第一节细胞工程概述
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第一节细胞工程概述
课标领航
通过本节的学习
1．了解细胞工程的发展。
2．简述细胞工程的基本技术。
3．举例说出细胞工程的应用。
情景导引
山东的金乡县是全国闻名的大蒜之乡。该县农科所与中国农科院联合成功开发和培育出的品质好、产量高的新品种——脱毒大蒜，是细胞工程的又一成果。什么是细胞工程？是如何发展起来的？包括哪些基本技术？在哪些方面得到了应用？
一细胞工程的发展
时间 人物 事件
1907年 哈里森 开创动物细胞培养的先河
1937年 高特里特等 首次成功进行________________培养
1972年 卡尔逊等 获得世界上第一个____________植株
1997年 伊恩·维尔穆特等 首次____出绵羊“多利”
二、细胞工程的基本技术
1．细胞工程的概念
(1)单位：细胞。
(2)条件：体外_____条件下进行培养、繁殖。
(3)技术手段：植物细胞与组织培养、_________、细胞核移植等。
(4)目的：使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良生物品种、创造新品种和加速繁育生物个体，以及获得某些有用的______________
2．分类
(1)根据研究对象分为：
①植物细胞工程。
②动物细胞工程。
③_______________。
(2)根据所使用技术的不同分为：
①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，将其放在适当的培养基上，给予必要的生长条件，使它们在体外继续生长、增殖与分化，形成新的组织、器官和个体的技术。
②细胞融合技术：采用自然或人工的方法使2个或多个不同细胞融合为_________的技术，常用的促融合方法有生物法、化学法和物理法等。植物细胞融合前用___________等去除细胞壁。
③细胞核移植技术：将一个细胞的细胞核转移到另一个___________的细胞中，从而使________获得新的遗传信息，产生新的生命迹象的技术。
④染色体工程：人们按照一定的设计，有计划地消减、添加或替换同种或异种染色体，从而达到_____改变遗传性状和选育新品种的一种技术。
思考感悟
1．1978年，梅尔彻斯等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯—番茄”。像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。却没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯，你能分析其中的原因吗？
【提示】 主要原因是：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，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了
三、细胞工程的应用
1．快速培养花卉及濒危植物：利用_____的植物细胞、组织或器官在特定的条件下，通过_________、再分化等过程培育新植株，如名贵花卉郁金香等。
2．获得无病毒作物：植物_______附近，如茎尖、根尖，因很少被病毒感染，甚至无病毒，而被用来培育________植株。
3．开发洁净能源减少环境污染：如利用单细胞生物在特定条件下产生的______作为燃料。
4．繁殖优良家畜品种及濒危动物
5．医疗领域的应用：(1)开发和生产各种____、_____。
(2)成为器官移植的新来源等。
思考感悟
2．我国青岛崂山森淼生物技术研究所曾培育出携带有转β-干扰素基因的克隆羊。试从它们的培育过程，谈谈细胞工程与其他生物工程的关系。
【提示】 将人的β-干扰素基因转移到羊的体内必须利用基因工程中的转基因技术；将转有β-干扰素基因的受精卵再培养成克隆羊，又必须利用细胞工程(核移植)和胚胎工程(胚胎培养与移植)，故由此可知，生物工程中的基因工程、细胞工程与胚胎工程等是相辅相成的关系。
细胞工程的基本技术分析
1．植物细胞与组织培养技术
(1)依据原理：
(2)培养对象：
(3)培养条件：
(4)培养目的：
2．细胞融合技术
(1)融合原理：
(2)融合对象：。
(3)促融合方法：
(4)融合结果：。
(5)融合过程：
(6)融合意义：
【特别提醒】 植物细胞融合前还需要用纤维素酶和果胶酶等去除细胞壁。
【知识拓展】 不同融合方法的比较
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，即都依据细胞膜所具有的流动性。
类型区别 生物法 化学法 物理法
诱导剂(方法) 疱疹病毒、仙台病毒、天花病毒、腮腺炎病毒等 电场
常用方法 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，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
3.细胞核移植技术
(1)概念：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细胞中去，从而使受体细胞获得新的遗传信息，产生新的生命现象的技术。
(2)处理方法： 。
(3)体细胞： 。
(4)卵细胞：
(5)操作仪器：显微操作仪。
4．染色体工程
(1)处理方法：消减、添加或替换同种或异种染色体。
(2)目的：定向改变遗传性状和选育新品种。
(3)应用：用于培育抗病新品种(如多倍体育种)；也是基因定位和染色体转移等基础研究的有效手段。
例：白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短、耐热性强和易贮藏等优点。如图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图。请回答下列问题
(1)过程①应使用__________________酶。
(2)过程②常用的化学试剂是________________。
(3)过程④的细胞分裂方式为________________。
(4)通常情况下，白菜和甘蓝不能杂交成功，原因是________________________，上述方法克服了________________的障碍。
：
训练：如图所示为农作物新品种的育种方式：
(1)图示育种方式涉及到的生物工程技术有：________、____________。
(2)⑤过程中常用的运载体是________；⑤过程表示的基因操作步骤是________________________________________________________________________
(3)上述育种与传统杂交育种相比，突出优点是___________________
【思路点拨】 本题综合考查基因工程和细胞工程的操作过程和应用，应从以下两方面分析：
①基因工程和细胞工程的操作工具和过程。
②基因工程与传统育种相比有哪些优点
课标领航
通过本节的学习
1．了解细胞工程的发展。
2．简述细胞工程的基本技术。
3．举例说出细胞工程的应用。
情景导引
山东的金乡县是全国闻名的大蒜之乡。该县农科所与中国农科院联合成功开发和培育出的品质好、产量高的新品种——脱毒大蒜，是细胞工程的又一成果。什么是细胞工程？是如何发展起来的？包括哪些基本技术？在哪些方面得到了应用？
一细胞工程的发展
时间 人物 事件
1907年 哈里森 开创动物细胞培养的先河
1937年 高特里特等 首次成功进行________________培养
1972年 卡尔逊等 获得世界上第一个____________植株
1997年 伊恩·维尔穆特等 首次____出绵羊“多利”
二、细胞工程的基本技术
1．细胞工程的概念
(1)单位：细胞。
(2)条件：体外_____条件下进行培养、繁殖。
(3)技术手段：植物细胞与组织培养、_________、细胞核移植等。
(4)目的：使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良生物品种、创造新品种和加速繁育生物个体，以及获得某些有用的______________
2．分类
(1)根据研究对象分为：
①植物细胞工程。
②动物细胞工程。
③_______________。
(2)根据所使用技术的不同分为：
①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，将其放在适当的培养基上，给予必要的生长条件，使它们在体外继续生长、增殖与分化，形成新的组织、器官和个体的技术。
②细胞融合技术：采用自然或人工的方法使2个或多个不同细胞融合为_________的技术，常用的促融合方法有生物法、化学法和物理法等。植物细胞融合前用___________等去除细胞壁。
③细胞核移植技术：将一个细胞的细胞核转移到另一个___________的细胞中，从而使________获得新的遗传信息，产生新的生命迹象的技术。
④染色体工程：人们按照一定的设计，有计划地消减、添加或替换同种或异种染色体，从而达到_____改变遗传性状和选育新品种的一种技术。
思考感悟
1．1978年，梅尔彻斯等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯—番茄”。像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。却没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯，你能分析其中的原因吗？
【提示】 主要原因是：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，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了
三、细胞工程的应用
1．快速培养花卉及濒危植物：利用_____的植物细胞、组织或器官在特定的条件下，通过_________、再分化等过程培育新植株，如名贵花卉郁金香等。
2．获得无病毒作物：植物_______附近，如茎尖、根尖，因很少被病毒感染，甚至无病毒，而被用来培育________植株。
3．开发洁净能源减少环境污染：如利用单细胞生物在特定条件下产生的______作为燃料。
4．繁殖优良家畜品种及濒危动物
5．医疗领域的应用：(1)开发和生产各种____、_____。
(2)成为器官移植的新来源等。
思考感悟
2．我国青岛崂山森淼生物技术研究所曾培育出携带有转β-干扰素基因的克隆羊。试从它们的培育过程，谈谈细胞工程与其他生物工程的关系。
【提示】 将人的β-干扰素基因转移到羊的体内必须利用基因工程中的转基因技术；将转有β-干扰素基因的受精卵再培养成克隆羊，又必须利用细胞工程(核移植)和胚胎工程(胚胎培养与移植)，故由此可知，生物工程中的基因工程、细胞工程与胚胎工程等是相辅相成的关系。
细胞工程的基本技术分析
1．植物细胞与组织培养技术
(1)依据原理：
(2)培养对象：
(3)培养条件：
(4)培养目的：
2．细胞融合技术
(1)融合原理：
(2)融合对象：。
(3)促融合方法：
(4)融合结果：。
(5)融合过程：
(6)融合意义：
【特别提醒】 植物细胞融合前还需要用纤维素酶和果胶酶等去除细胞壁。
【知识拓展】 不同融合方法的比较
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，即都依据细胞膜所具有的流动性。
类型区别 生物法 化学法 物理法
诱导剂(方法) 疱疹病毒、仙台病毒、天花病毒、腮腺炎病毒等 电场
常用方法 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，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
3.细胞核移植技术
(1)概念：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细胞中去，从而使受体细胞获得新的遗传信息，产生新的生命现象的技术。
(2)处理方法： 。
(3)体细胞： 。
(4)卵细胞：
(5)操作仪器：显微操作仪。
4．染色体工程
(1)处理方法：消减、添加或替换同种或异种染色体。
(2)目的：定向改变遗传性状和选育新品种。
(3)应用：用于培育抗病新品种(如多倍体育种)；也是基因定位和染色体转移等基础研究的有效手段。
例：白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短、耐热性强和易贮藏等优点。如图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图。请回答下列问题
(1)过程①应使用__________________酶。
(2)过程②常用的化学试剂是________________。
(3)过程④的细胞分裂方式为________________。
(4)通常情况下，白菜和甘蓝不能杂交成功，原因是________________________，上述方法克服了________________的障碍。
：
训练：如图所示为农作物新品种的育种方式：
(1)图示育种方式涉及到的生物工程技术有：________、____________。
(2)⑤过程中常用的运载体是________；⑤过程表示的基因操作步骤是________________________________________________________________________
(3)上述育种与传统杂交育种相比，突出优点是___________________
【思路点拨】 本题综合考查基因工程和细胞工程的操作过程和应用，应从以下两方面分析：
①基因工程和细胞工程的操作工具和过程。
②基因工程与传统育种相比有哪些优点