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2024届高考生物一轮总复习第十单元生物技术与工程第34讲细胞工程和胚胎工程课件
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这是一份2024届高考生物一轮总复习第十单元生物技术与工程第34讲细胞工程和胚胎工程课件，共60页。PPT课件主要包含了考点一植物细胞工程，细胞工程的概念，②作物脱毒，②突变体的利用，植物细胞的全能性，续上表，答案B，考点二动物细胞工程，5培养过程，5过程等内容，欢迎下载使用。
第34讲 细胞工程和胚胎工程【课标要求】 1.阐明植物细胞工程包括组织培养和体细胞杂交等技术。2.阐明动物细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术。3.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。4.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。5.活动：利用植物组织培养技术培育菊花或其他植物幼苗，并进行栽培。6.活动：收集单克隆抗体在临床上实际应用的资料，并进行交流分享。
2．植物组织培养技术(1)细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。(2)植物组织培养：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。(3)原理：植物细胞的全能性。(4)条件：①离体的植物细胞、组织、器官(统称外植体)。②无菌和人工培养。③培养在人工制备的培养基上。④给予适宜的培养条件。
(5)过程(如菊花的组织培养)。
3．植物体细胞杂交技术(1)概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。(2)原理：细胞膜的流动性，植物细胞的全能性。(3)过程。
(4)意义：在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
提醒：有关植物细胞杂交的三个易错点①两个不同品种的植物细胞A、B进行杂交，错认为融合的原生质体只有AB类型，其实还可能有AA和BB融合的原生质体，需要经过筛选，选出AB融合的原生质体。②错认为植物体细胞杂交属于有性生殖。植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。③错认为杂种植株的变异类型属于基因重组。杂种植株的变异类型属于染色体变异，其染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。
4．植物细胞工程的应用(1)植物繁殖的新途径。①快速繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖。
提醒：微型繁殖是无性繁殖，进行有丝分裂，其遗传物质不变。
(2)作物新品种的培育。①单倍体育种。
提醒：二倍体的单倍体育种，得到的一般是纯合子，后代不发生性状分离，能稳定遗传。
(3)细胞产物的工厂化生产。①次生代谢：不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。是一类小分子有机化合物，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
②细胞产物的工厂化生产：人们利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。③植物细胞培养：指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。④原理：细胞增殖。⑤过程。
提醒：①工厂化生产不一定要培养出植物体，一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织细胞的培养液中就可提取细胞产物。②通过植物细胞的培养来获得能够产生对人们有利产物的细胞，从而获得大量的细胞产物。目前获得的产物主要有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
2.植物激素在植物组织培养中的作用
提醒：①由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。②光照：在愈伤组织诱导阶段，对有些植物来说，避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当愈伤组织再分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。③体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。④细胞的全能性指的是细胞的一
种潜在能力，这种潜在能力只有在特定的环境中才能表现出来，而不是指细胞在任何条件下都能发育成完整的生物体。⑤植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，少数为葡萄糖和果糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压，而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过高。
3．植物组织培养与植物体细胞杂交的比较
4．植物体细胞杂交与植物有性杂交的比较设白菜细胞含2x条染色体，2个染色体组；甘蓝细胞含2y条染色体，2个染色体组。
考向1 结合植物组织培养的过程，考查科学探究1．(2022·浙江温州)下图表示植物组织培养过程，下列相关叙述正确的是( )
A．外植体用化学试剂消毒后需经蒸馏水冲洗才可用于接种B．若外植体是带侧芽的菊花茎段，则过程①可不经脱分化过程C．过程②所需的培养基中无机盐浓度比过程①中的高D．过程③需将试管苗置于干旱环境中培养以适应环境
解析：外植体用化学试剂消毒后需经无菌水冲洗才可用于接种，A项错误；带侧芽的菊花茎段生长旺盛，容易发生再分化过程，因此，若外植体是带侧芽的菊花茎段，过程①可不经脱分化过程，B项正确；过程②所需的培养基中生长素浓度比过程①中的高，从而促进生根，C项错误；过程③需将试管苗的封口膜打开，让试管苗在培养箱内生长几日，随后再移植到消过毒的蛭石或珍珠岩环境下培养以适应环境，而不是干旱环境，D项错误。
考向2 结合植物体细胞杂交，考查科学探究2．(2022·山东济南)科学家用植物体细胞杂交技术，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，培育过程如下图所示，其中①～⑤表示过程，a～f表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题：
(1)在植物体细胞杂交技术中，过程①常用__________________________酶处理植物细胞以除去细胞壁。(2)过程②表示_______________________，依据的生物学原理是_______________。
(3)与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器是______________________。(4)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是________________________，其中过程④表示____________过程，过程⑤涉及的细胞分裂方式为________。(5)若番茄细胞内含m条染色体，马铃薯细胞内含n条染色体，则“番茄—马铃薯”杂种植株的体细胞内含_____条染色体；若由杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株为几倍体？____________________________________________________________________________。(6)如果形成c的原生质体a、b来源于同一株番茄，那么更常用且有效地得到番茄植株f的处理方法是_______________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(2)过程②表示诱导原生质体融合，依据的生物学原理是细胞膜具有流动性。(3)过程③是杂种细胞再生出细胞壁，在此过程中高尔基体起重要作用。(4)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是植物细胞的全能性，图中过程④表示脱分化，过程⑤表示再分化，在过程⑤中细胞进行有丝分裂。(5)植物体细胞杂交得到的杂种细胞中染色体数目是番茄细胞和马铃薯细胞中染色体数目之和，即m＋n；若培育成的杂种植株是四倍体，则该杂种植株的花粉经离体培养得到的植株是单倍体，因为其是由配子(如花粉)发育而来的。(6)利用同一株植物的体细胞融合得到的植株是同源多倍体，获得同源多倍体更常用且有效的方法是利用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的植物种子或幼苗。
答案：(1)纤维素酶和果胶(2)诱导原生质体融合 细胞膜具有流动性(3)高尔基体(4)植物细胞的全能性 脱分化 有丝分裂(5)m＋n 单倍体(6)用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的番茄种子或幼苗
考向3 围绕植物细胞工程的应用，考查社会责任3．(2022·山东泰安)马铃薯块茎中含有大量的淀粉，能为人体提供丰富的热量，且富含蛋白质、氨基酸、多种维生素及矿物质，尤其是其中的维生素种类是所有粮食作物中最全的，因此，马铃薯成为全球第四大重要粮食作物。马铃薯的普通栽培种是同源四倍体，四倍体杂交后代性状分离现象严重，这使得马铃薯的杂交育种变得十分困难。若要通过二倍体马铃薯杂交来改良品种，则必须破解马铃薯单倍体、二倍体和四倍体的基因组，实现难度同样很大，但植物细胞工程技术为马铃薯的育种提供了可行的方案。下列有关植物细胞工程的说法，不合理的是( )A．利用植物组织培养技术可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖B．利用茎尖分生组织培育脱毒苗，能使植株具备抗病毒的能力，同时使产品质量得到提高
C．利用培养的愈伤组织进行诱变育种，可以显著提高基因突变率，获得有用的突变体D．利用原生质体的融合实现体细胞杂交，可以克服杂交不亲和的障碍，充分利用遗传资源
解析：植物组织培养技术可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，A项正确；利用茎尖分生组织培育脱毒苗是因为茎尖分生组织细胞中不含病毒，而不是因为其含有抗病毒基因，此方法不一定能使植株具备抗病毒的能力，B项错误；利用培养的愈伤组织进行诱变育种，可以显著提高基因突变率，获得有用的突变体，C项正确；利用原生质体的融合实现体细胞杂交可打破生殖隔离，克服杂交不亲和的障碍，充分利用遗传资源，D项正确。
1．动物细胞培养(1)概念：指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。(2)地位：动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。(3)原理：细胞增殖。(4)培养条件：一般用液体培养基。
提醒：(1)区分原代培养和传代培养的关键是看用胰蛋白酶处理的对象和是否分瓶。①分瓶前，第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理后的培养是原代培养。②第二次用胰蛋白酶处理，使细胞从瓶壁上脱离下来，分瓶后的细胞培养为传代培养。(2)细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
2．干细胞培养及其应用(1)概念：干细胞是一类具有自我更新能力及分化潜能的细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。(2)来源：早期胚胎、骨髓和脐带血等。(3)干细胞的分类及功能。
3.动物细胞融合技术(1)概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。(2)方法：PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等。(3)原理：细胞膜具有流动性。(4)结果：融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。(5)意义：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。(6)应用：①成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。②为制造单克隆抗体开辟了新途径。
4．单克隆抗体及其应用(1)原理：细胞膜的流动性和细胞增殖。(2)制备过程。
(3)单克隆抗体的特点：能准确识别抗原的细微差异，与特异抗原发生特异性结合，并可大量制备。(4)单克隆抗体的应用。①被广泛用作诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。②用于运载药物和治疗疾病。
提醒：①用特定抗原对小鼠进行免疫的原因：B淋巴细胞要经过免疫过程，即接触抗原，增殖分化为有特异性免疫功能的B淋巴细胞，才能产生相应的抗体，所以与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是浆细胞。②获取小鼠已经免疫的B淋巴细胞的部位：脾。③诱导融合的方法：动物细胞融合特有的诱导方法为用灭活的病毒处理，其他物理、化学诱导融合的方法与植物体细胞杂交过程中诱导原生质体融合的方法基本相同。④杂交细胞：在诱导因素的作用下进行细胞的诱导融合，形
成的杂交细胞有多种，若仅考虑两两融合的情况，形成的杂交细胞有三种，即AA型、BB型、AB型。只有AB型才是我们所需要的杂交细胞，所以需要用选择培养基进行筛选。⑤两次筛选的目的：第一次是在诱导融合之后，利用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。第二次是对上述杂交瘤细胞进行筛选，利用96孔板培养，采用专一抗体检测的方法筛选出能产生所需特定抗体的杂交瘤细胞。⑥杂交瘤细胞的抗体检测和克隆化培养：融合后的细胞经选择培养基培养后，能存活的细胞就是杂交瘤细胞。但这些杂交细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞，通常用“有限稀释法”来选择。将杂交瘤细胞稀释，用96孔板培养，使每孔细胞不超过一个，通过培养让其增殖。然后检测各孔上清液中细胞分泌的抗体(常用酶联免疫吸附试验法)，那些上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔。阳性孔中的细胞还不能保证是来自单个细胞，挑选阳性孔的细胞继续进行有限稀释，一般需进行3～4次，直至确信每个孔中增殖的细胞为单克隆细胞。该过程即为杂交瘤细胞的克隆化培养。
5．动物细胞核移植技术(1)概念：将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。(2)理论基础：动物体细胞核具有全能性。(3)分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。(4)涉及技术：动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中，核移植是核心技术。
提醒：①核移植技术中选用的核供体应为具有优良性状的个体，提供卵母细胞的个体和代孕受体只需为同一物种的健康雌性个体即可。②动物细胞核移植可以有两种操作方式：一是把供体细胞导入去核的卵母细胞，这是现在常用的方法；二是将供体动物的一个细胞核直接导入去核的卵母细胞，该过程需要用电融合的方法促进融合。③用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程，形成早期胚胎才能进行胚胎移植。④体细胞核移植体现了动物细胞核的全能性，而非动物细胞的全能性。
(6)应用前景和存在的问题。
1．动物细胞培养与植物组织培养的比较
2.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
3.动物细胞培养与动物体细胞核移植的比较
4.细胞工程的各种技术手段及其原理总结
考向1 结合动物细胞培养和干细胞的培养及应用，考查社会责任1．(2021·浙江卷)下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是( )
A．步骤①的操作不需要在无菌环境中进行B．步骤②中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离C．步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理D．步骤④培养过程中不会发生细胞转化
解析：动物细胞培养过程需要无菌操作，故步骤①的操作需要在无菌环境中进行，A项错误；动物细胞培养过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织，使之分散成单个细胞，制成细胞悬液，B项错误；传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞，使之分散成单个细胞，再分瓶培养，C项正确；步骤④为传代培养过程，该过程中部分细胞可能发生细胞转化，核型改变，D项错误。
考向2 结合动物细胞融合技术和单克隆抗体及其应用，考查科学探究2．(2022·广东佛山)近年来，非洲猪瘟(ASF)在我国多地蔓延，给家猪养殖业造成了巨大损失。目前控制该病主要依靠快速、准确的诊断方法，尽早发现、处理，防止扩散。某研究团队通过相关生物学技术制备了非洲猪瘟病毒(ASFV)核心蛋白p54的单克隆抗体。相关实验过程如下：
回答下列问题：(1)步骤①中获取目的基因的方法是______________。若ASFVp54基因序列中无限制酶切位点，为确保ASFVp54基因与pET28a载体正确连接，在步骤①中应该_________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)步骤②中最常用的转化方法是用______处理细胞。步骤④处理的目的是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)获得杂交瘤细胞后，在注入小鼠腹腔中之前还应进行_____________________。(4)利用ASFVP54单克隆抗体能快速、准确诊断ASF的原因是__________________________________________________________________________________________。
解析：(1)步骤①利用查询出的ASFVp54基因序列合成ASFVp54基因，属于人工合成法中的化学合成法。应该用相同的限制酶对目的基因和运载体进行酶切，以便进行正确的连接，故若ASFVp54基因序列中无限制酶切位点，为确保ASFVp54基因与pET28a载体正确连接，在目的基因的合成过程中应该在ASFVp54基因编码区两侧加入pET28a载体上存在的两种限制酶识别序列。(2)将基因表达载体导入大肠杆菌细胞的常用方法是感受态细胞制备法，即用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使之处于易于吸收环境中DNA分子的状态。过程④将ASFVp54蛋白注入小鼠体内是为了诱导小鼠产生能够分泌抗ASFVp54抗体的B淋巴细胞。(3)获得杂交瘤细胞后，在注入小鼠腹腔中之前还应进行克隆化培养和抗体检测，以便产生足够多的可产生ASFVp54蛋白单克隆抗体的杂交瘤细胞。(4)利用ASFVp54单克隆抗体能有针对性地找到抗原，从而快速、准确诊断ASF。
答案：(1)人工(化学)合成 在ASFVp54基因编码区两侧加入pET28a载体上存在的两种限制酶识别序列(2)Ca2＋ 诱导小鼠产生能够分泌抗ASFVp54抗体的B淋巴细胞(3)克隆化培养和抗体检测(4)ASFVp54单克隆抗体特异性强，灵敏度高
考向3 结合动物体细胞核移植技术，考查社会责任3．(2022·云南大理)2018年1月25日，《细胞》杂志刊登了我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物——食蟹猴，流程如下图所示，①～⑥表示过程，该动物可作为研究癌症等人类疾病的动物模型。请分析回答：
(1)2001年，美国科学家已经培育出胚胎细胞核移植猴，获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是________________________，恢复其全能性较难。(2)进行过程①时，细胞培养的培养液成分与植物组织培养基成分最主要的区别在于前者含有________。在进行细胞原代培养时会出现____________________和细胞接触抑制现象。(3)动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是________，去掉卵母细胞细胞核的目的是______________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)图中过程⑤用到了胚胎移植技术，其实质是早期胚胎在____________条件下空间位置的转移。
(5)研究人员在确定去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的作用时，做了两组实验，其中A组用正常培养液培养融合细胞，B组用正常培养液培养注入了Kd4d的mRNA的融合细胞，实验结果如下图所示。分析实验数据可知，Kd4d的mRNA的作用是________________________________________________________________________________。
注：X为融合细胞发育成的胚胎数；Y为囊胚数；Z为内细胞团数。
(6)假如用胚胎分割移植的方式来克隆食蟹猴，依据的原理是________________，胚胎分割时应注意的问题是______________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)动物体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植是因为体细胞分化的程度高，恢复其全能性较难。(2)图中①是培养成纤维细胞的过程，该过程采用的是动物细胞培养技术，在培养动物细胞时，培养液成分与植物组织培养基成分最主要的区别在于前者含有血清。细胞原代培养时会出现贴壁生长和接触抑制的现象。(3)动物细胞核移植技术中普遍利用显微操作法去核，去掉卵母细胞核的目的是保证克隆动物的遗传物质几乎全部来自供体细胞的细胞核。(4)过程⑤为胚胎移植，胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。(5)分析图中数据，将正常培养的A组与向融合细胞中注入去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的
融合细胞B组数据进行对照分析，后者的融合细胞发育成囊胚的成功率、囊胚中内细胞团的形成率都高于前者，说明Kd4d的mRNA既能提高融合细胞发育成囊胚的成功率，又能提高囊胚中内细胞团的形成率。
答案：(1)体细胞分化程度高(2)血清 细胞贴壁生长(3)显微操作法 保证克隆动物的遗传物质几乎全部来自供体细胞的细胞核(4)相同生理环境(5)提高融合细胞发育成囊胚的成功率和囊胚中内细胞团的形成率(6)细胞的全能性 切割囊胚阶段的胚胎要将内细胞团均等分割
一、胚胎工程的理论基础1．胚胎工程概念剖析
2．受精(1)概念：精子与卵子结合形成合子(受精卵)的过程。(2)场所：在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。(3)过程。
提醒：①精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量；排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。②不同动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数分裂Ⅱ的中期时，才具备与精子受精的能力。③减数分裂Ⅱ、受精作用和受精卵的早期细胞分裂都是在雌性动物的输卵管中进行的。④卵子减数分裂Ⅱ是在精子和卵子结合的过程中完成的。
二、胚胎工程技术及其应用胚胎工程技术：包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。1．体外受精(1)试管动物：通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。(2)主要步骤：卵母细胞的采集、精子的获取和受精。(3)过程。
(4)意义：提高动物繁殖能力，为胚胎移植提供可用的胚胎。
2．胚胎移植(1)胚胎移植的概念理解。①对象：通过体外受精及其他方式得到的胚胎。②移植条件：同种的、生理状态相同的雌性动物体内。③供体：在胚胎移植中提供胚胎的个体。④受体：在胚胎移植中接受胚胎的个体。⑤实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。⑥地位：通过任何一项技术(如转基因、核移植和体外受精等)获得的胚胎，都必须移植给受体才能获得后代。
(2)胚胎移植的过程。
(3)胚胎移植的意义。①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。②大大缩短了供体本身的繁殖周期。③对供体施行超数排卵处理后，可获得多枚胚胎，经移植可得到多个后代。3．胚胎分割(1)概念：指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。(2)主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。(3)繁殖方式：无性生殖。(4)特点：后代遗传性状相同。
提醒：①将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。②同一胚胎经分割、移植形成的后代具有相同的遗传物质，该过程中没有减数分裂的过程、有性生殖细胞的形成和有性生殖细胞的结合，所以属于无性生殖或克隆。③胚胎移植前进行性别鉴定的方法：取滋养层细胞做DNA分析。
(6)用途。①促进优良动物繁殖。②为遗传学研究提供遗传性状相同的个体。③胚胎移植前的性别鉴定、遗传病筛查。
1．卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律(1)有机物：胚胎没有和母体建立联系，没有从母体获取有机物，而胚胎一直通过呼吸作用消耗有机物，所以有机物总量减少。(2)细胞数目和体积：胚胎总体积并不增加，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。(3)细胞中的DNA含量：伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中的核DNA含量保持相对稳定。
2．胚胎移植的生理学基础
3．有关胚胎移植的几点提醒(1)体外受精、体内受精形成的胚胎进行胚胎移植属于有性生殖，动物体细胞核移植形成的胚胎进行胚胎移植属于无性生殖，即判断胚胎移植为何种生殖方式时，关键是看胚胎通过何种方式获得。(2)胚胎的培养：在发育培养液中培养。哺乳动物胚胎的培养液成分比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。(3)胚胎的保存：放入－196 ℃液氮中保存。(4)胚胎移植有两种方法：手术法，引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口。非手术法，将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。
(5)胚胎移植的地位：是胚胎工程的最终技术环节。在胚胎工程中通过任何一项技术，如转基因、核移植或体外受精等技术获得的胚胎，都必须移植给受体才能获得后代。
4．胚胎移植中的三个注意要点
5.胚胎分割、核移植和胚胎移植的比较
考向1 围绕受精作用和早期胚胎发育，考查生命观念1．(2022·辽宁沈阳二中)精子载体法是以精子作为外源基因载体携带外源基因进入卵细胞，下图表示用该方法制备转基因鼠的基本流程。下列叙述正确的是( )
A．①过程需将成熟的精子放入ATP溶液中进行获能处理B．②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自父母双方C．③过程有一段时间是在透明带内进行分裂，这种受精卵的早期分裂称为孵化D．④过程需要对受体母鼠用相关激素进行同期发情处理
解析：①过程需将成熟的精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能，A项错误；②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自于父母双方和外源基因，B项错误；③为早期胚胎培养过程，胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为卵裂期，而孵化是指胚胎从透明带中伸展出来的过程，C项错误；胚胎移植时，需对供体和受体使用激素进行同期发情处理，以保证胚胎移植入相同的生理环境，D项正确。
考向2 结合胚胎工程技术及其应用，考查科学思维2．(2022·华南师大附中模拟)下图为三亲婴儿的培育过程，请根据图回答下列问题：
(1)受体应选用______________________卵母细胞，去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大、易操作、营养物质丰富外，还因为它_________________________________________________________________________________________。若要使精子和卵母细胞在体外成功结合，需要对精子进行_______处理，才能受精。(2)体外受精完成后，还需要进行早期胚胎培养，早期胚胎的培养液除了一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及________________等物质，当培养到______________时再通过胚胎移植。如需做性别鉴定，还需从__________细胞取样做DNA分析。
(3)捐献者携带的红绿色盲基因________(填“不能”或“能”)遗传给三亲婴儿，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)卵母细胞培养到减数第二次分裂中期时才具备受精能力，而精卵结合前，对精子还需进行获能培养；选用卵母细胞做受体细胞的原因一是体积大，便于操作；二是因为该细胞质内的营养成分充足，含有促进细胞核全能性表达的物质，有利于移植后的分裂及细胞核全能性的表达。(2)动物细胞培养除营养物质外，还须有动物血清、血浆等物质，当培养到桑葚胚或囊胚期再进行胚胎移植，如需做性别鉴定，可取囊胚期的滋养层细胞做DNA分析。(3)由于捐献者只是提供了卵母细胞的细胞质，而红绿色盲基因是核基因，故捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿。
答案：(1)减数第二次分裂中期 含有促进细胞核全能性表达的物质 获能(2)血清、血浆 桑葚胚或囊胚 滋养层(3)不能 捐献者只是提供了卵母细胞的细胞质
高考真题体验1.(2022·山东卷)如下图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是( )
A．双抗可同时与2种抗原结合B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞
解析：根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与2种抗原结合，A项正确；根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性，利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B项正确；由于双抗是在两种不同的抗原刺激下，B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成的，因此，筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原—抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C项正确；同时注射2种抗原可刺激B细胞分化形成不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D项错误。
2．(2022·浙江卷)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是( )A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富D．不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株
解析：自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用70%酒精，再用无菌水清洗，再用5%次氯酸钠消毒处理，最后用无菌水清洗，A项错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，并不影响气体交换，B项错误；组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石比较松软，持水性也较好，有利于幼苗的生根和叶片的生长，C项错误；不带叶片的菊花茎的切段可通过植物组织培养分化出芽和根的途径形成完整的菊花植株，D项正确。
3．(2022·湖北卷)某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究，结果发现其培养的原代神经元生长缓慢，其原因不可能的是( )A．实验材料取自小鼠胚胎的脑组织B．为了防止污染将培养瓶瓶口密封C．血清经过高温处理后加入培养基D．所使用的培养基呈弱酸性
解析：小鼠胚胎脑组织中含有丰富的原代神经元，细胞增殖能力强，不会造成生长缓慢，A符合题意；培养瓶瓶口密封会使培养液中缺氧，可能使细胞生长缓慢，B不符合题意；血清经过高温处理后，其中活性成分变性，失去原有功能，细胞生存环境严重恶化，可能使细胞生长缓慢，C不符合题意；小鼠内环境为弱碱性，所使用的培养基呈弱酸性，使细胞生存环境恶劣，可能造成细胞生长缓慢，D不符合题意。
4．(2022·全国甲卷)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题。(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是____________。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是____________________________________________________________________________________________________；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是__________________(答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到__________时才具备与精子受精的能力。(2)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有____________________________(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。
(3)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)精液可以冷冻保存，使用前再将精液解冻离心分离。在体外受精前要对精子进行获能处理。通常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法，化学诱导法是将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能。卵母细胞需要培养到减数第二次分裂中期(MⅡ期)才能具备与精子受精的能力。(3)要利用保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料，获得具有该公羊优良性状的后代，主要是利用胚胎移植技术。
第34讲 细胞工程和胚胎工程【课标要求】 1.阐明植物细胞工程包括组织培养和体细胞杂交等技术。2.阐明动物细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术。3.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。4.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术。5.活动：利用植物组织培养技术培育菊花或其他植物幼苗，并进行栽培。6.活动：收集单克隆抗体在临床上实际应用的资料，并进行交流分享。
2．植物组织培养技术(1)细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。(2)植物组织培养：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。(3)原理：植物细胞的全能性。(4)条件：①离体的植物细胞、组织、器官(统称外植体)。②无菌和人工培养。③培养在人工制备的培养基上。④给予适宜的培养条件。
(5)过程(如菊花的组织培养)。
3．植物体细胞杂交技术(1)概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。(2)原理：细胞膜的流动性，植物细胞的全能性。(3)过程。
(4)意义：在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
提醒：有关植物细胞杂交的三个易错点①两个不同品种的植物细胞A、B进行杂交，错认为融合的原生质体只有AB类型，其实还可能有AA和BB融合的原生质体，需要经过筛选，选出AB融合的原生质体。②错认为植物体细胞杂交属于有性生殖。植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。③错认为杂种植株的变异类型属于基因重组。杂种植株的变异类型属于染色体变异，其染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。
4．植物细胞工程的应用(1)植物繁殖的新途径。①快速繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖。
提醒：微型繁殖是无性繁殖，进行有丝分裂，其遗传物质不变。
(2)作物新品种的培育。①单倍体育种。
提醒：二倍体的单倍体育种，得到的一般是纯合子，后代不发生性状分离，能稳定遗传。
(3)细胞产物的工厂化生产。①次生代谢：不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。是一类小分子有机化合物，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
②细胞产物的工厂化生产：人们利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。③植物细胞培养：指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。④原理：细胞增殖。⑤过程。
提醒：①工厂化生产不一定要培养出植物体，一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织细胞的培养液中就可提取细胞产物。②通过植物细胞的培养来获得能够产生对人们有利产物的细胞，从而获得大量的细胞产物。目前获得的产物主要有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
2.植物激素在植物组织培养中的作用
提醒：①由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。②光照：在愈伤组织诱导阶段，对有些植物来说，避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当愈伤组织再分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。③体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。④细胞的全能性指的是细胞的一
种潜在能力，这种潜在能力只有在特定的环境中才能表现出来，而不是指细胞在任何条件下都能发育成完整的生物体。⑤植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，少数为葡萄糖和果糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压，而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过高。
3．植物组织培养与植物体细胞杂交的比较
4．植物体细胞杂交与植物有性杂交的比较设白菜细胞含2x条染色体，2个染色体组；甘蓝细胞含2y条染色体，2个染色体组。
考向1 结合植物组织培养的过程，考查科学探究1．(2022·浙江温州)下图表示植物组织培养过程，下列相关叙述正确的是( )
A．外植体用化学试剂消毒后需经蒸馏水冲洗才可用于接种B．若外植体是带侧芽的菊花茎段，则过程①可不经脱分化过程C．过程②所需的培养基中无机盐浓度比过程①中的高D．过程③需将试管苗置于干旱环境中培养以适应环境
解析：外植体用化学试剂消毒后需经无菌水冲洗才可用于接种，A项错误；带侧芽的菊花茎段生长旺盛，容易发生再分化过程，因此，若外植体是带侧芽的菊花茎段，过程①可不经脱分化过程，B项正确；过程②所需的培养基中生长素浓度比过程①中的高，从而促进生根，C项错误；过程③需将试管苗的封口膜打开，让试管苗在培养箱内生长几日，随后再移植到消过毒的蛭石或珍珠岩环境下培养以适应环境，而不是干旱环境，D项错误。
考向2 结合植物体细胞杂交，考查科学探究2．(2022·山东济南)科学家用植物体细胞杂交技术，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，培育过程如下图所示，其中①～⑤表示过程，a～f表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题：
(1)在植物体细胞杂交技术中，过程①常用__________________________酶处理植物细胞以除去细胞壁。(2)过程②表示_______________________，依据的生物学原理是_______________。
(3)与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器是______________________。(4)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是________________________，其中过程④表示____________过程，过程⑤涉及的细胞分裂方式为________。(5)若番茄细胞内含m条染色体，马铃薯细胞内含n条染色体，则“番茄—马铃薯”杂种植株的体细胞内含_____条染色体；若由杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株为几倍体？____________________________________________________________________________。(6)如果形成c的原生质体a、b来源于同一株番茄，那么更常用且有效地得到番茄植株f的处理方法是_______________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(2)过程②表示诱导原生质体融合，依据的生物学原理是细胞膜具有流动性。(3)过程③是杂种细胞再生出细胞壁，在此过程中高尔基体起重要作用。(4)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是植物细胞的全能性，图中过程④表示脱分化，过程⑤表示再分化，在过程⑤中细胞进行有丝分裂。(5)植物体细胞杂交得到的杂种细胞中染色体数目是番茄细胞和马铃薯细胞中染色体数目之和，即m＋n；若培育成的杂种植株是四倍体，则该杂种植株的花粉经离体培养得到的植株是单倍体，因为其是由配子(如花粉)发育而来的。(6)利用同一株植物的体细胞融合得到的植株是同源多倍体，获得同源多倍体更常用且有效的方法是利用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的植物种子或幼苗。
答案：(1)纤维素酶和果胶(2)诱导原生质体融合 细胞膜具有流动性(3)高尔基体(4)植物细胞的全能性 脱分化 有丝分裂(5)m＋n 单倍体(6)用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的番茄种子或幼苗
考向3 围绕植物细胞工程的应用，考查社会责任3．(2022·山东泰安)马铃薯块茎中含有大量的淀粉，能为人体提供丰富的热量，且富含蛋白质、氨基酸、多种维生素及矿物质，尤其是其中的维生素种类是所有粮食作物中最全的，因此，马铃薯成为全球第四大重要粮食作物。马铃薯的普通栽培种是同源四倍体，四倍体杂交后代性状分离现象严重，这使得马铃薯的杂交育种变得十分困难。若要通过二倍体马铃薯杂交来改良品种，则必须破解马铃薯单倍体、二倍体和四倍体的基因组，实现难度同样很大，但植物细胞工程技术为马铃薯的育种提供了可行的方案。下列有关植物细胞工程的说法，不合理的是( )A．利用植物组织培养技术可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖B．利用茎尖分生组织培育脱毒苗，能使植株具备抗病毒的能力，同时使产品质量得到提高
C．利用培养的愈伤组织进行诱变育种，可以显著提高基因突变率，获得有用的突变体D．利用原生质体的融合实现体细胞杂交，可以克服杂交不亲和的障碍，充分利用遗传资源
解析：植物组织培养技术可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，A项正确；利用茎尖分生组织培育脱毒苗是因为茎尖分生组织细胞中不含病毒，而不是因为其含有抗病毒基因，此方法不一定能使植株具备抗病毒的能力，B项错误；利用培养的愈伤组织进行诱变育种，可以显著提高基因突变率，获得有用的突变体，C项正确；利用原生质体的融合实现体细胞杂交可打破生殖隔离，克服杂交不亲和的障碍，充分利用遗传资源，D项正确。
1．动物细胞培养(1)概念：指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。(2)地位：动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。(3)原理：细胞增殖。(4)培养条件：一般用液体培养基。
提醒：(1)区分原代培养和传代培养的关键是看用胰蛋白酶处理的对象和是否分瓶。①分瓶前，第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理后的培养是原代培养。②第二次用胰蛋白酶处理，使细胞从瓶壁上脱离下来，分瓶后的细胞培养为传代培养。(2)细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
2．干细胞培养及其应用(1)概念：干细胞是一类具有自我更新能力及分化潜能的细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。(2)来源：早期胚胎、骨髓和脐带血等。(3)干细胞的分类及功能。
3.动物细胞融合技术(1)概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。(2)方法：PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等。(3)原理：细胞膜具有流动性。(4)结果：融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。(5)意义：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。(6)应用：①成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。②为制造单克隆抗体开辟了新途径。
4．单克隆抗体及其应用(1)原理：细胞膜的流动性和细胞增殖。(2)制备过程。
(3)单克隆抗体的特点：能准确识别抗原的细微差异，与特异抗原发生特异性结合，并可大量制备。(4)单克隆抗体的应用。①被广泛用作诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。②用于运载药物和治疗疾病。
提醒：①用特定抗原对小鼠进行免疫的原因：B淋巴细胞要经过免疫过程，即接触抗原，增殖分化为有特异性免疫功能的B淋巴细胞，才能产生相应的抗体，所以与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是浆细胞。②获取小鼠已经免疫的B淋巴细胞的部位：脾。③诱导融合的方法：动物细胞融合特有的诱导方法为用灭活的病毒处理，其他物理、化学诱导融合的方法与植物体细胞杂交过程中诱导原生质体融合的方法基本相同。④杂交细胞：在诱导因素的作用下进行细胞的诱导融合，形
成的杂交细胞有多种，若仅考虑两两融合的情况，形成的杂交细胞有三种，即AA型、BB型、AB型。只有AB型才是我们所需要的杂交细胞，所以需要用选择培养基进行筛选。⑤两次筛选的目的：第一次是在诱导融合之后，利用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。第二次是对上述杂交瘤细胞进行筛选，利用96孔板培养，采用专一抗体检测的方法筛选出能产生所需特定抗体的杂交瘤细胞。⑥杂交瘤细胞的抗体检测和克隆化培养：融合后的细胞经选择培养基培养后，能存活的细胞就是杂交瘤细胞。但这些杂交细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞，通常用“有限稀释法”来选择。将杂交瘤细胞稀释，用96孔板培养，使每孔细胞不超过一个，通过培养让其增殖。然后检测各孔上清液中细胞分泌的抗体(常用酶联免疫吸附试验法)，那些上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔。阳性孔中的细胞还不能保证是来自单个细胞，挑选阳性孔的细胞继续进行有限稀释，一般需进行3～4次，直至确信每个孔中增殖的细胞为单克隆细胞。该过程即为杂交瘤细胞的克隆化培养。
5．动物细胞核移植技术(1)概念：将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。(2)理论基础：动物体细胞核具有全能性。(3)分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。(4)涉及技术：动物细胞培养技术、动物细胞融合技术、核移植技术、胚胎移植技术等。其中，核移植是核心技术。
提醒：①核移植技术中选用的核供体应为具有优良性状的个体，提供卵母细胞的个体和代孕受体只需为同一物种的健康雌性个体即可。②动物细胞核移植可以有两种操作方式：一是把供体细胞导入去核的卵母细胞，这是现在常用的方法；二是将供体动物的一个细胞核直接导入去核的卵母细胞，该过程需要用电融合的方法促进融合。③用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程，形成早期胚胎才能进行胚胎移植。④体细胞核移植体现了动物细胞核的全能性，而非动物细胞的全能性。
(6)应用前景和存在的问题。
1．动物细胞培养与植物组织培养的比较
2.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
3.动物细胞培养与动物体细胞核移植的比较
4.细胞工程的各种技术手段及其原理总结
考向1 结合动物细胞培养和干细胞的培养及应用，考查社会责任1．(2021·浙江卷)下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是( )
A．步骤①的操作不需要在无菌环境中进行B．步骤②中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离C．步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理D．步骤④培养过程中不会发生细胞转化
解析：动物细胞培养过程需要无菌操作，故步骤①的操作需要在无菌环境中进行，A项错误；动物细胞培养过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织，使之分散成单个细胞，制成细胞悬液，B项错误；传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞，使之分散成单个细胞，再分瓶培养，C项正确；步骤④为传代培养过程，该过程中部分细胞可能发生细胞转化，核型改变，D项错误。
考向2 结合动物细胞融合技术和单克隆抗体及其应用，考查科学探究2．(2022·广东佛山)近年来，非洲猪瘟(ASF)在我国多地蔓延，给家猪养殖业造成了巨大损失。目前控制该病主要依靠快速、准确的诊断方法，尽早发现、处理，防止扩散。某研究团队通过相关生物学技术制备了非洲猪瘟病毒(ASFV)核心蛋白p54的单克隆抗体。相关实验过程如下：
回答下列问题：(1)步骤①中获取目的基因的方法是______________。若ASFVp54基因序列中无限制酶切位点，为确保ASFVp54基因与pET28a载体正确连接，在步骤①中应该_________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)步骤②中最常用的转化方法是用______处理细胞。步骤④处理的目的是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)获得杂交瘤细胞后，在注入小鼠腹腔中之前还应进行_____________________。(4)利用ASFVP54单克隆抗体能快速、准确诊断ASF的原因是__________________________________________________________________________________________。
解析：(1)步骤①利用查询出的ASFVp54基因序列合成ASFVp54基因，属于人工合成法中的化学合成法。应该用相同的限制酶对目的基因和运载体进行酶切，以便进行正确的连接，故若ASFVp54基因序列中无限制酶切位点，为确保ASFVp54基因与pET28a载体正确连接，在目的基因的合成过程中应该在ASFVp54基因编码区两侧加入pET28a载体上存在的两种限制酶识别序列。(2)将基因表达载体导入大肠杆菌细胞的常用方法是感受态细胞制备法，即用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使之处于易于吸收环境中DNA分子的状态。过程④将ASFVp54蛋白注入小鼠体内是为了诱导小鼠产生能够分泌抗ASFVp54抗体的B淋巴细胞。(3)获得杂交瘤细胞后，在注入小鼠腹腔中之前还应进行克隆化培养和抗体检测，以便产生足够多的可产生ASFVp54蛋白单克隆抗体的杂交瘤细胞。(4)利用ASFVp54单克隆抗体能有针对性地找到抗原，从而快速、准确诊断ASF。
答案：(1)人工(化学)合成 在ASFVp54基因编码区两侧加入pET28a载体上存在的两种限制酶识别序列(2)Ca2＋ 诱导小鼠产生能够分泌抗ASFVp54抗体的B淋巴细胞(3)克隆化培养和抗体检测(4)ASFVp54单克隆抗体特异性强，灵敏度高
考向3 结合动物体细胞核移植技术，考查社会责任3．(2022·云南大理)2018年1月25日，《细胞》杂志刊登了我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物——食蟹猴，流程如下图所示，①～⑥表示过程，该动物可作为研究癌症等人类疾病的动物模型。请分析回答：
(1)2001年，美国科学家已经培育出胚胎细胞核移植猴，获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是________________________，恢复其全能性较难。(2)进行过程①时，细胞培养的培养液成分与植物组织培养基成分最主要的区别在于前者含有________。在进行细胞原代培养时会出现____________________和细胞接触抑制现象。(3)动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是________，去掉卵母细胞细胞核的目的是______________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)图中过程⑤用到了胚胎移植技术，其实质是早期胚胎在____________条件下空间位置的转移。
(5)研究人员在确定去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的作用时，做了两组实验，其中A组用正常培养液培养融合细胞，B组用正常培养液培养注入了Kd4d的mRNA的融合细胞，实验结果如下图所示。分析实验数据可知，Kd4d的mRNA的作用是________________________________________________________________________________。
注：X为融合细胞发育成的胚胎数；Y为囊胚数；Z为内细胞团数。
(6)假如用胚胎分割移植的方式来克隆食蟹猴，依据的原理是________________，胚胎分割时应注意的问题是______________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)动物体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植是因为体细胞分化的程度高，恢复其全能性较难。(2)图中①是培养成纤维细胞的过程，该过程采用的是动物细胞培养技术，在培养动物细胞时，培养液成分与植物组织培养基成分最主要的区别在于前者含有血清。细胞原代培养时会出现贴壁生长和接触抑制的现象。(3)动物细胞核移植技术中普遍利用显微操作法去核，去掉卵母细胞核的目的是保证克隆动物的遗传物质几乎全部来自供体细胞的细胞核。(4)过程⑤为胚胎移植，胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。(5)分析图中数据，将正常培养的A组与向融合细胞中注入去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的
融合细胞B组数据进行对照分析，后者的融合细胞发育成囊胚的成功率、囊胚中内细胞团的形成率都高于前者，说明Kd4d的mRNA既能提高融合细胞发育成囊胚的成功率，又能提高囊胚中内细胞团的形成率。
答案：(1)体细胞分化程度高(2)血清 细胞贴壁生长(3)显微操作法 保证克隆动物的遗传物质几乎全部来自供体细胞的细胞核(4)相同生理环境(5)提高融合细胞发育成囊胚的成功率和囊胚中内细胞团的形成率(6)细胞的全能性 切割囊胚阶段的胚胎要将内细胞团均等分割
一、胚胎工程的理论基础1．胚胎工程概念剖析
2．受精(1)概念：精子与卵子结合形成合子(受精卵)的过程。(2)场所：在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。(3)过程。
提醒：①精子获能是指精子获得受精“能力”，而不是获得能量；排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。②不同动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等；有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等。但它们都要在输卵管内进一步成熟，当达到减数分裂Ⅱ的中期时，才具备与精子受精的能力。③减数分裂Ⅱ、受精作用和受精卵的早期细胞分裂都是在雌性动物的输卵管中进行的。④卵子减数分裂Ⅱ是在精子和卵子结合的过程中完成的。
二、胚胎工程技术及其应用胚胎工程技术：包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。1．体外受精(1)试管动物：通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。(2)主要步骤：卵母细胞的采集、精子的获取和受精。(3)过程。
(4)意义：提高动物繁殖能力，为胚胎移植提供可用的胚胎。
2．胚胎移植(1)胚胎移植的概念理解。①对象：通过体外受精及其他方式得到的胚胎。②移植条件：同种的、生理状态相同的雌性动物体内。③供体：在胚胎移植中提供胚胎的个体。④受体：在胚胎移植中接受胚胎的个体。⑤实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。⑥地位：通过任何一项技术(如转基因、核移植和体外受精等)获得的胚胎，都必须移植给受体才能获得后代。
(2)胚胎移植的过程。
(3)胚胎移植的意义。①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。②大大缩短了供体本身的繁殖周期。③对供体施行超数排卵处理后，可获得多枚胚胎，经移植可得到多个后代。3．胚胎分割(1)概念：指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。(2)主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪。(3)繁殖方式：无性生殖。(4)特点：后代遗传性状相同。
提醒：①将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。②同一胚胎经分割、移植形成的后代具有相同的遗传物质，该过程中没有减数分裂的过程、有性生殖细胞的形成和有性生殖细胞的结合，所以属于无性生殖或克隆。③胚胎移植前进行性别鉴定的方法：取滋养层细胞做DNA分析。
(6)用途。①促进优良动物繁殖。②为遗传学研究提供遗传性状相同的个体。③胚胎移植前的性别鉴定、遗传病筛查。
1．卵裂期胚胎发育过程中物质和体积变化的规律(1)有机物：胚胎没有和母体建立联系，没有从母体获取有机物，而胚胎一直通过呼吸作用消耗有机物，所以有机物总量减少。(2)细胞数目和体积：胚胎总体积并不增加，但细胞数目增多，每个细胞体积减小。(3)细胞中的DNA含量：伴随细胞分裂，细胞数目增多，总DNA含量增多，但每个细胞中的核DNA含量保持相对稳定。
2．胚胎移植的生理学基础
3．有关胚胎移植的几点提醒(1)体外受精、体内受精形成的胚胎进行胚胎移植属于有性生殖，动物体细胞核移植形成的胚胎进行胚胎移植属于无性生殖，即判断胚胎移植为何种生殖方式时，关键是看胚胎通过何种方式获得。(2)胚胎的培养：在发育培养液中培养。哺乳动物胚胎的培养液成分比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。(3)胚胎的保存：放入－196 ℃液氮中保存。(4)胚胎移植有两种方法：手术法，引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口。非手术法，将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。
(5)胚胎移植的地位：是胚胎工程的最终技术环节。在胚胎工程中通过任何一项技术，如转基因、核移植或体外受精等技术获得的胚胎，都必须移植给受体才能获得后代。
4．胚胎移植中的三个注意要点
5.胚胎分割、核移植和胚胎移植的比较
考向1 围绕受精作用和早期胚胎发育，考查生命观念1．(2022·辽宁沈阳二中)精子载体法是以精子作为外源基因载体携带外源基因进入卵细胞，下图表示用该方法制备转基因鼠的基本流程。下列叙述正确的是( )
A．①过程需将成熟的精子放入ATP溶液中进行获能处理B．②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自父母双方C．③过程有一段时间是在透明带内进行分裂，这种受精卵的早期分裂称为孵化D．④过程需要对受体母鼠用相关激素进行同期发情处理
解析：①过程需将成熟的精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能，A项错误；②采用体外受精技术，受精卵中的遗传物质来自于父母双方和外源基因，B项错误；③为早期胚胎培养过程，胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的，这一时期称为卵裂期，而孵化是指胚胎从透明带中伸展出来的过程，C项错误；胚胎移植时，需对供体和受体使用激素进行同期发情处理，以保证胚胎移植入相同的生理环境，D项正确。
考向2 结合胚胎工程技术及其应用，考查科学思维2．(2022·华南师大附中模拟)下图为三亲婴儿的培育过程，请根据图回答下列问题：
(1)受体应选用______________________卵母细胞，去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大、易操作、营养物质丰富外，还因为它_________________________________________________________________________________________。若要使精子和卵母细胞在体外成功结合，需要对精子进行_______处理，才能受精。(2)体外受精完成后，还需要进行早期胚胎培养，早期胚胎的培养液除了一些无机盐和有机盐类外，还需要添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及________________等物质，当培养到______________时再通过胚胎移植。如需做性别鉴定，还需从__________细胞取样做DNA分析。
(3)捐献者携带的红绿色盲基因________(填“不能”或“能”)遗传给三亲婴儿，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)卵母细胞培养到减数第二次分裂中期时才具备受精能力，而精卵结合前，对精子还需进行获能培养；选用卵母细胞做受体细胞的原因一是体积大，便于操作；二是因为该细胞质内的营养成分充足，含有促进细胞核全能性表达的物质，有利于移植后的分裂及细胞核全能性的表达。(2)动物细胞培养除营养物质外，还须有动物血清、血浆等物质，当培养到桑葚胚或囊胚期再进行胚胎移植，如需做性别鉴定，可取囊胚期的滋养层细胞做DNA分析。(3)由于捐献者只是提供了卵母细胞的细胞质，而红绿色盲基因是核基因，故捐献者携带的红绿色盲基因不能遗传给三亲婴儿。
答案：(1)减数第二次分裂中期 含有促进细胞核全能性表达的物质 获能(2)血清、血浆 桑葚胚或囊胚 滋养层(3)不能 捐献者只是提供了卵母细胞的细胞质
高考真题体验1.(2022·山东卷)如下图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是( )
A．双抗可同时与2种抗原结合B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞
解析：根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与2种抗原结合，A项正确；根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性，利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B项正确；由于双抗是在两种不同的抗原刺激下，B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成的，因此，筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原—抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C项正确；同时注射2种抗原可刺激B细胞分化形成不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D项错误。
2．(2022·浙江卷)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是( )A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富D．不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株
解析：自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用70%酒精，再用无菌水清洗，再用5%次氯酸钠消毒处理，最后用无菌水清洗，A项错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，并不影响气体交换，B项错误；组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石比较松软，持水性也较好，有利于幼苗的生根和叶片的生长，C项错误；不带叶片的菊花茎的切段可通过植物组织培养分化出芽和根的途径形成完整的菊花植株，D项正确。
3．(2022·湖北卷)某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究，结果发现其培养的原代神经元生长缓慢，其原因不可能的是( )A．实验材料取自小鼠胚胎的脑组织B．为了防止污染将培养瓶瓶口密封C．血清经过高温处理后加入培养基D．所使用的培养基呈弱酸性
解析：小鼠胚胎脑组织中含有丰富的原代神经元，细胞增殖能力强，不会造成生长缓慢，A符合题意；培养瓶瓶口密封会使培养液中缺氧，可能使细胞生长缓慢，B不符合题意；血清经过高温处理后，其中活性成分变性，失去原有功能，细胞生存环境严重恶化，可能使细胞生长缓慢，C不符合题意；小鼠内环境为弱碱性，所使用的培养基呈弱酸性，使细胞生存环境恶劣，可能造成细胞生长缓慢，D不符合题意。
4．(2022·全国甲卷)某牧场引进一只产肉性能优异的良种公羊，为了在短时间内获得具有该公羊优良性状的大量后代，该牧场利用胚胎工程技术进行了相关操作。回答下列问题。(1)为了实现体外受精需要采集良种公羊的精液，精液保存的方法是____________。在体外受精前要对精子进行获能处理，其原因是____________________________________________________________________________________________________；精子体外获能可采用化学诱导法，诱导精子获能的药物是__________________(答出1点即可)。利用该公羊的精子进行体外受精需要发育到一定时期的卵母细胞，因为卵母细胞达到__________时才具备与精子受精的能力。(2)体外受精获得的受精卵发育成囊胚需要在特定的培养液中进行，该培养液的成分除无机盐、激素、血清外，还含的营养成分有____________________________(答出3点即可)等。将培养好的良种囊胚保存备用。
(3)请以保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料进行操作，以获得具有该公羊优良性状的后代。主要的操作步骤是________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)精液可以冷冻保存，使用前再将精液解冻离心分离。在体外受精前要对精子进行获能处理。通常采用的体外获能方法有培养法和化学诱导法，化学诱导法是将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能。卵母细胞需要培养到减数第二次分裂中期(MⅡ期)才能具备与精子受精的能力。(3)要利用保存的囊胚和相应数量的非繁殖期受体母羊为材料，获得具有该公羊优良性状的后代，主要是利用胚胎移植技术。
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