物与植物、动物与动物、微生物与微生物之间进行。
2．下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述，错误的是( )
A．属于无性生殖
B．主要理论依据是植物细胞具有全能性
C．培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株
D．人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等
解析：选C。植物组织培养是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物离体的器官、组织或细胞，在无菌和适宜的人工培养条件下，诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，最后形成完整的植株，属于无性生殖。人工培养基中虽含有植物生长发育所需的全部营养物质，但仍需光照、温度等条件。
3．当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，并发育成完整植株的是( )
A．细胞分裂素 B．生长素
C．一定的营养物质 D．以上三者均是
解析：选D。植物组织培养的培养基的组成有无机成分(水和无机盐)、有机营养成分、激素(生长素和细胞分裂素)、琼脂。
4．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，进而长成完整植株。
5．植物细胞表现出全能性的必要条件是( )
A．给予适宜的营养和外界条件
B．导入其他植物细胞的基因
C．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件
D．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵母细胞内
解析：选C。植物细胞全能性得以表现的必要条件是细胞脱离母体、营养物质和植物激素以及适宜的外界条件。
6．植物体细胞杂交育种具有比一般杂交育种更为突出的优点，如用此方法培育普通小麦，会使育种过程简单且时间大大缩短。这个优点( )
A．使杂种细胞的全能性大大提高
B．使育种周期明显缩短，减小了盲目性
C．克服了远缘杂交不亲和的障碍
D．能保持杂种优势
解析：选C。普通杂交育种一般只能在同种生物的不同基因型个体之间进行，由于不同种生物之间存在生殖隔离，所以通过种间杂交育种很难实现。而植物体细胞杂交育种突破了种间生殖隔离的限制，克服了远缘杂交不亲和的障碍，能产生出自然界中没有的新品种。
7．下列关于细胞融合的叙述，不正确的是( )
A．采用自发或人工的方法使两个或多个不同细胞融合为一个细胞
B．在促融合因子的作用下，仅仅使细胞核发生融合
C．常用的促融合因子有电场、聚乙二醇等
D．在植物细胞融合前需用纤维素酶等去除细胞壁
解析：选B。在促融合因子的作用下，细胞之间的细胞膜发生粘连、破裂，细胞质发生融合，进而发生核融合，形成杂种细胞。
8．我国科学工作者曾成功地将分别属于两个科的植物，烟草和菠菜杂交成功，从而获得一种新型的烟草品种。在此过程中，下列不是必需的是( )
A．杂交前要除去两种细胞的细胞壁
B．原生质体融合后，要选出烟草—菠菜融合细胞加以培养
C．要诱导愈伤组织进行再分化
D．原生质体融合前要先脱分化
解析：选D。脱分化发生在原生质体融合后，当形成新的细胞壁后再进行植物组织培养的过程就发生了脱分化。
9．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”。下列有关植物组织培养的叙述错误的是( )
A．植物组织培养过程中要注意细胞分裂素和生长素的适宜比例
B．用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物细胞原生质体失去了全能性
C．同种植物的不同基因型个体的细胞全能性表达程度会大不相同
D．植物愈伤组织经液体悬液培养可以得到具有胚性细胞特征的单细胞
解析：选B。用纤维素酶和果胶酶水解法只是破坏了细胞壁，获得的植物细胞原生质体仍有全能性。
10．将甲、乙两个物种的二倍体植物体细胞融合的杂交细胞，用植物组织培养的方法培育成植株，此植株是( )
A．二倍体 B．三倍体
C．四倍体 D．单倍体
解析：选C。因甲、乙两种植物均是二倍体，故由它们的体细胞融合成的杂交细胞及由该细胞发育成的植株均含有四个染色体组。
11．下图为植物组织培养过程，有关说法正确的是( )
A．实验中②试管细胞全能性最高
B．④试管中培育出的个体都是纯合子
C．①→②的过程需要光照
D．①→④过程培养基保持不变
解析：选A。①试管中的组织块经脱分化形成②试管中的愈伤组织，愈伤组织是未分化的细胞，全能性最高；植物组织培养属于无性生殖，不改变基因型，所以产生的个体基因型与母本是相同的，可能是纯合子也可能是杂合子；脱分化形成愈伤组织的过程中需要避光培养，不需要光照；在植物组织培养的不同阶段需要的条件不同，培养基中所含有的物质比例也不同，如生长素和细胞分裂素比例适中时有利于形成愈伤组织，比例高时，有利于根的分化。
12．超氧化物歧化酶(SOD)是一种源于生命体的活性物质。如图为人工培育含SOD植物新品种的过程，相关叙述正确的是( )
新细胞愈伤组织胚状体―→新品种
A．①过程只能用农杆菌转化法导入SOD基因
B．②③过程所用的激素种类和比例都相同
C．SOD催化反应的机制是为反应提供活化能
D．图示育种过程体现了植物细胞的全能性
解析：选D。目的基因导入植物细胞的方法有：农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法，A错误；②脱分化、③再分化过程所用的激素种类相同是细胞分裂素和生长素，但比例不同，B错误；SOD催化反应的机制是为反应降低活化能，C错误；植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，D正确。
二、非选择题
13．叶肉细胞原生质体的分离和培养的主要过程可以用下面的图解简单表示，根据图解完成问题：
Ｋ
(1)图解中“酶解”所用的酶应该包括________和________。
(2)原生质体的结构由__________________________________________三部分组成。
(3)在培养基的成分中，除了各种营养成分外，还必须含有________、____________才能诱导获得愈伤组织。
(4)一般在培养基上培养24～48小时后，大部分原生质体已再生出细胞壁。可以通过取样，利用25%蔗糖溶液以及其他用具，通过________________________实验来鉴别细胞壁是否已经再生。
解析：对植物细胞酶解的目的是除去细胞壁，植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此酶解所需的酶是纤维素酶和果胶酶。原生质体包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分。在植物组织培养的培养基中必须含有合适比例的生长素和细胞分裂素才能促使原生质体形成愈伤组织。植物细胞有无细胞壁再生，可以通过质壁分离和复原的实验来验证。
答案：(1)纤维素酶 果胶酶
(2)细胞膜、细胞质、细胞核
(3)生长素 细胞分裂素
(4)植物细胞的质壁分离和复原
14．如图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下，形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题：
(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括____________和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和______________两类植物激素。
(2)此过程依据的原理是________________。A和B阶段主要进行的分裂方式是______________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞____________等。
(3)此过程要无菌操作，主要是指对____________进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是____________的结果。
(5)A、B两过程能否在同一培养基上进行？_____________________________。
解析：植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基中含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂；再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。由于细胞分裂素和生长素对脱分化、再分化的作用不同，因此需配制不同浓度比值的生长素、细胞分裂素培养基，通过转接以便顺利完成脱分化和再分化。
答案：(1)无机物 生长素
(2)植物细胞的全能性 有丝分裂 分化
(3)培养基 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件
(4)基因选择性表达
(5)不能
15．通过细胞工程技术，利用甲、乙两种植物的各自优势(甲耐盐、乙高产)，培育高产耐盐的杂种植株。请完善下列实验流程并回答问题：
(1)A是________________酶，B是______________，D是具有________优良性状的幼芽。D长成的幼苗需要选择的原因是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)由C形成植株的过程利用了_______________________________________
技术，形成愈伤组织需要经过________过程，愈伤组织形成D需要经过________过程。整个培养过程要在________的条件下进行。
(3)植物体细胞融合成功的标志是_______________________________________。
目前，植物体细胞杂交还存在许多问题没有解决，如____________________________，尽管如此，这项新技术在_______________________________________________
等方面取得的重大突破还是震撼人心的。
(4)已知甲、乙植物分别为四倍体、二倍体，则“甲—乙植株”属于________倍体植株。
解析：(1)由植物细胞变成原生质体，需要去掉细胞壁，细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，酶具有专一性，所以应用纤维素酶和果胶酶处理细胞壁。两个原生质体经PEG诱导后融合，再生出细胞壁后变成杂种细胞，利用植物组织培养技术可得到愈伤组织、丛芽结构和试管苗，并非每个细胞都能表达出耐盐性状，需要利用含盐培养基进行选择。(2)C细胞是杂种细胞，形成植株需要利用植物组织培养技术，经历细胞的脱分化过程和再分化过程。过程中涉及培养基培养过程，所以无菌操作非常重要。(3)植物细胞融合时，核质应该都进行融合，当细胞壁再生时，说明融合后的细胞核与细胞质已经进行正常的新陈代谢了，即融合成功。植物体细胞杂交虽然克服了远缘杂交不亲和的障碍，但让杂合子表达出两种植物的优良性状还比较困难。(4)“甲—乙植株”属于异源多倍体里面的异源六倍体。
答案：(1)纤维素酶和果胶 融合的原生质体 耐盐 并非每个细胞都能表达出耐盐性状 (2)植物组织培养 脱分化 再分化 无菌 (3)再生出新的细胞壁 不能按照人的意愿表达两个亲本的性状 克服远缘杂交不亲和的障碍 (4)六
16．为培育出含β?胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出以下两套培育方案：
(1)甲方案中玉米基因能在水稻体内表达的理论依据是__________________。此方案所用技术的核心是____________________。
(2)在乙方案中，在体细胞杂交前需要除去________，再诱导细胞融合。此方案的优点是能克服____________________。
(3)图中的转基因水稻体细胞、杂交细胞都能培育成“黄金大米”完整植株的原因是__________________。
解析：基因工程之所以能成功，理论依据是所有生物共用一套遗传密码，表达方式也相同。基因工程技术的关键是构建基因表达载体，它使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时使目的基因表达并发挥作用。植物细胞有细胞壁，阻止了细胞的融合，所以要先去掉细胞壁，原生质体在人工诱导的条件下可以融合。植物细胞具有全能性，这是两种技术都能育种的前提。
答案：(1)所有生物共用一套遗传密码 基因表达载体的构建 (2)细胞壁 远缘杂交不亲和的障碍 (3)植物细胞具有全能性
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第二章 细胞工程
第二章 细胞工程
动物细胞
离体
植物组织
不同
体细胞杂交
细胞核
去核
克隆
动物细胞工程
植物组织培养技术
细胞核移植技术
细胞全能性
无菌
培养基
两个或多个
一个细胞
化学法
纤维素酶
去除细胞核
卵母细胞
×
√
√
√
×
脱分化
再分化
全能性
茎尖
根尖
愈伤组织
胚状体
特定形态、结构和功能
薄壁
已经分化
愈伤组织
愈伤组织
无菌条件
部分或完整植株
消毒
70%的酒精溶液
20%的次氯酸钠溶液
细胞膜的流动性
电场诱导融合法
杂种细胞
远缘杂交
纤
维素
酶
果胶
酶
脱分
化
愈伤
组织
细胞核
细胞质
显微操作仪
植物组织培养
细胞核移植
本部分内容讲解结束
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第二章
细胞工程
DI ER ZHANG
预习导学·思维启动
梳理教材·夯实基础
主题探究,讲练互动
师生互动·突破重难
第三节 动物细胞工程的应用
[随堂检测]
知识点一 动物细胞与组织培养
1．下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是( )
A．用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织
B．将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞
C．在培养瓶中要定期用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离，制成悬浮液
D．动物细胞培养只能传50代左右，所培育的细胞会衰老死亡
解析：选D。动物细胞培养传代到50代左右不能再继续传代，部分细胞遗传物质发生变化，具有癌变细胞的特点，可无限增殖。
2．某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列说法不正确的是( )
A．在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，也可用胃蛋白酶处理
B．为了防止细胞培养过程中的细菌的污染，可向培养液中加入适量的抗生素
C．细胞培养应在含5% CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是维持培养液的pH
D．将数量相等的甲、乙细胞分别置于相同适宜条件下培养，一段时间后，会观察到甲细胞数量比乙细胞数量多
答案：A
知识点二 动物细胞核移植与体细胞克隆
3．美国杜克大学医疗中心的一个研究小组在《科学》杂志上撰文透露，他们利用成年猪的动脉血管细胞和能够模拟胚胎环境的新型生物反应器，成功地在实验室里培育出新的动脉血管。这种血管的外形和功能都与真的血管一样。这一研究成果是生物组织培养工程领域的重大进展。下列关于以上技术的叙述中，不正确的是( )
A．以上技术属于“克隆”
B．这项技术中可能要利用去核卵母细胞
C．这项技术的关键是激发血管细胞的全能性
D．这项技术的关键是激发血管细胞发育成血管的潜能
答案：C
知识点三 动物细胞融合与单克隆抗体
4．用动物细胞工程技术获取单克隆抗体，下列实验步骤中错误的是( )
A．将抗原注入小鼠体内，获得能产生抗体的B淋巴细胞
B．用纤维素酶处理B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞
C．用聚乙二醇作诱导剂，促使能产生抗体的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合
D．筛选杂交瘤细胞，并从中选出能产生所需抗体的细胞群，培养后提取单克隆抗体
解析：选B。酶具有专一性，纤维素酶只能分解纤维素，用纤维素酶处理植物细胞是植物细胞工程中用来除去细胞壁获得原生质体的方法，与动物细胞工程无关。
5．如图表示抗人体胃癌细胞的单克隆抗体的制备过程，下列有关叙述错误的是( )
A．图中甲可能是人体胃癌细胞的特异性抗原
B．可利用PEG、活的病毒或电激等方法诱导细胞融合
C．丙、丁分别表示杂交瘤细胞和能分泌抗胃癌抗体的杂交瘤细胞
D．丁的大规模培养可以在培养基中进行，也可以在小鼠腹腔内进行
解析：选B。甲注射小鼠，产生能分泌特异性抗体的B淋巴细胞，则甲属于抗原，A正确；可利用PEG、灭活的病毒或电激等方法诱导细胞融合，B错误；丙、丁分别表示杂交瘤细胞和能分泌抗胃癌抗体的杂交瘤细胞，C正确；丁的大规模培养可以在培养基中进行，也可以在小鼠腹腔内进行，D正确。
6．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细胞和骨髄瘤细胞融合成杂交瘤细胞，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______细胞，筛选时所用的培养基是特定的________培养基。筛选②的目的是筛选出________________________细胞。
(4)科学工作者正在研究的用于治疗癌症的“生物导弹”，注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，将________定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。用“生物导弹”治疗癌症和普通化疗相比，优点是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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。
答案：(1)Ab1、Ab2、Ab3、Ab4 特异性强、灵敏度高
(2)3
(3)杂交瘤 选择性 能专一性产生所需抗体的杂交瘤
(4)抗癌药物 不损伤正常细胞，且用药剂量少
(5)动物细胞融合 动物细胞培养
[课时作业]
一、选择题
1．动物细胞培养过程的顺序是( )
①原代培养
②传代培养
③用胰蛋白酶处理组织，形成分散的悬浮液
A．①②③ B．①③②
C．②①③ D．③①②
解析：选D。动物细胞培养的过程中，首先会用胰蛋白酶对动物组织进行处理，使其分散为单个细胞，形成分散的悬浮液，然后进行原代培养，进而再进行传代培养。
2．近日名为“我的皮肤”的生物活性绷带在英国诞生了，它给皮肤烧伤病人带来了福音。该活性绷带的原理是先采集一些细胞样本，再让其在特殊的膜片上增殖，5～7天后，将膜片敷在患者的伤口上，膜片会将细胞逐渐“释放”到伤口，并促进新生皮肤层生长，达到加速伤口愈合的目的。下列有关叙述中，不正确的是( )
A．“我的皮肤”的获得技术属于动物细胞工程
B．种植在膜片上的细胞样本最好选自患者本人
C．人的皮肤烧伤后会因人体第二道防线的破坏而导致免疫力下降
D．膜片能否把细胞顺利“释放”到伤口与患者自身皮肤愈合与细胞膜上HLA(白细胞表面抗原)有关
答案：C
3．下列关于动物细胞培养的叙述，不正确的是( )
A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成一层细胞
B．动物细胞原代培养过程中细胞的基因型不会发生改变
C．细胞培养过程中需要的CO2主要作用是刺激细胞的呼吸
D．恶性肿瘤细胞培养过程中通常不会出现细胞贴壁
解析：选C。由于当细胞表面相互接触时，细胞会停止增殖，因此只能形成一层细胞，故A正确；动物细胞原代培养过程中细胞的遗传物质不会发生改变，故B正确；细胞培养过程中，CO2的作用是维持培养液的pH，故C错误；由于恶性肿瘤细胞能够无限增殖，不发生接触抑制现象，故培养过程中不出现细胞贴壁，故D正确。
4．下列关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述，错误的是( )
A．动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同
B．动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶
C．烟草叶片离体培养能产生新个体，小鼠杂交瘤细胞可离体培养增殖
D．动物细胞培养可用于检测有毒物质，茎尖培养可用于植物脱除病毒
解析：选B。动物细胞培养的培养基中需加入动物血清等，植物组织培养的培养基中需加入植物激素等，A项正确。动物细胞培养需利用胰蛋白酶将动物组织分散成单个细胞再进行培养，植物组织培养中不需要将细胞分散，B项错误。叶片细胞高度分化，但仍具有全能性，可以通过植物组织培养形成新个体；小鼠杂交瘤细胞能够在离体条件下不断分裂增殖，C项正确。有毒物质会影响细胞正常的生命活动，故可根据细胞在培养过程中生命活动的变化情况检测有毒物质；植物茎尖细胞分裂较快，细胞中几乎无病毒，故可用茎尖通过植物组织培养形成脱病毒苗，D项正确。
5．如图中的供体DNA中含有无限增殖调控基因，该基因能激发动物细胞的分裂，图示是利用该基因制备新型单克隆抗体的过程，下列相关叙述错误的是( )
A．经酶A处理后Ⅰ与质粒具有相同的黏性末端
B．Ⅱ是已免疫的B淋巴细胞
C．Ⅲ既能无限增殖又能分泌特异性抗体
D．该过程涉及转基因技术和动物细胞融合技术
答案：D
6．在克隆羊培育过程中，将雄羊的体细胞核移入雌羊的去核卵细胞中。产生该克隆羊的方式及该克隆羊发育成熟后所分泌的性激素依次是( )
A．无性生殖，雄性激素
B．无性生殖，雌性激素
C．有性生殖，雄性激素
D．有性生殖，雌性激素
解析：选A。根据题意，将雄羊的体细胞核移入雌羊的去核卵细胞中，产生该克隆羊的方式是无性生殖；该克隆羊的性染色体来自于亲本中的雄羊，发育成熟后性别为雄性，所分泌的性激素是雄性激素。
7．关于单克隆抗体的生产和应用，错误的是( )
A．对小动物注射特定抗原以获取所需的B细胞
B．融合并筛选特定的杂交瘤细胞，原代培养产生遗传物质改变后才能进行传代培养
C．特定的单克隆抗体可制成试剂，用于检测人体是否受某种抗原的感染
D．治疗癌症的“生物导弹”原理之一是利用单克隆抗体的特异性识别癌细胞
解析：选B。单克隆抗体是由杂交瘤细胞进行无性繁殖形成的细胞系所产生出的化学性质单一、特异性强的抗体。生产杂交瘤细胞要用发生免疫的B细胞和骨髓瘤细胞融合，而发生免疫的B细胞是从注射特定抗原的小动物脾脏中提取的，A项正确；杂交瘤细胞既能大量增殖，又能产生专一抗体，所以融合并筛选特定的杂交瘤细胞后，无需经过原代培养产生遗传物质改变后才能进行传代培养，B项错误；单克隆抗体最广泛的用途是作为诊断试剂，在人类的多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要作用，C项正确；抗癌细胞的单克隆抗体能特异性识别癌细胞，若把抗癌细胞的单克隆抗体与放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成“生物导弹”，注入患者体内，借助单克隆抗体的导向作用，将药物带到癌细胞所在位置，在原位就能将癌细胞杀死，D项正确。
8．生物技术的发展速度很快，已灭绝生物的“复生”将不再是神话。如果世界上最后一头野驴刚死亡，以下较易成功“复生”野驴的方法是( )
A．将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育成新个体
B．将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养技术经脱分化、再分化培育成新个体
C．取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵细胞中，经孕育培育成新个体
D．将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育成新个体
解析：选C。用体细胞进行动物克隆，目前只能通过核移植技术实现，该技术要将体细胞核转移到去核卵细胞中，形成重组细胞，再经动物细胞培养和胚胎移植，最终培育成新个体。
9．如图为利用人成纤维细胞(具分裂能力、能在HAT培养基上存活)和小鼠骨髓瘤细胞(具分裂能力、不能在HAT培养基上存活)进行人类基因定位的操作示意图，下列选项中正确的是( )
A．图示过程的原理包括细胞增殖、细胞膜的流动性、细胞的全能性等
B．根据培养基的物理性质分类，图中HAT培养基属于选择培养基
C．图示所用的成纤维细胞应传代10代以内
D．小鼠骨髓瘤细胞染色体数是40，成纤维细胞的染色体数为46，融合后形成的杂交细胞DNA分子数最多为86
解析：选C。图示过程的原理是动物细胞培养和动物细胞融合，没有细胞的全能性，故A错；根据物理性质将培养基分为固体培养基、液体培养基和半固体培养基，而选择培养基是根据培养基的功能划分的，故B错；动物细胞通常培养10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型，故C正确；融合后的杂交细胞的细胞质中含有少量的DNA，因此细胞中的DNA分子数应大于86，故D错。
10．利用细胞工程方法，以SARS病毒核衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体。下列相关叙述正确的是( )
A．用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内，产生的血清抗体为单克隆抗体
B．体外培养单个B淋巴细胞可以获得大量针对SARS病毒的单克隆抗体
C．将等量B淋巴细胞和骨髄瘤细胞混合，经PEG诱导融合后的细胞均为杂交瘤细胞
D．利用该单克隆抗体与SARS病毒核衣壳蛋白特异性结合的方法可诊断出病毒感染者
答案：D
11．运用动物细胞工程技术制备单克隆抗体的正确操作步骤是( )
①筛选杂交瘤细胞 ②制备特异性抗原 ③免疫动物
④制备免疫细胞和骨髓瘤细胞 ⑤能产生特定抗体的杂交瘤细胞 ⑥大量培养杂交瘤细胞 ⑦诱导细胞融合 ⑧单克隆抗体的大量制备
A．②④③⑦⑤①⑥⑧ B．②③④⑦①⑤⑥⑧
C．④③⑦②⑤①⑧⑥ D．③④⑦①⑤⑧⑥②
解析：选B。制备单克隆抗体的正确操作步骤是②制备特异性抗原→③免疫动物→④制备免疫细胞和骨髓瘤细胞→⑦诱导细胞融合→①筛选杂交瘤细胞→⑤能产生特定抗体的杂交瘤细胞→⑥大量培养杂交瘤细胞→⑧单克隆抗体的大量制备，B项正确，A、C、D三项均错误。
12．如图是单克隆抗体制备过程示意图，其中①过程注射的物质和A细胞的名称分别是( )
A．抗体、T淋巴细胞 B．抗原、T淋巴细胞
C．抗体、B淋巴细胞 D．抗原、B淋巴细胞
解析：选D。①注射抗原后，在抗原刺激作用下，小鼠体内产生对应该抗原的B淋巴细胞(浆细胞)。
二、非选择题
13．某研究小组进行药物试验时，以动物细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲为骨髓瘤细胞，乙为经免疫过的正常浆细胞。请回答下列问题：
(1)将数量相等的甲和乙分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同且适宜。一段时间后，观察到的现象是________________________________________________。
(2)动物细胞培养需要满足一定的条件，下列有关表述正确的有________(选择填写下列条件前的序号)。
①对培养液和培养用具进行无菌处理，在细胞培养液中添加一定量的抗生素，定期更换培养液，这些做法都有利于提供一个无菌无毒的培养环境
②在使用培养基时，通常需加入血浆等天然成分
③所有动物细胞培养的适宜温度均为36.5±0.5 ℃，多数哺乳动物细胞生存的适宜pH为7.0左右
④动物细胞培养所需的气体只是O2，因为O2是细胞代谢所必需
⑤培养液中需添加一定浓度和比例的生长素与细胞分裂素，以诱导细胞脱分化和再分化
(3)药物试验需要大量细胞，甲不适合用于试药的理由是：______________________。
乙不适合用于试药的理由是_______________________________________________
____________________。
(4)令甲、乙细胞融合，所获杂交细胞在体外培养条件下，具有__________________的特点。
(5)已知癌细胞中X基因过量表达与骨髓瘤的发生密切相关。要试验一种抗肿瘤药物Y对甲生长的影响，可将甲分为A、B两组，A组细胞培养液中加入________，B组细胞培养液中加入等量无菌生理盐水，在相同且适宜条件下培养一定时间后，从A、B两组收集等量细胞，通过分别检测X基因在A、B两组细胞中的__________________合成水平的差异，以确定Y的药效。
解析：(1)由题意可知甲是骨髓瘤细胞，乙是浆细胞，在培养液中培养甲能无限增殖会增多，而乙是不能增殖的浆细胞所以乙不增多。
(2)细胞培养过程中要保证无菌无毒的环境应添加一定的抗生素，且定期更换培养液，故①正确。使用培养基除了必要的营养物质外还应添加动物血清或血浆等天然成分，故②正确。大多数动物细胞培养的适宜温度均为36.5±0.5 ℃，而不是所有，多数哺乳动物细胞生存的适宜pH为7.0左右，故③错误。动物细胞培养所需的气体有O2和二氧化碳，故④错误。动物细胞培养不需要添加植物激素，故⑤错误，因此正确的是①和②。
(3)甲不适合用于试药是因为甲是瘤细胞，有部分基因已经发生变异，药物对甲的效果不一定与对正常体细胞的效果相同。乙也不适合作为试药，因为乙在体外培养不能增殖，不能得到大量细胞用于试药。
(4)杂交瘤细胞的特点是既能无限增殖又能产生特异性抗体。
(5)由题意可知是探究药物Y的作用，所以对照组A应加入药物Y。基因表达需要通过转录和翻译，所以应检测mRNA和蛋白质的水平来确定实验结果。
答案：(1)甲增多、乙不增多
(2)①②
(3)甲有部分基因已经发生变异，药物对甲的效果不一定与对正常体细胞的效果相同 乙在体外培养不能增殖，不能得到大量细胞用于试药。
(4)既能增殖又能产生专一抗体
(5)Y mRNA或蛋白质
14．下列是生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。请据图回答问题：
(1)①过程用________________________作为诱导剂，诱导细胞融合。
(2)过程①和②得到的Y细胞称为杂交瘤细胞，其特点是__________________________。
(3)④过程为______________，⑤过程需要的工具酶为______________________________。
(4)抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的空间结构是否相同？为什么？
(5)过程⑥常用________处理大肠杆菌，目的是__________________________。
解析：(1)①表示动物细胞融合(或B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合)，常用的诱导剂是PEG(或灭活的病毒)。(2)Y细胞称为杂交瘤细胞，由骨髓瘤细胞和B细胞融合，含有两细胞的遗传物质，既能无限增殖，又能产生单一的抗体。(3)④是由mRNA形成DNA的过程，表示逆转录，需要逆转录酶；⑤过程为基因表达载体的构建，需要的工具酶为限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(4)抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的空间结构不同，因为抗体2是大肠杆菌产生的，其形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1是杂交瘤细胞产生的，其形成过程经过内质网和高尔基体的加工。(5)受体细胞是大肠杆菌，是微生物，常用一定浓度钙离子处理大肠杆菌，使大肠杆菌细胞变成感受态细胞。
答案：(1)灭活的病毒或聚乙二醇 (2)既能无限增殖，又能产生单一的抗体 (3)逆转录 限制性核酸内切酶及DNA连接酶 (4)抗体1与抗体2的空间结构不同。因为抗体2是大肠杆菌产生的，其形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1是杂交瘤细胞产生的，其形成过程经过内质网和高尔基体的加工。
(5)钙离子 使大肠杆菌细胞变成感受态细胞
15．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，制备抗HCG单克隆抗体可用于早孕的诊断。下图是抗HCG单克隆抗体的制备流程示意图，请分析回答下列问题：
(1)制备单克隆抗体过程中要用到__________和______________技术。
(2)制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的HCG相当于______，使小鼠产生分泌相应__________的淋巴细胞，此过程属于特异性免疫中的________免疫。
(3)融合细胞经HAT培养基培养目的是__________________，克隆化培养并进行专一性抗体检验筛选的目的是________________________________。最终筛选获得的杂交瘤细胞的特点是________________________________________________________________________。
解析：(1)制备单克隆抗体过程中要用到动物细胞培养和动物细胞融合技术。
(2)制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的HCG相当于抗原；使小鼠产生分泌相应抗体的B淋巴细胞；此过程属于特异性免疫中的体液免疫。
(3)HAT培养基是一种选择性培养基，融合细胞经HAT培养基培养的目的是获得杂交瘤细胞；克隆化培养并进行专一性抗体检验筛选的目的是获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞；最终筛选获得的杂交瘤细胞的特点是能无限增殖并能分泌特异性抗体。
答案：(1)动物细胞培养 动物细胞融合
(2)抗原 抗体 体液
(3)获得杂交瘤细胞 获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 能无限增殖并能分泌特异性抗体
16．如图是制备分泌抗X(H10N8流感病毒)抗体的过程，根据图解回答问题：
(1)给小鼠注射抗原的目的是___________________________________________。
(2)在单克隆抗体制备过程中之所以选用已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞，是因为它们融合后的杂交瘤细胞具有____________________________的特性。
(3)由图中可看出，单克隆抗体制备过程运用了____________________和________________的动物细胞工程技术手段。
(4)在动物细胞融合过程中，需要将所选取的组织细胞分散开，以利于细胞融合，可用____________________处理离体组织细胞使之分散。
解析：(1)根据抗原、抗体特异性结合的原理，为获得特定抗体，用特定抗原刺激，小鼠体内便可产生能产生特定抗体的B淋巴细胞。(2)杂交瘤细胞具有两种细胞的遗传物质，既能产生特定抗体，又能无限增殖。(3)从图中看出，单克隆抗体技术实际是应用了动物细胞融合和动物细胞培养技术。(4)细胞融合时是单个细胞和单个细胞的融合，为将细胞从动物组织中离散，可用胰蛋白酶处理。
答案：(1)获得能产生相应抗体的B淋巴细胞
(2)既能产生特定抗体，又能无限增殖
(3)动物细胞融合 动物细胞培养
(4)胰蛋白酶
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第三节 动物细胞工程的应用
学习导航 明目标、知重点难点
简述动物细胞的培养过程。(重、难点) 举例说出细胞融合和单克隆抗体的制备。(重、难点) 关注克隆技术的伦理问题。(重点)
一、阅读教材P61～62第五段分析动物细胞与组织培养
1．动物细胞工程
(1)技术：一般包括动物细胞与组织培养、细胞核移植、体细胞克隆、细胞融合、单克隆抗体制备等。
(2)基础：动物细胞与组织培养。
2．动物细胞培养与组织培养的相同点
(1)条件：将动物细胞或组织在无菌、温度适宜和营养充足的条件下培养。
(2)目的：使其继续生长、增殖并维持原有结构和功能。
(3)培养材料：大多取自动物胚胎或出生后不久的幼龄动物的器官或组织，如肾、肺、肌肉等。
3．动物细胞培养与动物组织培养方法的主要区别：动物细胞培养过程中需要用胰蛋白酶等使组织块中的细胞离散。动物组织培养过程中不需要使组织离散开。
4．培养过程
(1)原代培养：是指从供体获取组织或细胞后的初次培养。
(2)传代培养：是指将原代培养的细胞分离稀释后转入新的培养瓶中继续培养。
(3)一般情况下，传代培养10～50次后，细胞增殖会明显减缓，甚至完全停止。
二、阅读P62最后一段～P65分析动物细胞核移植与
体细胞克隆
1．动物体细胞克隆
(1)概念：将供体体细胞的细胞核注入受体去核卵细胞中，经过培养后发育成胚胎，进而形成动物个体的技术。
(2)关键技术：细胞核移植技术。
2．细胞核移植：是一种利用显微操作技术等将某种动物的细胞核移入同种或异种动物的去除细胞核的卵细胞中，使其重组并发育为一个新的胚胎，最终发育为一个动物个体的技术。
三、阅读P65最后二段～P66分析动物细胞融合和单克隆抗体
1．动物细胞融合
(1)概念：指在一定条件下将两个或多个动物细胞融合为一个细胞的过程。
(2)最重要的用途：制备单克隆抗体。
2．单克隆抗体制备的基本原理
单个的效应B淋巴细胞只能产生一种抗体，骨髓瘤细胞具有无限增殖的能力，若将小鼠的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞相融合，首先形成杂交细胞，随后该细胞通过多次增殖形成一群这样的细胞，这些细胞就可产生大量的单克隆抗体。
判一判
(1)动物体细胞克隆的细胞核遗传物质来源唯一。(√)
(2)核移植的供体和受体一定是同一物种。(×)
(3)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性。(×)
(4)动物细胞在培养的过程中一些细胞会发生遗传物质的变化。(√)
连一连
动物细胞与组织培养[学生用书P32]
动物细胞培养和组织培养都是在无菌、温度适宜和营养充足的条件下的培养技术。结合教材P61～62第五段内容完善动物细胞培养的过程，理解动物细胞培养。
(1) 根据图示总结动物细胞培养的一般过程
取动物组织块→剪碎→用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞→继续传代培养。
(2)动物细胞培养需要满足以下条件
①无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
②营养
a．天然培养基：主要取自动物血清、动物组织提取液和鸡胚汁等，具有营养价值高、成分复杂的特点。
b．合成培养基成分：葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入动物血清等天然成分。
③培养条件
a．温度：适宜温度，哺乳动物多是36.5__℃左右。
b．pH：7.2～7.4。
c．气体环境：95%空气＋5%CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。
动物细胞培养与植物组织培养的比较
植物组织培养 动物细胞培养
不同点 原理 细胞的全能性 细胞的增殖
目的 快速繁殖，培育无病毒植株等 获得细胞或细胞的代谢产物
培养基 固体，除营养物质外，还有植物激素 液体，除营养物质外，一般还有血清、血浆等
结果 培育成植物个体 培育成细胞株或细胞系
过程 细胞有分化，无癌变 细胞无分化，有可能癌变
相同点 ①都需无菌条件，培养基中含有有机物和无机物等营养物质；②都是细胞有丝分裂过程
突破1 动物细胞培养与植物组织培养的比较
1．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．都需要用含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱
B．都需要用液体培养基
C．都要在无菌条件下进行
D．都可体现细胞的全能性
解析：选C。不管是动物细胞培养还是植物组织培养，最基本的一个条件就是无菌环境。此外，动物细胞培养的培养基是液体培养基，其中的碳源是葡萄糖，培养液中还需要加入一定的动物血清或血浆，其气体环境是95%空气＋5%CO2，以维持培养液的pH；而植物组织培养的培养基为固体培养基，其碳源为蔗糖，组织培养的脱分化阶段必须在黑暗条件下进行，而再分化过程需要一定的光照条件；动物细胞培养就是细胞的增殖，不能体现细胞的全能性，而植物组织培养完成了由一个细胞到完整植株的全过程，体现了植物细胞的全能性。
突破2 动物细胞培养
2．下图为科学家在实验室中培养“人造牛肉”的简要过程。相关叙述正确的是( )
A．用胃蛋白酶处理牛肌肉组织，获得分裂能力强的肌肉母细胞
B．生物反应器内应控制适宜的温度，并冲入纯氧保证细胞呼吸
C．培养液中的支架提供了更多的细胞吸附面积，有利于细胞贴壁生长
D．“人造牛肉”的培养有利于牛肉的工厂化生产，但环境污染严重
解析：选C。胰蛋白酶处理动物组织，可以使组织分散成单个细胞，利于动物细胞培养，A错误；动物细胞培养的气体环境：95%空气(细胞代谢必需的)和5%CO2，B错误；动物细胞培养过程中悬液中的细胞会很快贴附在瓶壁上，所以细胞贴附瓶壁的培养瓶或培养皿的内表面光滑，无毒，易于贴附，如果想得到大量的产物，可以增大细胞吸附面积，有利于细胞贴壁生长，C正确；理论上来说，仅来自1只动物的干细胞，可制成的肉品数量，比宰杀1头牛还多100万倍，可有利于牛肉的工厂化生产，同时也可减少对土地、饮用水和饲料的需求，且温室气体等其他环境污染物也会减少，D错误。
动物细胞组织培养的难易程度
(1)幼体组织或细胞比老龄组织或细胞更容易培养。
(2)分化程度低的组织或细胞比分化程度高的组织或细胞更容易培养。
(3)肿瘤组织或细胞比正常组织或细胞更容易培养。
动物细胞核移植与体细胞克隆[学生用书P33]
克隆羊“多莉”的问世，很快在全世界引发了一场治疗性克隆和生殖性克隆的大讨论。结合教材P62最后一段～P65内容完成以下探究。
探究1 完善克隆羊“多莉”产生的过程，理解细胞核移植
(1)据图总结体细胞核移植的大致过程
①从供体动物身体某一部位取体细胞，并进行供体细胞培养。
②采集卵母细胞，在体外培养到减数第二次分裂中期，用微型吸管吸出次级卵母细胞的细胞核和第一极体(减数第二次分裂中期，次级卵母细胞的细胞核和第一极体比较靠近，方便一起吸出)。
③将供体细胞注入去核卵母细胞(将供体细胞直接注入是细胞核移植的新技术，对细胞核伤害小，易操作)。
④细胞融合，供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎。
⑤胚胎移植、妊娠、分娩。
(2)选用去核卵(母)细胞的原因：卵细胞细胞质中存在激发细胞核全能性表达的物质；卵(母)细胞比较大，容易操作；卵(母)细胞细胞质多，营养丰富。
(3)“多莉”面部的毛色是白色，理论依据是全部细胞核基因来自白面母羊。
(4)克隆技术的意义：在克服动物种间杂交繁殖障碍、创造新物种等方面具有重要的科学意义和潜在的经济价值。
探究2 观察克隆人和克隆器官的技术路线，区分治疗性克隆和生殖性克隆
(1)过程一为生殖性克隆过程，过程二为治疗性克隆过程。
(2)二者主要区别是：获得的早期胚胎在治疗性克隆中用于获得胚胎干细胞，然后诱导胚胎干细胞分化出所需的特定的组织或器官；在生殖性克隆中获得的胚胎则通过胚胎移植送入母体的子宫内，由母体孕育出婴儿。
1．核移植细胞核全能性表达的条件：不能只靠动物的细胞核，必须提供促进细胞核表达全能性的物质和营养条件，才能保证细胞核全能性的表达，去核的卵母细胞是最合适的细胞原理：细胞核的全能性
2．克隆
(1)本质：无性繁殖系。
(2)分类
①分子水平：如DNA(基因)克隆；
②细胞水平：动植物细胞培养中的细胞群体；
③个体水平：如细菌的菌落，植物组织培养得到的植物幼苗，通过动物细胞核移植获得的克隆动物。
克隆羊“多莉”的成功，体现了动物细胞的全能性，对吗？
提示：不对。体现了动物细胞细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。
突破1 动物细胞核移植技术
1．如图是利用核移植技术培育克隆牛的过程示意图。下列有关叙述错误的是( )
A．供体乳腺细胞不经过核质分离也可以整个细胞注入去核的卵母细胞中
B．重构卵形成后需要用蛋白酶制剂激活其分裂能力
C．当重构卵进行细胞分裂和分化形成早期胚胎时，就可以移植了
D．克隆牛D的性状大部分和良种母牛B相同，如性别
解析：选B。核移植的操作有两种形式，一种是利用微型吸管吸取细胞核，然后显微注射到去核的卵母细胞中，另一种是直接显微注入细胞，也能获得重构卵。重构卵的激活需要电脉冲、钙离子载体以及蛋白酶合成抑制剂等，不是蛋白酶制剂。移植的胚胎必须是早期胚胎。克隆牛D的核基因全部来自良种母牛B，因此性状大部分和良种母牛B相同。
辨析动物体细胞核移植产生新个体的三个亲本
产生新个体的三个亲本：体细胞核供体、卵细胞细胞质供体、代孕母体。新个体细胞核基因型与体细胞核供体完全一样，因此新个体性状与体细胞核供体基本相同。卵细胞细胞质中也有少量DNA，即线粒体DNA，新个体性状与卵细胞供体也有一些地方相同。代孕母体没有为新个体提供遗传物质，性状之间没有联系。
突破2 体细胞克隆
2．治疗性克隆有希望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排斥反应。如图表示治疗性克隆的过程，下列说法正确的是( )
A．图示过程利用了动物细胞培养和动物体细胞融合技术
B．图示过程实现了动物细胞的全能性，其优点是用上述方式获得的各种脏器组织细胞、神经细胞等进行移植降低了免疫排斥反应
C．①过程的细胞学基础是细胞的增殖和分化
D．①②过程需要进行DNA复制和蛋白质合成，同时还需要在培养液中不断补充细胞所需要的ATP
解析：选C。根据治疗性克隆的过程可知，上述过程利用了核移植技术和动物细胞的培养，故A错误；动物细胞目前还没有证明具有全能性的实验，但动物细胞核具有全能性，故B错误；胚胎干细胞的不断增殖和分化形成脏器组织干细胞和神经组织干细胞等，故C正确；①②属于细胞的增殖和分化，有丝分裂的间期完成DNA的复制和蛋白质的合成，细胞分化的实质是基因的选择性表达，形成特定的蛋白质，动物细胞培养液中不需要加入ATP，D错误。
动物细胞融合与单克隆抗体[学生用书P35]
细胞融合是研究细胞间遗传信息的转移、染色体上的基因定位等的有效途径，其主要应用是制备单克隆抗体。结合教材P65最后二段～P66内容完成以下探究。
探究1 观察下图，理解动物细胞融合
(1)细胞融合完成的标志是细胞核融合成一个核。
(2)诱导方法：动物细胞融合特有的诱导方式为灭活的病毒处理，其他物理、化学诱导融合的手段与植物体细胞杂交过程中原生质体融合方法相同。
(3)融合结果：在诱导剂的作用下进行细胞的诱导融合，在只考虑两个细胞相互融合的情况下，形成的杂种细胞有三种：AA型、BB型、AB型，只有AB型才是我们所需要的杂种细胞，所以需要用选择培养基进行筛选。
探究2 完善下面单克隆抗体的制备过程，理解单克隆抗体
(1)制备单克隆抗体过程中有两次筛选
①第一次筛选是将未融合的B淋巴细胞、骨髓瘤细胞以及B淋巴细胞与B淋巴细胞融合细胞、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合细胞通过选择培养基淘汰，筛选出B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的细胞。
②第二次筛选是将产生特定抗体的杂交瘤细胞通过细胞培养用相应抗原检测的办法筛选出来。因为从体内取出的已免疫的B淋巴细胞有很多种，形成的杂交瘤细胞有很多种，所以需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞。
(2)杂交瘤细胞的特点：无限增殖，产生特异性抗体。
(3)单克隆抗体的优点：纯度高，特异性强，产量大，容易标准化生产。
突破1 动物细胞融合和植物体细胞杂交
1．下列对植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较，描述正确的是 ( )
A．动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，诱导融合的方法也完全相同
B．只有植物体细胞杂交可跨越种属间的生殖隔离，突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能
C．利用动物细胞融合技术而发展起来的杂交瘤技术，为生产单克隆抗体开辟了新途径
D．目前科学家终于实现了两个植物物种间的体细胞杂交，得到了同时具有两个物种遗传物质的超级植物，并使它们的性状全部得以体现
解析：选C。动物细胞融合的诱导方法有生物方法，如用灭活的病毒，而植物原生质体融合没有生物方法；两个植物物种间的体细胞杂交，得到了同时具有两个物种遗传物质的超级植物，并不一定使它们的性状都能得以体现，这是基因选择性表达的结果。
动物细胞融合与植物体细胞杂交的对比
植物体细胞杂交 动物细胞融合
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、聚乙二醇等诱导 与植物体细胞杂交相比，还可用灭活的仙台病毒诱导
结果 获得杂种细胞，进而获取杂种植株 获得杂种细胞，以生产细胞产品
用途 克服远缘杂交不亲和的障碍，扩展杂交亲本范围，培育新品种 制备单克隆抗体
意义 突破有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能
突破2 单克隆抗体
2．下图是通过动物纤维母细胞等获得单克隆抗体的实验研究。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，过程②的实质是________________。
(2)A代表________________物质，Y、Z细胞的名称分别是______________、______________。
(3)过程③诱导细胞融合的生物因素是__________，细胞融合后还需要用____________培养基筛选获得Z细胞。
(4)Z细胞还需经过____________和______________才能获得大量产生所需抗体的细胞。
(5)经过上述过程获得的单克隆抗体的优点是____________________。
答案：(1)脱分化 基因的选择性表达
(2)抗原(特定抗原) B淋巴细胞 杂交瘤细胞
(3)灭活的病毒 选择
(4)克隆化培养 抗体检测(专一性抗体阳性检测)
(5)特异性强、灵敏度高，并可大量制备
(1)从小鼠或其他动物体中取B淋巴细胞前必须先注射抗原，使其体内发生免疫反应，而且参与融合的细胞应是浆细胞(只有浆细胞能产生抗体)或已免疫过的B淋巴细胞，不能简单地说B淋巴细胞。
(2)融合过程中，考虑细胞两两融合有三种，符合要求的只有杂交瘤细胞。
核心知识小结
[网络构建] [关键语句]1．动物细胞培养分原代培养和传代培养，培养时均需用胰蛋白酶对细胞进行分散处理，培养液中通常要添加血清。2．动物核移植的理论基础是细胞核具有全能性。3．动物细胞融合也称细胞杂交，其优点是使远缘杂交成为可能。4．经过免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成的杂交瘤细胞具备双亲细胞的特点是既能无限增殖又能产生特异性抗体。5．单克隆抗体的优点是特异性强、纯度高、灵敏度高、产量大、易标准化生产等。
[随堂检测]
知识点一 动物细胞与组织培养
1．下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是( )
A．用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织
B．将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞
C．在培养瓶中要定期用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离，制成悬浮液
D．动物细胞培养只能传50代左右，所培育的细胞会衰老死亡
解析：选D。动物细胞培养传代到50代左右不能再继续传代，部分细胞遗传物质发生变化，具有癌变细胞的特点，可无限增殖。
2．某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列说法不正确的是( )
A．在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，也可用胃蛋白酶处理
B．为了防止细胞培养过程中的细菌的污染，可向培养液中加入适量的抗生素
C．细胞培养应在含5% CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是维持培养液的pH
D．将数量相等的甲、乙细胞分别置于相同适宜条件下培养，一段时间后，会观察到甲细胞数量比乙细胞数量多
答案：A
知识点二 动物细胞核移植与体细胞克隆
3．美国杜克大学医疗中心的一个研究小组在《科学》杂志上撰文透露，他们利用成年猪的动脉血管细胞和能够模拟胚胎环境的新型生物反应器，成功地在实验室里培育出新的动脉血管。这种血管的外形和功能都与真的血管一样。这一研究成果是生物组织培养工程领域的重大进展。下列关于以上技术的叙述中，不正确的是( )
A．以上技术属于“克隆”
B．这项技术中可能要利用去核卵母细胞
C．这项技术的关键是激发血管细胞的全能性
D．这项技术的关键是激发血管细胞发育成血管的潜能
答案：C
知识点三 动物细胞融合与单克隆抗体
4．用动物细胞工程技术获取单克隆抗体，下列实验步骤中错误的是( )
A．将抗原注入小鼠体内，获得能产生抗体的B淋巴细胞
B．用纤维素酶处理B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞
C．用聚乙二醇作诱导剂，促使能产生抗体的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合
D．筛选杂交瘤细胞，并从中选出能产生所需抗体的细胞群，培养后提取单克隆抗体
解析：选B。酶具有专一性，纤维素酶只能分解纤维素，用纤维素酶处理植物细胞是植物细胞工程中用来除去细胞壁获得原生质体的方法，与动物细胞工程无关。
5．如图表示抗人体胃癌细胞的单克隆抗体的制备过程，下列有关叙述错误的是( )
A．图中甲可能是人体胃癌细胞的特异性抗原
B．可利用PEG、活的病毒或电激等方法诱导细胞融合
C．丙、丁分别表示杂交瘤细胞和能分泌抗胃癌抗体的杂交瘤细胞
D．丁的大规模培养可以在培养基中进行，也可以在小鼠腹腔内进行
解析：选B。甲注射小鼠，产生能分泌特异性抗体的B淋巴细胞，则甲属于抗原，A正确；可利用PEG、灭活的病毒或电激等方法诱导细胞融合，B错误；丙、丁分别表示杂交瘤细胞和能分泌抗胃癌抗体的杂交瘤细胞，C正确；丁的大规模培养可以在培养基中进行，也可以在小鼠腹腔内进行，D正确。
6．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细胞和骨髄瘤细胞融合成杂交瘤细胞，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______细胞，筛选时所用的培养基是特定的________培养基。筛选②的目的是筛选出________________________细胞。
(4)科学工作者正在研究的用于治疗癌症的“生物导弹”，注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，将________定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。用“生物导弹”治疗癌症和普通化疗相比，优点是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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。
答案：(1)Ab1、Ab2、Ab3、Ab4 特异性强、灵敏度高
(2)3
(3)杂交瘤 选择性 能专一性产生所需抗体的杂交瘤
(4)抗癌药物 不损伤正常细胞，且用药剂量少
(5)动物细胞融合 动物细胞培养
[课时作业]
一、选择题
1．动物细胞培养过程的顺序是( )
①原代培养
②传代培养
③用胰蛋白酶处理组织，形成分散的悬浮液
A．①②③ B．①③②
C．②①③ D．③①②
解析：选D。动物细胞培养的过程中，首先会用胰蛋白酶对动物组织进行处理，使其分散为单个细胞，形成分散的悬浮液，然后进行原代培养，进而再进行传代培养。
2．近日名为“我的皮肤”的生物活性绷带在英国诞生了，它给皮肤烧伤病人带来了福音。该活性绷带的原理是先采集一些细胞样本，再让其在特殊的膜片上增殖，5～7天后，将膜片敷在患者的伤口上，膜片会将细胞逐渐“释放”到伤口，并促进新生皮肤层生长，达到加速伤口愈合的目的。下列有关叙述中，不正确的是( )
A．“我的皮肤”的获得技术属于动物细胞工程
B．种植在膜片上的细胞样本最好选自患者本人
C．人的皮肤烧伤后会因人体第二道防线的破坏而导致免疫力下降
D．膜片能否把细胞顺利“释放”到伤口与患者自身皮肤愈合与细胞膜上HLA(白细胞表面抗原)有关
答案：C
3．下列关于动物细胞培养的叙述，不正确的是( )
A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成一层细胞
B．动物细胞原代培养过程中细胞的基因型不会发生改变
C．细胞培养过程中需要的CO2主要作用是刺激细胞的呼吸
D．恶性肿瘤细胞培养过程中通常不会出现细胞贴壁
解析：选C。由于当细胞表面相互接触时，细胞会停止增殖，因此只能形成一层细胞，故A正确；动物细胞原代培养过程中细胞的遗传物质不会发生改变，故B正确；细胞培养过程中，CO2的作用是维持培养液的pH，故C错误；由于恶性肿瘤细胞能够无限增殖，不发生接触抑制现象，故培养过程中不出现细胞贴壁，故D正确。
4．下列关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述，错误的是( )
A．动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同
B．动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶
C．烟草叶片离体培养能产生新个体，小鼠杂交瘤细胞可离体培养增殖
D．动物细胞培养可用于检测有毒物质，茎尖培养可用于植物脱除病毒
解析：选B。动物细胞培养的培养基中需加入动物血清等，植物组织培养的培养基中需加入植物激素等，A项正确。动物细胞培养需利用胰蛋白酶将动物组织分散成单个细胞再进行培养，植物组织培养中不需要将细胞分散，B项错误。叶片细胞高度分化，但仍具有全能性，可以通过植物组织培养形成新个体；小鼠杂交瘤细胞能够在离体条件下不断分裂增殖，C项正确。有毒物质会影响细胞正常的生命活动，故可根据细胞在培养过程中生命活动的变化情况检测有毒物质；植物茎尖细胞分裂较快，细胞中几乎无病毒，故可用茎尖通过植物组织培养形成脱病毒苗，D项正确。
5．如图中的供体DNA中含有无限增殖调控基因，该基因能激发动物细胞的分裂，图示是利用该基因制备新型单克隆抗体的过程，下列相关叙述错误的是( )
A．经酶A处理后Ⅰ与质粒具有相同的黏性末端
B．Ⅱ是已免疫的B淋巴细胞
C．Ⅲ既能无限增殖又能分泌特异性抗体
D．该过程涉及转基因技术和动物细胞融合技术
答案：D
6．在克隆羊培育过程中，将雄羊的体细胞核移入雌羊的去核卵细胞中。产生该克隆羊的方式及该克隆羊发育成熟后所分泌的性激素依次是( )
A．无性生殖，雄性激素
B．无性生殖，雌性激素
C．有性生殖，雄性激素
D．有性生殖，雌性激素
解析：选A。根据题意，将雄羊的体细胞核移入雌羊的去核卵细胞中，产生该克隆羊的方式是无性生殖；该克隆羊的性染色体来自于亲本中的雄羊，发育成熟后性别为雄性，所分泌的性激素是雄性激素。
7．关于单克隆抗体的生产和应用，错误的是( )
A．对小动物注射特定抗原以获取所需的B细胞
B．融合并筛选特定的杂交瘤细胞，原代培养产生遗传物质改变后才能进行传代培养
C．特定的单克隆抗体可制成试剂，用于检测人体是否受某种抗原的感染
D．治疗癌症的“生物导弹”原理之一是利用单克隆抗体的特异性识别癌细胞
解析：选B。单克隆抗体是由杂交瘤细胞进行无性繁殖形成的细胞系所产生出的化学性质单一、特异性强的抗体。生产杂交瘤细胞要用发生免疫的B细胞和骨髓瘤细胞融合，而发生免疫的B细胞是从注射特定抗原的小动物脾脏中提取的，A项正确；杂交瘤细胞既能大量增殖，又能产生专一抗体，所以融合并筛选特定的杂交瘤细胞后，无需经过原代培养产生遗传物质改变后才能进行传代培养，B项错误；单克隆抗体最广泛的用途是作为诊断试剂，在人类的多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要作用，C项正确；抗癌细胞的单克隆抗体能特异性识别癌细胞，若把抗癌细胞的单克隆抗体与放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成“生物导弹”，注入患者体内，借助单克隆抗体的导向作用，将药物带到癌细胞所在位置，在原位就能将癌细胞杀死，D项正确。
8．生物技术的发展速度很快，已灭绝生物的“复生”将不再是神话。如果世界上最后一头野驴刚死亡，以下较易成功“复生”野驴的方法是( )
A．将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育成新个体
B．将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养技术经脱分化、再分化培育成新个体
C．取出野驴的体细胞核移植到母家驴的去核卵细胞中，经孕育培育成新个体
D．将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育成新个体
解析：选C。用体细胞进行动物克隆，目前只能通过核移植技术实现，该技术要将体细胞核转移到去核卵细胞中，形成重组细胞，再经动物细胞培养和胚胎移植，最终培育成新个体。
9．如图为利用人成纤维细胞(具分裂能力、能在HAT培养基上存活)和小鼠骨髓瘤细胞(具分裂能力、不能在HAT培养基上存活)进行人类基因定位的操作示意图，下列选项中正确的是( )
A．图示过程的原理包括细胞增殖、细胞膜的流动性、细胞的全能性等
B．根据培养基的物理性质分类，图中HAT培养基属于选择培养基
C．图示所用的成纤维细胞应传代10代以内
D．小鼠骨髓瘤细胞染色体数是40，成纤维细胞的染色体数为46，融合后形成的杂交细胞DNA分子数最多为86
解析：选C。图示过程的原理是动物细胞培养和动物细胞融合，没有细胞的全能性，故A错；根据物理性质将培养基分为固体培养基、液体培养基和半固体培养基，而选择培养基是根据培养基的功能划分的，故B错；动物细胞通常培养10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型，故C正确；融合后的杂交细胞的细胞质中含有少量的DNA，因此细胞中的DNA分子数应大于86，故D错。
10．利用细胞工程方法，以SARS病毒核衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体。下列相关叙述正确的是( )
A．用纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内，产生的血清抗体为单克隆抗体
B．体外培养单个B淋巴细胞可以获得大量针对SARS病毒的单克隆抗体
C．将等量B淋巴细胞和骨髄瘤细胞混合，经PEG诱导融合后的细胞均为杂交瘤细胞
D．利用该单克隆抗体与SARS病毒核衣壳蛋白特异性结合的方法可诊断出病毒感染者
答案：D
11．运用动物细胞工程技术制备单克隆抗体的正确操作步骤是( )
①筛选杂交瘤细胞 ②制备特异性抗原 ③免疫动物
④制备免疫细胞和骨髓瘤细胞 ⑤能产生特定抗体的杂交瘤细胞 ⑥大量培养杂交瘤细胞 ⑦诱导细胞融合 ⑧单克隆抗体的大量制备
A．②④③⑦⑤①⑥⑧ B．②③④⑦①⑤⑥⑧
C．④③⑦②⑤①⑧⑥ D．③④⑦①⑤⑧⑥②
解析：选B。制备单克隆抗体的正确操作步骤是②制备特异性抗原→③免疫动物→④制备免疫细胞和骨髓瘤细胞→⑦诱导细胞融合→①筛选杂交瘤细胞→⑤能产生特定抗体的杂交瘤细胞→⑥大量培养杂交瘤细胞→⑧单克隆抗体的大量制备，B项正确，A、C、D三项均错误。
12．如图是单克隆抗体制备过程示意图，其中①过程注射的物质和A细胞的名称分别是( )
A．抗体、T淋巴细胞 B．抗原、T淋巴细胞
C．抗体、B淋巴细胞 D．抗原、B淋巴细胞
解析：选D。①注射抗原后，在抗原刺激作用下，小鼠体内产生对应该抗原的B淋巴细胞(浆细胞)。
二、非选择题
13．某研究小组进行药物试验时，以动物细胞为材料，测定药物对体外培养细胞的毒性。供培养的细胞有甲、乙两种，甲为骨髓瘤细胞，乙为经免疫过的正常浆细胞。请回答下列问题：
(1)将数量相等的甲和乙分别置于培养瓶中培养，培养液及其他培养条件均相同且适宜。一段时间后，观察到的现象是________________________________________________。
(2)动物细胞培养需要满足一定的条件，下列有关表述正确的有________(选择填写下列条件前的序号)。
①对培养液和培养用具进行无菌处理，在细胞培养液中添加一定量的抗生素，定期更换培养液，这些做法都有利于提供一个无菌无毒的培养环境
②在使用培养基时，通常需加入血浆等天然成分
③所有动物细胞培养的适宜温度均为36.5±0.5 ℃，多数哺乳动物细胞生存的适宜pH为7.0左右
④动物细胞培养所需的气体只是O2，因为O2是细胞代谢所必需
⑤培养液中需添加一定浓度和比例的生长素与细胞分裂素，以诱导细胞脱分化和再分化
(3)药物试验需要大量细胞，甲不适合用于试药的理由是：______________________。
乙不适合用于试药的理由是_______________________________________________
____________________。
(4)令甲、乙细胞融合，所获杂交细胞在体外培养条件下，具有__________________的特点。
(5)已知癌细胞中X基因过量表达与骨髓瘤的发生密切相关。要试验一种抗肿瘤药物Y对甲生长的影响，可将甲分为A、B两组，A组细胞培养液中加入________，B组细胞培养液中加入等量无菌生理盐水，在相同且适宜条件下培养一定时间后，从A、B两组收集等量细胞，通过分别检测X基因在A、B两组细胞中的__________________合成水平的差异，以确定Y的药效。
解析：(1)由题意可知甲是骨髓瘤细胞，乙是浆细胞，在培养液中培养甲能无限增殖会增多，而乙是不能增殖的浆细胞所以乙不增多。
(2)细胞培养过程中要保证无菌无毒的环境应添加一定的抗生素，且定期更换培养液，故①正确。使用培养基除了必要的营养物质外还应添加动物血清或血浆等天然成分，故②正确。大多数动物细胞培养的适宜温度均为36.5±0.5 ℃，而不是所有，多数哺乳动物细胞生存的适宜pH为7.0左右，故③错误。动物细胞培养所需的气体有O2和二氧化碳，故④错误。动物细胞培养不需要添加植物激素，故⑤错误，因此正确的是①和②。
(3)甲不适合用于试药是因为甲是瘤细胞，有部分基因已经发生变异，药物对甲的效果不一定与对正常体细胞的效果相同。乙也不适合作为试药，因为乙在体外培养不能增殖，不能得到大量细胞用于试药。
(4)杂交瘤细胞的特点是既能无限增殖又能产生特异性抗体。
(5)由题意可知是探究药物Y的作用，所以对照组A应加入药物Y。基因表达需要通过转录和翻译，所以应检测mRNA和蛋白质的水平来确定实验结果。
答案：(1)甲增多、乙不增多
(2)①②
(3)甲有部分基因已经发生变异，药物对甲的效果不一定与对正常体细胞的效果相同 乙在体外培养不能增殖，不能得到大量细胞用于试药。
(4)既能增殖又能产生专一抗体
(5)Y mRNA或蛋白质
14．下列是生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。请据图回答问题：
(1)①过程用________________________作为诱导剂，诱导细胞融合。
(2)过程①和②得到的Y细胞称为杂交瘤细胞，其特点是__________________________。
(3)④过程为______________，⑤过程需要的工具酶为______________________________。
(4)抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的空间结构是否相同？为什么？
(5)过程⑥常用________处理大肠杆菌，目的是__________________________。
解析：(1)①表示动物细胞融合(或B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合)，常用的诱导剂是PEG(或灭活的病毒)。(2)Y细胞称为杂交瘤细胞，由骨髓瘤细胞和B细胞融合，含有两细胞的遗传物质，既能无限增殖，又能产生单一的抗体。(3)④是由mRNA形成DNA的过程，表示逆转录，需要逆转录酶；⑤过程为基因表达载体的构建，需要的工具酶为限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(4)抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的空间结构不同，因为抗体2是大肠杆菌产生的，其形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1是杂交瘤细胞产生的，其形成过程经过内质网和高尔基体的加工。(5)受体细胞是大肠杆菌，是微生物，常用一定浓度钙离子处理大肠杆菌，使大肠杆菌细胞变成感受态细胞。
答案：(1)灭活的病毒或聚乙二醇 (2)既能无限增殖，又能产生单一的抗体 (3)逆转录 限制性核酸内切酶及DNA连接酶 (4)抗体1与抗体2的空间结构不同。因为抗体2是大肠杆菌产生的，其形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1是杂交瘤细胞产生的，其形成过程经过内质网和高尔基体的加工。
(5)钙离子 使大肠杆菌细胞变成感受态细胞
15．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，制备抗HCG单克隆抗体可用于早孕的诊断。下图是抗HCG单克隆抗体的制备流程示意图，请分析回答下列问题：
(1)制备单克隆抗体过程中要用到__________和______________技术。
(2)制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的HCG相当于______，使小鼠产生分泌相应__________的淋巴细胞，此过程属于特异性免疫中的________免疫。
(3)融合细胞经HAT培养基培养目的是__________________，克隆化培养并进行专一性抗体检验筛选的目的是________________________________。最终筛选获得的杂交瘤细胞的特点是________________________________________________________________________。
解析：(1)制备单克隆抗体过程中要用到动物细胞培养和动物细胞融合技术。
(2)制备单克隆抗体过程中，给小鼠注射的HCG相当于抗原；使小鼠产生分泌相应抗体的B淋巴细胞；此过程属于特异性免疫中的体液免疫。
(3)HAT培养基是一种选择性培养基，融合细胞经HAT培养基培养的目的是获得杂交瘤细胞；克隆化培养并进行专一性抗体检验筛选的目的是获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞；最终筛选获得的杂交瘤细胞的特点是能无限增殖并能分泌特异性抗体。
答案：(1)动物细胞培养 动物细胞融合
(2)抗原 抗体 体液
(3)获得杂交瘤细胞 获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 能无限增殖并能分泌特异性抗体
16．如图是制备分泌抗X(H10N8流感病毒)抗体的过程，根据图解回答问题：
(1)给小鼠注射抗原的目的是___________________________________________。
(2)在单克隆抗体制备过程中之所以选用已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞，是因为它们融合后的杂交瘤细胞具有____________________________的特性。
(3)由图中可看出，单克隆抗体制备过程运用了____________________和________________的动物细胞工程技术手段。
(4)在动物细胞融合过程中，需要将所选取的组织细胞分散开，以利于细胞融合，可用____________________处理离体组织细胞使之分散。
解析：(1)根据抗原、抗体特异性结合的原理，为获得特定抗体，用特定抗原刺激，小鼠体内便可产生能产生特定抗体的B淋巴细胞。(2)杂交瘤细胞具有两种细胞的遗传物质，既能产生特定抗体，又能无限增殖。(3)从图中看出，单克隆抗体技术实际是应用了动物细胞融合和动物细胞培养技术。(4)细胞融合时是单个细胞和单个细胞的融合，为将细胞从动物组织中离散，可用胰蛋白酶处理。
答案：(1)获得能产生相应抗体的B淋巴细胞
(2)既能产生特定抗体，又能无限增殖
(3)动物细胞融合 动物细胞培养
(4)胰蛋白酶
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第二章 细胞工程
第二章 细胞工程
细胞核
体细胞
动物细胞与组织培养
无菌
原有结构和功能
动物胚胎或出生后不久的幼龄动物
胰蛋白酶
初次
原代培养
10～50
细胞核
动物个体
细胞核移植
卵细胞
两个或多个
一个
单克隆抗体
一种
无限增殖
杂交
单克隆
√
×
×
√
胰蛋白
一层细胞
新培养液
组织块
生理盐水
用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞
细胞悬液
原代
传代
无菌处理
培养液
成分复杂
葡萄糖、氨基酸、促生长因子、
动物血清
无机盐、微量元素
36.5 ℃左右
7.2～7.4
乳腺细胞
细胞核
早期胚胎
卵细胞
细胞核
早期胚胎
子宫
体细胞
供体细胞
卵母细胞
去核卵母细胞
重组胚胎
卵细胞细胞质中存在激发细胞
核全能性表达的物质；卵(母)细胞比较大，容易操作；
卵(母)细胞细胞质多，营养丰富
白色
全部细胞核基因来自白面母羊
体细胞核
去核卵细胞
人工
胚胎
早,期胚,胎
生殖性克隆
治疗性克隆
治疗性克隆
生殖性克隆
杂交细胞
细胞核融合成一个核
灭活的病毒
AB型
抗原蛋白
特定抗体
单克隆抗体
B淋巴细胞与骨髓瘤细胞
融合的细胞
将产生特定抗体的杂交瘤细胞
无限增殖
特异性抗体
纯度高
特异性强
细胞核移植
抗体
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第二节 植物细胞工程的应用
[随堂检测]
知识点一 植物组织培养技术的应用
1．甘薯种植多年后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是( )
A．选择优良品种进行杂交
B．进行远缘体细胞杂交
C．利用芽尖进行组织培养
D．人工诱导基因突变
解析：选C。利用芽尖通过组织培养能够快速得到大量的甘薯无病毒苗，提高繁殖率。
2．红江橙种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖无病毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的( )
A．有丝分裂 B．分化
C．减数分裂 D．全能性
解析：选C。采用茎尖分生组织离体培养获得无病毒种苗的技术是植物的组织培养，整个过程中植物细胞的分裂方式都是有丝分裂，不涉及减数分裂，植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。
3．制造人工种子的原理是在组织培养得到的“胚状体”的最外面用一层有机膜包裹，并在薄膜以内放入一些营养物质，如图所示。据此判断下列说法不正确的是( )
A．“胚状体”最外面的一层有机膜和里面营养物质分别具有种皮和胚乳的功能
B．“胚状体”来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是脱分化和再分化
C．从保证人工种子正常的生命力及生态系统物质循环上来看，其外部薄膜应具有全透性和能被微生物降解的特点
D．在人工种子萌发的过程中“胚状体”细胞吸收营养液中的物质用于生长等
解析：选C。从保证人工种子正常的生命力上来看，其外部薄膜应具有半透性，可以透气和透水，但是不能让薄膜以内的营养物质出来。
知识点二 植物细胞培养技术的应用
4．下列关于植物组织培养应用的说法，错误的是( )
A．脱毒苗、人工种子的制备都运用了植物组织培养技术
B．采用茎尖、根尖等组织经培养得到的脱毒植物可提高产量和品质
C．运用组织培养得到人参、紫草等植株个体，然后从它们的细胞中提取细胞产物
D．组织培养过程中经人工诱变等可得到有用突变体，如抗除草剂的白三叶草等已用于生产
解析：选C。运用组织培养技术大量生产人参皂苷干粉、紫草素等药物，利用了细胞产物的工厂化生产，并未培养出完整的植株，而是将离体组织、器官培养到愈伤组织阶段，利用细胞的分裂增殖，获得大量的细胞产物。
5．辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域，其获得途径如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．图中愈伤组织、脱毒苗和高产细胞系的获得都体现了植物细胞的全能性
B．图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程
C．②过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理
D．用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶
解析：选A。细胞的全能性是指已经分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能，图中脱毒苗的获得体现了植物细胞的全能性，愈伤组织和高产细胞系的获得都没有体现植物细胞的全能性，A错误；图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程，B正确；再分化过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理，以诱导细胞分化的方向，C正确；用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶，以分解植物细胞之间的成分，D正确。
6．如图是植物组织培养的简图。请据此回答有关问题：
①②③―→④
(1)①表示______________________，它能被培养成为④的根本原因是________
________________________________________________________________________。
(2)③→④过程需要光照，原因是__________________________________________。
(3)若想培育作物脱毒苗，①常选用植物的__________；若想制作人工种子，应该选用__________(填编号)。
(4)若①是花粉，则④是__________，这项技术可用在________(填育种方法)上。
(5)若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片颜色是________，这说明了根尖细胞____________，与叶肉细胞相比，④的根细胞没有叶绿素，这是________________的结果。
(6)紫草素是紫草的细胞产物，可用于制造治疗烫伤、割伤的药物，若用此项技术生产紫草素，培养将进行到________(填编号)。
解析：(1)由于细胞具有全能性，所以①能被培养成为④。(2)③→④过程是叶等器官分化形成的过程，叶绿素的形成需要光照条件。(3)若想培育作物脱毒苗，需要选用无病毒的外植体，植物茎尖的分生组织具有旺盛的分裂能力，有极少量的甚至没有病毒入侵；若想制作人工种子，应该选用③。(4)花粉离体培养获得的是单倍体植株，单倍体植株可用于单倍体育种。(5)根细胞具有发育成为完整个体所必需的全部基因，所以根细胞培养成的④的叶片是绿色的，由于基因的选择性表达，④的根细胞没有叶绿素。(6)愈伤组织能大量产生细胞产物，用组织培养技术生产紫草素应将培养进行到愈伤组织阶段。
答案：(1)离体的植物器官、组织或细胞 细胞中含有发育成为完整个体所必需的全部遗传信息(全能性)
(2)芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件
(3)茎尖 ③ (4)单倍体 单倍体育种 (5)绿色
具有全能性 基因选择性表达 (6)②
[课时作业]
一、选择题
1．甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化，目前生产上采用组织培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量。那么采用的组织应该是( )
A．叶肉 B．根毛
C．茎尖 D．花粉
解析：选C。刚分裂形成的芽尖、茎尖或根尖还没有受到病毒侵染，可用作获取无病毒植株的实验材料，C项正确。
2．仅运用植物组织培养技术，不能培育或生产出( )
A．抗虫棉 B．无病毒植株
C．人工种子 D．细胞产物——生物碱
解析：选A。抗虫棉需首先通过转基因技术把外源抗虫基因转入棉花细胞，然后再通过植物组织培养技术培育获得。而无病毒植物的培育、人工种子及细胞产物——生物碱仅通过植物组织培养技术即可获得。
3．经植物组织培养技术培养出来的植物一般很少有植物病毒危害，其原因在于( )
A．在组织培养过程中经过了脱分化和再分化，进行的是快速分裂和分化
B．人工配制的培养基上，植物病毒根本无法生存
C．进行组织培养用的材料是刚分裂产生的茎尖、根尖或芽尖
D．接种组织培养之前进行了严格的消毒处理
解析：选C。进行组织培养用的材料是刚分裂产生的茎尖、根尖或芽尖，不含植物病毒，且培养是在无菌条件下进行的，所以经植物组织培养技术培养出来的植物一般很少有植物病毒危害，C正确；A、B、D选项与原因无关。
4．对人工种子科学的解释是( )
A．通过科技手段人工合成的种子
B．利用植物组织培养技术获得的种子
C．种皮能够自我生成的种子
D．人工种子发芽率低
解析：选B。人工种子是经植物组织培养获得胚状体、不定芽等，然后经人工薄膜包装得到的种子。
5．某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是( )
A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗
B．采用花粉粒组织培养获得单倍体幼苗
C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上
D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养
解析：选B。利用扦插、嫁接、植物组织培养的方法能快速繁殖种苗，且能够保持亲本的优良性状；花粉粒离体培养可获得单倍体幼苗，其性状可能与亲本不一样。
6．下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是( )
A．利用花药离体培养得到单倍体植株
B．利用基因工程培养抗虫棉的棉花植株
C．利用细胞工程培养“番茄—马铃薯”杂种植株
D．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到相应的多倍体植株
解析：选D。花药离体培养得到单倍体，由配子发育形成个体，需要采用植物组织培养技术，体现植物细胞的全能性，A错误；通过基因工程的方法获取含抗虫基因的棉花细胞，经过植物组织培养获得抗虫棉植株，B错误；植物体细胞杂交形成“番茄—马铃薯”杂种细胞，经过植物组织培养形成杂种植株，C错误；利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到多倍体植株，是植物的正常发育，没有利用植物组织培养技术，D正确。
7．如图表示基因型为AaBb的水稻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的培育过程。下列相关叙述错误的是( )
A．愈伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团
B．在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养物质
C．为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜浓度的生长素等植物激素
D．试管苗可能出现的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabb
解析：选D。花粉是通过减数分裂形成的，其基因型为AB或Ab或aB或ab，由花粉发育而来的个体未经秋水仙素处理，是单倍体。
8．下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断不正确的是( )
A．若①是来自两种植物体细胞融合的杂种细胞，则④可能出现两种植物的遗传特性
B．若①是花粉，则④是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种
C．若①是人参细胞，对②进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量
D．若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行繁育会发生性状分离
解析：选D。若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，由于具有两种生物的遗传物质，可能出现两种植物的遗传特性，故A正确；若①是花粉，植物组织培养得到的是单倍体植株，经染色体加倍后可得到纯合子，故B正确；细胞产物的工厂化生产用到的细胞是愈伤组织，为图中的②，故C正确；由于植物组织培养属于无性繁殖，不会发生性状分离，故D错误。
9．二倍体植株采用花药离体培养获得单倍体植株，再经人工诱导培育出新品种，育种过程中不涉及( )
A．用秋水仙素处理萌发的种子 B．细胞分裂
C．愈伤组织的形成 D．染色体数目加倍
解析：选A。采用花药离体培养获得单倍体植株后，直接对幼苗使用秋水仙素，没有涉及种子。
10．下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述中正确的是( )
A．②和③阶段会发生减数分裂
B．①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素
C．①阶段有细胞增殖但无细胞分化
D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
解析：选C。在植物组织培养过程中涉及有丝分裂，没有减数分裂，A错误；在植物组织培养过程中，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，B错误；植物组织培养技术包括脱分化和再分化两个阶段，而过程①是脱分化阶段，有细胞增殖但无细胞分化，C正确；根据题干可知，兰花是四倍体植物，减数分裂后产生的生殖细胞中含有两个染色体组，因此由花药离体培养获得单倍体植株，体细胞中含有2个染色体组，D错误。
11．基因工程打破了物种之间交流的界限，为花卉育种提供了新的技术保障。下图为花卉育种的过程(字母代表相应的物质或结构，数字代表过程或方法)。下列说法正确的是( )
A．①过程需要的酶有限制酶和DNA聚合酶
B．检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，采用抗原—抗体杂交技术
C．②过程常用的方法是农杆菌转化法
D．③④过程为分化和再分化，该过程体现了植物细胞的全能性
答案：C
12．某农学院对玉米(2N＝20)的花粉进行离体培养和再生植株的研究(图示如下)，下列有关叙述中哪项是不正确的( )
A．图示过程在育种中称为单倍体育种
B．在花粉形成过程中等位基因分离，非同源染色体的非等位基因自由组合
C．对培养基进行灭菌，对花粉进行消毒后才能进行接种和培养
D．花粉离体培养得到的植株有10条染色体，是单倍体
解析：选A。图示过程在育种中称之为花药的离体培养，为单倍体植株，而在单倍体育种中还需要秋水仙素处理单倍体幼苗，故A错误；花粉的形成过程就是减数分裂的过程，减数第一次分裂后期，等位基因随着同源染色体的分开而分离，而位于非同源染色体上的非等位基因自由组合，故B正确；为了防止杂菌对组织培养过程的干扰，对培养基灭菌和花粉消毒后才能进行接种和培养，故C正确；花粉离体培养得到的植株有10条染色体且不成对，是单倍体，故D正确。
二、非选择题
13．玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作，如图是关于玉米培养的过程，请据图回答下列问题：
(1)如图A→C，发育成植株D，取D的花药进行离体培养的幼苗，属于________，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G；从生殖方式上分析，A→D属于______生殖。
(2)取茎尖进行培养的原因是___________________________________________。
(3)A→C的过程要严格控制________条件。
(4)F→G的过程中用________处理，使细胞染色体数目加倍，用E→G途径育种的优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用________育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用________________技术。
解析：(1)取D的花药进行离体培养成幼苗，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G，此过程属于单倍体育种，从生殖方式上分析，A→D属于无性生殖。
(2)由于茎尖细胞几乎无病毒，则可通过组织培养形成无毒苗。
(3)在植物组织培养过程中，要严格控制无菌条件。
(4)F→G的过程中用秋水仙素处理，使细胞染色体数目加倍；用E→G途径进行单倍体育种的优点是直接得到稳定遗传的优良品种，自交后代不发生性状分离，极大地缩短了育种年限。
(5)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用基因工程育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用植物体细胞杂交技术。
答案：(1)单倍体 无性 (2)分生区附近病毒极少，甚至无病毒 (3)无菌 (4)秋水仙素 直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限 (5)基因工程 植物体细胞杂交
14．如图表示通过二倍体植株甲(自花传粉植物)和植株乙培育植株A、B、C、D、E的过程，其中植株甲的基因型为AaBb，两对等位基因分别位于两对同源染色体上。请据图回答下列问题：
(1)植株A是____倍体，经秋水仙素处理后获得的植株B的基因型为__________________________。
(2)培养植株D的过程中，由离体细胞形成愈伤组织的过程称为________，若要制备人工种子，则需诱导愈伤组织形成________结构，再包裹上人工种皮。
(3)获得植株E的过程称为____________________，其过程中两个原生质体融合时，常用的诱导剂是________________________________________________________。
(4)植株A、D、E的培育过程中都需要采用的生物技术是________________，其理论基础是______________。植株A、B、C、D、E中可能与植株甲的基因型相同的是植株________。
解析：(1)甲植株的花粉离体培养得到的植株A为单倍体植株。植株甲的基因型为AaBb，花粉的基因型有AB、Ab、aB、ab，经秋水仙素处理后获得的植株B的基因型为AABB或AAbb或aaBB或aabb。(2)培养植株D的过程中，由离体细胞形成愈伤组织的过程称为脱分化，若要制备人工种子，则需诱导愈伤组织形成胚状体结构，再包裹上人工种皮。(3)获得植株E的过程称为植物体细胞杂交，其过程中两个原生质体融合时，常用的诱导剂是聚乙二醇。(4)植株A、D、E的培育过程中都需要采用的生物技术是植物组织培养，其理论基础是植物细胞的全能性。植株A、B、C、D、E中，植株A为单倍体，植株B是纯合体，植株E是多倍体，所以可能与植株甲的基因型相同的是植株C、D。
答案：(1)单 AABB或AAbb或aaBB或aabb
(2)脱分化 胚状体 (3)植物体细胞杂交 聚乙二醇
(4)植物组织培养 植物细胞的全能性 C、D
15．如图表示植物组织培养的大体过程，请回答问题：
(1)外植体是指____________________________________________________。
由外植体通过植物组织培养技术培育出完整植株，这项技术利用了________________原理。通过组织培养技术进行植物繁育，可以很好地保持亲本的优良性状，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)阶段A、B分别代表_________________________________________________。
过程①、②分别表示___________________________________________________。
(3)将B结构用适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等(即人工种皮)加以包裹，可制成人工种子。为促进人工种子生长发育，人工种皮里还应该含有的物质是________________。
(4)选择人参根作为外植体进行培养，在________阶段通过发酵可大量生产人参皂苷。
解析：由离体的器官、组织或细胞(外植体)通过一定的方法培育出新的植株，操作水平为细胞水平，属于细胞工程。因为有完整个体形成，体现了植株细胞的全能性。植物组织培养经脱分化形成的愈伤组织，不仅可再分化发育成完整植株，还可通过发酵技术生产大量的细胞代谢产物。
答案：(1)用于离体培养的植物器官、组织或细胞 植物细胞的全能性 子代遗传物质与亲代相同，不会像有性生殖一样出现性状分离 (2)愈伤组织、胚状体 脱分化、再分化 (3)生长调节剂 (4)A(或愈伤组织)
16．紫薯又称黑薯，含有丰富的花青素。花青素具有抗癌、抗氧化等作用，生产上以紫薯细胞作生物反应器提取花青素。沈阳农大的研究人员研究叶片的不同位置对愈伤组织诱导的影响，结果如下。据图回答下列问题：
(1)实验中2，4?D的作用是诱导________________的形成，抑制植物形态的发生。观察叶片不同部位在同一浓度中的诱导率，可得出的结论是_____________________________。
(2)以紫薯细胞作生物反应器生产花青素利用__________________技术，该过程的核心步骤是________________________________________________________________________。
(3)生产上还可通过微型繁殖技术培育紫薯苗用于大田栽培，该技术的原理是____________________。使用该技术可以保持品种的_________________________________。
答案：(1)植物愈伤组织 最适合诱导的部位是叶中
(2)植物组织培养 脱分化 (3)植物细胞的全能性 遗传特性
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第二节 植物细胞工程的应用
学习导航 明目标、知重点难点
举例说出植物组织培养技术的应用。(重点) 举例说出植物细胞培养技术的应用。(难点)
一、阅读教材P54～56完成植物组织培养技术的应用
途径 优点 实例
快速繁殖 (微型繁殖) (1)保持优良植物品种的遗传特性； (2)种苗高效、快速繁殖 快速繁殖蝴蝶兰
培育无病毒植物 提高作物产量和品质 无病毒马铃薯
人工种子 (1)无性繁殖，保存该种系的优良性状； (2)不受环境因素的制约； (3)繁殖速度快 芹菜、水稻等的胚状体制成人工种子
二、阅读教材P56～58分析植物细胞培养技术的应用
1．植物细胞代谢产物的工厂化生产
(1)植物细胞次生代谢产物是植物生长到一定阶段产生的化学物质，如奎宁、 紫杉醇。
(2)有效途径：植物细胞培养技术。
(3)特点：细胞生长周期短、条件可控等。
2．单倍体育种(以二倍体植物为例)
(1)方法：花药的离体培养。
(2)过程
花药单倍体植株纯合二倍体植株优良品种。
(3)优点
①后代是纯合子，能稳定遗传。
②明显缩短了育种年限。
判一判
(1)快速繁殖能保持亲本的优良性状。(√)
(2)植物细胞的呼吸酶是次级代谢产物。(×)
(3)植物的种子能发育成完整的植株，体现了细胞的全能性。(×)
(4)离体的植物组织在一定的培养条件下分化出根和芽的过程属于脱分化。(×)
(5)单倍体育种是通过花药的离体培养形成新品种的过程。(×)
连一连
植物组织培养技术的应用[学生用书P28]
植物组织培养技术，已得到普遍应用。结合教材P54～56内容完成以下探究。
探究1 结合教材完成下列问题，理解快速繁殖
(1)利用的技术：组织培养。
(2)归纳快速繁殖的特点
①无性繁殖，能够保持种苗的优良遗传特性；
②选取材料少；繁殖速度快，周期短；不受季节、气候、自然灾害等因素的影响；
③可实现集约化生产。
探究2 分析培育无病毒植物的方法
(1)取材：植物的分生组织细胞，因为极少含有病毒甚至不含病毒。
(2)方法
培养茎尖生长点的方法或结合热处理法，通过组织培养除去绝大多数植物的病毒，大量繁殖无病毒植株。
探究3 完善下列人工种子示意图，理解人工种子的制作概念与优点
(1)概念：将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包埋在具有养分和保护功能的包被中，得到的在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。
(2)优点
①不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产；
②繁殖速度快，可在短时间内提供大量种苗；
③胚状体是经人工无性繁殖产生的，有利于保存该种系的优良性等。
(1)培养抗病毒植物与培养无病毒植物所利用的生物技术相同吗？
提示：不同，培养抗病毒植物离不开基因工程和植物组织培养技术，而培养无病毒植物仅利用植物组织培养技术即可完成。
(2)培养无病毒植物时，取材关键是选择植物分生组织细胞的原因是什么？
提示：因为病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎的无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。若用不含或极少含病毒植物的分生组织细胞，通过植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。
1．依据植物组织培养的特点理解各“繁殖新途径”的优点
(1)根据植物组织培养“无性繁殖，后代能保持亲本优良性状”的特点，理解微型繁殖、人工种子的优点。
(2)根据植物组织培养“外植体用量少，培养周期短”的特点，理解微型繁殖、人工种子的优点。
(3)根据植物组织培养“取材广泛，可根据生产需要取材”的特点，理解作物脱毒的优点。
(4)根据植物组织培养“在实验室或工厂进行，可人工控制，不受季节限制”的特点，理解微型繁殖、人工种子的优点。
2．人工种子除含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素外，还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害，相当于种子的子叶或胚乳。人工种子发芽得到的幼苗能保持亲本的优良性状。
突破1 人工种子
1．下面为人工种子培养过程流程图解，下列相关叙述不正确的是( )
A．上述过程中脱分化发生在b步骤，在此过程中植物激素发挥了重要作用
B．再分化发生在d步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
C．从叶组织块到种苗形成的过程说明植物叶片细胞具有全能性
D．人工种子的繁殖不受季节限制
解析：选B。再分化发生在c步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程。
人工种子制作流程
外植体的选择和消毒→诱导脱分化形成愈伤组织→再分化形成体细胞胚状体→人工胚乳的制备→把微胶囊和体细胞胚状体一起包在人工种皮内→人工种子。
突破2 植物组织培养
2．兰花在我国种植历史悠久，“远东麒麟”以每盆3万元的价格在拍卖网卖出。如图是通过植物组织培养形成兰花植株的示意图，请据图回答：(注：胚状体等同于植物种子的胚的结构)
(1)愈伤组织的分裂能力________，分化能力________，是由植物体细胞经过________形成的。
(2)过程④由愈伤组织形成胚状体要经过________和____________过程。
(3)一个兰花茎尖在一年之内可以生产出400万株兰花苗，与有性生殖相比，植物组织培养的优势主要体现在______________________和____________________。
解析：愈伤组织是一些特殊的细胞，分裂、分化能力都较强，是由体细胞经脱分化形成的。从愈伤组织到胚状体(已经有不同的组织形成)，既要有细胞的分裂、分化，还要有组织的形成。无性繁殖的特点是繁殖速度快，并能保持亲本的性状。
答案：(1)较强 较强 脱分化
(2)细胞分裂 细胞(组织)分化
(3)保持亲本的优良性状 培养周期短、繁殖效率高
植物细胞培养技术的应用[学生用书P29]
植物细胞培养技术已得到应用，结合教材P56～58内容完成以下探究。
探究1 以人参皂苷的工厂化生产为例，分析植物细胞的工厂化生产
(1)观察人参皂苷的工厂化生产基本过程，回答下面问题：
①选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂苷含量高的细胞株作为种子。
②将①选择的细胞株放在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。
③将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂苷。
(2)归纳细胞产物工厂化生产的流程
外植体(离体的植物器官、组织或细胞)愈伤组织细胞悬液细胞产物。
(3)技术优点：可大量生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物，不仅快速、高效，而且不受季节 、外部环境等条件的限制。
探究2 完善单倍体育种的流程图，理解单倍体育种
(1)秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，使着丝点分裂形成的子染色体不能分配到两极形成两个细胞，从而使染色体数目加倍。
(2)单倍体的特点
缺点：与正常二倍体植株相比，单倍体植株叶小、株矮、生活力弱且高度不育。
优点：它们在育种中缩短育种周期、获得纯系等方面具有重要意义。
植物组织培养与植物细胞培养的区别
植物组织培养 植物细胞培养
利用原理 细胞全能性 细胞增殖
培养基 固体培养基 液体培养基
培养对象 离体的植物器官、组织、细胞或原生质体 由愈伤组织分散得到的悬浮细胞
培养过程 外植体→脱分化→ 愈伤组织→ 再分化→芽、根→ 植物幼苗 愈伤组织→分散成悬 浮细胞→细胞培养→ 细胞次生代谢产物
培养结果 植物幼苗 细胞的次生代谢产物
二者关系 植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的；它们都属于植物细胞工程的范畴
突破1 植物细胞培养
1．植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植物细胞培养的叙述，不正确的是( )
A．植物细胞培养技术的目的是为了获得大量有生理活性的次生代谢产物
B．植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制
C．利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂苷，用于生产保健药品和美容护肤用品
D．植物细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行，但不需要进行无菌操作
解析：选D。植物细胞培养和植物组织培养一样，整个培养过程必须在无菌条件下进行，否则培养基内将长出许多杂菌，与离体细胞争夺营养与生存空间，影响细胞增殖和细胞次级代谢产物的获取。A项所述为植物细胞培养的目的，B项为特点，C项为应用。
突破2 单倍体育种
2．如图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米的过程。对此过程的相关描述错误的是( )
A．B→E过程中细胞全能性的高低发生了改变
B．C试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞
C．A植株和F植株体细胞中的染色体组数相同
D．培养出的F植株一般不能直接应用于扩大种植
解析：选C。该过程是植物组织培养，实际上就是植物花药离体培养。B是配子细胞，脱分化形成C，此时全能性提高，由C再分化成D其全能性降低。花药是经过减数分裂形成的，因此，花药离体培养后得到的个体F(单倍体)，其染色体只有原母本植株A染色体的一半，其特点是高度不育的，所以要对其幼苗用秋水仙素处理使染色体加倍后再种植。
单倍体育种不同于花药离体培养
花药离体培养是单倍体育种时常用的方法，但花药离体培养得到的一般是不可育的单倍体植株，因而要在花药离体培养获得单倍体幼苗的基础上，用适宜浓度的秋水仙素处理，获得纯合可育的植株，其自交后代不发生性状分离。
核心知识小结
[网络构建] [关键语句]1.植物组织培养技术实现了种苗高效、快速繁殖，也被称为“快速繁殖技术”。植物组织培养时，需要严格执行一定的程序，幼苗在实验室的培养瓶中生长发育，整个生产过程实现微型化、精密化，所以又被称为“微型繁殖技术”。2.人工种子是指将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包埋在具有养分和保护功能的包被中，得到的在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。3.利用植物细胞培养技术生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物，不仅快速、高效，而且不受季节、外部环境等条件的限制。
[随堂检测]
知识点一 植物组织培养技术的应用
1．甘薯种植多年后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是( )
A．选择优良品种进行杂交
B．进行远缘体细胞杂交
C．利用芽尖进行组织培养
D．人工诱导基因突变
解析：选C。利用芽尖通过组织培养能够快速得到大量的甘薯无病毒苗，提高繁殖率。
2．红江橙种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖无病毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的( )
A．有丝分裂 B．分化
C．减数分裂 D．全能性
解析：选C。采用茎尖分生组织离体培养获得无病毒种苗的技术是植物的组织培养，整个过程中植物细胞的分裂方式都是有丝分裂，不涉及减数分裂，植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。
3．制造人工种子的原理是在组织培养得到的“胚状体”的最外面用一层有机膜包裹，并在薄膜以内放入一些营养物质，如图所示。据此判断下列说法不正确的是( )
A．“胚状体”最外面的一层有机膜和里面营养物质分别具有种皮和胚乳的功能
B．“胚状体”来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是脱分化和再分化
C．从保证人工种子正常的生命力及生态系统物质循环上来看，其外部薄膜应具有全透性和能被微生物降解的特点
D．在人工种子萌发的过程中“胚状体”细胞吸收营养液中的物质用于生长等
解析：选C。从保证人工种子正常的生命力上来看，其外部薄膜应具有半透性，可以透气和透水，但是不能让薄膜以内的营养物质出来。
知识点二 植物细胞培养技术的应用
4．下列关于植物组织培养应用的说法，错误的是( )
A．脱毒苗、人工种子的制备都运用了植物组织培养技术
B．采用茎尖、根尖等组织经培养得到的脱毒植物可提高产量和品质
C．运用组织培养得到人参、紫草等植株个体，然后从它们的细胞中提取细胞产物
D．组织培养过程中经人工诱变等可得到有用突变体，如抗除草剂的白三叶草等已用于生产
解析：选C。运用组织培养技术大量生产人参皂苷干粉、紫草素等药物，利用了细胞产物的工厂化生产，并未培养出完整的植株，而是将离体组织、器官培养到愈伤组织阶段，利用细胞的分裂增殖，获得大量的细胞产物。
5．辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域，其获得途径如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．图中愈伤组织、脱毒苗和高产细胞系的获得都体现了植物细胞的全能性
B．图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程
C．②过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理
D．用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶
解析：选A。细胞的全能性是指已经分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能，图中脱毒苗的获得体现了植物细胞的全能性，愈伤组织和高产细胞系的获得都没有体现植物细胞的全能性，A错误；图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程，B正确；再分化过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理，以诱导细胞分化的方向，C正确；用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶，以分解植物细胞之间的成分，D正确。
6．如图是植物组织培养的简图。请据此回答有关问题：
①②③―→④
(1)①表示______________________，它能被培养成为④的根本原因是________
________________________________________________________________________。
(2)③→④过程需要光照，原因是__________________________________________。
(3)若想培育作物脱毒苗，①常选用植物的__________；若想制作人工种子，应该选用__________(填编号)。
(4)若①是花粉，则④是__________，这项技术可用在________(填育种方法)上。
(5)若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片颜色是________，这说明了根尖细胞____________，与叶肉细胞相比，④的根细胞没有叶绿素，这是________________的结果。
(6)紫草素是紫草的细胞产物，可用于制造治疗烫伤、割伤的药物，若用此项技术生产紫草素，培养将进行到________(填编号)。
解析：(1)由于细胞具有全能性，所以①能被培养成为④。(2)③→④过程是叶等器官分化形成的过程，叶绿素的形成需要光照条件。(3)若想培育作物脱毒苗，需要选用无病毒的外植体，植物茎尖的分生组织具有旺盛的分裂能力，有极少量的甚至没有病毒入侵；若想制作人工种子，应该选用③。(4)花粉离体培养获得的是单倍体植株，单倍体植株可用于单倍体育种。(5)根细胞具有发育成为完整个体所必需的全部基因，所以根细胞培养成的④的叶片是绿色的，由于基因的选择性表达，④的根细胞没有叶绿素。(6)愈伤组织能大量产生细胞产物，用组织培养技术生产紫草素应将培养进行到愈伤组织阶段。
答案：(1)离体的植物器官、组织或细胞 细胞中含有发育成为完整个体所必需的全部遗传信息(全能性)
(2)芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件
(3)茎尖 ③ (4)单倍体 单倍体育种 (5)绿色
具有全能性 基因选择性表达 (6)②
[课时作业]
一、选择题
1．甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化，目前生产上采用组织培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量。那么采用的组织应该是( )
A．叶肉 B．根毛
C．茎尖 D．花粉
解析：选C。刚分裂形成的芽尖、茎尖或根尖还没有受到病毒侵染，可用作获取无病毒植株的实验材料，C项正确。
2．仅运用植物组织培养技术，不能培育或生产出( )
A．抗虫棉 B．无病毒植株
C．人工种子 D．细胞产物——生物碱
解析：选A。抗虫棉需首先通过转基因技术把外源抗虫基因转入棉花细胞，然后再通过植物组织培养技术培育获得。而无病毒植物的培育、人工种子及细胞产物——生物碱仅通过植物组织培养技术即可获得。
3．经植物组织培养技术培养出来的植物一般很少有植物病毒危害，其原因在于( )
A．在组织培养过程中经过了脱分化和再分化，进行的是快速分裂和分化
B．人工配制的培养基上，植物病毒根本无法生存
C．进行组织培养用的材料是刚分裂产生的茎尖、根尖或芽尖
D．接种组织培养之前进行了严格的消毒处理
解析：选C。进行组织培养用的材料是刚分裂产生的茎尖、根尖或芽尖，不含植物病毒，且培养是在无菌条件下进行的，所以经植物组织培养技术培养出来的植物一般很少有植物病毒危害，C正确；A、B、D选项与原因无关。
4．对人工种子科学的解释是( )
A．通过科技手段人工合成的种子
B．利用植物组织培养技术获得的种子
C．种皮能够自我生成的种子
D．人工种子发芽率低
解析：选B。人工种子是经植物组织培养获得胚状体、不定芽等，然后经人工薄膜包装得到的种子。
5．某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是( )
A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗
B．采用花粉粒组织培养获得单倍体幼苗
C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上
D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养
解析：选B。利用扦插、嫁接、植物组织培养的方法能快速繁殖种苗，且能够保持亲本的优良性状；花粉粒离体培养可获得单倍体幼苗，其性状可能与亲本不一样。
6．下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是( )
A．利用花药离体培养得到单倍体植株
B．利用基因工程培养抗虫棉的棉花植株
C．利用细胞工程培养“番茄—马铃薯”杂种植株
D．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到相应的多倍体植株
解析：选D。花药离体培养得到单倍体，由配子发育形成个体，需要采用植物组织培养技术，体现植物细胞的全能性，A错误；通过基因工程的方法获取含抗虫基因的棉花细胞，经过植物组织培养获得抗虫棉植株，B错误；植物体细胞杂交形成“番茄—马铃薯”杂种细胞，经过植物组织培养形成杂种植株，C错误；利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到多倍体植株，是植物的正常发育，没有利用植物组织培养技术，D正确。
7．如图表示基因型为AaBb的水稻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的培育过程。下列相关叙述错误的是( )
A．愈伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团
B．在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养物质
C．为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜浓度的生长素等植物激素
D．试管苗可能出现的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabb
解析：选D。花粉是通过减数分裂形成的，其基因型为AB或Ab或aB或ab，由花粉发育而来的个体未经秋水仙素处理，是单倍体。
8．下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断不正确的是( )
A．若①是来自两种植物体细胞融合的杂种细胞，则④可能出现两种植物的遗传特性
B．若①是花粉，则④是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种
C．若①是人参细胞，对②进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量
D．若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行繁育会发生性状分离
解析：选D。若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，由于具有两种生物的遗传物质，可能出现两种植物的遗传特性，故A正确；若①是花粉，植物组织培养得到的是单倍体植株，经染色体加倍后可得到纯合子，故B正确；细胞产物的工厂化生产用到的细胞是愈伤组织，为图中的②，故C正确；由于植物组织培养属于无性繁殖，不会发生性状分离，故D错误。
9．二倍体植株采用花药离体培养获得单倍体植株，再经人工诱导培育出新品种，育种过程中不涉及( )
A．用秋水仙素处理萌发的种子 B．细胞分裂
C．愈伤组织的形成 D．染色体数目加倍
解析：选A。采用花药离体培养获得单倍体植株后，直接对幼苗使用秋水仙素，没有涉及种子。
10．下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述中正确的是( )
A．②和③阶段会发生减数分裂
B．①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素
C．①阶段有细胞增殖但无细胞分化
D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
解析：选C。在植物组织培养过程中涉及有丝分裂，没有减数分裂，A错误；在植物组织培养过程中，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，B错误；植物组织培养技术包括脱分化和再分化两个阶段，而过程①是脱分化阶段，有细胞增殖但无细胞分化，C正确；根据题干可知，兰花是四倍体植物，减数分裂后产生的生殖细胞中含有两个染色体组，因此由花药离体培养获得单倍体植株，体细胞中含有2个染色体组，D错误。
11．基因工程打破了物种之间交流的界限，为花卉育种提供了新的技术保障。下图为花卉育种的过程(字母代表相应的物质或结构，数字代表过程或方法)。下列说法正确的是( )
A．①过程需要的酶有限制酶和DNA聚合酶
B．检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，采用抗原—抗体杂交技术
C．②过程常用的方法是农杆菌转化法
D．③④过程为分化和再分化，该过程体现了植物细胞的全能性
答案：C
12．某农学院对玉米(2N＝20)的花粉进行离体培养和再生植株的研究(图示如下)，下列有关叙述中哪项是不正确的( )
A．图示过程在育种中称为单倍体育种
B．在花粉形成过程中等位基因分离，非同源染色体的非等位基因自由组合
C．对培养基进行灭菌，对花粉进行消毒后才能进行接种和培养
D．花粉离体培养得到的植株有10条染色体，是单倍体
解析：选A。图示过程在育种中称之为花药的离体培养，为单倍体植株，而在单倍体育种中还需要秋水仙素处理单倍体幼苗，故A错误；花粉的形成过程就是减数分裂的过程，减数第一次分裂后期，等位基因随着同源染色体的分开而分离，而位于非同源染色体上的非等位基因自由组合，故B正确；为了防止杂菌对组织培养过程的干扰，对培养基灭菌和花粉消毒后才能进行接种和培养，故C正确；花粉离体培养得到的植株有10条染色体且不成对，是单倍体，故D正确。
二、非选择题
13．玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作，如图是关于玉米培养的过程，请据图回答下列问题：
(1)如图A→C，发育成植株D，取D的花药进行离体培养的幼苗，属于________，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G；从生殖方式上分析，A→D属于______生殖。
(2)取茎尖进行培养的原因是___________________________________________。
(3)A→C的过程要严格控制________条件。
(4)F→G的过程中用________处理，使细胞染色体数目加倍，用E→G途径育种的优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用________育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用________________技术。
解析：(1)取D的花药进行离体培养成幼苗，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G，此过程属于单倍体育种，从生殖方式上分析，A→D属于无性生殖。
(2)由于茎尖细胞几乎无病毒，则可通过组织培养形成无毒苗。
(3)在植物组织培养过程中，要严格控制无菌条件。
(4)F→G的过程中用秋水仙素处理，使细胞染色体数目加倍；用E→G途径进行单倍体育种的优点是直接得到稳定遗传的优良品种，自交后代不发生性状分离，极大地缩短了育种年限。
(5)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用基因工程育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用植物体细胞杂交技术。
答案：(1)单倍体 无性 (2)分生区附近病毒极少，甚至无病毒 (3)无菌 (4)秋水仙素 直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限 (5)基因工程 植物体细胞杂交
14．如图表示通过二倍体植株甲(自花传粉植物)和植株乙培育植株A、B、C、D、E的过程，其中植株甲的基因型为AaBb，两对等位基因分别位于两对同源染色体上。请据图回答下列问题：
(1)植株A是____倍体，经秋水仙素处理后获得的植株B的基因型为__________________________。
(2)培养植株D的过程中，由离体细胞形成愈伤组织的过程称为________，若要制备人工种子，则需诱导愈伤组织形成________结构，再包裹上人工种皮。
(3)获得植株E的过程称为____________________，其过程中两个原生质体融合时，常用的诱导剂是________________________________________________________。
(4)植株A、D、E的培育过程中都需要采用的生物技术是________________，其理论基础是______________。植株A、B、C、D、E中可能与植株甲的基因型相同的是植株________。
解析：(1)甲植株的花粉离体培养得到的植株A为单倍体植株。植株甲的基因型为AaBb，花粉的基因型有AB、Ab、aB、ab，经秋水仙素处理后获得的植株B的基因型为AABB或AAbb或aaBB或aabb。(2)培养植株D的过程中，由离体细胞形成愈伤组织的过程称为脱分化，若要制备人工种子，则需诱导愈伤组织形成胚状体结构，再包裹上人工种皮。(3)获得植株E的过程称为植物体细胞杂交，其过程中两个原生质体融合时，常用的诱导剂是聚乙二醇。(4)植株A、D、E的培育过程中都需要采用的生物技术是植物组织培养，其理论基础是植物细胞的全能性。植株A、B、C、D、E中，植株A为单倍体，植株B是纯合体，植株E是多倍体，所以可能与植株甲的基因型相同的是植株C、D。
答案：(1)单 AABB或AAbb或aaBB或aabb
(2)脱分化 胚状体 (3)植物体细胞杂交 聚乙二醇
(4)植物组织培养 植物细胞的全能性 C、D
15．如图表示植物组织培养的大体过程，请回答问题：
(1)外植体是指____________________________________________________。
由外植体通过植物组织培养技术培育出完整植株，这项技术利用了________________原理。通过组织培养技术进行植物繁育，可以很好地保持亲本的优良性状，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)阶段A、B分别代表_________________________________________________。
过程①、②分别表示___________________________________________________。
(3)将B结构用适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等(即人工种皮)加以包裹，可制成人工种子。为促进人工种子生长发育，人工种皮里还应该含有的物质是________________。
(4)选择人参根作为外植体进行培养，在________阶段通过发酵可大量生产人参皂苷。
解析：由离体的器官、组织或细胞(外植体)通过一定的方法培育出新的植株，操作水平为细胞水平，属于细胞工程。因为有完整个体形成，体现了植株细胞的全能性。植物组织培养经脱分化形成的愈伤组织，不仅可再分化发育成完整植株，还可通过发酵技术生产大量的细胞代谢产物。
答案：(1)用于离体培养的植物器官、组织或细胞 植物细胞的全能性 子代遗传物质与亲代相同，不会像有性生殖一样出现性状分离 (2)愈伤组织、胚状体 脱分化、再分化 (3)生长调节剂 (4)A(或愈伤组织)
16．紫薯又称黑薯，含有丰富的花青素。花青素具有抗癌、抗氧化等作用，生产上以紫薯细胞作生物反应器提取花青素。沈阳农大的研究人员研究叶片的不同位置对愈伤组织诱导的影响，结果如下。据图回答下列问题：
(1)实验中2，4?D的作用是诱导________________的形成，抑制植物形态的发生。观察叶片不同部位在同一浓度中的诱导率，可得出的结论是_____________________________。
(2)以紫薯细胞作生物反应器生产花青素利用__________________技术，该过程的核心步骤是________________________________________________________________________。
(3)生产上还可通过微型繁殖技术培育紫薯苗用于大田栽培，该技术的原理是____________________。使用该技术可以保持品种的_________________________________。
答案：(1)植物愈伤组织 最适合诱导的部位是叶中
(2)植物组织培养 脱分化 (3)植物细胞的全能性 遗传特性
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第二章 细胞工程
第二章 细胞工程
遗传特性
高效
快速
产量和品质
马铃薯
无性繁殖
环境因素
快
一定阶段
细胞培养
短
可控
花药的离体培养
单倍体
纯合二倍体
稳定遗传
缩短
√
×
×
×
×
组织培养
无性
遗传
集约
分生
茎尖生长点
热处理
胚状体
人工种皮
胚状体
人工胚乳
人参根
愈伤组织
人参皂苷
液体
细胞进行破碎
细胞悬液
细胞产物
次生
胚状体
愈伤组织
秋水仙素
纺锤体
着丝点
染色体数目
高度不育
缩短育种周期
培育无
病毒植
物
单倍
体育
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