一、 细胞工程考点高考真题及解析
例1（2010江苏•24）（多选）明党参是我国珍稀药用植物，对其进行保护性开发利用的方法有
（ ）
A． 设计细胞培养反应器，实现药用成分的工厂化生产
B． 大量培养愈伤组织，直接提取药用成分
C． 大规模栽培组织培养苗，获取药用成分
D． 利用组织培养获得胚状体，制成人工种子
解析 保护珍稀动植物资源并不意味着禁止开发和利用，只是反对盲目地、掠夺式地开发利用，现代生物科技为人类在这方面的合理开发和利用提供了方法。
植物细胞工程的实际应用主要有以下3个方面：
1． 植物繁殖的新途径：（1） 微型繁殖：是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术；（2） 作物脱毒：很多作物都带有病毒，尤其是通过无性繁殖的植物，如马铃薯、大蒜等，长期的病毒感染并在植物体内的积累，使植物的产量和品质不断下降，但病毒在植株上的分布是不均匀的，老的组织和器官病毒含量高，幼嫩的、未成熟组织和器官病毒含量低，生长点几乎不含病毒或病毒较少，因此取植物的无毒部位（如茎尖、根尖）进行组织培养就能繁殖出无毒的幼苗，从而提高产量；（3） 人工种子：通过植物组织培养得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，包上人工胚乳和人工种皮就可形成人工种子，人工种子不受气候、季节和地域的限制。以上繁殖方式都属于无性生殖，在繁殖的过程中，细胞进行有丝分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同，具有相同的基因，从而保证亲、子代遗传特性不变。利用这种技术能高效快速地实现优良种苗的大量繁殖，从而保护性开发利用野生动植物资源。
2． 作物新品种的培育：（1） 单倍体育种：采用花药离体培养获得的单倍体，因发生基因重组而导致变异，因此在育种过程中需筛选。单倍体育种从本质上说属于有性生殖，这一点与微型繁殖不同，但单倍体育种首先要进行花药离体培养，仍是采用植物组织培养技术，然后用秋水仙素处理，获得纯合子，后代无性状分离，能够稳定遗传，可明显缩短育种年限。（2） 突变体的利用：植物组织培养过程中培养细胞一直处于分裂状态，易突变。以上方式都可改变后代的基因型，获得优良新品种，这也是对野生动植物资源的保护性开发利用。
3． 细胞产物的工厂化生产：高等植物的次生代谢产物如橡胶、香精油、色素，有些化合物还不能大规模地人工合成，而靠植株产生这些化合物来源有限。因此，利用植物组织培养方法，培养植物的愈伤组织，并筛选出高产、高合成能力、生长快的细胞株系，以进行工业化生产，是一条行之有效的途径，这也是对野生动植物资源的保护性开发利用。
答案ABCD
学习现代生物科技专题部分，许多学生非常关注技术本身的原理和操作程序，却忽略了工程技术在实际中的应用，殊不知学以致用才是学习的最高境界，这是高考命题的一个重要方向。
二、 细胞工程考情分析
细胞是生命系统最基本的结构层次，细胞是生命的单位，一切生命活动都离不开细胞，细胞生物学是生物学理论的基石，高中生物的教学内容也是紧紧围绕细胞展开的。细胞工程也是现代生物科技的基础知识与核心知识，基因工程和胚胎工程都离不开细胞培养，因此，生物高考常以细胞工程为背景，与细胞结构、代谢、增殖、遗传、基因工程、胚胎工程进行综合命题，以图代文、图文并茂，考查学生的识图能力与综合运用知识的能力。
该考点内容是现代生物科技的热点，也是当今社会发展的热点，与现代农业、现代医学及人们的生活有着密切的联系，发展迅猛，新成果层出不穷，因此，在高考中该考点内容地位越来越重要，也容易出现新情境的考题，考查学生灵活运用知识的能力和创新能力。
三、 细胞工程考点解析
（一） 植物组织培养和动物细胞培养（下表）
1． 培养基
（1） 培养基的成分：培养微生物、植物和动物细胞培养基的成分一般都含有水、碳源（如有机碳源糖类、无机碳源NaHCO3、CO2）、氮源（如有机氮源氨基酸、无机氮源N2）、无机盐和其他添加物（如动物细胞促生长因子、植物激素、维生素、抗生素、色素、琼脂等）。由于病毒是高度寄生的生物，因此培养病毒的培养基必须是活细胞，如活鸡胚。
（2） 培养基的分类：
① 按化学性质分：天然培养基（如麦芽汁培养基）、合成培养基、半合成培养基（如动物细胞培养液中加入血清）。
② 按物理性质分：液体培养基、半固体培养基、固体培养基，常用琼脂作为凝固剂。
植物组织培养的目的通常是完整植株,但因为是无土培养，所以要用固体培养基以起到固定植株的作用。而动物细胞培养则是获得大量细胞，因此须用液体培养基，以及时补充养分，排出代谢产物。
（3） 植物组织培养所用的培养基中为什么加的是蔗糖而不是葡萄糖？
蔗糖较葡萄糖能更好地调节培养基内的渗透压：配制相同质量分数的培养基，蔗糖形成的渗透压要明显低于葡萄糖，因此，若采用葡萄糖作为碳源，易使植物细胞脱水而生长不良；同时，植物细胞吸收蔗糖的速率要明显慢于吸收葡萄糖的速率（只要浓度不是过高，时间又足够长，蔗糖可以以被动运输的方式进入植物细胞），所以蔗糖形成的渗透压可相对长期地保持稳定。 植物组织培养过程中，要防止培养基受到微生物的污染：微生物生长所需碳源最常用的是葡萄糖，一般很少利用蔗糖。因此，采用蔗糖作为培养基的碳源，可一定程度上抑制微生物的生长，减少微生物的污染。
（4） 在植物组织培养和动物细胞培养过程中需及时更换培养基的目的是：① 补充营养物质；② 防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成伤害；③ 培养过程中会有杂菌侵入，污染培养基；④ 植物组织培养的不同时期对植物激素的需求不同。
2． 消毒与灭菌：消毒是指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分有害微生物，如煮沸消毒、酒精消毒。酒精消毒能力的强弱与其浓度大小有直接关系，过高或过低都不行，效果最好的是体积分数为70%的酒精，由于植物外植体含水分较多，因此用体积分数为70%的酒精对其消毒效果好。灭菌是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子，如灼烧灭菌、高压蒸汽灭菌。
细胞工程操作过程中须防止杂菌污染，杂菌主要有三个来源：① 实验材料本身携带的杂菌（如对植物组织培养的外植体只能进行消毒处理，达不到灭菌效果）；② 对实验用具、药品、实验人员、操作环境的灭菌不彻底（如对实验人员的手只能进行消毒处理）；③ 实验过程持续时间长，外来杂菌侵入。
3． 细胞的全能性：
（1） 概念：是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。
（2） 物质基础：每个细胞都含有控制本物种生长、发育所必需的全套遗传物质。
（3） 特点：① 高度分化的植物体细胞具有全能性，植物细胞在离体的情况下，在一定的营养条件，激素和其他适宜的外界条件下，才能表现其全能性；② 动物已分化的体细胞的全能性受限制，但细胞核仍具有全能性。
（4） 细胞全能性的高低：受精卵>配子>体细胞，分化程度低的细胞>分化程度高的细胞，植物细胞>动物细胞。
由于分化程度越高的细胞全能性越低、分裂能力也越差，因此植物组织培养常取根尖、芽尖、茎尖，动物细胞培养则取胚胎或幼龄动物器官、组织。
4． 植物组织培养获得新植株的生殖类型：
（1） 无性生殖——体细胞培养，例如胡萝卜形成层细胞的植物组织培养获得的新植株。
（2） 有性生殖——有性生殖细胞培养，例如花药离体培养获得的单倍体植株。
5． 概念辨析：
6． 植物组织培养和动物细胞培养过程中细胞处于不断（有丝）分裂状态，易受外界影响发生基因突变和染色体变异，植物组织培养过程中细胞既有分裂也有分化，动物细胞培养过程中细胞只有分裂没有分化，也不需要脱分化。
7． 动物细胞培养过程中使用胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）：
（1） 胰蛋白酶的消化处理时间一般控制在1 min左右，由于细胞膜上有膜蛋白，因此采用胰蛋白酶处理时间过长对培养细胞有损害；
（2） 不用胃蛋白酶来处理培养细胞：胃蛋白酶的最适pH是1.5，动物细胞培养的pH通常是7.2～7.4，因此选用最适pH接近中性的胰蛋白酶。
8． 动物细胞的培养条件
（1） 无菌、无毒的环境对培养液和培养用具进行无菌处理培养过程中添加抗生素定期更换培养液，清除代谢产物
（2） 营养（半合成培养基）：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，由于动物细胞生活的内环境还有一些成分尚未研究清楚，所以通常需要加入血清、血浆，以提供一个类似生物体内的环境，此外动物血清中也包含了一些动物的激素和酶，可以促进细胞的生长；
（3） 温度和pH：通常哺乳动物的细胞培养为36.5±0.5℃，7.2～7.4；
（4） 气体环境：95%的空气和5%的CO2混合气体，O2用于有氧呼吸，CO2用来调节pH，因此通常采用培养皿或松盖培养瓶来进行动物细胞培养。
9. 细胞株和细胞系：（1） 对于动物细胞培养而言，原代细胞一般传至10代左右就不容易传下去了，大部分细胞衰老死亡，只有极少数能度过危机，传到40～50代，这叫做细胞株，所以细胞株是极少数的细胞；（2） 50代以后，细胞培养会出现另一个危机，大多数细胞不能再传代下去了，但是，个别细胞发生了基因突变，像癌细胞一样无限地分裂下去,这就是细胞系；（3） 它们都是传代培养里面的概念，都是10代以后的；细胞株是传代培养的10～50代，细胞系是50代以后的。
（二） 动物体细胞核移植技术和克隆动物
1． 动物体细胞核移植的过程（见下图）：
（1） 过程③通常用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞能保持正常的二倍体核型。过程④采用的是显微操作，选用去核卵母细胞的原因是其含有能促进体细胞核全能性表达的物质；营养物质多，供胚胎早期发育；体积大，便于操作。
（2） 克隆动物的产生过程通常涉及4个个体：
个体（A）应具有某种优良性状；个体（B）是健康的雌性，常需作超数排卵处理；个体（C）是健康的雌性，需作同期发情处理，以便早期胚胎移植；个体（D），即克隆动物，其与亲代个体（A）的表现型并不完全相同。克隆动物（D）细胞核遗传物质来自个体（A），细胞质遗传物质来自个体（B）；其个体发育过程中可能发生基因突变和染色体变异；后天生长环境的影响；因此个体（D）与个体（A）遗传特性基本相同，性别一致。
（3） 克隆动物的产生属于无性生殖。
（4） 采集的卵母细胞须培养至减数第二次分裂中期才能进行核移植。
2． 原理：动物细胞核的全能性、细胞膜的流动性。
3． 克隆的分类：（1） 分子克隆：例如PCR技术、DNA复制、RNA复制；（2） 细胞克隆：例如动物细胞培养；（3） 个体克隆：例如植物组织培养、克隆羊、胚胎分割技术。
4． 应用：在畜牧业、医药卫生，以及其他领域有着广泛的应用前景：（1） 畜牧业：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；（2） 保护濒危物种，增大存活数量；（3） 医药卫生：作为生物反应器生产医用蛋白；可用于组织、器官的移植，既降低了免疫排斥反应，又扩大了供体来源；（4） 科研：了解胚胎发育及衰老过程，用作疾病模型。
5． 存在问题：（1） 克隆动物的成功率低；（2） 克隆动物存在健康问题；（3） 克隆动物食品的安全性问题存在争议。
（三） 植物体细胞杂交技术、动物细胞融合与单克隆抗体的比较（见下表）
备注：表中所指的B淋巴细胞实际上是浆细胞（也称作效应B淋巴细胞）。
1． 体细胞杂交（融合）有两种类型：同种生物的体细胞杂交和异种生物的体细胞杂交，两种体细胞的杂交若亲缘关系越远则越不容易成功。植物常做的是异种体细胞杂交（同种体细胞杂交可用秋水仙素或低温来诱导染色体数目加倍获得），如番茄—马铃薯，但杂种植株番茄—马铃薯没有如预期那样地上长番茄、地下结马铃薯，这是由于基因的选择性表达所造成的。动物常做的是同种体细胞融合，如用小鼠骨髓瘤细胞和小鼠B淋巴细胞融合所得的杂交瘤细胞制备单克隆抗体。在植物体细胞杂交过程中细胞A和细胞B通常来自两种二倍体植物，因此杂种植株为（异源）四倍体，而杂交瘤细胞则为（同源）四倍体。
2． 体细胞杂交的过程：细胞膜融合→细胞质融合→细胞核融合（杂种细胞第一次有丝分裂时融合）。植物体细胞融合完成的标志是新细胞壁的形成，动物细胞融合完成的标志是核融合。
3． 灭活的病毒的特点丧失感染性（不感染细胞）保留融合活性（诱导细胞融合）
4． 杂交瘤细胞的特点：既能在体内迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体。
单克隆抗体的优点：特异性强、灵敏度高、能大量制备。
5． 单克隆抗体制备过程中至少要经过两次筛选：
（1） 第一次筛选：骨髓瘤细胞（A细胞）与B淋巴细胞（B细胞）诱导融合之后，有三种融合情况：① 未能融合；② 两两融合（包括AA型、AB型、BB型三类）；③ 多细胞融合，第一次筛选就是要把两两融合中的杂交瘤细胞（AB型细胞）筛选出来。
（2） 第二次筛选：一个抗原通常具有多种抗原决定簇，抗原决定簇是决定抗原特性的特殊化学基团，抗原入侵小鼠后，一种抗原决定簇→一种浆细胞→一种抗体。因此，当特定的抗原注入小鼠后，小鼠体内会产生多种B淋巴细胞（浆细胞），另外，小鼠体内本身就具有多种抗原，有多种B淋巴细胞。第一次筛选得到的AB型细胞其实也有许多种（AB1、AB2、AB3……）,第二次筛选就是要通过专一抗体阳性检验把产生特定抗体的那一种杂交瘤细胞筛选出来（如产生特定的3号抗体的杂交瘤细胞AB3）。
6． 生物导弹的原理：例如把抗癌细胞的抗体作为载体，将药物结合在这种载体上， 制成“生物导弹”注入体内，借助单克隆抗体的导向作用（抗原——抗体的特异性结合），因而抗体就将所携带的药物集中在癌细胞所在位置，这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量，从而达到特异性杀伤肿瘤的作用，所以起杀伤作用的主要是单克隆抗体所携带的药物。
巩固练习
1． 某同学在进行组织培养过程中发现只分裂而不分化出芽和根，可能原因是 （ ）
A． 未见阳光
B． 培养时间短
C． 培养基营养过多
D． 细胞分裂素和生长素配比不正确
2． 下列关于细胞工程的叙述中，不正确的是
（ ）
A． 电刺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的B淋巴细胞融合可制备单克隆抗体
D． 动植物细胞培养通常需要经过脱分化处理
3． 在克隆动物技术中，不一定涉及（ ）
A． 卵母细胞的培养 B． 细胞核移植
C． 早期胚胎培养 D． 导入目的基因
4． 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． 细胞培养应在含CO2浓度为5%的恒温培养箱中进行，CO2的作用是刺激细胞的呼吸
C． 甲、乙细胞在持续的原代培养过程中，乙会出现停止增殖的现象
D． 仅用该培养液也能用来培养乙肝病毒
5． 科学家用植物细体胞杂交技术，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（见下图），其中①～⑤表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。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。如果将已除去细胞壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞是何形状？ 。过程②如放在神舟六号飞船上则更易进行，这是因为
。过程③密切相关的细胞器为 。
（2） 在利用杂种细胞培育成杂种植株的过程中，依据的原理是 ， 其中过程④相当于
过程，⑤涉及的细胞分裂方式为 。
（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） 若将该方案用在SARS疾病的研究和治疗上，则从理论上讲c细胞的制备可采用细胞和 的融合。
参考答案1． D 2． D 3． D 4． C
5． （1） 原生质体融合 纤维素酶和果胶 呈圆球形 飞船上无重力干扰更易进行细胞融合 高尔基体 （2） 细胞的全能性 脱分化 有丝分裂
（3） （m＋n） 单 （4） 用秋水仙素或低温处理普通番茄萌发的种子或幼苗 （5） 人的骨髓瘤 SARS患者或康复者的B淋巴细胞
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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