高中生物 第二章 课时6 细胞工程概述课后作业(含解析)苏教版选修3

第二章细胞工程

第6课时细胞工程概述

目标导航 1.了解细胞工程的发展历程。2.简述细胞工程的基本技术，如植物细胞与组织培养技术、细胞融合技术、细胞核移植技术、染色体工程等。3.了解细胞融合的方法。

4.举例说出细胞工程在遗传育种、生产药品、食品等方面的应用。

一、细胞工程的发展

1．1907年，哈里森采用____________培养蛙胚神经组织细胞，开创了动物____________的先河。

2．1937年，高特里特等人培养了____________，首次成功进行____________________。

3．1972年，卡尔逊用____________作为促融合因子，成功的将两个不同种的烟草细胞____________融合，获得了第一个____________________。

4．1997年伊恩·维尔穆特利用成年芬兰白面母羊________________与黑面母羊的____________首次克隆出绵羊“多利”。

二、细胞工程的基本技术

1．细胞工程的概念：以__________为基本单位，在体外________条件下进行培养、繁殖或利用__________、________等技术，使细胞某些____________按照人们的意愿发生改变，从而改良____________、创造新品种和加速繁育生物个体，以及获得某些有用的________________的技术。

2．分类

(1)根据研究对象的不同：分为__________________、________________和微生物细胞工程。

(2)根据所用技术的不同：分为植物______________、____________、____________、____________等。

3．细胞工程的基本技术

(1)植物细胞与组织培养技术：是在______条件下分离植物____________，将其放在适当的培养基上，给予必要的生长条件，使它们在体外继续____________________，形成新的____________________的技术。

(2)细胞融合技术：采用________________的方法使____________不同细胞融合为____________的技术。融合方法有________、________和________。

(3)细胞核移植技术：是将一个细胞的________转移到另一个去除细胞核的细胞中去，从而使受体细胞获得________________，产生新的生命现象的技术。

(4)染色体工程：是人们按照一定的设计，有计划地____________________同种或异种染色体，从而达到____________________和选育新品种的一种技术。

三、细胞工程的应用及与其他生物工程的关系

1．细胞工程的应用：(1)快速培养花卉及____________。(2)获得________作物。(3)开发____________，减少环境污染。(4)繁殖______________及__________。

2．细胞工程与其他生物工程的关系

(1)细胞工程利用基因工程中的________________实现转基因植物和动物的培养；(2)细胞工程中获得的新细胞株可用于____________生产______________；(3)细胞工程还为____________提供了稳定的培养对象，以完成生物制品的规模化生产。

知识点一细胞工程和细胞工程的发展

1．下列技术中，一般不属于细胞工程的是( )

A．1907年哈里森进行的蛙胚神经组织培养

B．1972年卡尔逊获得了体细胞杂交植株

C．1982年帕米特采用显微注射技术获得了巨型小鼠

D．1997年维尔穆特利用核移植技术克隆出绵羊多利

2．下列关于细胞工程的叙述错误的是( )

A．细胞工程仅仅在细胞整体水平上定向改变遗传物质

B．细胞工程需要严格的无菌条件

C．细胞工程的技术包括植物细胞与组织培养、细胞融合、细胞核移植、染色体工程D．细胞工程可以用于作物新品种的改良或繁育

知识点二细胞工程的基本技术

3．在以下4种利用细胞工程技术培育出的新个体中，遗传物质完全来自一个亲本的是( )

A．细胞核移植B．细胞融合

C．染色体工程D．细胞组织培养

4．下列关于细胞融合的叙述，不正确的是( )

A．采用自然或人工的方法使两个或多个不同细胞融合为一个细胞

B．在促融合因子的作用下，仅仅使细胞核发生融合

C．常用的促融合方法有电场诱导融合法、聚乙二醇诱导融合法等

D．在细胞融合前需用纤维素酶等去除细胞壁

知识点三细胞工程的应用及与其他生物工程的关系

5．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是( ) A．选择优良品种进行杂交

B．进行远缘植物体细胞杂交

C．利用芽尖进行组织培养

D．人工诱导基因突变

6．下列与细胞工程无关的技术是( )

A．抗软化番茄的培育B．无病毒作物的获得

C．克隆动物的产生D．葡萄的嫁接

基础落实

1．下列技术中，一般来说不属于细胞工程的范围的是( )

A．染色体工程B．植物组织培养

C．细胞融合D．基因探针的应用

2．中科院动物研究所成员通过将大熊猫体细胞的细胞核移植到去核后的兔子卵细胞中，成功地培育出大熊猫的早期胚胎。这项研究成果属于( )

A．杂交育种B．细胞工程

C．基因工程D．染色体工程

3．下列关于细胞工程技术的叙述中，错误的是( )

A．20世纪 70－80年代已经培育出动植物之间杂交的新品种

B．植物细胞间融合时需去除细胞壁

C．核移植时主要借助显微操作仪

D．多倍体育种属于染色体工程的重要应用

4．下列不属于细胞工程应用的是( )

A．繁殖优良家畜品种B．生产药物

C．培育组织器官D．生产转基因产品

5．植物组织培养的理论根据是( )

A．培养基中的营养物质全面 B．细胞的全能性

C．细胞的分裂D．细胞的分化

6．在植物体细胞杂交技术中，常用来去除细胞壁的酶是纤维素酶和果胶酶，这是因为( )

A．这些酶容易制取

B．细胞壁的主要成分是纤维素和果胶

C．纤维素酶、果胶酶价格便宜

D．用这些酶便于操作

7．下列不属于细胞工程技术的是( )

A．利用植物体细胞杂交技术获得多倍体植物

B．利用体细胞融合技术生产单克隆抗体

C．通过大规模的细胞培养生产香精、色素和杀虫剂等

D．利用细菌的连续培养技术生产谷氨酸

能力提升

8．下列有关细胞工程的说法，错误的是( )

A．美国科学家哈里森开创了动物细胞培养的先河

B．根据研究的对象不同，细胞工程主要包括植物组织与细胞培养、细胞融合、细胞核移植、染色体工程

C．细胞工程在农业、林业生产以及在医疗领域都有广泛的应用

D．细胞工程与其他生物工程关系密切，相辅相成

9．下列关于细胞工程的基本技术的描述错误的是( )

A．细胞工程可分为植物细胞工程、动物细胞工程和微生物细胞工程

B．植物细胞与组织培养技术要在严格无菌的条件下进行

C．细胞融合需要的促融合的方法包括物理法、化学法和生物法

D．染色体工程可以用于染色体转移的研究，对基因定位的研究没有意义

10．一只羊的卵母细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵母细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下了一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能( )

A．有选择地繁殖某一性别的家畜

B．繁殖家畜中的优秀个体

C．用于保存物种

D．改变动物的基因型

11．甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的( )

A．有丝分裂B．分化

C．减数分裂D．全能性

12.“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短、耐热性强和易贮藏等优点。如图是“白菜—甘蓝”的培育过程示意图。请回答下列问题：

(1)过程①应使用__________________酶。

(2)过程②常用的化学试剂是____________。

(3)过程④的细胞分裂方式为____________。

(4)通常情况下，白菜和甘蓝不能杂交成功，原因是_______________________________，

上述方法克服了该障碍。

综合拓展

13．转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。质粒上有PstⅠ、SmaⅠ、Eco RⅠ、ApaⅠ等四种限制性核酸内切酶切割位点。请回答：

(1)构建含抗病基因的重组质粒A时，应选用限制性核酸内切酶____________，对________________进行切割。

(2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使重组质粒A中含有______________________，作为标记基因。(3)香蕉组织细胞具有__________，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中① 、②依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的________________________________________________________________________。

第6课时细胞工程概述

知识清单

一、1.盖玻片悬滴细胞培养 2.胡萝卜组织植物细胞与组织培养 3.硝酸钠原生质体体细胞杂交植株 4.体细胞的细胞核去核卵细胞

二、1.细胞无菌细胞融合核移植生物学特性生物品种细胞代谢产物

2．(1)植物细胞工程动物细胞工程(2)细胞与组织培养细胞融合细胞核移植染色体工程

3．(1)无菌细胞或组织生长、增殖与分化组织、器官和个体(2)自然或人工2个或多个一个细胞生物法物理法化学法(3)细胞核新的遗传信息(4)消减、添加或替换定向改变遗传性状

三、1.(1)濒危植物(2)无病毒(3)洁净能源(4)优良家畜品种濒危动物 2.(1)转基因技术 (2)蛋白质工程药物或酶制剂(3)发酵工程

对点训练

1．C [帕米特采用显微注射技术将经过重组的带有大鼠生长激素基因的质粒转入小鼠受精卵内，并将早期胚胎植入小鼠体内妊娠，分娩出了带有大鼠生长激素基因的巨型小鼠，这一实验被认为是基因工程发展史上的一个里程碑。]

思路导引了解教材中关于细胞工程发展简史的内容，独立判断各选项。

知识链接细胞工程的发展

(1)1907年，美国哈里森采用盖玻片悬滴培养蛙胚神经组织，观察到细胞的生长现象，并记录到存活数周的细胞，开创动物细胞培养的先河。

(2)1937年，法国科学家高特里特等人几乎同时离体培养了胡萝卜组织，并使组织增殖。这是首次成功进行的植物细胞与组织培养。

(3)1972年，美国卡尔逊等人用硝酸钠作为促融合因子，成功地将两个不同种的烟草细胞原生质体进行融合，获得世界上第一个体细胞杂交植株。

(4)1997年，英国科学家伊恩·维尔默特利用成年芬兰白面母绵羊体细胞与苏格兰黑面母羊的去核卵细胞首次克隆出绵羊“多利”。

2．A [细胞工程是以细胞为基本单位，在体外进行操作，改变细胞的遗传物质，这种对遗传物质的改变可以是在细胞整体水平上进行，也可以是在细胞器水平上进行，如染色体工程。]

思路导引理解细胞工程的含义、操作要求、分类，以及细胞工程的应用，综合分析解答。

知识链接细胞工程是指以细胞为基本单位，在体外无菌条件下进行培养、繁殖或利用细胞融合、核移植等技术，使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良生物品种、创造新品种和加速繁育生物个体，以及获得某些有用的细胞代谢产物的技术。

3．D [细胞核移植是将一个细胞的细胞核转移到另一个去除细胞核的细胞中，但去核细胞的细胞质中有部分遗传物质，所以具有两个亲本的遗传性状；细胞融合可以实现两个同种或异种细胞之间的融合，具双亲遗传性状；细胞组织培养是利用体细胞进行无性繁殖的技术；染色体工程是人们按照一定的设计，有计划地消减、添加或替换同种或异种染色体，其遗传物质不一定来自于同一个亲本。]

知识链接细胞工程的基本技术

(1)植物细胞与组织培养技术

①依据原理：植物细胞的全能性。

②培养对象：离体的植物细胞或组织。

③培养条件：体外无菌条件和必要的生长条件。

④培养目的：使离体植物细胞或组织生长、增殖与分化，形成新的组织、器官和个体的技术。

(2)细胞融合技术

①融合原理：细胞膜的流动性。

②融合对象：2个或多个不同细胞。

③促融合方法：生物法(如病毒诱导融合法)、化学法(如聚乙二醇诱导融合法)、物理法(如电场诱导融合法)。

④融合结果：形成杂种细胞。

⑤融合过程：2个或多个不同细胞的质膜发生粘连、破裂→细胞质发生融合→发生核融合→形成杂种细胞。

⑥融合意义：突破有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。

注意植物细胞融合前还需要用纤维素酶和果胶酶等去除细胞壁。

(3)细胞核移植技术

①概念：细胞核移植技术是将一个细胞的细胞核转移到另一个去除细胞核的细胞中去，从而使受体细胞获得新的遗传信息，产生新的生命现象的技术。

②处理方法：用微吸管把一个细胞中的细胞核吸出后直接转移到另一个去除细胞核的细胞中。

③体细胞：提供细胞核。

④卵细胞：提供细胞质。

⑤操作仪器：显微操作仪。

(4)染色体工程

①处理方法：消减、添加或替换同种或异种染色体。

②目的：定向改变遗传性状和选育新品种。

③应用：用于培育抗病新品种(如多倍体育种)；也是基因定位和染色体转移等基因研究的有效手段。

4．B [在促融合因子的作用下，细胞之间的质膜发生粘连、破裂，细胞质发生融合，进而发生核融合，形成杂种细胞。]

思路导引回忆细胞融合的含义；知道细胞融合的三种方法。

归纳提升细胞融合的方法

不同方法的目的是相同的，都是要获得融合的细胞；不同方法所依据的结构基础也是相

过组织培养可以很好地保护这一性状。]

知识链接细胞工程的应用

(1)快速培养花卉及濒危植物

利用离体的植物细胞、组织或器官在特定的条件下，通过脱分化、再分化等过程培育新植株。

①利用的技术：植物细胞与组织培养。

(2)获得无病毒作物

植物分生区附近，如茎尖、根尖，因很少被病毒感染，甚至无病毒，而被用来培育无病毒植株。利用的技术手段是植物细胞与组织培养技术。

(3)开发洁净能源，减少环境污染

利用细胞工程产氢技术，将蓝藻、绿藻、光合细菌等单细胞生物在特定的条件下产生的氢气作为燃料，是开发洁净新能源的途径之一，对减轻环境污染具有重要意义。

(4)繁殖优良家畜品种及濒危动物

①利用的技术：体细胞克隆技术。

②意义：在快速繁殖具有优良性状的畜牧新品种、濒临灭绝的珍贵动物的种族繁衍等方面具有重大意义。

6．D [细胞工程主要包括植物细胞与组织培养、细胞融合、细胞核移植、染色体工程等。抗软化番茄的培育和无病毒作物的获得均利用到了植物细胞与组织培养，克隆动物的产生则应用到了细胞核移植技术，葡萄的嫁接属于营养生殖，与细胞工程无关。]

思路导引 先明确细胞工程的内容：

细胞工程(按技术分)????? 1.植物细胞与组织培养2.细胞融合3.细胞核移植4.染色体工程

再对照选项逐一辨析

归纳提升 细胞工程与其他生物工程的关系

(1)细胞工程利用基因工程中的转基因技术实现转基因植物和动物的培养。

(2)细胞工程中获得的新细胞株可用于蛋白质工程生产药物或酶制剂。

(3)细胞工程还为发酵工程提供了稳定的培养对象，以完成生物制品的规模化生产。 课后作业

1．D [根据所使用技术的不同，细胞工程主要包括植物细胞与组织培养、细胞融合、细胞核移植、染色体工程等内容。]

2．B [该项研究成果利用了细胞核移植技术和动物细胞培养技术，都属于细胞工程。]

3．A [1972年，卡尔逊用硝酸钠作为促融合因子，成功的将两个不同种的烟草细胞原生质体融合，获得了第一个体细胞杂交植株。]

4．D

5．B [组织培养利用的植物器官或组织都是高度分化了的植物细胞。这些细胞只有保持全能性，才能培育出完整的植株，即才能进行组织培养。因此，组织培养的理论根据是细胞的全能性。]

6．B [在植物体细胞杂交过程中，细胞壁起着阻碍作用，所以必须要先去除，但又不能伤害细胞内的原生质体，故利用酶的专一性来选择酶的种类。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，而原生质体表面的细胞膜，其主要成分是蛋白质、脂质和少量的糖，所以在温和条件下应用纤维素酶和果胶酶分解去除植物细胞的细胞壁，从而获得原生质体。]

7．D [利用细菌的连续培养技术生产谷氨酸属于发酵工程。]

8．B [根据研究对象的不同，细胞工程领域可分为植物细胞工程、动物细胞工程和微生物细胞工程；根据所使用技术的不同，细胞工程主要包括植物细胞与组织培养、细胞融合、细胞核移植、染色体工程等内容。]

9．D [染色体工程是人们按照一定的设计，有计划地消减、添加或替换同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传性状和选育新品种的一种技术。染色体工程在培育抗病新品种上有重要意义，而且也是基因定位和染色体转移等基础研究的有效手段。]

10．D [生物的各种性状是由遗传物质——DNA 控制的。由细胞核内的DNA 控制的遗传

叫细胞核遗传，由细胞质内DNA(主要存在于线粒体、叶绿体)控制的遗传叫细胞质遗传。目前的克隆技术是将一个体细胞核移入一个去核的卵母细胞，经过试管培养一段时间后，再移入另一个体的子宫内发育、分娩的技术，通过该技术能够保持亲本的优良性状，能够保持性别不变，亦能够用于保存物种，但不能改变动物的基因型，这是因为基因型的改变是通过动物的有性生殖(减数分裂)完成的。]

11．C [植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。过程是：离体的植物器官、组织或细胞――→脱分化愈伤组织――→再分化根、芽―→植物体。此过程是一个无性繁殖的过程，细胞增殖的方式是有丝分裂，并且涉及细胞的分化。]

12．(1)纤维素酶和果胶 (2)聚乙二醇

(3)有丝分裂

(4)存在生殖隔离，远缘杂交不亲和

解析 过程①是去除细胞壁的过程，常用的方法是酶解法；用诱导剂诱导细胞融合，进而用组织培养法可获得杂种植株。由于白菜、甘蓝为不同物种，存在生殖隔离，利用上述方法可克服远缘杂交不亲和的难题。

13．(1)Pst Ⅰ、Eco RⅠ 含抗病基因的DNA 、质粒

(2)抗卡那霉素基因 (3)全能性 脱分化、再分化

解析 (1)从图可看出，只有Pst Ⅰ、Eco RⅠ两种酶能保持抗病基因结构的完整性，所以构建含抗病基因的重组质粒A 时，应选用限制性核酸内切酶Pst Ⅰ、Eco RⅠ两种酶，对抗病基因的DNA 和质粒进行切割。(2)卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使重组质粒A 中含有抗卡那霉素基因，以此作为标记基因。(3)香蕉组织细胞具有全能性，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中①、②依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化。

过程 名称

过程 形成体特点 条件 脱分化 由离体细胞成为愈伤组织 排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团 ①离体；②提供营养物质(有机物、无机物)；③提

供激素(生长素、细胞分裂素等)；④提供其他适宜条件(温度、无菌)

再分化 由愈伤组织成为丛芽或胚状体 有根、芽或有生根发芽的能力 3．D [愈伤组织是一团排列疏松而无规则、高度液泡化的、呈无定形状态的、具有分生能力的薄壁细胞，不具有特定的结构和功能，A 项错误；二倍体植株的花粉中只含一个染色体组，培养得到的个体为单倍体，高度不育，只有幼苗用秋水仙素处理后得到的植株才能稳定遗传，B 项错误；人工种子中包裹的是再分化形成的胚状体或不定芽、顶芽和腋芽等，但不能是愈伤组织，C 项错误；用特定的选择培养基可筛选出所需的突变体类型，如植物耐盐突变体筛选可利用加适量NaCl 的培养基进行，D 项正确。]

思路导引 熟知植物组织培养的过程；知道人工种子是如何制备的；会区分植物组织培养中的外植体来源(如来源于体细胞还是配子细胞)。

知识链接 人工种子

(1)组成：植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包上人工种皮就可以形成人工种子。下图是人工种子的结构示意图。

(2)优点：①人工胚乳中可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等，以利于胚状体生长发育成幼苗，提高作物产量。

②解决了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。

③种子可以工业化生产，提高农业的自动化程度。

④用人工种子播种可以节约粮食。例如，一个12 L的发酵罐在20 d内生产的胡萝卜胚状体，可以制成1 000万粒人工种子，满足几千公顷农田的种植需要。

4．(1)脱分化(或脱分化形成愈伤组织) 细胞的全能性

(2)“S”型增长细胞数量细胞所处的生长期

(3)保证氧气供应充足使细胞与培养液充分接触

(4)19 g·L－1

解析植物体细胞经脱分化形成愈伤组织，通过培养这些细胞从中提取紫草素。细胞培养需要一定的环境条件。当细胞大量增殖，细胞数量增多时，产生的紫草素最多。因为细胞进行有氧呼吸，所以应不断补充氧气。

知识链接植物细胞培养

(1)培养过程

筛选细胞→获得次生代谢产物含量高、生长迅速的单细胞无性繁殖系→扩大培养→发酵生产→分离纯化次生代谢产物。

(2)优点

①可快速、高效的生产具有生理活性的次生代谢产物。

②生产不受季节、外部环境等条件的限制。

(3)应用

①生产药用原料，如培养人参细胞，提取人参皂甙。

②生产食品添加剂，如食用色素、天然香精、甜味剂等。

③生产保键食品。

(4)意义

植物细胞培养技术是继微生物发酵技术之后的又一重要应用技术。

特别提醒细胞次生代谢产物的生产需要植物细胞培养和发酵工程结合获得。

5．C [植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍。杂种细胞经过脱分化和再分化过程可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性。愈伤组织没有形成叶绿体，不能进行光合作用，所以其培养基中需要糖类、氨基酸等有机营养。若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy。]