高三生物038.doc

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期数： 0512 SWG3 038
学科：生物 年级：高三 编稿老师：郭彩凤
审稿老师：高毅

预　习 篇
[同步教学信息]

细胞工程
【教材阅读提示】（重要内容提示）
1．细胞工程的概念（A知道）
2．细胞的全能性（C理解）
3．植物组织培养技术及应用（A知道）
4．植物体细胞杂交技术及应用（A知道）
5．动物细胞培养技术及应用（A知道）
6．动物细胞融合技术及应用（A知道）
7．单克隆抗体技术及应用（A知道）
8．胚胎移植、核移植技术及应用（A知道）
【学习方法导航】
1．本节知识包括两部分：植物细胞工程和动物细胞工程，植物细胞工程讲述了细胞全能性、植物组织培养和植物体细胞杂交等三方面的内容，其中细胞全能性是其余两项技术的理论基础，动物细胞工程常用的技术，本部分复习中除了介绍最基本的三项技术外还加入了教材中的阅读部分的胚胎移植和核移植技术，其中细胞培养技术是其它技术的基础。
2.本部分内容是建立在细胞分裂、分化知识的基础上的，与细胞的相关知识紧密联系，又与现代工程学手段结合，生物学前沿的知识，在学习中应主动联系生产实践，用细胞工程技术解决实际问题。
3．本部分知识的学习重点在于细胞工程各技术手段的具体操作环节及需要注意的问题。
4．学习中应加强各常用技术手段之间的联系，并与其他生物工程技术联系。如基因工程、发酵工程等
【基础知识构建】
（一）．细胞工程的概念：
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，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
细胞工程的种类：植物细胞工程和动物细胞工程
（二）植物细胞工程：理论基础是细胞具有全能性。
1．细胞的全能性
（1）概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性，叫做细胞的全能性。
(2)基础：
从理论上讲，每个细胞都包含该物种的全部遗传物质(全部基因)，所以每个活细胞都应具有全能性。体内细胞不表现出全能性，而是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达，形成不同的组织和器官
(3) 全能性大小：
受精卵>生殖细胞>体细胞
总体来说：植物细胞的全能性高于动物细胞
(4)实现条件：
离体、提供营养物质、激素及其他适宜条件。

无菌条件下脱分化
再分化
(高度分化)
加激素等物质
特点：疏松、高度液泡化、薄壁
2．常用技术手段
(1)植物组织培养
1)培养过程：
加营养、激素等物质
离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 根和芽或胚状体 植物体

2)应用：①快速繁殖、培育无病毒植物体(如脱毒马铃薯)
②生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等(如提供紫草素)
③制造人工种子
④用于转基因植物的培养等
(2)植物体细胞杂交
1)概念：用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并将其培育成新植物体的方去壁
法。
脱分化
再生细胞壁
融合
植物细胞甲 原生质体甲
去壁
2)过程： 新的原生质体 杂种细胞 愈伤组织
再分化
植物细胞乙 原生质体乙

杂种植物
①酶解法去除细胞壁：常用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁，以获得可融合的原生质体，去壁细胞的原生质呈圆球形。
②诱导植物原生质体融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等；化学方法常用聚乙二醇(PEG)等试剂。
③依据的原理：细胞的全能性、细胞膜的流动性
④融合的原生质的类型：甲-甲型、乙-乙型、甲-乙型，其中符合要求的是甲-乙型，故需要筛选。
⑤杂种植株为异源多倍体。此过程为有性生殖。
⑥植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术。
3) 实例：番茄与马铃薯体细胞杂交，培育出 “番茄马铃薯”杂种植株
4)存在问题：还不能按照人们的意愿在杂种植株上表达两个亲本的遗传特性。
5）意义：克服植物远源杂交不育的障碍，获得植物新品种
（二）动物细胞工程
1.常用技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植
2．各种技术手段的基础：动物细胞培养
3．具体技术操作及应用：
(1)动物细胞培养：
1）培养基成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清。
2）过程
动物胚胎或幼龄动物的组织、器官
胰蛋白酶
细胞悬浮液
10代细胞
50代细胞(遗传物质改变)
原代培养
传代培养
细胞株
细胞系(无限传代)

3）应用：①大规模生产蛋白质生物制品，如干扰素、乙肝疫苗等。
②检测有毒物质（根据发生染色体变异细胞所占的百分比）。
③医学上用于皮肤移植和病理、药理及生理的研究。
(2)动物细胞融合与单克隆抗体
动物细胞融合技术最重要的用途是制备单克隆抗体
1)什么是单克隆抗体：就是用单个B淋巴细胞进行无性繁殖，也就是通过克隆，形成细胞群，这样的细胞群就有可能产生出化学性质单一、特异性强的抗体——单克隆抗体。
用这种方法制备抗体的优点是：抗体的特异性强，纯度高，产量大，抗体种类丰富。
2)单克隆抗体的制备过程：
效应B淋巴细胞
骨髓瘤细胞
细胞融合特定培养基
灭活的仙台病毒
杂交瘤细胞
体内培养

体外培养
从培养液中或体液中提取
单克隆抗体

3)应用：可用于疾病诊断、治疗，如单抗诊断盒、生物导弹等。
动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较

动物细胞融合
植物体细胞杂交
原理
细胞膜的流动性
细胞膜的流动性和细胞的全能性
目的
主要是为获得细胞产品
获得杂种植株
杂交前的细胞处理
用胰蛋白酶处理动物组织获得单个细胞
用酶解法获得相应的原生质体
常用的促融技术
灭活的仙台病毒或PEG
物理法：离心、振动、电刺激
化学法：用PEG作诱导剂
杂交过程
略
略
应用
制备单克隆抗体
克服植物远源杂交不育的障碍，获得植物新品种
(3)哺乳动物的胚胎移植
1）过程：精子和卵细胞在试管中形成受精卵，并培育成早期胚胎后，再移植到母体子宫中去，继续发育成幼体（试管动物）。
2）应用：①快速繁殖良种动物，即培育试管动物
②解决人类不孕的问题，即培育试管婴儿
3）注意：此过程是有性生殖过程，只是精卵结合的过程在体外完成。
（4）核移植
胚胎移植
甲羊乳腺细胞细胞核
重组细胞→早期胚胎 丙羊子宫→克隆羊
乙羊卵细胞的细胞质

*制约细胞体积的因素
目前发现最小的细胞是支原体。器官的大小与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关。这种关系有人称之为细胞体积的守恒定律。多细胞真核生物细胞体积趋向于小。制约这类细胞体积的因素有三个方面：一是细胞的相对表面积与体积的关系，细胞体积越小，其相对表面积越大，细胞与外界交换物质能力越强；二是细胞核与质之间有一定的关系：一个核内所含的遗传信息是有一定的限度的，所能控制细胞活动也就有一定的限度，使细胞不可能太大；三是细胞内物质的交流受体积的制约，细胞体积过大，影响物质流速，细胞内的生命活动就不能灵敏地控制与缓冲。
【应用举例】
例1：有关全能性的叙述，不正确的是
　　   A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高
　　   B.生物体内细胞由于分化全能性不能表达
　　   C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高
　　   D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性
解析：从以下几方面入手分析：首先受精卵是个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分化形成完整的个体，所以全能性最高；第二，体内每个体细胞都是通过有丝分裂形成，都是通过有丝分裂形成，都含有发育成完整个体所必需的全部基因。理论上讲都应该具有全能性。但由于分化，基因在不同的细胞中选择表达。因而体内细胞并没有表达出全能性；再者，卵细胞在一定条件下，全能性表现比体细胞高。但与受精卵不同，细胞的分化程度也很高；第四，分化的植物细胞具有全能性，但要表达必须在一定条件下离体培养。
　答案：C
例2：下列属于组织培养的是：
　　A、花粉培养成单倍体植株 　　B、芽发育成枝条
　　C、根尖分生区发育成成熟区 　　D、未受精的卵发育成植株
　解析：从以下几方面入手分析：首先组织培养是指离体的植物器官、组织或细胞经脱分化、再分化形成完整植物体的过程。花粉能培养成单倍体植株，是在一定条件下离体培养形成的。第二，芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区，是体内分化的器官和组织形成了机体一部分，未受精的卵发育成植株，不在离体的情况进行，而受母体的调控完成。
　　此题容易出现的思维障碍对组织培养的概念不清。
　　排除障碍的方法是：①深入理解组织培养的概念，清楚进行组织培养一定是离体的植物器官、组织或细胞，而且已不受母体的控制。②培养的过程必须在一定的营养物质、激素和其他外界条件下进行。
　答案：A
例3：动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是
　　A、诱导融合的方法完全相同  B、所用的技木术手段完全相同
　　C、所采用的原理完全相同    　D、都能形成杂种细胞
解析：需从如下几方面入手分析，首先两种细胞工程技术中都要进行细胞融合，且融合的技术基本相同；第二.诱导的方法，除动物细胞的融合常用灭活的病毒做诱导剂外，其他的两者基本相同；第三.两者采用的原理不同，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，最终形成的是杂种细胞，植物体细胞杂交是细胞的全能性，最终杂种细胞形成的是杂种植株。
　　此题容易出现的思维障碍是分辨不清动物细胞融合与植物体细胞杂交的区别。
排除障碍的方法是：比较两种工程技术的过程，从方法、手段、原理及结果等方面分析相同点和不同。除诱导融合的方法及原理有区别，其余基本相同。
答案：D
例4：世界上第一只克隆绵羊“多莉”的培育程序如下图所示。看图后回答问题：
　　（１）写出图中a、b所指的细胞工程名称：a             ；b               。
　　（２）实施细胞工程a时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是_______。
　　（３）“多莉”面部的毛色是_______，
　　请根据遗传学原理说明判断根据________。
　　（４）继植物组织培养之后，克隆绵羊的培育成功，证明动物细胞也具有_______。
　　（５）请举一例，说明克隆绵羊成功的实际意义是__________________________。

解析：此题需要学生了解细胞全能性、核移植技术、胚胎移植技术和克隆技术等知识。
核移植技术就是用显微手术的方法将供体细胞的细胞核转移到去掉细胞核的受体细胞中。卵细胞常充当受体细胞，因其体积较大，易于操作。这样获得的卵细胞相当于一个受精卵，经激活后，进行胚胎发育而发育成一个新个体。
　　核移植技术一定离不开胚胎移植，这是因为，目前科学还不能做到在离体条件下使受精卵细胞发育成新个体，而是要把发育着的胚胎重新移植到另外一个母性动物的子宫内，使其妊娠产子，也就是人们所说的 “人工妊娠”或“借腹怀胎”。
　　在“多莉”的克隆过程中,供体细胞取自白面绵羊的乳腺细胞，经动物细胞培养，获得几千个遗传上一致的细胞；受体细胞则取自苏格兰黑绵羊的卵细胞。
　　然后科学家先除去卵细胞中的细胞核,然后通过细胞融合,将供体细胞的核引入，再将由此而形成的新的胚胎移植到另一绵羊体内。如果小绵羊能够产出,其细胞核内的遗传物质全部来自白面绵羊，因此它也应为白色的小绵羊。
　　动、植物个体都是由一个受精卵发育来的，受精卵要经过许许多多次有丝分裂，使细胞增殖，同时增殖的细胞还不断分化出不同的细胞、组织等。有丝分裂过程中，细胞内的遗传物质总是精确地拷贝一份再平均分配到子细胞中去，每一个细胞都包含本物种全套的遗传物质。因此，动、植物细胞具有发育成一个新个体的潜能，这叫做“细胞的全能性”。植物组织培养的成功证明了植物细胞的全能性；克隆绵羊“多莉”的诞生，证明了动物细胞也具有全能性。
克隆绵羊培育成功的实际意义很广泛。如对于保存濒危物种、繁育优良品种、医学上克隆器官等。
答案：
　　（１）细胞核移植　胚胎移植　　
　　（２）卵细胞体积大，易操作，通过发育可直接表现出性状来。
　　（３）白色“多莉”的全部细胞核基因来自白面绵羊
　　（４）全能性　　　
　　（５）保存频危物种，繁殖优良品种，医学上克隆器官
【强化训练】
同步落实(基础级)
1.科学家用小鼠骨髓瘤细胞与某种细胞融合，得到杂交细胞，经培养可产生大量的单克隆抗体，与骨髓瘤细胞融合的是
A.经过免疫的B淋巴细胞 B.不经过免疫的T淋巴细胞
C.经过免疫的T淋巴细胞 D.不经过免疫的B淋巴细胞
2．下列属于组织培养的是
  A.花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条
  C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精的卵发育成植株
3．可以成为植物组织培养条件的是
  ①CO2 ②有机物 ③生长素 ④细胞分裂素 ⑤水 ⑥矿质元素
  A.①③⑤⑥ B.②③⑤⑥ C.②③④⑤⑥ D.①②⑤⑥
4．下列对动物细胞培养的有关叙述正确的是 
A、动物细胞培养的目的是获得大量的分泌蛋白
  B、动物细胞培养前要用胰蛋白酶使细胞分散
  C、细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过程中
  D、培养至50代后的传代细胞称为细胞株
5．在以下4种细胞工程技术中，培育出的新个体中，体内遗传物质均来自一个亲本的是
A、细胞和组织培养 B、细胞融合
C、动物胚胎移植 D、细胞核移植
6．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，发育成完整植物的是
A．细胞分裂素 B．生长素 C．一定的营养物质 D．包括以上三者
7．愈伤组织是一类
A．高度液泡化的呈无定形态的薄壁细胞 B．排列紧密的细胞群
C．具有小液泡的薄壁细胞 D．形状规则的一群细胞
8．要获得一个杂种植株，需要下列哪种步骤？
A．分离原生质à诱导原生质体融合à组织培养方法à得到杂种植株
B．分离原生质à原生质融合à杂种植株à组织培养方法
C．获取细胞à原生质融合à组织培养à杂种植株à栽培
D．获取细胞à原生质直接融合à组织培养à杂种植株à栽培
9．植物体细胞杂交的结果是
A．产生杂种植株 B．产生杂种细胞
C．原生质体融合 D．形成愈伤组织

同步检测（提高级）
10.下图为细胞融合技术的部分过程，据图回答：

A细胞
D细胞
B细胞
C细胞

(1)若A、B细胞为植物细胞，那么这样的细胞已经过了什么样的处理？
。
(2)若将基因型为AaBB的番茄细胞与基因型为Aabb的番茄细胞融合，融合后的细胞培养成的愈伤组织的基因型是 。
(3)若将染色体为AA+XX的人体细胞与染色体组成为BB+XX的鼠细胞融合，培育成的人-鼠杂种细胞为 倍体，请写出一个染色体组的染色体组成情况
。
(4)上述细胞融合依据的原理是 。
(5)从理论上预测杂交细胞核物质的融合完成应发生在第 次 分裂完成时。

答案：1.A 2.A 3.C 4. B 5.A 6.D 7.A 8.A 9.A
10.(1)用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁 (2)AaaaBBbb (3)A+X或B+X(人和鼠细胞中的X染色体不同) (4)细胞膜具有一定的流动性 (5)一 有丝分裂