資源簡介

第二章 細(xì)胞工程
———高二生物學(xué)人教版（2019）期末復(fù)習(xí)知識大盤點
第一部分：學(xué)習(xí)目標(biāo)整合
1. 簡述植物組織培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交技術(shù)及其應(yīng)用。
2. 簡述動物細(xì)胞培養(yǎng)和體細(xì)胞核移植技術(shù)及其應(yīng)用前景。
3. 舉例說出動物細(xì)胞融合和單克隆抗體技術(shù)及其應(yīng)用。
4. 簡述體外受精、胚胎移植、胚胎分割的基本原理、操作步驟和應(yīng)用價值。
第二部分：教材習(xí)題變式
【教材課后習(xí)題】
1.若下圖表示細(xì)胞工程操作中的某些過程，請回答下列問題。
（1）如果A、B分別是白菜和甘藍的原生質(zhì)體，則C細(xì)胞再生出細(xì)胞壁后需要通過什么技術(shù)才能發(fā)育成雜種植株“白菜—甘藍”？若白菜和甘藍雜交產(chǎn)生了子代，該子代是否可育？為什么？
（2）若該圖表示抗丙肝病毒的單克隆抗體制備過程中的一環(huán)，A細(xì)胞是小鼠骨髓瘤細(xì)胞，則B細(xì)胞表示什么？符合要求的C細(xì)胞應(yīng)具有哪些特點？
（3）如果A、B分別是取自優(yōu)良奶牛的卵細(xì)胞和精子，在進行體外受精時，一般要把A細(xì)胞培養(yǎng)到什么時期？B細(xì)胞則要經(jīng)過什么處理才能與A細(xì)胞結(jié)合為受精卵？
2.2015年10月，我國科學(xué)家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素可以有效降低瘧疾患者的死亡率而獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。青蒿素類藥物的市場需求很大，請你根據(jù)所學(xué)內(nèi)容及以下信息，提出一條提高青蒿素類藥物產(chǎn)量的研究思路。
（1）青蒿素的衍生物一雙氫青蒿素也是很好的抗瘧疾藥物，并且它的藥物活性比青蒿素的高很多；
（2）青蒿素是從黃花蒿中提取的，在黃花蒿產(chǎn)生青蒿素的代謝過程中，某些酶（如FPS酶）起決定性作用；
（3）野生黃花蒿在生長過程中，處于花蕾期時體內(nèi)青蒿素含量最高；
（4）研究人員在對黃花蒿進行組織培養(yǎng)時，發(fā)現(xiàn)它的愈傷組織中沒有青蒿素，但是由愈傷組織再分化形成的芽和苗中均有青蒿素；
（5）四倍體黃花蒿體內(nèi)青蒿素的含量比二倍體高38%，但四倍體植株比二倍體植株矮小很多。
3.在章首頁中介紹的體細(xì)胞克隆猴的培育過程中，我國科學(xué)家經(jīng)過多年的反復(fù)試驗，可以在10s之內(nèi)對卵母細(xì)胞進行去核操作，在15s之內(nèi)將體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞里。有評論者認(rèn)為：該研究的研究者利用“聰明的化學(xué)方法和操作技巧”，攻克了多年來導(dǎo)致體細(xì)胞克隆猴失敗的障礙。培育克隆猴的流程如下圖所示，請結(jié)合圖回答問題。
（1）研究人員在將胎猴的體細(xì)胞注入去核的卵母細(xì)胞前，用滅活的仙臺病毒進行了短暫處理。在此過程中，滅活的仙臺病毒所起的作用是什么？
（2）為了調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達，提高胚胎的發(fā)育率和妊娠率，研究人員將組蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重構(gòu)胚，同時用組蛋白脫乙酰酶抑制劑TSA處理了它。這兩種物質(zhì)發(fā)揮作用的機制是什么？
（3）評論者所說的培育過程中用到的“聰明的化學(xué)方法和操作技巧”，你認(rèn)為具體體現(xiàn)在什么地方？
（4）你認(rèn)為體細(xì)胞克隆猴的成功培育有什么意義？
1.答案：（1）植物組織培養(yǎng)技術(shù)。“白菜—甘藍”子代可育，但白菜和甘藍雜交子代不可育，因為白菜和甘藍都是二倍體，二者的雜交子代是異源二倍體，細(xì)胞中無同源染色體，減數(shù)分裂時無法聯(lián)會，無法產(chǎn)生正常配子，所以不可育。
（2）B細(xì)胞代表能產(chǎn)生特定抗體的B淋巴細(xì)胞。C細(xì)胞既能無限增殖，又能產(chǎn)生抗丙肝病毒的專一抗體。
（3）A細(xì)胞要培養(yǎng)到減數(shù)分裂Ⅱ中期，B細(xì)胞要進行獲能處理。
2.答案：用基因工程技術(shù)將青蒿素基因或雙氫青蒿素基因?qū)胛⑸?，利用微生物合成青蒿素。用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，將外植體脫分化形成愈傷組織，再誘導(dǎo)愈傷組織再分化成胚狀體，獲取青蒿素。將FPS酶基因作為目的基因插入農(nóng)桿菌T-DNA中，用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入青蒿素細(xì)胞，整合到青蒿素染色體DNA上，再利用植物組織培養(yǎng)獲得FPS酶基因表達能力強、青蒿素產(chǎn)量高的品種。用秋水仙素處理黃花蒿種子或幼苗使之成為四倍體，獲取青蒿素?；虿捎闷渌侠矸椒?。
3.答案：（1）誘導(dǎo)胎猴體細(xì)胞和去核的卵母細(xì)胞融合。
（2）組蛋白修飾是表觀遺傳中重要的調(diào)控機制之一。組蛋白去甲基化酶參與形成不同組蛋白甲基化狀態(tài)，調(diào)節(jié)DNA和組蛋白的纏繞程度，從而控制這些DNA與基因轉(zhuǎn)錄因子接觸。調(diào)節(jié)與細(xì)胞分化、細(xì)胞周期阻滯等有關(guān)的蛋白質(zhì)的表達。組蛋白脫乙酰酶抑制劑能選擇性地恢復(fù)這些抑制因子，使細(xì)胞分化。
（3）用滅活的仙臺病毒處理體細(xì)胞，Kdm4d的mRNA注入重構(gòu)胚，同時用TSA處理。
（4）在保護瀕危物種方面，可望利用體細(xì)胞核移植技術(shù)增加這些動物的存活數(shù)量。使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程。用克隆動物做疾病模型能使人們更好地追蹤研究疾病的發(fā)展過程和治療疾病等。
【變式訓(xùn)練】
1.科學(xué)家利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)成功獲得了番茄—馬鈴薯雜種植株，為了便于雜種細(xì)胞的篩選和鑒定，科學(xué)家利用紅色熒光和綠色熒光分別標(biāo)記番茄和馬鈴薯的細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，其培育過程如圖所示。請據(jù)圖回答下列問題：
（1）植物原生質(zhì)體融合過程常利用化學(xué)試劑______誘導(dǎo)，在鑒定雜種原生質(zhì)體時可用顯微鏡觀察，根據(jù)細(xì)胞膜表面的熒光可觀察到______種不同的原生質(zhì)體（只考慮細(xì)胞兩兩融合的情況），當(dāng)觀察到______時，可判斷該原生質(zhì)體是由番茄原生質(zhì)體和馬鈴薯原生質(zhì)體融合而成的。
（2）過程④中的培養(yǎng)基常添加的植物激素是______若番茄細(xì)胞內(nèi)有m條染色體，馬鈴薯細(xì)胞內(nèi)有n條染色體，則理論上“番茄—馬鈴薯”細(xì)胞在有絲分裂后期含______條染色體。此雜種植株的花粉經(jīng)離體培養(yǎng)得到的植株為______倍體。
（3）如果融合的原生質(zhì)體來源于同一株番茄A的兩個細(xì)胞，由該原生質(zhì)體經(jīng)植物組織培養(yǎng)發(fā)育為一個新的植株，那么更常用且能有效地得到相同植株的處理方法是______。
（4）運用所學(xué)知識，簡要說明番茄—馬鈴薯雜種植株沒有實現(xiàn)地上結(jié)番茄、地下結(jié)馬鈴薯的可能原因是______。
2.生物工程技術(shù)在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域有廣泛的用途。請回答下列相關(guān)問題：
（1）紫杉醇是紅豆杉屬植物產(chǎn)生的一種復(fù)雜的次生代謝物，對多種癌癥都有一定的療效。相對于紅豆杉屬植物的基本生命活動而言，紫杉醇_____（填“是”或“不是”）必需的產(chǎn)物。最初用于研究和臨床試驗的紫杉醇都是從紅豆杉的樹皮中提取的。從36株60年生大樹的樹皮中才能提取到約1g紫杉醇，可治療一個癌癥患者。一些地方通過伐樹生產(chǎn)紫杉醇，使野生資源遭受了極大的破壞，保護野生資源和擴大藥源已成為當(dāng)前急需解決的矛盾。而利用植物組織培養(yǎng)，讓_____細(xì)胞產(chǎn)生紫杉醇是一條理想的途徑，此培養(yǎng)方法的基本原理是_____。由于植物細(xì)胞壁的存在，植物的組織培養(yǎng)和克隆有一定的難度，可用_____處理該細(xì)胞，獲得球形的原生質(zhì)體，通過對原生質(zhì)體的培養(yǎng)，獲得能產(chǎn)生紫杉醇的細(xì)胞系，進而獲得紫杉醇，這個過程就是_____（填應(yīng)用名稱）。
（2）許多重要的生物制品，如病毒疫苗、單克隆抗體等，都可以借助動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)來大規(guī)模生產(chǎn)。培養(yǎng)的大多數(shù)細(xì)胞當(dāng)分裂生長到表面相互接觸時，會發(fā)生_____，此時需要用_____酶處理使其分散成單個細(xì)胞，分瓶繼續(xù)培養(yǎng)。分瓶后的細(xì)胞培養(yǎng)稱為_____。細(xì)胞培養(yǎng)液應(yīng)定期更換，以防止_____對細(xì)胞自身造成危害。在單克隆抗體的制備過程中，一項重要技術(shù)起了關(guān)鍵性作用，這項技術(shù)就是_____。現(xiàn)階段，單克隆抗體最廣泛的用途是_____。
3.2018年1月25日，中科院神經(jīng)科學(xué)研究所研究團隊利用類似克隆羊“多莉”的體細(xì)胞克隆技術(shù)克隆的獼猴中中和“華華”，登上了全球頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》的封面，該成果標(biāo)志著中國率先開啟了以體細(xì)胞克隆猴作為實驗動物模型的新時代。如圖是體細(xì)胞克隆猴的技術(shù)流程圖，回答下列問題：
（1）圖示過程涉及的主要技術(shù)包括動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、____________和____________等。
（2）圖中步驟①需要將卵母細(xì)胞培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期后進行去核操作，去掉卵母細(xì)胞核的目的是________________________。
（3）圖中選擇獼猴胚胎期而非成年期的成纖維細(xì)胞進行培養(yǎng)，其原因是__________________________；剛放入培養(yǎng)瓶中的細(xì)胞沉降到瓶底部后首先會出現(xiàn)貼壁生長，大量增殖后會出現(xiàn)_____________，每次傳代培養(yǎng)時，常使用胰蛋白酶處理，該處理的目的是__________________________。
1.答案：（1）聚乙二醇（PEG）；3；融合的原生質(zhì)體表面既有紅色熒光又有綠色熒光
（2）生長素和細(xì)胞分裂素；2（m+n）；單
（3）用適宜濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的番茄A的種子或幼苗
（4）番茄—馬鈴薯雜種植株的細(xì)胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達可能相互干擾，不能像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達
解析：（1）植物原生質(zhì)體融合過程常利用化學(xué)試劑聚乙二醇（PEG）誘導(dǎo)；圖示的實驗中利用紅色熒光和綠色熒光分別標(biāo)記番茄和馬鈴薯的細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，在鑒定雜種原生質(zhì)體時可用顯微鏡觀察，根據(jù)細(xì)胞膜表面的熒光可觀察到3種不同的原生質(zhì)體（只考慮原生質(zhì)體兩兩融合的情況），分別為番茄原生質(zhì)體兩兩融合的紅色原生質(zhì)體、馬鈴薯原生質(zhì)體兩兩融合的綠色原生質(zhì)體以及番茄和馬鈴薯原生質(zhì)體互融合的原生質(zhì)體：當(dāng)觀察到融合的原生質(zhì)體表面既有紅色熒光又有綠色熒光時可判斷該原生質(zhì)體是由番茄原生質(zhì)體和馬鈴薯原生質(zhì)體融合而成的。
（2）過程④為再分化，該過程所用的培養(yǎng)基中需要添加生長素和細(xì)胞分裂素，以調(diào)節(jié)細(xì)胞分化的方向。若番茄細(xì)胞內(nèi)有m條染色體，馬鈴薯細(xì)胞內(nèi)有n條染色體，則形成的雜種細(xì)胞理論上應(yīng)該含有（m+n）條染色體，在“番茄—馬鈴薯”雜種細(xì)胞有絲分裂后期，由于著絲粒分裂，染色體數(shù)目暫時加倍此時細(xì)胞中含2（m+n）條染色體。單倍體是由本物種配子直接發(fā)育成的個體，據(jù)此可知，此雜種植株的花粉經(jīng)離體培養(yǎng)得到的植株為單倍體。
（3）如果融合的原生質(zhì)體來源于同一株番茄A的兩個細(xì)胞，那么用適宜濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的番茄A的種子或幼苗得到該番茄多倍體植株，與融合原生質(zhì)體發(fā)育成的植株相同，而且這種方法更容易操作。
2.答案：（1）不是；愈傷組織；細(xì)胞增殖纖維素酶和果膠酶；細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)
（2）接觸抑制；胰蛋白（或膠原蛋白）；傳代培養(yǎng)；動物細(xì)胞融合技術(shù)；診斷試劑
解析：（1）紫杉醇是紅豆杉屬植物產(chǎn)生的一種復(fù)雜的次生代謝產(chǎn)物，說明相對于紅豆杉屬植物的基本生命活動而言，紫杉醇不是必需的產(chǎn)物。愈傷組織能進行細(xì)胞增殖，細(xì)胞代謝快，故可利用愈傷組織細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞代謝產(chǎn)物紫杉醇。由于植物細(xì)胞壁的存在，植物的組織培養(yǎng)和克隆有一定難度，可用纖維素酶和果膠酶處理該細(xì)胞，獲得原生質(zhì)體，通過對原生質(zhì)體的培養(yǎng)，能獲得產(chǎn)生紫杉醇的細(xì)胞系，進而獲得紫杉醇，這個過程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。
（2）動物細(xì)胞培養(yǎng)時，大多數(shù)細(xì)胞當(dāng)分裂生長到表面相互接觸時會發(fā)生接觸抑制，此時需要用胰蛋白酶或膠原酶處理分散成單個細(xì)胞，分瓶繼續(xù)培養(yǎng)。分瓶后的細(xì)胞培養(yǎng)稱為傳代培養(yǎng)。在單克隆抗體的制備過程中，首先需利用細(xì)胞融合技術(shù)使已免疫的B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合。
單克隆抗體具有特異性強、靈敏度高、可大量制備的特點，其廣泛用作診斷試劑。
3.答案：（1）動物細(xì)胞核移植技術(shù)（或體細(xì)胞核移植技術(shù)）；胚胎移植技術(shù)
（2）保證核遺傳物質(zhì)全部來自成纖維細(xì)胞
（3）胚胎成纖維細(xì)胞增殖能力更強，更易于培養(yǎng)；接觸抑制；形成分散的單個細(xì)胞，便于制成細(xì)胞懸浮液后轉(zhuǎn)入到新的培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)
解析：（1）圖示過程涉及的主要技術(shù)有動物細(xì)胞核移植技術(shù)、早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)（或動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)）、胚胎移植技術(shù)。
（2）圖中步驟①需要將卵母細(xì)胞培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期后進行去核操作，去掉卵母細(xì)胞核可保證核遺傳物質(zhì)全部來自成纖維細(xì)胞。
（3）由于胚胎成纖維細(xì)胞增殖能力更強，更易于培養(yǎng)，因此在進行核移植時，通常選擇胚胎期的成纖維細(xì)胞進行培養(yǎng)。動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中常出現(xiàn)貼壁生長和接觸抑制的特點，因此剛放入培養(yǎng)瓶中的細(xì)胞沉降到瓶底部后首先會出現(xiàn)細(xì)胞貼壁現(xiàn)象，大量增殖后會出現(xiàn)接觸抑制。進行傳代培養(yǎng)時，常利用胰蛋白酶消化處理，形成分散的單個細(xì)胞，便于制成細(xì)胞懸浮液后轉(zhuǎn)入到新的培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)。
第三部分：重難知識易混易錯
一、細(xì)胞工程的概念與分類
1.概念
（1）原理和方法：細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)。
（2）操作水平：細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平。
（3）目的：按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。
2.種類
根據(jù)操作對象不同，可分為植物細(xì)胞工程和動物細(xì)胞工程。
二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)
1.原理：植物細(xì)胞的全能性。
2.過程
3.脫分化：已分化的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。
4.植物組織培養(yǎng)的條件
（1）外植體的選擇：外植體脫分化的難易因植物種類、器官來源及生理狀況的不同而不同。一般來說，植物的花和幼嫩的組織脫分化相對比較容易，而植物的莖、葉和成熟的組織相對較難。
（2）無菌操作：植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是避免微生物的污染，所有實驗用具要嚴(yán)格滅菌，接種過程要進行嚴(yán)格的無菌操作。
（3）光照的控制：對于植物組織培養(yǎng)來說，光照條件非常重要。
①脫分化階段：避光培養(yǎng)，有利于脫分化產(chǎn)生愈傷組織（如果是在光照條件下，容易分化產(chǎn)生維管等組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織）。
②再分化階段：一定要有光照，有利于葉片內(nèi)葉綠素的合成。
5.過程
外植體的消毒：將流水沖洗后的外植體用酒精消毒30 s，用無菌水清洗2～3次后，再用次氯酸鈉溶液處理30 min，用無菌水清洗2～3次。
↓
外植體的分割：用無菌濾紙吸去表面的水分，用解剖刀將外植體切成0.5～1 cm長的小段。
↓
接種：在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。
↓
培養(yǎng)：將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于18～22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況。
↓
轉(zhuǎn)移培養(yǎng)：將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上。長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上，進一步誘導(dǎo)形成試管苗。
↓
移栽：將試管苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖上，壯苗后再移栽入土。
6.植物組織培養(yǎng)過程中應(yīng)注意的問題
（1）滅菌
①所有的實驗用具需要嚴(yán)格滅菌。
②接種過程中，實驗人員須進行嚴(yán)格的無菌操作。
（2）嚴(yán)格控制光照
在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往往要暗培養(yǎng)，而在分化再生的階段一定要有光照。因為暗培養(yǎng)有利于細(xì)胞的脫分化，產(chǎn)生愈傷組織，若有光照則容易分化產(chǎn)生維管組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織
【例】下圖表示四倍體蘭花葉片植物組織培養(yǎng)的過程，下列相關(guān)敘述不正確的是（ )
四倍體蘭花葉片愈傷組織胚狀體蘭花植株
A.通過消毒和無菌操作避免①②過程發(fā)生雜菌污染
B.需生長調(diào)節(jié)物質(zhì)調(diào)控①②過程的細(xì)胞分裂和分化
C.細(xì)胞全能性表達的前提是①過程，體現(xiàn)在②③過程
D.此蘭花的花藥離體培養(yǎng)所得植株為二倍體植株
答案：D
解析：采取對外植體消毒和無菌操作以避免脫分化和再分化過程中發(fā)生雜菌污染，故A正確；脫分化和再分化時需要添加植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)來進行調(diào)控，故B正確；細(xì)胞表達全能性的前提是圖中的脫分化過程，由愈傷組織再分化形成胚狀體.最后發(fā)育成蘭花植株的過程體現(xiàn)了全能性，故C正確；花藥離體培養(yǎng)得到的個體一定是單倍體植株，故D錯誤。
三、植物體細(xì)胞雜交
1.概念：將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。
2.原理：植物體細(xì)胞融合依據(jù)的生物學(xué)原理是細(xì)胞膜的流動性，植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是細(xì)胞的全能性。
3.過程
步驟 做法
①原生質(zhì)體的獲得 酶解法（纖維素酶、果膠酶）去除細(xì)胞壁，得到原生質(zhì)體
②雜種細(xì)胞的形成 通過一定的技術(shù)手段（物理法：離心、振動、電激等；化學(xué)法：用聚乙二醇等作為誘導(dǎo)劑）進行人工誘導(dǎo)，實現(xiàn)原生質(zhì)體的融合
③雜種植株的產(chǎn)生 對雜種細(xì)胞，用植物組織培養(yǎng)的方法進行培育
（1）去壁：用纖維素酶和果膠酶去除植物細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。
（2）誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法：
①物理法：離心、振動、電激等。
②化學(xué)法：用聚乙二醇（PEG）誘導(dǎo)。
（3）融合成功的標(biāo)志：雜種原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁。
4.意義：克服不同種生物遠緣雜交的不親和性。
5.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的應(yīng)用
植物體細(xì)胞雜交克服了植物遠緣雜交不親和的障礙，可以定向地改良生物性狀，在培育作物新品種方面具有廣闊的應(yīng)用前景。如科學(xué)家已經(jīng)培育出了白菜—甘藍、煙草—海島煙草、胡蘿卜—羊角芹等種間或?qū)匍g雜種。但是目前仍有許多理論和技術(shù)問題沒有解決，離推廣應(yīng)用仍有一定距離。
【例】科研人員利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育矮牽牛新品種，技術(shù)流程示意圖如下。
下列敘述正確的是（ )
A.愈傷組織是幼嫩葉片通過細(xì)胞分化形成的
B.獲得的雜種植株都能表現(xiàn)雙親的優(yōu)良性狀
C.可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合和細(xì)胞壁再生
D.用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體
答案：D
解析：愈傷組織是幼嫩葉片通過細(xì)胞脫分化形成的；由于基因的選擇性表達和基因間的互作效應(yīng)，獲得的雜種植株不一定能夠表現(xiàn)親本的優(yōu)良性狀；可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合，但不能誘導(dǎo)細(xì)胞壁的再生；由于植物細(xì)胞壁的成分主要是纖維素和果膠，故可以用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體；故選D。
四、植物細(xì)胞工程的應(yīng)用
1.植物繁殖的新途徑
（1）微型繁殖
①本質(zhì)：微型繁殖只運用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)，該過程只涉及有絲分裂，沒有減數(shù)分裂，因而屬于無性繁殖。
②優(yōu)點：使用材料少，培養(yǎng)周期短，繁殖率高，便于自動化管理，有利于進行工廠化培養(yǎng)。
③應(yīng)用：蘭花、甘蔗、桉樹、鐵皮石斛等。
（2）作物脫毒
①病毒的特點：病毒是寄生性生物，在用種子繁殖或用植物根、莖無性繁殖過程中，種子、根、莖的細(xì)胞中可能攜帶著病毒并傳給下一代，使其繁殖的子代感染病毒。
②材料的選?。簱?jù)檢測，植物的分生組織細(xì)胞中一般是不含病毒的。如果未被病毒感染的植株的分生組織用植物組織培養(yǎng)的方法培育幼苗，用于生產(chǎn)，可以避免病毒對作物的影響，大大提高作物的產(chǎn)量。
③應(yīng)用：馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿、香蕉等。
2.作物新品種的培育
（1）單倍體育種
①過程：花藥離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→獲得性狀穩(wěn)定遺傳的植株。
②原理：植物細(xì)胞的全能性。
③方法：植物的組織培養(yǎng)技術(shù)及染色體變異。
④優(yōu)點：
a單倍體經(jīng)過染色體加倍，獲得的后代為純合子，可明顯縮短育種年限（一般為2年）。
b用單倍體作為轉(zhuǎn)基因的受體，獲得的轉(zhuǎn)基因材料經(jīng)染色體加倍后基因即可純合，避免了體細(xì)胞作為受體導(dǎo)致后代發(fā)生性狀分離需要多代選擇的麻煩。
⑤缺點：技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，需要與雜交育種結(jié)合，其中的花藥離體培養(yǎng)過程需要組織培養(yǎng)技術(shù)的支持，多限于植物。
⑥應(yīng)用
a我國培育出世界上第一個單倍體作物新品種——單育1號煙草。
b與常規(guī)育種結(jié)合，培育出水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物的新品種。
（2）突變體的利用
①產(chǎn)生：在植物的組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)而易受到培養(yǎng)條件和外界誘變因素（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。
②利用：從產(chǎn)生突變的個體中篩選出對人們有用的突變體，進而培育成新品種。如抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等。
3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)
（1）次生代謝物
①定義：不是植物基本生命活動所必需的產(chǎn)物。
②種類：小分子有機化合物，如酚類、萜類和含氮化合物等。
③作用：在植物抗病、抗蟲等方面發(fā)揮重要作用，還是藥物、香料和色素等的重要來源。
（2）方法：對單個植物細(xì)胞或細(xì)胞團進行培養(yǎng)使其增殖。
（3）優(yōu)勢：不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制，對于社會、經(jīng)濟、環(huán)境保護具有重要意義。
（4）應(yīng)用：紫杉醇、紫草寧、人參皂苷等。
【例】植物細(xì)胞工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等方面有著廣泛的應(yīng)用，并且取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。下列關(guān)于這方面的敘述正確的是（ )
A.鐵皮石斛試管苗的快速繁殖屬于微型繁殖技術(shù)
B.取馬鈴薯的莖段經(jīng)酒精和次氯酸鈉消毒可培養(yǎng)成脫毒作物
C.油菜經(jīng)單倍體育種培育成的作物都是穩(wěn)定遺傳且表型一致
D.紫草細(xì)胞要經(jīng)過脫分化和再分化培育才可進行工廠化生產(chǎn)提取藥物和色素
答案：A
解析：A、鐵皮石斛試管苗通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得，屬于植物繁殖的新途徑微型繁殖技術(shù)，A正確；
B.利用植物的幼嫩的芽或莖進行植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以培育脫毒苗，因為莖尖、芽尖等分生區(qū)病毒很少或無毒，B錯誤；
C.單倍體育種是植物育種手段之一，即利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)（如花藥離體培養(yǎng)等）誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體植株，再通過某種手段使染色體組加倍（如用秋水仙素處理），從而使植物恢復(fù)正常染色體數(shù)。單倍體育種可以快速獲得具有優(yōu)良性狀的純合子，縮短育種年限，雜種親本通過單倍體育種獲得的新品種表型不同，C錯誤；
D.植物組織培養(yǎng)技術(shù)是在無菌和人工控制的條件下，讓離體的組織和細(xì)胞在特定培養(yǎng)基上先脫分化得到愈傷組織，再分化得到胚狀體、叢芽等，進而得到新植株，該技術(shù)可實現(xiàn)作物的工廠化生產(chǎn)，利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)物時，有時只需將外植體培養(yǎng)到愈傷組織，從愈傷組織中獲取產(chǎn)物，紫草細(xì)胞只要經(jīng)過脫分化形成愈傷組織即可進行工廠化生產(chǎn)提取藥物和色素，D錯誤。
五、動物細(xì)胞培養(yǎng)
1.概念：從動物機體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細(xì)胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細(xì)胞生長和增殖。
2.培養(yǎng)過程
3.相關(guān)概念
（1）細(xì)胞貼壁：細(xì)胞懸液中分散的細(xì)胞貼附在瓶壁上。
（2）細(xì)胞的接觸抑制：當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時，細(xì)胞停止分裂增殖的現(xiàn)象。
（3）原代培養(yǎng)：指動物組織消化后的初次培養(yǎng)。
（4）傳代培養(yǎng)：貼壁的細(xì)胞，出現(xiàn)接觸抑制后，需要重新用胰蛋白酶來處理，然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細(xì)胞繼續(xù)增殖的培養(yǎng)過程。
（5）細(xì)胞株：傳代培養(yǎng)的細(xì)胞能傳到10～50代，這樣的傳代細(xì)胞稱為細(xì)胞株。
（6）細(xì)胞系：傳代培養(yǎng)的細(xì)胞在傳到50代后，有部分細(xì)胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，獲得不死性，這種具有癌變特點的細(xì)胞稱為細(xì)胞系。
4.培養(yǎng)條件
（1）無菌、無毒的環(huán)境：培養(yǎng)液和所有的培養(yǎng)用具要進行無菌處理；通常還要在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過程中的污染；應(yīng)定期更換培養(yǎng)液，防止細(xì)胞代謝產(chǎn)物積累對細(xì)胞自身造成危害。
（2）營養(yǎng)：主要有糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。在使用含有上述成分的合成培養(yǎng)基時，通常需加入血清、血漿等天然成分。
（3）溫度和pH：哺乳動物多以36.5±0.5 ℃為宜，多數(shù)細(xì)胞生存的適宜pH為7.2～7.4。
（4）氣體環(huán)境：95%空氣＋5%CO2，O2是細(xì)胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。
【例】某研究小組為測定某種藥物對體外培養(yǎng)細(xì)胞的毒性，準(zhǔn)備對某種動物的肝腫瘤細(xì)胞（甲）和正常肝細(xì)胞（乙）進行動物細(xì)胞培養(yǎng)。下列敘述正確的是（ )
A.動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中，通常要通入5%的CO2刺激細(xì)胞呼吸
B.培養(yǎng)液需含有葡萄糖、氨基酸、無機鹽、生長素和動物血清等
C.為了防止細(xì)胞培養(yǎng)過程中的細(xì)菌污染，可向培養(yǎng)液中加入適量的抗生素
D.甲、乙細(xì)胞在持續(xù)傳代培養(yǎng)過程中，均會出現(xiàn)停止增殖的現(xiàn)象
答案：C
解析：在動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中，通入CO2的目的主要是維持培養(yǎng)液的pH，A錯誤；
生長素屬于植物激素，培養(yǎng)液中不需要加入生長素，需含有葡萄糖、氨基酸、無機鹽和動物血清等，B錯誤；
為了防止細(xì)胞培養(yǎng)過程中的細(xì)菌污染，可向培養(yǎng)液中加入適量的抗生素，C正確；
肝腫瘤細(xì)胞屬于癌細(xì)胞，癌細(xì)胞可一直增殖，不會出現(xiàn)停止增殖的現(xiàn)象，D錯誤。
六、干細(xì)胞的培養(yǎng)及其應(yīng)用
1.干細(xì)胞功能：在一定條件下，可以分化成其他類型的細(xì)胞。
2.干細(xì)胞的存在：早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中。
3.種類
來源 功能及應(yīng)用
胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞） 早期胚胎 能夠分化成為動物體內(nèi)的任何細(xì)胞，并進一步形成組織、器官甚至生物個體
成體干細(xì)胞 成體組織或器官 只能分化成特定的細(xì)胞或組織，不具有發(fā)育成完整個體的潛能
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞） 體外誘導(dǎo)體細(xì)胞產(chǎn)生 能分化成為具有特定功能的細(xì)胞，用于治療疾病
【例】骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞是干細(xì)胞家族的重要成員，研究發(fā)現(xiàn)某些中藥能誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化，從而用于心血管疾病的治療。下列相關(guān)敘述正確的是（ )
A.骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化的過程中遺傳物質(zhì)發(fā)生改變
B.干細(xì)胞均是未分化的細(xì)胞，具有分裂和分化能力
C.骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞，此過程體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性
D.與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞相比，心肌細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能均發(fā)生改變
答案：D
解析：A、細(xì)胞分化的實質(zhì)是基因選擇性表達，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化的過程中遺傳物質(zhì)不發(fā)生，A錯誤；
B.干細(xì)胞不都是未分化的細(xì)胞，如造血干細(xì)胞已經(jīng)經(jīng)過了分化，B錯誤；
C.骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞，沒有形成個體，不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性，C錯誤；
D.與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞相比，心肌細(xì)胞已經(jīng)經(jīng)過了分化，細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能均發(fā)生改變，D正確。
七、動物細(xì)胞融合
1.概念：動物細(xì)胞融合也稱細(xì)胞雜交，是指兩個或多個動物細(xì)胞結(jié)合形成一個細(xì)胞的過程。
2.原理：細(xì)胞膜的流動性。
3.誘導(dǎo)融合的三種方法
（1）物理法：例如電激等。
（2）化學(xué)法：例如聚乙二醇。
（3）生物法：例如滅活的病毒。
4.過程
5.形成單核雜交細(xì)胞，具有原來兩個或多個細(xì)胞的遺傳信息，可表現(xiàn)出兩個或多個親本的特點。
6.意義：突破了有性雜交方法的局限，使遠緣雜交成為可能。
7.動物細(xì)胞融合技術(shù)的應(yīng)用
（1）成為研究細(xì)胞遺傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和生物新品種培育等的重要手段。
（2）用于制備單克隆抗體。
【例】植物體細(xì)胞雜交和動物細(xì)胞融合都可以突破生殖隔離，二者有很多相似之處。下列關(guān)于兩種技術(shù)的說法，正確的是（ )
A.兩種技術(shù)只能用于不同種細(xì)胞的融合，同種細(xì)胞間不可以
B.都是先進行細(xì)胞膜融合，再進行細(xì)胞核融合
C.用于動物細(xì)胞融合的技術(shù)均可以用于植物體細(xì)胞雜交
D.植物體細(xì)胞雜交不需要獲得單個細(xì)胞，動物細(xì)胞培養(yǎng)需要
答案：B
解析：不同種細(xì)胞間可以進行細(xì)胞融合，同種細(xì)胞間也可以進行細(xì)胞融合，且同種細(xì)胞間融合難度小于不同種細(xì)胞間融合難度，A錯誤；植物原生質(zhì)體融合和動物細(xì)胞融合的過程都是先依靠細(xì)胞膜的識別作用進行細(xì)胞膜的融合，融合成一個細(xì)胞之后再進行細(xì)胞核的融合，最后形成一個細(xì)胞，B正確；通常用滅活的病毒促進動物細(xì)胞融合，該技術(shù)不能用于植物體細(xì)胞雜交，C錯誤；植物體細(xì)胞雜交和動物細(xì)胞融合均需要在單個細(xì)胞的基礎(chǔ)上獲得，D錯誤。
八、單克隆抗體
1.傳統(tǒng)抗體的制備
（1）①向動物體內(nèi)反復(fù)注射某種抗原，使動物產(chǎn)生抗體；②從動物血清中分離所需抗體。
（2）缺點：產(chǎn)量低、純度低、特異性差。
2.單克隆抗體的制備
（1）存在問題：B淋巴細(xì)胞能產(chǎn)生特異性抗體但不能無限增殖；骨髓瘤細(xì)胞能無限增殖，但不能產(chǎn)生抗體。
（2）解決思路：將B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合為雜交瘤細(xì)胞。
（3）制備過程
①第一步：向免疫小鼠體內(nèi)注射特定的抗原蛋白，然后從小鼠體內(nèi)獲得已免疫的B淋巴細(xì)胞；該細(xì)胞能產(chǎn)生單一抗體。
②第二步：用電激法、聚乙二醇法、滅活的病毒法等，誘導(dǎo)兩種細(xì)胞發(fā)生融合，這時得到的融合細(xì)胞除了雜交瘤細(xì)胞，還有B淋巴細(xì)胞相互融合的細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞相互融合的細(xì)胞。
③第三步：用特定的選擇培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細(xì)胞。然后再從雜交瘤細(xì)胞群中選出能產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細(xì)胞。這時的雜交瘤細(xì)胞既能分泌抗體又能大量增殖。
④第四步：克隆化培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞。
⑤第五步：將雜交瘤細(xì)胞在體外培養(yǎng)或注射到小鼠腹腔內(nèi)增殖，從細(xì)胞培養(yǎng)液或小鼠的腹水中提取單克隆抗體。
（4）單克隆抗體的特點：特異性強、靈敏度高，并可大量制備。
（5）單克隆抗體制備過程中的篩選及原因
①第一次篩選是在B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合之后，篩選出雜交瘤細(xì)胞，淘汰未融合細(xì)胞和同種細(xì)胞融合而成的細(xì)胞。
②第二次篩選需先在多孔培養(yǎng)板上培養(yǎng)，在每個孔只有一個雜交瘤細(xì)胞的情況下開始培養(yǎng)，然后再篩選出能產(chǎn)生特異性抗體的細(xì)胞群。由于該細(xì)胞群是由單個雜交瘤細(xì)胞克隆來的，所以產(chǎn)生的抗體一定是化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強的單克隆抗體。
（6）單克隆抗體的應(yīng)用
①作為診斷試劑：能準(zhǔn)確識別各種抗原物質(zhì)的細(xì)微差異，并跟一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，具有準(zhǔn)確、高效、簡易、快速的優(yōu)點。
②用于治療疾病和運載藥物
單獨使用：直接用于癌癥或其他疾病的治療（作為藥物本身）。
綜合使用：與放射性同位素、細(xì)胞毒素或化學(xué)藥物結(jié)合制成“生物導(dǎo)彈”，主要用于治療癌癥，也可用于治療其他疾病。
【例】科學(xué)家以SARS病毒的核衣殼蛋白為抗原，制備出了單克隆抗體。下列相關(guān)敘述，正確的是（ )
A.利用該單克隆抗體可以診斷是否感染SARS病毒
B.體外培養(yǎng)單個B淋巴細(xì)胞可以獲得針對SARS病毒的單克隆抗體
C.將等量B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞混合，經(jīng)誘導(dǎo)后融合的細(xì)胞即為雜交瘤細(xì)胞
D.將純化的核衣殼蛋白反復(fù)注射到小鼠體內(nèi)，從小鼠血清中分離的抗體為單克隆抗體
答案：A
解析：A、單克隆抗體具有特異性強、靈敏度高的特點，因此利用該單克隆抗體與SARS病毒核衣殼蛋白特異性結(jié)合的方法可診斷出病毒感染者，A正確；B、單個效應(yīng)B細(xì)胞有產(chǎn)生抗體的能力，但沒有無限增殖的本領(lǐng)，因此在體外培養(yǎng)單個效應(yīng)B細(xì)胞不可能獲得大量針對SARS病毒的單克隆抗體，B錯誤；C、將等量B細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞混合，經(jīng)誘導(dǎo)融合后的細(xì)胞不都是雜交瘤細(xì)胞，還有B細(xì)胞自身融合的細(xì)胞、骨髓瘤細(xì)胞自身融合的細(xì)胞等，C錯誤；D、用純化的核衣殼蛋白反復(fù)注射到小鼠體內(nèi)，使其產(chǎn)生免疫反應(yīng)，以獲得相應(yīng)的B細(xì)胞，從小鼠血清中分離的抗體數(shù)量少，不是單克隆抗體，D錯誤。故選A。
九、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物
1.動物核移植概念
（1）供體：動物一個細(xì)胞的細(xì)胞核。
（2）受體：去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞。
（3）結(jié)果：形成重組胚胎，發(fā)育成動物個體。
2.類型：胚胎細(xì)胞核移植體、細(xì)胞核移植。
3.體細(xì)胞核移植的過程
4.克隆動物的特點
（1）克隆動物的性狀與核供體生物的性狀基本相同，但不是完全相同，原因是：①克隆動物的細(xì)胞質(zhì)遺傳物質(zhì)來自于受體卵母細(xì)胞；②生物的性狀不僅與遺傳物質(zhì)有關(guān)，還受環(huán)境影響。
（2）核基因是供體核基因的100%的復(fù)制。
（3）克隆動物是一種無性繁殖方式。
5.克隆的層次
（1）分子水平：如DNA復(fù)制；
（2）細(xì)胞水平：動物細(xì)胞培養(yǎng)；
（3）個體水平：克隆羊“多利”的誕生。
6.體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景及存在的問題
（1）應(yīng)用前景
①畜牧業(yè)：加速家畜遺傳改良進程，促進優(yōu)良畜群繁育。
②醫(yī)藥衛(wèi)生：通過建立轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞系，再利用體細(xì)胞核移植技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因克隆動物可以作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白。
③治療人類疾?。?br/>轉(zhuǎn)基因克隆動物的細(xì)胞、組織或器官可以作為異種移植的供體。
以患者作為供體培育的人核移植胚胎干細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)分化能形成相應(yīng)的細(xì)胞、組織或器官，將它們移植給患者時，可以避免免疫排斥反應(yīng)。
研究克隆動物可使人類更深入地了解胚胎發(fā)育及衰老過程。
克隆一批遺傳背景相同的動物，可以通過它們之間的對比來分析致病基因。
克隆特定疾病模型的動物，還能為研究該疾病的致病機制和開發(fā)相應(yīng)的藥物提供幫助。
④保護瀕危物種：該技術(shù)有望增加瀕危物種的存活數(shù)量。
（2）存在問題
①體細(xì)胞核移植技術(shù)的成功率非常低。
②克隆動物存在健康問題，表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷等。
【例】將蝌蚪腸細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核的蛙卵中，形成重建的“合子”。有些“合子”發(fā)育成正常的蝌蚪，而單獨培養(yǎng)腸細(xì)胞卻不能發(fā)育成蝌蚪。下列敘述錯誤的是（ )
A. 去核的蛙卵中具有刺激細(xì)胞核表現(xiàn)全能性的物質(zhì)
B. “合子”發(fā)育成正常蝌蚪屬于無性繁殖，體現(xiàn)了動物細(xì)胞核具有全能性
C. “合子”第一次分裂后形成的細(xì)胞已失去全能性
D. “合子”發(fā)育成正常蝌蚪的過程中伴隨著細(xì)胞分化
答案：C
解析：A、去核的蛙卵中具有刺激細(xì)胞核表現(xiàn)全能性的物質(zhì)，A正確；
B.“合子”發(fā)育成正常蝌蚪屬于無性繁殖，體現(xiàn)了動物細(xì)胞核具有全能性，B正確；
C.“合子”分裂至桑葚胚的細(xì)胞都具有全能性，C錯誤；
D.“合子”發(fā)育成正常蝌蚪個體的過程中，需要通過細(xì)胞分裂增加細(xì)胞的數(shù)量，通過細(xì)胞分化增加細(xì)胞的種類，D正確。
十、胚胎工程的概念
1.操作對象：生殖細(xì)胞、受精卵或早期胚胎細(xì)胞。
2.操作水平：顯微操作。
3.移植過程：將胚胎移植到雌性動物體內(nèi)。
4.目的：生產(chǎn)后代，滿足人類的各種需求。
5.處理技術(shù)：體外受精、胚胎移植、胚胎分割等技術(shù)。
6.實質(zhì)：在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進行的模擬操作。
十一、受精
1.概念：精子與卵子結(jié)合形成合子（即受精卵）的過程。
2.場所：雌性動物的輸卵管內(nèi)。
3.過程
（1）準(zhǔn)備階段：
①精子的結(jié)構(gòu)：
②精子獲能：
原因：剛排出的精子不能（填“能”或“不能”）立即與卵子受精。
場所：雌性動物生殖道。
③卵子的結(jié)構(gòu)：
④卵子的準(zhǔn)備：
原因：動物排出的卵子成熟程度不同，可能是初級卵母細(xì)胞（如馬、犬），可能是次級卵母細(xì)胞（如豬、羊）。
成熟場所：輸卵管。成熟時期：MⅡ期。
受精階段
過程 主要變化
第一步：精卵相遇 釋放多種酶，溶解卵細(xì)胞膜外的結(jié)構(gòu)
第二步：精子接觸卵細(xì)胞膜 透明帶發(fā)生生理反應(yīng)（防止多精入卵的第一道屏障）
第三步：精子入卵 卵細(xì)胞膜發(fā)生生理反應(yīng)（防止多精入卵的第二道屏障），雌、雄原核形成
第四步：受精卵形成 雌雄原核靠近，核膜消失，形成合子
【例】下列關(guān)于體內(nèi)受精過程的排序，正確的是（ )
①受精卵第一次分裂開始
②釋放第二極體
③獲能后的精子與卵子相遇并釋放多種酶
④精子穿越卵細(xì)胞膜外的結(jié)構(gòu)
⑤雌、雄原核的形成
⑥兩個原核靠近，核膜消失
A.①②③④⑤⑥ B.③②④⑤⑥① C.④⑤②①③⑥ D.③④②⑤⑥①
答案：D
解析：受精過程為：獲能后的精子與卵子相遇并釋放多種酶→精子穿越卵細(xì)胞膜外的結(jié)構(gòu)相繼發(fā)生頂體反應(yīng)→穿越放射冠→穿越透明帶（透明帶反應(yīng)）→卵細(xì)胞膜反應(yīng)（卵黃膜封閉作用）→卵子完成減數(shù)第二次分裂并釋放第二極體→雌雄原核的形成、核膜消失，雌、雄原核融合形成合子→受精卵第一次分裂開始。故過程為③④②⑤⑥①。
十二、胚胎早期發(fā)育
1.過程
受精卵→桑葚胚→囊胚→原腸胚
2.特點
（1）卵裂：受精卵在輸卵管內(nèi)進行有絲分裂，有一段時間是在透明帶內(nèi)進行分裂，細(xì)胞的數(shù)量不斷增加，但胚胎的總體積并不增加。有機物總量減少，DNA總數(shù)目增多。
（2）桑葚胚：卵裂產(chǎn)生的子細(xì)胞逐漸形成致密的細(xì)胞團，形似桑葚。
（3）囊胚：細(xì)胞開始出現(xiàn)分化，內(nèi)細(xì)胞團將來發(fā)育成胎兒的各種組織，滋養(yǎng)層細(xì)胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤，隨著胚胎的進一步發(fā)育，出現(xiàn)囊胚腔。胚胎在此階段從透明帶內(nèi)伸展出來，稱為孵化。
（4）原腸胚：表面的細(xì)胞層為外胚層，向內(nèi)遷移的細(xì)胞形成內(nèi)胚層，一部分細(xì)胞還會在內(nèi)、外兩個胚層之間形成中胚層。
【例】如圖為哺乳動物受精卵發(fā)育過程中某一時期的示意圖，下列敘述正確的是（ )
A.圖中的細(xì)胞還沒有分化，圖中①②③依次為透明帶、滋養(yǎng)層、內(nèi)細(xì)胞團
B.此圖為卵裂期，胚胎的總體積并未增加，有機物的總量減少
C.進行胚胎分割時，取③中的細(xì)胞做性別鑒定
D.圖中為囊胚期，遺傳物質(zhì)未發(fā)生變化
答案：D
解析：囊胚時期細(xì)胞已出現(xiàn)分化，A錯誤；此圖為囊胚期，細(xì)胞分化過程中遺傳物質(zhì)未發(fā)生變化，胚胎的總體積并未增加，有機物的總量減少，B錯誤、D正確；對移植前的胚胎進行性別鑒定時，宜取囊胚期的②（滋養(yǎng)層）細(xì)胞，C錯誤。
十三、體外受精
1.過程
（1）過程A為卵母細(xì)胞的采集，從卵巢中獲取的卵母細(xì)胞需要培養(yǎng)到MⅡ期才具有受精的能力。
（2）精子的獲取過程中，采集的精液先進行離心處理，然后再進行B獲能處理后才具有受精的能力。
（3）將獲能的精子和成熟的卵子置于適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)液中共同培養(yǎng)一段時間，促使它們完成C體外受精過程。
2.意義
（1）是提高動物繁殖能力的有效措施。
（2）為胚胎移植提供可用的胚胎。
【例】下列關(guān)于體外受精技術(shù)的說法，錯誤的是（ )
A.體外受精技術(shù)包括卵母細(xì)胞的采集、精子的獲取和受精等步驟
B.進行體外受精前需對精子進行獲能處理
C.體外受精時，參與受精的卵子要發(fā)育至減數(shù)第一次分裂中期
D.一般情況下，受精時將獲能的精子和成熟的卵子置于適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)液中共同培養(yǎng)
答案：C
解析：體外受精時，采集的卵母細(xì)胞需發(fā)育至減數(shù)第二次分裂中期，C錯誤。
十四、胚胎移植
1.概念：指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。
2.對胚胎移植概念的理解
（1）胚胎來源：體內(nèi)早期胚胎、體外受精得到的胚胎、其他方式（轉(zhuǎn)基因、核移植等）得到的胚胎。
（2）供體：提供胚胎的個體。
（3）受體：接受胚胎的個體。
（4）移植條件：供體與受體為同種且生理狀態(tài)相同。
3.過程（以牛胚胎移植為例）
4.優(yōu)勢：可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。
【例】為了加快優(yōu)良種牛的繁殖速度，科學(xué)家常采用胚胎移植的方法，下列與胚胎移植相關(guān)的敘述合理的是（ )
A.試管牛的培育過程中需用到胚胎移植技術(shù)，而克隆牛不需要
B.用來促進供體母牛超數(shù)排卵的是下丘腦分泌的促性腺激素
C.胚胎移植時應(yīng)選用發(fā)育到原腸胚期或囊胚期的胚胎
D.采取胚胎分割和胚胎移植技術(shù)可同時獲得多個基因型相同的家畜個體
答案：D
解析：試管牛和克隆牛的培育過程中，均需要將早期胚胎移植到受體母牛的子宮中，A錯誤；促性腺激素是由垂體分泌的，B錯誤；進行牛的胚胎移植時應(yīng)選用發(fā)育到桑葚胚期或囊胚期的胚胎，C錯誤；通過胚胎分割和胚胎移植技術(shù)獲得的多個后代遺傳物質(zhì)相同，因此獲得的多個家畜個體基因型相同，D正確。
十五、胚胎分割
1.概念：指采用機械方法將早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術(shù)。
對象 早期胚胎
方法 機械方法
目的 獲得同卵雙胎或多胎
特點 來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)
實質(zhì) 可以看作動物無性繁殖或克隆的方法之一
2.儀器設(shè)備：體視顯微鏡和顯微操作儀。
3.操作程序：選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑葚胚或囊胚→移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中→在顯微鏡下用分割針或分割刀分割胚胎。
4.注意事項：分割囊胚時要將內(nèi)細(xì)胞團均等分割。
【例】如圖是利用胚胎工程技術(shù)培育優(yōu)質(zhì)奶牛的部分步驟。下列敘述正確的是（ )
A.A所表示的細(xì)胞一定是受精卵細(xì)胞
B.圖中利用分割針分割胚胎時，須將滋養(yǎng)層均等分割
C.應(yīng)把③移植到處于發(fā)情狀態(tài)的母牛的輸卵管中
D.圖示過程使用了細(xì)胞培養(yǎng)、胚胎分割、胚胎移植等生物技術(shù)
答案：D
解析：A所示的細(xì)胞不一定是受精卵細(xì)胞，也可能是利用核移植技術(shù)形成的重組細(xì)胞，A錯誤；胚胎分割時，要注意將內(nèi)細(xì)胞團均等分割，B錯誤；應(yīng)把③移植到處于發(fā)情狀態(tài)的母牛的子宮中，C錯誤；圖示過程使用了細(xì)胞培養(yǎng)、胚胎分割、胚胎移植等生物技術(shù)，D正確。
第四部分：核心素養(yǎng)對接高考
本專題命題時常結(jié)合實際深入考查動物細(xì)胞的培養(yǎng)、植物組織培養(yǎng)、核移植的原理和步驟、胚胎發(fā)育的過程以及胚胎移植的程序的相關(guān)知識。充分體現(xiàn)對科學(xué)探究素養(yǎng)的考查。
【2023·山東卷】1.利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在離體條件下對單個細(xì)胞或細(xì)胞團進行培養(yǎng)使其增殖，可獲得植物細(xì)胞的某些次生代謝物。下列說法正確的是（ )
A.利用該技術(shù)可獲得某些無法通過化學(xué)合成途徑得到的產(chǎn)物
B.植物細(xì)胞體積小，故不能通過該技術(shù)進行其產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)
C.次生代謝物是植物所必需的，但含量少，應(yīng)選擇產(chǎn)量高的細(xì)胞進行培養(yǎng)
D.該技術(shù)主要利用促進細(xì)胞生長的培養(yǎng)條件提高單個細(xì)胞中次生代謝物的含量
【2023·湖北卷】2.某病毒對動物養(yǎng)殖業(yè)危害十分嚴(yán)重。我國學(xué)者擬以該病毒外殼蛋白A為抗原來制備單克隆抗體，以期快速檢測該病毒，其主要技術(shù)路線如圖所示。
回答下列問題：
（1）與小鼠骨髓瘤細(xì)胞融合前，已免疫的脾細(xì)胞（含漿細(xì)胞）__________（填“需要”或“不需要”）通過原代培養(yǎng)擴大細(xì)胞數(shù)量；添加脂溶性物質(zhì)PEG可促進細(xì)胞融合，該過程中PEG對細(xì)胞膜的作用是__________。
（2）在雜交瘤細(xì)胞篩選過程中，常使用特定的選擇培養(yǎng)基（如HAT培養(yǎng)基），該培養(yǎng)基對__________和__________生長具有抑制作用。
（3）單克隆抗體篩選中，將抗體與該病毒外殼蛋白進行雜交，其目的是__________。
（4）構(gòu)建重組質(zhì)粒需要使用DNA連接酶。下列屬于DNA連接酶底物的是__________。
【2023·廣東卷】3.人參皂苷是人參的主要活性成分?？蒲腥藛T分別誘導(dǎo)人參根與胡蘿卜根產(chǎn)生愈傷組織并進行細(xì)胞融合，以提高人參皂苷的產(chǎn)率。下列敘述錯誤的是（ )
A.細(xì)胞融合前應(yīng)去除細(xì)胞壁 B.高Ca2+—高pH溶液可促進細(xì)胞融合
C.融合的細(xì)胞即為雜交細(xì)胞 D.雜交細(xì)胞可能具有生長快速的優(yōu)勢
【2023·北京卷】4.甲狀旁腺激素（PTH）水平是人類多種疾病的重要診斷指標(biāo)。研究者制備單克隆抗體用于快速檢測PTH，有關(guān)制備過程的敘述不正確的是（ )
A.需要使用動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)
B.需要制備用PTH免疫的小鼠
C.利用抗原—抗體結(jié)合的原理篩選雜交瘤細(xì)胞
D.篩選能分泌多種抗體的單個雜交瘤細(xì)胞
【2023·廣東卷】5.科學(xué)家采用體外受精技術(shù)獲得紫羚羊胚胎，并將其移植到長角羚羊體內(nèi)，使后者成功妊娠并產(chǎn)仔，該工作有助于恢復(fù)瀕危紫羚羊的種群數(shù)量。此過程不涉及的操作是（ )
A.超數(shù)排卵 B.精子獲能處理 C.細(xì)胞核移植 D.胚胎培養(yǎng)
【2023·1月浙江卷】6.在家畜優(yōu)良品種培育過程中常涉及胚胎工程的相關(guān)技術(shù)。下列敘述錯誤的是（ )
A.經(jīng)獲能處理的精子才能用于體外受精
B.受精卵經(jīng)體外培養(yǎng)可獲得早期胚胎
C.胚胎分割技術(shù)提高了移植胚胎的成活率
D.胚胎移植前需對受體進行選擇和處理
【2023·天津卷】7.根據(jù)下圖，正確的是（ )
A.子代動物遺傳性狀和受體動物完全一致
B.過程1需要MⅡ期去核卵母細(xì)胞
C.過程2可以大幅改良動物性狀
D.過程2為過程3提供了量產(chǎn)方式，過程3為過程1、2提供了改良性狀的方式
1.答案：A
解析：A、利用該技術(shù)可獲得某些無法通過化學(xué)合成途徑得到的產(chǎn)物，A正確；B、植物細(xì)胞體積小，能通過該技術(shù)進行其產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，B錯誤；C、次生代謝物不一定是植物所必需的，C錯誤；D、該技術(shù)主要利用促進細(xì)胞生長的培養(yǎng)條件提高多個細(xì)胞產(chǎn)生的次生代謝物的含量，D錯誤。故選：A。
2.答案：（1）不需要；改變細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)（，使兩細(xì)胞接觸點處質(zhì)膜的脂類分子發(fā)生疏散和重組）
（2）未融合的（親本）細(xì)胞；融合的具有同種核的細(xì)胞
（3）篩選能分泌與該病毒外殼蛋白A特異性結(jié)合的抗體的雜交瘤細(xì)胞
（4）④
解析：（1）一般認(rèn)為，已免疫的脾細(xì)胞（含漿細(xì)胞）中已含足夠數(shù)量的能產(chǎn)生特異性抗體的效應(yīng)B細(xì)胞，不需要通過原代培養(yǎng)擴大細(xì)胞數(shù)量。聚乙二醇（PEG）分子能改變膜結(jié)構(gòu)，使兩細(xì)胞接觸點處質(zhì)膜的脂類分子發(fā)生疏散和重組，由于兩細(xì)胞接觸點處雙分子層質(zhì)膜的相互親和以及彼此的表面張力作用，使細(xì)胞融合。
（2）淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞混合后，有的細(xì)胞未融合，有的細(xì)胞已融合；融合細(xì)胞中有的是具有同種核的細(xì)胞，有的是具有不同種核的細(xì)胞（雜交瘤細(xì)胞）。使用選擇培養(yǎng)基的目的是篩選出能分泌特定抗體的雜交瘤細(xì)胞；在該培養(yǎng)基上，未融合的親本細(xì)胞和融合的具有同種核的細(xì)胞的生長受到抑制，只有融合的雜交瘤細(xì)胞才能生長。
（3）將抗體與該病毒外殼蛋白進行雜交的目的是從雜交瘤細(xì)胞中篩選出能分泌特定抗體的雜交瘤細(xì)胞。
（4）在核酸中，一個核苷酸的3′端羥基與另一個核苷酸的5′端磷酸基團發(fā)生脫水縮合，形成磷酸二酯鍵。故④符合題意。
3.答案：C
解析：植物細(xì)胞外面有一層細(xì)胞壁，這層細(xì)胞壁阻礙著細(xì)胞間的雜交，因此，在進行體細(xì)胞雜交之前，必須先利用纖維素酶和果膠酶去除這層細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體，A正確。人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法基本分為兩大類——物理法和化學(xué)法，物理法包括電融合法、離心法等；化學(xué)法包括聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高pH融合法等，B正確。融合的細(xì)胞可能由一種細(xì)胞融合而成，也可能由兩種細(xì)胞融合而成（即雜交細(xì)胞），C錯誤。雜交細(xì)胞可能具有生長快速的優(yōu)勢，D正確。
4.答案：D
5.答案：C
解析：試管動物的培育過程主要包括：①精子的采集與體外獲能處理，卵子采集（注：為獲得更多卵子可進行超數(shù)排卵處理）與成熟培養(yǎng)；②卵子與精子的體外受精；③胚胎的早期培養(yǎng)；④待胚胎生長到一定階段后，進行胚胎移植。綜上，C符合題意。
6.答案：C
解析：精子獲能后才能進行體外受精，A正確；受精卵經(jīng)體外培養(yǎng)后可以獲得早期胚胎，B正確；胚胎分割可增加胚胎的數(shù)量，提高胚胎利用率，C錯誤；胚胎移植的受體需要與供體是同種的且生理狀態(tài)相同，因此需要對受體進行選擇和處理，D正確。
7.答案：D

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