第二章 细胞工程-【必背知识】2021-2022学年高二生物章节知识清单（人教版2019选择性必修3）（含答案）

PAGE\*MERGEFORMAT1新人教版生物学选择性必修3《生物技术与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 》知识梳理第二章细胞工程第一节植物细胞工程细胞工程：细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性生物工程。1．原理和方法：细胞生物学和分子生物学。2．操作水平：细胞水平或细胞器水平。3．目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。一、植物细胞工程的基本技术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_，即细胞具有_全能性_。2.细胞具有全能性的原因（物质基础）生物体的细胞中都含有该物种的全套遗传物质_，都有_发育成为完整个体所需的全部遗传信息_。生物体生长发育过程中细胞不表现全能性的原因（不离体的细胞无法表现出全能性的原因）在特定的时间时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达全能性大小比较（1）受精卵、体细胞、生殖细胞__受精卵＞生殖细胞＞体细胞____（2）分化程度高的细胞、分化程度低的细胞__分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞_____（3）分裂能力强的细胞、分裂能力弱的细胞__分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞____（4）植物细胞、动物细胞__植物细胞＞动物细胞__________（5）幼嫩的细胞、衰老的细胞__幼嫩的细胞＞衰老的细胞____（一）植物组织培养技术1.概念：植物组织培养是指将_离体_的植物_器官__、_组织_或_细胞_（称为_外植体_）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。2.原理：__植物细胞的全能性__3.生殖方式：_无性生殖__4.分裂方式：__有丝分裂__5.过程：eq\x(外植体)eq\o(――→,\s\up7(脱分化))eq\x(愈伤组织)eq\o(――→,\s\up7(再分化))eq\x(胚状体或丛芽)eq\o(――→,\s\up7(发育))eq\x(植株)脱分化：在一定的_激素_和_营养_等条件的_诱导_下，_已经分化_的细胞_失去其特有的结构和功能__，转变成_未分化的细胞__的过程。再分化：_愈伤组织_能重新_分化_成_芽、根等器官_的过程。探究.实践：菊花的组织培养（1）原理①植物细胞一般具有_全能性__；②在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过_脱分化_和__再分化__，形成_胚状体__，长出__芽和根_，进而发育成_完整的植株_；③植物激素中_生长素_和__细胞分裂素_是启动_细胞分裂_、_脱分化__和_再分化_的关键激素，它们的_浓度_、_比例_等都会影响植物细胞的发育方向。生长素用量与细胞分裂素用来的比值结果比值高有利于根的分化，抑制芽的形成比值低有利于芽的分化，抑制根的形成比值适中促进愈伤组织的形成（2） 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 用具①外植体：_幼嫩的菊花茎段__：经常选择根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）等分裂能力强、分化程度低的区域作为材料，容易诱导形成愈伤组织。②体积分数为70%的酒精：对手、超净工作台、外植体进行消毒。③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液：对外植体进行消毒。④无菌水：清洗外植体。⑤培养基：包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）。（3）方法步骤①消毒—②外植体切段—③接种—④脱分化—⑤再分化—⑥移栽培养6.植物组织培养中细胞表现出全能性的条件（1）离体（最关键）；（2）严格的无菌条件；（3）适宜的培养条件；（4）适宜浓度和比例的激素；（5）一定的营养条件；（二）、植物体细胞杂交技术1.概念：植物体细胞杂交是指将__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：__植物细胞的全能性、细胞膜具有一定的流动性__3.生殖方式：_无性生殖_4.分裂方式：__有丝分裂__5.可遗传变异类型：_染色体（数目）变异__6.意义：__打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种__8.过程：eq\x(制备原生质体)―→eq\x(\a\al(原生质,体融合))―→eq\x(\a\al(杂种,细胞))―→eq\x(\a\al(愈伤,组织))―→eq\x(\a\al(杂种,植株))（1）去除细胞壁①去壁原因：_细胞壁阻碍着细胞间的杂交__②方法：_酶解法_③所用酶：_纤维素酶和果胶酶__（2）原生质体间的融合①原理：__细胞膜具有一定的流动性_②方法：物理法：_电融合法、离心法__；化学法；聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法。（3）再生出新的细胞壁再生出新的细胞壁、高尔基体和线粒体。（4）植物组织培养——脱分化、再分化①原理：_植物细胞的全能性__②植物体细胞杂交完成的标志：_培育出杂种植株__二、植物细胞工程的应用（一）植物繁殖的新途径1.微型繁殖（1）概念：用于_快速繁殖优良品种_的__植物组织培养技术_；（2）优点：①_可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖_；②__可以保持优良品种的遗传特性_。（3）实例：_观赏植物、经济林木、无性繁殖作物、濒危植物__。2.作物脱毒（1）适用范围_无性繁殖的作物__（2）进行作物脱毒的原因：用无性繁殖的方式进行繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传给后代，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差_。（3）外植体选材部位：_植物顶端分生区附近部位，如茎尖__。（4）选分生区的原因：_植物顶端分生区附近病毒极少，甚至无病毒__。（5）优点：__脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物_。3.单倍体育种（1）定义：通过_花药_（或_花粉_）培养获得__单倍体植株___，然后经过__诱导染色体加倍__，_当年__就能培育出__遗传性状相对稳定_的__纯合二倍体植株__。（2）原理：_染色体（数目）变异__和_植物细胞的全能性_（3）优点：①_大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力_。②__可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料_。4.突变体的利用（1）过程：（2）诱变处理对象：一般为_愈伤组织_。（3）原因：__在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变_。（4）原理：__基因突变_和__植物细胞的全能性__。（5）优点：通过人工诱变提高愈伤组织的突变率，从而筛选获得抗病、抗盐、高产、优质的新品种，加快育种进程__。（6）缺点：__突变具有不定向性和低频性，因此需大量处理实验材料___5.细胞产物的工厂化生产（1）植物的代谢产物分类：①初生代谢产物：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动；产物：糖类、脂质、蛋白质、核酸等②次生代谢产物：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行；产物：一类小分子有机化合物：如酚类、萜类和含氮化合物等（2）细胞产物的工厂化生产的目标产物：__次生代谢产物__（3）技术—_植物细胞培养_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）细胞产物的工厂化生产的一般过程（5）优点：__不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。第二节动物细胞工程一、动物细胞培养1.概念：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.原理：__细胞增殖__3.地位：__动物细胞工程的基础__4.关键操作：_原代培养_和__传代培养_。（一）动物细胞培养的条件1.营养（1）成分①已知成分将细胞所需的__营养物质_（糖类、氨基酸、无机盐、维生素等）按其_种类__和_所需量__严格配制而成的培养基，称为_合成培养基_。②未知成分使用合成培养基时，通常需加入_血清_等一些天然成分。（2）培养基的物理性质培养动物细胞一般使用_液体培养基__，也称为_培养液__。2.无菌、无毒的环境①对_培养液_和_所有培养用具_进行_灭菌_处理；②在_无菌环境__下进行操作；③还需要__定期更换培养液__。3.温度、pH和渗透压（1）适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以__36.5±0.5℃_为宜。（2）适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为_7.2-7.4_。（3）适宜的渗透压：维持适宜渗透压的目的_维持细胞正常的形态和功能__。4.气体环境（1）组成：动物细胞培养所需气体主要有_O2_和_CO2_。（2）气体作用：①O2：_O2是细胞代谢所必需的_；②CO2：_CO2的主要作用维持培养液的pH__。（二）动物细胞培养的过程①原代培养：将__分瓶之前_的细胞培养，即动物组织经处理后的__初次培养__称为原代培养。②传代培养：将_分瓶后_的细胞培养称为传代培养；③细胞贴壁：__大多数_体外培养的细胞需要__贴附于某些基质表面__才能生长增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的_瓶壁_上，这种现象称为细胞贴壁；④接触抑制：当_贴壁_细胞生长到_表面相互接触_时，细胞通常会_停止分裂增殖__。1.取动物组织（1）取材：__动物胚胎__或__幼龄动物__的组织、器官。（2）取材原因：_细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养___。2.制成细胞悬液（1）制成细胞悬液的步骤：①__将组织分散成单个细胞__；②__用培养液将细胞制成细胞悬液__（2）将组织分散成单个细胞的原因：①从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞__靠在一起__，彼此__限制了生长和增殖_；②__能使细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换_。（3）将组织分散成单个细胞的方法：①__机械法__；②___用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间___。3.原代培养将_细胞悬液__放入__培养皿或培养瓶_内4.分瓶、传代培养悬浮生长类：__直接用离心法收集_；贴壁生长类：重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集；将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。5.植物组织培养与动物细胞培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养理论基础植物细胞全能性细胞增殖区别培养基类型固体或半固体培养基液体培养基成分水、矿质元素、维生素、植物激素、蔗糖、氨基酸、琼脂等葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等取材离体植物器官、组织、细胞动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织关键环节细胞的脱分化和再分化细胞增殖和癌变结果新的组织或植株个体，可以体现全能性新的细胞系或细胞株，不形成个体，不体现全能性应用①植株快速繁殖；②脱毒植株的培育；③人工种子；④生产药物、杀虫剂等；⑤转基因植物的培育①蛋白质生物制品的生产；②皮肤移植材料的培育；③检测有毒物质；④生理、病理、药理等方面的研究相同点两种技术手段培养过程中细胞都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂；②均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件（三）干细胞培养及其应用1.分布干细胞存在于_早期胚胎__、_骨髓_和__脐带血__等多种组织和器官中。2.分类干细胞包括__胚胎干细胞_和_成体干细胞__等（1）胚胎干细胞（简称ES细胞）①分布：存在于_早期胚胎_中②特点：__具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能___。（2）成体干细胞①分布：存在于_成体组织或器官内__中②类别：包括_骨髓__中的_造血干细胞__、_神经系统_中的__神经干细胞__、_睾丸_中的__精原干细胞_等。③特点：_一般认为，成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力___。3.干细胞的应用（1）原理：干细胞有着_自我更新__能力及_分化_潜能的干细胞，与__组织、器官_的_发育、再生和修复_等密切相关。（2）应用：造血干细胞：治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病。神经干细胞：治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等）。诱导多能干细胞（iPS细胞）：可治疗小鼠的镰状细胞贫血症，在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域。二、动物细胞融合与单克隆抗体技术（一）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.结果：形成的_杂交细胞__具有__原来两个或多个细胞的遗传信息_。3.原理：_细胞膜具有一定的流动性__。4.意义：__突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能__。5.诱导融合的常用方法：__电融合法__、_聚乙二醇PEG融合法__和__灭活病毒诱导法__。6.融合实质及完成的标志：_细胞核的融合___。7.应用：①细胞融合技术已经成为研究__培育生物新品种_、_细胞遗传__、_细胞免疫_和__肿瘤_等的重要手段。②利用动物细胞融合技术发展起来的__杂交瘤技术__，为__制造单克隆抗体_开辟了新途径。8.动物细胞融合和植物体细胞杂交比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞膜具有一定的流动性植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性细胞融合前的处理方法用果胶酶和纤维素酶去除细胞壁用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞诱导细胞融合的方法电融合法、离心法、聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法细胞融合成功的标志再生出细胞壁细胞核的融合主要用途获得完整的杂种植株主要用于制造单克隆抗体意义打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能（二）单克隆抗体的制备1.制备过程2.突出优点：特异性强、灵敏度高，可大量制备。3.实际应用：（1）作为诊断试剂；①多种疾病的诊断②病原体的鉴定③其他类型诊断。（2）用于治疗疾病和运载药物：与药物结合，制成__抗体-药物偶联物（ADC）__，杀伤癌细胞；ADC通常由_抗体_、__接头_和_药物_三部分组成。（3）治疗疾病：单克隆抗体单独使用，也可直接用于治疗疾病。三、动物细胞核移植技术和克隆动物（一）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.结果：形成__重新组合的细胞__并发育成__新胚胎_，继而发育成__动物个体_。3.原理：_动物细胞核的全能性__。4.生殖方式：__无性生殖__。5.哺乳动物核移植分类①胚胎细胞核移植：动物胚胎细胞分化程度_低_，表现全能性_相对容易_。②体细胞核移植：动物体细胞分化程度_高_，表现全能性_十分困难__。6.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因①_供体_细胞的__细胞核__在__去核卵母细胞__中_不能完全恢复_其__分化前的功能状态__，这导致了_胚胎发育率低__。②对非人灵长类动物_胚胎_进行操作的技术尚不完善。7.体细胞核移植的过程（二）体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题应用前景畜牧生产加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。保护濒危动物有望增加濒危物种的存活数量。医药卫生转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白。治疗人类疾病①转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体；②以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应。科研①研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因；③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助；存在的问题①成功率非常低；②各个技术环节有待进一步改进；③绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷。第三节胚胎工程工程胚胎工程：指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。1.操作对象：__动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞__。2.技术种类：__体外受精、胚胎移植、胚胎分割_。3.特点：____获得的胚胎需移植到雌性动物体内生产后代_。4.理论基础：__哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律__。一、胚胎工程的伦理基础（一）受精1.概念：受精是_精子_和__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：包括__受精前的准备阶段___和__受精阶段_。（1）准备阶段1—精子获能①概念：刚刚排出的精子_不能立即_与卵子受精，必须在__雌性动物的生殖道__发生__相应的生理变化__后，才能获得_受精能力_，这一生理现象称为“精子获能”。②研究精子获能机制的意义：实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为_体外受精技术_的建立奠定了基础。③使精子获能的方法：直接利用__雌性动物生殖道__使精子获能；将精子培养在__人工配制的获能液__中使其获能。（2）准备阶段2—卵子的准备卵子一般在排出_2-3h_后才能被精子穿入；动物排出的卵子成熟程度_不同__有的可能是_初级卵母细胞_，如马、犬等；有的可能是__次级卵母细胞_，如猪、羊等；排出的卵子都要在_输卵管内_进一步成熟；卵子具备与精子受精能力的时期_MⅡ_期。（3）受精阶段（二）胚胎早期发育原肠胚卵裂囊胚有了三胚层的分化，是细胞分化最关键的时期。细胞开始出现分化 ,形成 内细胞团 和滋养层细胞，中间的空腔称为囊胚腔。该时期细胞的全能性仍比较高。内细胞团将来发育成胎儿的各种组织,滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘。卵裂产生的子细胞形成致密的细胞团,形似桑葚。桑葚胚及以前的细胞都具有全能性。胚胎发育早期，在 透明带内进行。分裂方式为_有丝分裂。细胞数目越来越多，胚胎总体积基本不变。受精卵桑葚胚二、胚胎工程技术及其应用（一）体外受精1.过程：包括_卵母细胞的采集_、__精子的获取_和_受精_等步骤。2.意义：__是提高动物繁殖能力的有效措施，可以为胚胎移植提供可用胚胎__。（二）胚胎移植1.概念：指将通过_体外受精__及__其他方式_得到的胚胎，移植到_同种的__、__生理状态相同_的_雌性_动物体内，使之__继续发育为新个体_的技术。（1）胚胎来源：_体外受精及其他方式得到的胚胎_。（2）供体和受体：①提供胚胎的个体称为_供体_②接受胚胎的个体叫_受体_。2.实质：_早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移_。3.地位：__胚胎工程的最终技术环节__。4.意义：①__充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力__；②__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__，使供体生产下的后代数量是自然繁殖的__十几倍到几十倍__。5.过程：供体、受体的选择和处理配种或人工授精胚胎的收集、检查、培养或保存胚胎的移植移植后的检查（1）对供、受体的选择和处理①对供、受体进行的相同处理：_同期发情处理_②只对供体进行的操作：_超数排卵处理__（2）配种或人工授精：应选择__同种的优良公牛_（3）胚胎的收集、检查、培养或保存①胚胎收集的基础：哺乳动物早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态___；②该阶段检查的目的：__检查胚胎的质量___；③胚胎保存的方法：__-196℃液氮中保存___（4）胚胎的移植：一般选择移植__桑葚胚或囊胚阶段的胚胎__（5）移植后的检查：第二次检查的目的：__对受体进行妊娠检查（检查受体是否妊娠）__（三）胚胎分割1.概念：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.材料：应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。3.实质：胚胎分割可增加动物后代的数量，其实质是动物的无性繁殖或克隆。4.操作要求：对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分割。5.胚胎干细胞：（1）来源：从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞。（2）特点eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(形态：体积小、细胞核大、核仁明显,功能：具有发育的全能性,体外培养：可以只增殖而不发生分化))（3）应用eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(用于治疗人类的某些顽症,培育人造组织器官,研究体外细胞分化的理想材料))6.胚胎分割的优点：①可以促进优良动物品种的繁殖；②产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；③在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义。7.胚胎移植的局限性采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。