细胞工程同步学习指导（一） 高考备考

[知识拓展]
一、细胞工程的概念
细胞工程是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养和扩大繁殖，按照人们意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术，分为植物细胞工 程技术、动物细胞工程技术两大类。此外，微生物细胞工程技术也在迅速兴起。

二、细胞工程的理论基础
细胞工程是在细胞水平上进行的，它的理论基础包括：
1、细胞是生物体结构和功能的基本单位。细胞的增殖和分化是生物生长发育的基础。
2、细胞是一个统一的整体。细胞的组成部分各有其功能，但细胞只有作为一个整体，即具有细胞核、细胞质和细胞膜，才能正常进行各种生命活动。
3、细胞的融合现象。在细胞培养中，细胞可以融合成多核胞体。
4、细胞的全能性。高等的多细胞生物都是由一个受精卵通过有丝分裂发育而来的，因此从理论上讲，多细胞生物的每一个生活细胞都具有和受精卵相同的全套 遗传物质，应该都像受精卵那样，具有发展新个体的能力，这就是细胞的全能性。
①受精卵是全能性最高的细胞
②生殖细胞和早期胚胎细胞具有较高的潜在全能性
③体细胞保留有细胞全能性，离体细胞在一定条件下表现出全能性
④融合形成杂种细胞能够扩增或发育成杂种植株。

三、植物细胞工程
1、植物组织培养
(1)大体程序(如下图)：


(2)实例：非洲紫罗兰的组织培养
①用于植物组织培养的植物体细胞、组织或器官，统称为外植体。
②在无菌条件下将外植体接种到适当培养基上，并放在光照和温度适宜的条件下培养。
③脱分化后的外植体细胞或组织通过细胞分裂形成愈伤组织。
④愈伤组织经过人工诱导，产生根、芽等器官，发育成完整的植物体。

(3)植物组织培养技术的重要意义
①探究植物科学理论的重要手段
②可用于培育优良的植物品种，短时间内大量繁殖植物，培养无病毒感染植株，将超低温保存的培养物长途运输。例如脱毒马铃薯、脱毒番茄等。
下图为快繁技术：

③我国用花药培养法先后培育出优质高产的经济作物、粮食和蔬菜等新品种，广泛应用于果树和花卉的快速繁殖。
如：“京花一号”小麦。
④借助于组织培养生产人工种子(即具有生根发芽能力的胚状结构)，人工种子的概念是1978年在加拿大举行的第四届国际植物组织、细胞培养会上首次提 出来的。它是由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳(胚乳中还有固氮细菌、防病虫农药、除草剂、植物激素类似及等)组成。解决 某些作物品种繁殖力差、结子困难或发芽率低等问题；可以工厂化生产；利于幼苗成长；节约粮食。
⑤生产药物、食品添加剂、香料、色素、和杀虫剂等。例如：紫杉醇，紫草素等。紫草素制造治疗烫伤和割伤的药物以及染料和化妆品的原料。
⑥转基因植物的培育

2、植物体细胞杂交
(1)概念
将两种植物的体细胞融合成一个杂种细胞；通过组织培养技术将杂种细胞培育成新植物体。
(2)基本步骤
①用酶解法去除细胞壁和分离原生质体
②用离心或诱导剂促使两种体细胞的原生质体融合
③将杂种细胞培育成杂种植株(难点在于杂种的鉴定，先常采用遗传标记来鉴定)
(3)实例：番茄-马铃薯、烟草-海岛烟草、白菜-甘蓝、胡萝卜-羊角芹
(4)意义：植物间的体细胞杂交所得到的杂交细胞，己达到了完整的植株水平，获得了新的杂交植物，使来自两个亲本细胞的基因有可能都被表达，这就打破 了远缘生物不能杂交的屏障，提供了创造新物种的可能。

[例 题解析]
例1、植物体细胞杂交是培育植物新品种的新技术。杂交的第一步是分离细胞，去掉细胞壁，分离出有活性的原生质体。在不 伤害细胞原生质体的条件下，分离出有活性的原生质体效果最好的一组酶是
A、纤维素酶和蛋白酶　 B、纤维素酶和果胶酶
C、蛋白酶和淀粉酶　 D、淀粉酶和脂肪酶
[答案] 　B。
[解析]植物体细胞杂交是一项细胞工程技术，在不伤害细胞原生质体的条件下，分离出有活 性的原生质体效果最好的方法是：利用酶的催化作用促使植物细胞原生质体外的物质水解。由于植物细胞间的物质主要是果胶质，植物的细胞壁主要是纤维素，因此 应选B。

例2、生物体内的细胞没有表现全能性的原因是
A、细胞丧失了全能性　 B、基因表达有选择性
C、基因发生了变化　　 D、不同细胞基因不同
[答案] 　B。
[解析]同一个生物体的体细胞来自于同一个受精卵有丝分裂，所以每一个细胞内所含有的遗 传物质相同，只是由于细胞的分化，不同细胞内特定的基因有选择性的表达，而另一部分基因没有表达。

[单 元练习]
1、植物细胞表现出全能性的必要条件是
A、给予适宜的营养和外界条件
B、导入其他植物细胞的基因
C、脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件
D、将成熟叶肉细胞的细胞核移植到去核的卵细胞内
[答案] 　C。

2．下图表示水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培养过程，已知该水稻的基因型为AaBb。请回答：

（1）要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应有__________和__________激素。
（2）培育出的试管苗可能出现的基因型有__________，植株特点是__________。该试管苗需经过人工诱导，使______，才能形成 可育的植株，其基因型包括______，这种育种方法叫做_______，优点是_________。
　　[答案]
（1）生长素和细胞分裂素
（2）AB、Ab、aB、ab，植株弱小，高度不育，染色体数目加倍，AABB、AAbb、aaBB、aabb，单倍体育种。容易获得染色体数目正常 的纯合体，缩短育种年限。

3、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：
（1）步骤①是__________，最常用的方法是__________。
（2）步骤③一般常用的化学试剂是__________，目的是__________。
（3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是__________，其中步骤④相当于__________，步骤⑤相当于 __________。
（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使__________能够在新的植物体上有所表现，其根本原因__________。
（5）若远缘杂交亲本A和B都是二倍体，则杂种植株为__________倍体。
（6）从理论上讲，杂种植株的育性__________。若运用传统有性杂交方法能否实现？__________。并说明理由__________。 因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于__________。
（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？__________。
[答案]
（1）去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体；酶解法
（2）聚乙二醇（PEG）；诱导不同植物体细胞的原生质体融合
（3）植物组织培养；脱分化；再分化
（4）远缘杂交亲本的遗传特征；杂种植株获得双亲的遗传物质
（5）四
（6）可育，不能，因为不同种生物之间存在生殖隔离；克服确定远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围
（7）不遵循。因为在生物进行有性生殖的过程中才遵循孟德尔的遗传规律，而植物体细胞杂交育种的过程不属于有性生殖。