幻灯片 1
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幻灯片 2第41讲 基因工程
第42讲 细胞工程
第43讲 胚胎工程
第十三单元 现代生物科技专题
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1．教学建议：(1)借助多媒体、结合图解理解各种生物技术。现代生物技术专题中各专题所涉及的技术对学生来说理解起来较为抽象，因此应尽量借助多媒体为学生展示各项技术的过程，引导学生密切结合教材图解来理解各技术原理、过程和应用。
(2)联系必修教材知识加强对各技术原理、过程的理解。本专题知识与必修模块联系密切，可结合必修模块中基因的表达、细胞全能性等知识来深化对知识的理解。
使用建议
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(3)重视各项技术间的比较与综合。试题对本专题知识的考查比较综合，因此应引导学生如对基因工程与蛋白质工程、动植物细胞培养、动植物细胞融合、胚胎分割和胚胎移植、基因治疗和基因诊断等知识的比较。
(4)注意对生物学现代技术研究新进展的了解，注意相关信息材料的搜集和积累。命题者常以科学最新进展为情境命题，平时应注意相关材料的搜集和积累。
2．课时安排：本单元分为3讲，建议共8课时完成，每讲2课时，单元卷和讲评各1课时。
使用建议
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幻灯片 12第41讲 基因工程
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1．基因工程的诞生(Ⅰ)
2．基因工程的原理及技术(Ⅱ)
3．基因工程的应用(Ⅱ)
考纲要求
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幻灯片 14第41讲 基因工程
—— 知 识 梳 理 ——
一、基因工程及其基本工具
1．基因工程的含义
按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过____________和________等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，又称____________。
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体外DNA重组
转基因
DNA重组技术
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幻灯片 15第41讲 基因工程
2．DNA重组技术的基本工具
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原核生物
特定核苷酸
磷酸二酯
黏性末端或平末端
T4DNA连接酶
磷酸二酯键
平末端
结构简单独立于细菌拟核DNA之外，并具有
自我复制能力的小型环状DNA分子
标记基因
限制酶切割位点
复制
动植物病毒
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幻灯片 16第41讲 基因工程
导思：两种DNA连接酶连接的末端种类相同吗？效率相同吗？(请翻阅教材选修3 P5“DNA连接酶——分子缝合针”)
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幻灯片 17第41讲 基因工程
二、基因工程的基本操作程序
2.基因表达载体的构建：基因表达载体上应具有_______、启动子、________和________。
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基因文库
PCR
化学方法
目的基因
终止子
标记基因
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幻灯片 18第41讲 基因工程
3．将目的基因导入受体细胞
(1)导入植物细胞：采用最多的方法是______________，该方法主要针对________植物和________植物。其次还有________和_____________等。
(2)导入动物细胞：最常用的方法是____________，此方法的受体细胞多是________。
(3)导入微生物细胞：最常用的原核细胞是__________，采用的方法是首先用______处理细胞，使细胞成为________细胞，进而完成转化过程。
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农杆菌转化法
双子叶
裸子
基因枪法
花粉管通道法
显微注射法
受精卵
大肠杆菌
Ca2＋
感受态
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幻灯片 19第41讲 基因工程
4．目的基因的检测和表达
(1)利用______________技术检测目的基因有无。
(2)利用__________技术检测目的基因的转录。
(3)利用____________________检测目的基因的翻译产物。
(4)进行___________水平的鉴定。
导思：基因工程中常用的植物和动物受体细胞分别是什么？为什么微生物细胞适合作为基因工程的受体细胞？(请翻阅教材选修3 P11“将目的基因导入受体细胞”)
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DNA分子杂交
分子杂交
抗原－抗体特异性结合
个体生物学
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幻灯片 20第41讲 基因工程
三、基因工程的应用
1．植物基因工程：抗虫、________、________转基因植物，利用转基因改良植物的品质。
2．动物基因工程：提高动物________、改善畜产品品质、用转基因动物生产________、用转基因动物作器官移植的________。
3．基因治疗：把正常________导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。
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抗病
抗逆
生长速度
药物
供体
基因
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幻灯片 21► 考点一 DNA重组技术的基本工具
1．与DNA相关的酶
(1)与DNA相关几种酶的比较
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第41讲 基因工程
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第41讲 基因工程
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幻灯片 23(2)限制酶与DNA连接酶的关系
①由于原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰，限制酶不能切割细菌自身的DNA。
②DNA连接酶起作用时不需要模板。
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第41讲 基因工程
图13-41-1
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幻灯片 242．载体
(1)作用
①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。
②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
(2)具备的条件
①能侵染细胞且在宿主细胞内稳定保存并大量复制。
②有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。
③具有特殊的标记基因，以便进行筛选。
④对受体细胞无害。
⑤大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大不便操作。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 25(3)种类
①质粒：一种祼露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。
②λ噬菌体的衍生物。
③动植物病毒。
提示：①一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。
②限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 26例1 如图13-41-2所示为一种限制酶切割DNA分子：
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第41讲 基因工程
图13-41-2
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幻灯片 27(1)这种限制酶切点是________间，形成______个黏性末端，其特点是______________。
(2)此限制酶识别特点是__________________________。
(3)如果G碱基发生基因突变，可能发生的情况是：________________________________________。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 28[答案](1)G－A 2 碱基序列完全相同
(2)只能识别某一种特定的核苷酸序列
(3)限制酶不能识别切割位点
[解析] 限制酶的作用是识别特定序列，并在特定位点上切割DNA分子。如题图所示切点应在G与A之间，产生的两个末端具有的序列应互补。限制酶识别特点是只能识别某一种特定的核苷酸序列。如果G碱基发生基因突变则使碱基序列发生变化，不能被该种限制酶识别，也不能进行切割了。
[点评] 正确理解与DNA分子有关酶的作用部位、作用特点是解这类题目的关键。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 29变式题 如图13-41-3为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。
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第41讲 基因工程
图13-41-3
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幻灯片 30(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是_______，二者还具有其他共同点，如①______________________，②________________________(写出两条即可)。
(2)若质粒DNA分子的切割末端为 ，则与之连接的目的基因切割末端应为________；可使用________把质粒和目的基因连接在一起。
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为________，其作用是__________________________________________。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 31(4)下列常在基因工程中作为载体的是( )
A．苏云金芽孢杆菌抗虫基因
B．土壤农杆菌环状RNA分子
C．大肠杆菌的质粒
D．动物细胞的染色体
[答案](1)DNA ①能够自我复制 ②具有遗传效应
(2) DNA连接酶
(3)标记基因 供重组DNA的鉴定和选择
(4)C
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第41讲 基因工程
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幻灯片 32[解析] 本题通过质粒结构的模式图考查质粒的功能和特点，质粒是基因工程中最常用的载体，是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子，具有一至多个限制酶切割位点，进入受体细胞后能自主复制，具有标记基因便于重组DNA的鉴定与选择。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 33► 考点二 基因工程的基本操作程序
1．目的基因的获取
(1)直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 34根据基因的有关信息：基因的核苷酸序列、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA、基因的翻译产物蛋白质等可获取目的基因。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 35(2)人工合成目的基因的常用方法
①已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。图解如下：
②以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。图解如下：
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第41讲 基因工程
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幻灯片 36(3)利用PCR技术扩增目的基因
①PCR技术是利用DNA双链复制的原理，将基因的核苷酸序列不断地加以复制，使其数量呈指数方式增加。
②DNA复制与PCR技术的比较
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第41讲 基因工程
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第41讲 基因工程
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幻灯片 382. 基因表达载体的构建
(1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。
(2)基因表达载体的组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因。
①启动子：一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部位。
②终止子：一段有特殊结构的DNA短片段，位于基因的尾端。作用是使转录过程停止。
③标记基因：一般为抗生素抗性基因或荧光基因等，其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因(目的基因是否导入成功)。
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第41讲 基因工程
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第41讲 基因工程
图13-41-4 基因表达载体模式图
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幻灯片 40(3)基因表达载体的构建方法
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第41讲 基因工程
图13-41-5
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幻灯片 41提醒：①切割质粒和目的基因的限制酶必须是同一种酶，以获得相同的黏性末端，利于重组质粒的构建。
②插入的目的基因只是结构基因部分，其表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入部位前需有启动子，后需有终止子。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 423．将目的基因导入受体细胞
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第41讲 基因工程
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幻灯片 434. 目的基因的检测和鉴定
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第41讲 基因工程
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幻灯片 44例2 [2012·课标全国卷] 根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有________和________。
(2)质粒载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
为使载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是______________________________。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 45(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即________DNA连接酶和________DNA连接酶。
(4)反转录作用的模板是__________，产物是________。若要在体外获得大量反转录产物，常采用________技术。
(5)基因工程中除质粒外，________和________也可作为载体。
(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是___________
______________________________________________。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 46[答案](1)黏性末端 平末端
(2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同
(3)E·coli T4
(4)mRNA(RNA) cDNA(DNA) PCR
(5)λ噬菌体的衍生物 动植物病毒
(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱
[解析] (1)当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的则是平末端。
(2)为使载体与目的基因相连，不同的限制酶应切割出相同的黏性末端，它们必须要能识别相同的核苷酸序列，并且使每条链中相同的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 47(3)DNA连接酶，根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E·coli DNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为T4DNA连接酶。(4)反转录是以RNA为模板来合成DNA的过程。可以在体外短时间内大量扩增DNA的技术叫PCR(多聚酶链式反应)。(5)基因工程中除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(6)大肠杆菌细胞外有细胞壁和细胞膜，能阻止其他物质的进入，只能通过Ca2＋处理细胞，使细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 48[点评] 解答本题需注意以下两点：
①逆转录法获取目的基因的模板是mRNA，其产物是结构基因，即cDNA。
②DNA连接酶的种类、来源及作用
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第41讲 基因工程
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幻灯片 49变式题 如图13-41-6表示从苏云金芽孢杆菌分离出来的杀虫晶体蛋白质基因(简称Bt基因)及形成转基因抗虫植物的图解。
(1)在下列含有ATP和有关酶的试管中，大量而快捷地获取Bt基因的最佳方案是如图13-41-7所示中的( )
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第41讲 基因工程
图13-41-6
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幻灯片 50
(2)写出b的表达过程：_________________________。
(3)活化的毒性物质应是一种________分子，活化的毒性物质全部或部分嵌合于昆虫的细胞膜上，使细胞膜产生孔道，导致细胞由于________平衡的破坏而破裂。
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第41讲 基因工程
图13-41-7
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幻灯片 51[答案](1)D
(2)
(3)多肽 渗透
[解析] 应用基因工程技术，从苏云金芽孢杆菌中提取杀虫晶体蛋白基因(目的基因)导入棉花细胞中形成转基因抗虫棉，Bt基因的表达使棉花细胞中合成了原毒素，使采食棉花的昆虫中毒死亡。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 52► 考点三 基因工程的应用成果
1．乳腺生物反应器与工程菌生产药物的比较
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第41讲 基因工程
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第41讲 基因工程
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幻灯片 542. 基因检测与基因治疗的比较
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第41讲 基因工程
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幻灯片 55例3 科学家们对一位缺乏腺苷酸脱氨酶基因而患先天性免疫缺陷症的美国女孩进行基因治疗，其方法是首先将患者的白细胞取出做体外培养，然后用逆转录病毒将正常腺苷酸脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。
(1)基因治疗是把健康的________导入有__________的细胞中，以达到治疗疾病的目的。
(2)在基因治疗过程中，逆转录病毒的作用相当于基因工程中基因操作工具中的________。此基因工程中的目的基因是______________，目的基因的受体细胞是________。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 56(3)将转基因白细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常是由于白细胞中能合成________。
(4)人的腺苷酸脱氨酶基因与胰岛素基因相比，其主要差别是________________________。
[答案](1)外源基因 基因缺陷
(2)载体(或基因的运载工具) 腺苷酸脱氨酶基因 白细胞
(3)腺苷酸脱氨酶
(4)脱氧核苷酸的排序不同
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第41讲 基因工程
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幻灯片 57[解析] 解题时应注意提取题干中的信息，并了解基因治疗的过程。基因治疗就是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。逆转录病毒的作用是作为载体，将目的基因(腺苷酸脱氨酶基因)导入白细胞中，目的基因在受体细胞中经过转录和翻译，表达产生腺苷酸脱氨酶。人的不同基因所含有的脱氧核苷酸的排序是不同的。
[点评] 本题考查的是体外基因治疗，其流程为：从患者体内获取某种细胞→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增培养→回输患者体内。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 58变式题 继哺乳动物乳腺生物反应器研究成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答以下问题：
(1)进行基因转移时，通常要将外源基因转入________中，原因是_____________________________________。
(2)转基因小鼠的膀胱上皮细胞合成的人的生长激素的化学成分是________，此过程包括________和________。
(3)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________细胞中特异表达。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 59[答案](1)受精卵 受精卵体积大，便于操作，经培养后可直接表达性状
(2)蛋白质 转录 翻译
(3)膀胱上皮
[解析] (1)作为动物基因工程受体细胞的通常是受精卵，因为受精卵体积大，便于操作，经培养后可直接表达性状。(2)人的生长激素的化学成分是蛋白质，蛋白质的合成过程包括转录和翻译。(3)膀胱生物反应器中得以表达目的基因的是小鼠的膀胱上皮细胞。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 60[备选理由] 本题从比较新颖的角度考查基因工程的内容，可作为考点二例题的补充。
1．[2012·天津卷]生物分子间的特异性结合的性质广泛用于生命科学研究。以下实例为体外处理“蛋白质－DNA复合体”获得DNA片段信息的过程图。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 61据图回答：
(1)过程①酶作用的部位是________键，此过程只发生在非结合区DNA，过程②酶作用的部位是________键。
(2)①、②两过程利用了酶的________特性。
(3)若将得到的DNA片段用于构建重组质粒，需要过程③的测序结果与__________酶的识别序列进行对比，以确定选用何种酶。
(4)如果复合体中的蛋白质为RNA聚合酶，则其识别、结合DNA序列为基因的________。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 62(5)以下研究利用了生物分子间的特异性结合的有________(多选)。
A．分离得到核糖体，用蛋白酶酶解后提取rRNA
B．用无水乙醇处理菠菜叶片，提取叶绿体基粒膜上的光合色素
C．通过分子杂交手段，用荧光物质标记的目的基因进行染色体基因定位
D．将抑制成熟基因导入番茄，其mRNA与催化成熟酶基因的mRNA互补结合，终止后者翻译，延迟果实成熟
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第41讲 基因工程
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幻灯片 63[答案] (1)磷酸二酯键 肽 (2)专一 (3)限制性核酸内切 (4)启动子(或转录起始区) (5)A、C、D
[解析] (1)DNA酶作用的部位是DNA的磷酸二酯键，蛋白酶作用的部位是肽键。(2)①②过程利用了各种酶催化一种或一类化学反应的特性，即专一性。(3)DNA要构建重组质粒，需要用限制性核酸内切酶切割，再与质粒重组。(4)RNA聚合酶识别和结合在基因的启动子上，驱动基因转录。(5)蛋白酶能特异性的酶解蛋白质；分子杂交手段也是利用各物质分子结合的特异性；抑制成熟基因转录出的mRNA与催化成熟酶基因的mRNA碱基互补结合，也具有特异性；光和色素易溶于有机溶剂，与酒精并不是特异性的溶解，所以选A、C、D。
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第41讲 基因工程
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幻灯片 64第42讲 细胞工程
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1．植物的组织培养(Ⅱ)
2．动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)
3．细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)
考纲要求
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幻灯片 66第42讲 细胞工程
—— 知 识 梳 理 ——
一、植物细胞工程
1．理论基础(原理)：_________________。
2．植物组织培养技术
(1)过程：________的植物器官、组织或细胞→________
→______________→植物体。
①两个关键的步骤：________和________。
②愈伤组织特点：__________________________。
③常用的植物激素：________和____________。
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植物细胞的全能性
离体
愈伤组织
丛芽(根、芽)
脱分化
再分化
具有分生能力的薄壁细胞
生长素
细胞分裂素
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幻灯片 67第42讲 细胞工程
(2)用途：微型繁殖、作物脱毒(选材应该选择________)、制造人工种子(__________________________＋________)、单倍体育种(最大的优点__________________)、筛选突变体、细胞产物的工厂化生产。
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茎尖
胚状体、不定芽、顶芽和腋芽
人工薄膜
缩短了育种的年限
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幻灯片 68第42讲 细胞工程
3．植物体细胞杂交技术
(1)过程：原生质体融合→__________________→杂种细胞→____________→____________。
(2)去壁的方法：用____________________处理；去壁的目的：________________________；诱导融合的方法：物理法包括______________________等；化学法一般是用________________作为诱导剂。
(3)优点：________________________________。
导思：脱分化和再分化使用的培养基相同吗？为什么？(请翻阅教材选修3 P34“胡萝卜的组织培养”)
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融合后的原生质体
愈伤组织
杂种植物
纤维素酶和果胶酶
获得有活力的原生质体
离心、振动和电激
聚乙二醇(PEG)
克服不同生物远缘杂交的障碍
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幻灯片 69第42讲 细胞工程
二、动物细胞培养
1．动物细胞培养的流程
胰蛋白酶 原代 传代
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幻灯片 70第42讲 细胞工程
2．原理：__________。
3．条件：__________的环境，适宜的_____、________和气体环境。
4．应用：生物制品的生产、转基因动物培育、检测有毒物质的毒性、医学研究等。
导思：动物细胞培养需要哪几种气体成分？作用分别是什么？(请翻阅教材选修3 P46“动物细胞培养的条件”)
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细胞增殖
无菌、无毒
营养
温度、pH
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幻灯片 71第42讲 细胞工程
三、动物体细胞核移植技术和克隆动物
1．理论基础：动物的细胞核具有________。
2．分类：包括___________移植和__________移植，其中__________移植较易成功。
3．操作流程
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全能性
胚胎细胞核
体细胞核
胚胎细胞核
去核卵母细胞
细胞融合
重组细胞
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幻灯片 72第42讲 细胞工程
4．应用前景
(1)加速家畜_________进程，促进优良畜群繁育。
(2)保护濒危物种。
(3)转基因动物可作为___________，生产许多医用蛋白。
(4)_______________细胞、组织和器官可作为异种移植的供体。
(5)人的核移植___________经诱导分化，形成相应的组织、器官后，可以用于组织器官的移植。
(6)研究克隆动物和克隆细胞可使人类更深入地了解_________及衰老过程；用克隆动物做疾病模型，能使人们更好地追踪研究疾病的发展过程和_________。
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遗传改良
生物反应器
转基因克隆动物
胚胎干细胞
胚胎发育
治疗疾病
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幻灯片 73第42讲 细胞工程
5．存在问题：成功率非常______(低/高)；绝大多数克隆动物还存在________问题；克隆动物食品的___________存在争议。
导思：哺乳动物核移植有哪几种类型？哪种类型成功率更高？为什么？(请翻阅教材选修3 P47“动物体细胞核移植技术和克隆动物”)
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低
健康
安全性问题
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幻灯片 74第42讲 细胞工程
四、动物细胞融合和单克隆抗体
1．动物细胞融合
(1)概念：______个或______个动物细胞结合形成______个细胞的过程，也称细胞杂交。
(2)条件：需要用聚乙二醇(PEG)、__________或电激等诱导因素。
(3)原理：________________。
(4)结果：形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为________。
(5)意义：突破了________方法的局限，使________成为可能。成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段，为制备__________开辟了新途径。
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两
多
一
灭活的病毒
细胞膜的流动性
杂交细胞
有性杂交
远缘杂交
单克隆抗体
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幻灯片 75第42讲 细胞工程
2．单克隆抗体
(1)制备原理
一种浆细胞产生_____种抗体，浆细胞在体外______(能/不能)无限增殖；骨髓瘤细胞能____________；浆细胞与骨髓瘤细胞融合得到________细胞，既能____________，又能_________________。
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一
不能
无限增殖
杂交瘤
无限增殖
产生特异性抗体
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幻灯片 76第42讲 细胞工程
(2)制备过程
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抗原
骨髓瘤
体外
体内
培养液
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幻灯片 77第42讲 细胞工程
(3)单克隆抗体优点：__________、_________，并可能大量制备。
(4)单克隆抗体的应用：作为诊断试剂，具有准确、____、简易、______的优点；用于治疗疾病和__________。
导思：为什么细胞融合过程中使用的病毒需要灭活？(请翻阅教材选修3 P52“生物技术资料卡”)
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特异性强
灵敏度高
高效
快速
运载药物
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幻灯片 78► 考点一 植物细胞工程
1．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 79返回目录
第42讲 细胞工程
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幻灯片 80拓展：(1)植物细胞全能性表达的条件：①离体、无菌；②一定的营养物质：水、无机盐、蔗糖、维生素等；③激素的要求：主要是细胞分裂素和生长素；④培养条件：适宜的温度和光照(培养后期)以及气体环境等。
(2)表示植物细胞融合完成的标志是新的细胞壁的生成。
(3)植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株特征：具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 812．植物细胞工程的实际应用
(1)植物繁殖的新途径
①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。特点：a.保持优良品种的遗传特性；b.高效快速地实现种苗的大量繁殖。
②作物脱毒：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。
③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 82
(2)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。 ①单倍体育种：花药离体培养过程就是植物组织培养过程。
单倍体育种的优点是后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。
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第42讲 细胞工程
图13-42-1
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幻灯片 83②突变体的利用：
在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断地分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而发生突变。如突变体Aa中A为突变新基因，并控制着优良性状，利用单位体育种方法步骤如下：
优点：稳定遗传，缩短育种年限。
(3)细胞产物的工厂化生产：细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 84例1 如图13-42-2为通过植物体细胞杂交培育“番茄－马铃薯”植株的过程：
请回答：
(1)通过①②过程处理后可获得具有活力的________。过程③一般可用________作为诱导剂来诱导细胞融合。
(2)⑤过程为________，即让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的__________而转变为未分化的状态。
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第42讲 细胞工程
图13-42-2
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幻灯片 85(3)⑥过程表示通过__________形成不同的组织和器官，其根本原因是________________________。
(4)过程⑤⑥⑦的细胞工程技术是__________，其培养时选用的材料通常是分生组织，原因是________________。
(5)植物体细胞杂交的研究在__________________方面，取得了巨大突破。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 86[答案](1)原生质体 聚乙二醇
(2)脱分化 分化状态(或结构和功能)
(3)再分化 基因选择性表达
(4)植物组织培养 全能性高，易培养形成愈伤组织
(5)克服不同生物远缘杂交的障碍
[解析] 植物体细胞杂交技术要先用酶解法去除细胞壁，获得原生质体，然后用PEG或物理方法促进融合；杂种细胞再经脱分化失去其特有的分化状态形成愈伤组织，然后再分化形成不同的组织器官；植物体细胞杂交的研究在克服不同生物远缘杂交的障碍方面取得了巨大突破；植物组织培养选用的材料通常是全能性高，易培养形成愈伤组织的分生组织。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 87变式题 通过细胞工程技术，利用甲、乙两种植物的各自优势，培育高产、耐盐的杂种植株。请完善图13-42-3实验流程并回答问题：
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第42讲 细胞工程
图13-42-3
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幻灯片 88(1)A是________________；B是____________；C是具有________性状的幼芽。
(2)若目的植株丢失1条染色体，不能产生正常配子而高度不育，则可用________(试剂)处理幼芽，以获得可育的植株。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 89[答案](1)纤维素酶和果胶酶 融合的原生质体 耐盐
(2)秋水仙素
[解析] 植物体细胞杂交的第一个步骤就是用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞使其去壁，得到原生质体，然后再诱导原生质体融合，诱导再生细胞壁，得到杂种细胞，然后进行植物组织培养，经过脱分化得到愈伤组织，再经过再分化得到幼苗，最后发育成杂种植株。若植株丢失1条染色体，则减数分裂时联会紊乱，无法形成正常的生殖细胞，即表现为不育。若用秋水仙素处理幼苗可以得到染色体加倍的植株，使其可育。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 90► 考点二 动物细胞培养和动物体细胞核移植
1．动物细胞培养和动物体细胞核移植的比较
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第42讲 细胞工程
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 922. 相关概念的比较
(1)细胞贴壁现象及接触抑制现象
①细胞贴壁：动物细胞在液体培养基中悬浮培养一段时间后，大部分细胞会贴附在培养瓶的瓶壁上。
②接触抑制：细胞进行有丝分裂，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，出现接触抑制现象。
(2)原代培养和传代培养
①原代培养：动物组织消化后的初次培养。
②传代培养：原代培养过程中，贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶处理，然后分瓶培养，让细胞继续增殖。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 93(3)细胞株和细胞系
①细胞株：传代培养的细胞能传到10～50代，这样的传代细胞称为细胞株。
②细胞系：传代培养的细胞在传到50代后，有部分细胞的遗传物质发生改变，并且具有癌变的特点，能无限地传代下去，这样的传代细胞称为细胞系。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 94例2 动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。如图13-42-4是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图。请回答下列问题。
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第42讲 细胞工程
图13-42-4
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幻灯片 95(1)肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞______________
_______________________________________________。
(2)气室中充入5%CO2气体的主要作用是_______________
_______________________________________________。
(3)培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长，但要注意选择抗生素的________，以保证抗生素对肝脏无害。
(4)有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用如图2-4所示装置和提供的下列材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 96材料用具：肝脏小块、外周血淋巴细胞、淋巴细胞培养液、植物凝集素(刺激淋巴细胞分裂)、显微镜、载玻片、盖玻片、玻璃皿、滴管、吉姆萨染液(使染色体着色)、有机物X溶液等。
实验过程：①在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。
②利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作(“√”表示已完成的步骤)。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 97上表中还需进行的操作是________________________。
③培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。
④一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察_______________，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明_______________。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 98[答案](1)吸收氧气和营养物质，排出代谢废物
(2)维持培养液适宜的pH
(3)种类和剂量
(4)向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块 染色体形态和数目 肝脏小块对有机物X具有解毒作用
[解析] O2是细胞代谢所必需的，为防止深层组织细胞缺氧，在动物细胞培养过程中，一般采用将细胞制成动物细胞悬液，或如题中提及的将动物组织切成小薄片。动物细胞培养液中通入一定量CO2的主要作用是维持培养液适宜的pH。为防止培养液被杂菌污染，一般应选择对培养细胞无害的抗生素。在设计中，根据实验目的确定本实验的自变量是否加入肝脏小块；实验的对照组是正常培养的肝脏
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 99细胞、仅肝脏培养液或肝脏培养液中加有机物X(目的是证明有机物X与肝脏培养液不会发生自动变化，出现有害物质)；实验的因变量(观测指标)是细胞中染色体是否发生断裂，即观察细胞中染色体的形态和数目。
[点评] 动物细胞培养中的两个特点：①细胞贴壁(悬液中分散的细胞会贴附在瓶壁上)；②接触抑制(细胞进行有丝分裂，数量不断增多，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)。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 100变式题 科学研究人员曾从克隆猪唾液腺中提取细胞，将其细胞核植入未受精的卵子，培育出克隆猪。研究人员说，猪与人类身体构造相似，克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物。根据材料回答下列问题：
(1)克隆猪的培育利用了动物细胞核的________性。
(2)在细胞核植入受体卵母细胞之前，要用显微针去除卵母细胞的________，再将唾液腺细胞核注入。在体细胞核移植技术中往往以卵母细胞作为受体，是因为_________
_________________________________。核移植成功后，用物理或化学方法激活受体细胞，目的是_____________
_____________________________________________。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 101(3)上述体细胞核移植方法生产的克隆猪，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？________，理由是_________________________________________________________________________________________________。
(4)请举一例说明“克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物”：___________________________________________
________________________________________________。
(5)要进行动物细胞的体外培养过程，培养时需要满足的条件有__________________________________________。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 102[答案](1)全能
(2)细胞核 含有丰富的营养物质、体积大，易操作 使其完成减数分裂和发育进程
(3)不是 卵母细胞的细胞质内也有遗传物质DNA，也能控制后代的性状表达
(4)克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白；在治疗疾病时，克隆动物的细胞、组织、器官可以作为异体移植的供体(答案合理就给分)
(5)适宜的温度、pH及气体环境条件以及无菌无毒的环境
[解析] 动物细胞核移植技术的原理是动物细胞核的全能性，通过核移植产生的克隆动物，其遗传物质与供核动物并不完全相同，因为卵母细胞的细胞质内也有遗传物质
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 103DNA，也能控制后代的性状表达。动物细胞培养具有许多重要用途，如克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白；在治疗疾病时，克隆动物的细胞、组织、器官可以作为异体移植的供体等。
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幻灯片 104► 考点三 动物细胞融合和单克隆抗体制备
1．动物细胞融合
(1)原理：细胞膜的流动性。
(2)诱导融合的因素：聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒、电激等。
(3)意义：最重要的用途是制备单克隆抗体。
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幻灯片 1052．单克隆抗体的制备
(1)过程
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第42讲 细胞工程
图13-42-5
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幻灯片 106单克隆抗体制备过程中有两次筛选，其目的不同：
第一次筛选是将未融合的B淋巴细胞、骨髓瘤细胞以及BB融合、瘤瘤融合的细胞通过选择培养基淘汰，筛选出B瘤融合的细胞。
第二次筛选是将产生特定抗体的B瘤细胞通过细胞培养用相应抗原检测的办法筛选出来。因为从体内取免疫过的B淋巴细胞时会取出很多种，形成的杂交瘤细胞有很多种，所以需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞。
(2)单克隆抗体的主要优点：特异性强、灵敏度高，并可大量制备。
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幻灯片 107拓展：植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
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第42讲 细胞工程
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 109例3 有性生殖的生物产生后代需进行受精作用，植物体细胞杂交要进行原生质体的融合，单克隆抗体的制备需进行动物细胞融合，可见细胞的融合技术有着广泛的应用。图13-42-6为细胞融合的简略过程，请据图回答相关问题：
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第42讲 细胞工程
图13-42-6
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幻灯片 110(1)若a、b分别是基因型为Hhrr、hhRr的两个烟草品种的花粉，且这两对基因分别位于两对同源染色体上。由于一对隐性纯合基因(rr或hh)的作用，在光照强度大于800 lx时都不能生长。要想从融合细胞的培养液中分离出基因型为HhRr的杂种细胞，较为简便的筛选方法是___________
_______________________________。
(2)若a、b表示两种植物体的细胞，则采用化学法形成c时，一般是用________作为诱导剂。由d细胞形成杂种植株的原理是__________________，这种育种方法的优点是_________________________________________________________________________________________________。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 111(3)若a、b分别为骨髓瘤细胞和B淋巴细胞，则d细胞的特点是____________________________。用__________筛选获得d细胞，然后再经克隆化培养和抗体检测，筛选获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。
(4)下列各图表示单克隆抗体制备过程的各阶段图解，请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来，顺序是________________________________。
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第42讲 细胞工程
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第42讲 细胞工程
图13-42-7
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幻灯片 113[答案](1)在大于800 lx的光照条件下培养
(2)聚乙二醇(PEG) 细胞全能性 克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍
(3)既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体 特定的选择培养基
(4)顺序如图所示
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 114[解析] (1)由题干信息可知，在大于800 lx的光照条件下，基因型中含rr或hh的不能生长，因此应在大于800 lx的光照条件下培养。(2)诱导融合的方法有化学法和物理法，化学法一般用聚乙二醇。(3)杂交瘤细胞既具有无限繁殖的能力，又能产生单一抗体。(4)根据单克隆抗体的制备过程即可得出答案。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 115变式题 单克隆抗体的制备过程如图13-42-8所示，据图回答以下问题：
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第42讲 细胞工程
图13-42-8
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幻灯片 116(1)淋巴细胞能与骨髓瘤细胞融合成一个细胞，两种细胞膜也能“融合”在一起，说明细胞膜________________。此过程，常用___________作为诱导剂，该细胞的特点是______________。
(2)杂交瘤细胞繁殖进行的是________分裂，其遗传性状________。
(3)杂交瘤细胞的体外培养与植物组织培养的培养基相比有何主要不同？__________________________________。
(4)单克隆抗体注入体内后可以自动追踪抗原(病原体或癌变细胞等)并与之结合，而绝不攻击任何正常细胞，故称为“生物导弹”，这是利用了_____________________。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 117(5)在单克隆抗体制备过程中，还应用了细胞工程中的__________和__________两大技术。
[答案](1)具有一定的流动性 聚乙二醇或灭活病毒 具有无限增殖能力，能产生特异性抗体
(2)有丝 保持不变(稳定)
(3)动物细胞培养用的是液体培养基，且其中含有动物血清
(4)抗原与抗体之间结合的高度特异性
(5)动物细胞融合 动物细胞培养
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 118[解析] 细胞融合的过程体现了细胞膜的流动性，在动物细胞融合时，常用聚乙二醇或灭活的病毒作为诱导剂。杂交瘤细胞具有两种细胞的特点：既能无限增殖，又能产生特异性抗体。杂交瘤细胞是两种体细胞融合而来的，只能进行有丝分裂，其遗传物质没有改变。动物细胞培养的培养基是液体培养基，而植物组织培养的培养基是固体培养基，在动物细胞培养时需加入动物血清。生物导弹利用了抗原(癌细胞或病原体)与抗体特异性结合的原理，来治疗疾病。在单克隆抗体制备过程中用到了细胞工程的动物细胞融合(杂交瘤细胞的形成)与动物细胞培养技术。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 119本题考查植物组织培养技术，作为考点一例题的补充。
1.[2010·课标全国卷]请回答：
(1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的__________，繁殖种苗的速度________。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部________。
(2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免________的污染。
(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗________，而与____________配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是________(脱落酸/2，4－D)。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 120(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如下图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是________，单株鲜重的变化趋势是________。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量________(能/不能)满足自身最佳生长的需要。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 121(5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应________(降低/增加)培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。
[答案] (1)遗传特性 快 遗传信息
(2)微生物
(3)生根 细胞分裂素 2，4－D
(4)逐渐减小 先增加后下降 不能
(5)降低
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 122[解析] (1)植物组织培养属于无性繁殖，后代能够保持亲本的遗传特性。植物微型繁殖技术能够实现快速繁殖。植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，即已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。(2)植物组织培养接种和试管苗转接过程中都需要无菌操作，以避免微生物(杂菌)污染。(3)微型繁殖培养基中使用的生长素与细胞分裂素比例不同，可以分别诱导根、芽的形成。使用高浓度的植物生长素类似物(如2，4－D)可以抑制试管苗的生长。(4)(5)分析图中曲线可知：光合作用强度随着培养基中蔗糖浓度的增大而下降，但单株鲜重的变化趋势是先增加后下降。培养基中不含蔗糖时，光合作用强度最大，
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 123但由于该时期光合作用产生的有机物积累量较少，不能满足自身最佳生长的需要。在蔗糖浓度为1%左右时，单株鲜重达到最大，此时有机物的量满足自身最佳生长需要。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 124[备选理由] 本题通过组织培养技术考查学生的实验与探究能力，可作为考点一例题的补充。
2．[2012·德州模拟]科学家通过对鼠和人控制抗体产生的基因进行拼接，实现了对鼠源杂交瘤抗体的改造，生产出对人体的不良反应减少、效果更好的鼠—人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠—人嵌合抗体的过程。请据图回答：
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 125
(1)鼠源杂交瘤抗体就是从免疫小鼠的脾脏细胞中获取B淋巴细胞，在诱导剂的作用下与__________融合，形成__________细胞，并通过体内培养或体外培养生产单克隆抗体。这种抗体与普通血清抗体相比较，最主要的优点在于______________________，可大量制备。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 126(2)与植物原生质体的融合相比，动物细胞融合在诱导融合方法方面的主要区别是还常用____________诱导融合。
(3)生产单克隆抗体一般不直接培养浆细胞，主要原因是________________________。
(4)科学家通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，然后导入到鼠淋巴细胞中，这个过程中用到的工具酶有________、________，改造抗体属于________工程的范畴。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 127[答案] (1)骨髓瘤细胞 杂交瘤 特异性强、灵敏度高
(2)灭活的病毒
(3)浆细胞不能无限增殖
(4)限制酶 DNA连接酶 蛋白质
[解析] (1)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体，单克隆抗体的优点是特异性强、灵敏度高。(2)动物细胞融合可用灭活的病毒诱导。(3)生产单克隆抗体一般不直接培养浆细胞，因为浆细胞是高度分化的细胞，不能无限增殖。(4)基因的拼接用到限制酶和DNA连接酶。改造抗体是通过改造基因实现的，属于蛋白质工程。
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第42讲 细胞工程
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幻灯片 128第43讲 胚胎工程
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幻灯片 129返回目录
1．动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础(Ⅰ)
2．胚胎干细胞的移植(Ⅰ)
3．胚胎工程的应用(Ⅰ)
考纲要求
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幻灯片 130第43讲 胚胎工程
—— 知 识 梳 理 ——
一、体内受精和早期胚胎发育
1．精子的发生
(1)场所：睾丸的________。
(2)时间：________→生殖机能衰退。
(3)过程
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曲细精管
初情期
初级精母细胞
精子细胞
精子细胞的变形
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幻灯片 131第43讲 胚胎工程
2．卵子的发生
(1)场所：________。
(2)时期：____________。
(3)过程
初级卵母细胞 次级卵母细胞
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卵巢
性别分化后
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幻灯片 132第43讲 胚胎工程
3．受精作用
(1)概念：是精子与卵子结合形成________的过程。
(2)场所：________。
(3)受精完成标志：在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到________时(两个极体指第一极体和次级卵母细胞减数第二次分裂产生的第二极体)。
(4)过程：受精前的________阶段和________阶段。
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合子
输卵管
两个极体
准备
受精
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幻灯片 133第43讲 胚胎工程
4．胚胎发育
受精卵―→卵裂―→________―→囊胚
导思：刚排出的卵是成熟的卵子吗？ (请翻阅教材选修3 P62“卵子的发生”)
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桑椹胚
胎膜和胎盘
内细胞团
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幻灯片 134第43讲 胚胎工程
二、体外受精和早期胚胎培养
1．试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在_____条件下成熟和受精，并通过培养发育成___________后，再经移植产生后代的技术。
2．体外受精(分三步)
(1)____________________
①超数排卵法：小鼠、兔、猪、羊等，用__________处理使其排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。
②从卵巢中采集卵母细胞：大型家畜如牛，体外培养成熟到________，与获能的精子受精。
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体外
早期胚胎
卵母细胞的采集和培养
促性腺激素
MⅡ中期
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幻灯片 135第43讲 胚胎工程
(2)____________________
①收集的方法：________、________和__________等。
②获能处理：啮齿动物、家兔和猪常采用________；牛、羊等常采用____________。
(3)受精：在____________________________中完成受精过程。
3．哺乳动物胚胎培养液成分： 水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及________等。不同动物进行胚胎移植的时间不同，早期胚胎培养的胚胎一般不超过______期。
4．胚胎去向：________、________。
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精子的采集和获能
假阴道法
手握法
电刺激法
培养法
化学诱导法
获能溶液或专用的受精溶液
血清
囊胚
受体移植
冷冻保存
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幻灯片 136第43讲 胚胎工程
导思：试管动物技术在生产实践中的意义是什么？(请翻阅教材选修3 P69“从试管牛说起”)
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幻灯片 137第43讲 胚胎工程
三、胚胎工程的应用及前景
1．胚胎移植
(1)概念：将雌性动物体内的________，或通过________及其他方式得到的胚胎，移植到________的、生理状态______的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。
(2)材料：发育良好，形态正常的________或________。
(3)意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。
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早期胚胎
体外受精
同种
相同
桑椹胚
囊胚
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幻灯片 138第43讲 胚胎工程
(4)胚胎移植的生理学基础：①供体和受体相同的____________；②早期胚胎处于___________，为胚胎的收集提供了可能；③受体对移入子宫的胚胎基本上____________________；④胚胎与受体建立正常的生理和组织联系，但__________没有改变。
(5)基本程序：对供、受体的________和处理→配种或人工授精→对胚胎的________→检查、培养或保存→胚胎移植→检查。
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生理环境
游离状态
不发生免疫排斥反应
遗传特性
选择
收集
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幻灯片 139第43讲 胚胎工程
2．胚胎分割
(1)概念：采用__________将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得____________或______的技术。
(2)特点：后代具有相同的________，因此胚胎分割可以看做动物________或______的方法之一。
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机械方法
同卵双胎
多胎
遗传物质
无性繁殖
克隆
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幻灯片 140第43讲 胚胎工程
3．胚胎干细胞
(1)概念：简称ES或EK细胞，是由__________________中分离出来的一类细胞。
(2)特点：①形态：____________________________。
②功能：具有发育的__________，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。
③在体外培养的条件下，ES细胞可以________________。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。
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早期胚胎或原始性腺
体积小、细胞核大、核仁明显
全能性
增殖而不发生分化
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幻灯片 141第43讲 胚胎工程
(3)应用
①治疗人类的某些顽症。
②培育______________解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
③研究体外________的理想材料。
导思：对囊胚阶段的胚胎进行分割时，为什么要将内细胞团均等分割？(请翻阅教材选修3 P78“胚胎分割”)
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人造组织器官
细胞分化
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幻灯片 142► 考点一 体内受精和早期胚胎发育
1．精子和卵子发生的比较
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第43讲 胚胎工程
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第43讲 胚胎工程
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幻灯片 1442. 受精作用的过程
(1)受精前的准备
①精子获能：成熟的精子必须在雌性动物的生殖道中经历一段时间，发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，此过程叫获能。
②卵子的准备：卵子都要在输卵管中进一步成熟，到减数第二次分裂中期时，才具备受精能力。
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幻灯片 145(2)受精阶段
第一步：精子穿越放射冠和透明带。顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内的卵丘细胞；透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障。
第二步：精子进入卵细胞膜。卵细胞膜反应是防止多精入卵受精的第二道屏障。
第三步：原核形成。雄原核形成和雌原核形成。
第四步：配子结合。雌雄原核融合形成合子(受精卵)。
拓展：注意区分受精和受精作用完成的标志，前者是观察到两个极体，后者是雌雄原核融合后，形成新核。
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幻灯片 1463．早期胚胎发育
(1)过程：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚。
(2)图示
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图13-43-1
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幻灯片 147(3)各时期的特点
①卵裂期：细胞分裂使细胞数目增加，但胚胎总体积并不增加或略有缩小，因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小，但核内遗传物质并未减少。
②桑椹胚期：细胞均未分化，细胞全能性高，是胚胎分割的最佳时期。
③囊胚期：出现囊胚腔，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
④原肠胚期：出现原肠腔，个体较大的细胞称为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织，个体较小的细胞，称为滋养层细胞，将来发育成胎膜和胎盘。
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幻灯片 148例1 如图13-43-2表示高等动物卵子的发生过程，请据图回答有关问题：
(1)图中A是__________，B是________，E(过程)是指________，阶段C是指个体发育的________(时期)，阶段D是指个体发育的________(时期)。
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图13-43-2
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幻灯片 149(2)当观察到第二极体时，可以表明______________。
(3)能发生染色体的着丝点分裂的阶段是________(填序号)。
(4)①阶段存在的变异方式是____________________。
(5)动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的，仅由一个精子和卵子结合成合子的生理基础是_________、__________。
(6)胚胎发育过程中囊胚时期开始出现________，内细胞团将来发育成________。原肠胚时期开始出现________。
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幻灯片 150[答案](1)第一极体 合子 受精 胎儿期 初情期后
(2)卵子已经完成了受精
(3)①④
(4)基因突变、染色体变异
(5)透明带反应 卵细胞膜反应
(6)细胞分化 胎儿的各种组织 胚层分化
[解析] (1)卵原细胞进一步演变为初级卵母细胞，③、④为减数分裂，只有在受精后，次级卵母细胞才能最终完成减数第二次分裂，因此E是受精，B是合子；卵泡的形成是在胎儿期，减数分裂是从初情期开始的，因此阶段C为胎儿期，阶段D为初情期后。(2)当观察到第二极体时，表明卵子已经完成了受精作用。(3)着丝点分裂可发生在有丝
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幻灯片 151分裂中，也可发生在减数第二次分裂中，因此为①、④。(4)有丝分裂中的变异类型只有基因突变、染色体变异，没有基因重组。(5)受精时的透明带反应和卵细胞膜反应是防止多精入卵的两道屏障。(6)桑椹胚细胞具有全能性；囊胚开始出现细胞分化，已分化为滋养层细胞和内细胞团细胞；原肠胚已有胚层分化，分化为外胚层、内胚层。(4)内细胞团细胞将发育为胎儿的各种组织，滋养层细胞将发育为胎膜和胎盘。
[点评] 解此类题目应联系必修2中减数分裂知识，尤其注意：①精子的形成需经过变形阶段；②卵子的形成过程中，减数第一次分裂和减数第二次分裂发生的时期和场所不同。
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幻灯片 152变式题 如图13-43-3表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，请据图回答问题：
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图13-43-3
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幻灯片 153(1)写出各个阶段的名称：
A__________，B__________，C__________。
(2)写出图中各标号的名称：
[2]__________，[4]__________，[5]__________，
[7]__________，[8]__________。
(3)A时期的细胞具有发育上的________性，B时期开始出现________，C时期开始出现________。
(4)2将来发育成______________。
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幻灯片 154[答案](1)桑椹胚 囊胚 原肠胚
(2)内细胞团 囊胚腔 外胚层 原肠腔 内胚层
(3)全能 细胞分化 胚层分化
(4)胎儿的各种组织
[解析] 解答本题首先应根据图示判断出A、B、C各属于胚胎发育的哪个时期，然后再分析各时期的特点。(1)图中A是桑椹胚，B是囊胚，C是原肠胚。(2)图B中[1]是滋养层，[2]是内细胞团，[3]是透明带，[4]是囊胚腔；图C中[5]是外胚层，[6]是滋养层，[7]是原肠腔，[8]是内胚层。(3)桑椹胚细胞具有全能性；囊胚开始出现细胞分化，已分化为滋养层细胞和内细胞团；原肠胚已有胚层分化，分
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幻灯片 155化为外胚层、内胚层，在内、外胚层之间将形成中胚层。(4)内细胞团将发育为胎儿的各种组织，滋养层细胞将发育为胎膜和胎盘。
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幻灯片 156► 考点二 体外受精和早期胚胎培养
1．关于体外受精的几个问题
(1)卵母细胞的采集
①实验动物如小鼠、兔，以及家畜猪、羊等，应用促性腺激素诱导超数排卵。
②大家畜或大型动物，如牛，一般从屠宰场屠宰的母畜卵巢获得。
③也可以借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜直接从卵巢吸取。
(2)获取的卵母细胞必须在体外培养到MⅡ中期。
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幻灯片 157(3)体外受精用的精子，必须在体外获能，并且受精过程必须在获能液中完成。
(4)获能的精子和卵子在获能液或专用受精溶液中受精，其过程概括如下：
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图13-43-4
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幻灯片 158拓展：超数排卵处理所用的激素为促性腺激素，只能注射不能饲喂，因为促性腺激素为肽类化合物，口服后会因消化道的消化作用而失去原有作用。
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幻灯片 1592．胚胎的早期培养
(1)精子与卵子在体外受精后，移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。
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幻灯片 160技巧：①胚胎的早期培养与动物细胞培养所用的培养液类似，但是二者所依据的原理和培养目的不同。
②早期胚胎培养的培养液成分巧记：两“盐”——无机盐和有机盐，两“素”——维生素和激素，两“酸”——氨基酸和核苷酸，另有水、血清等。
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幻灯片 161例2 如图13-43-5是通过体外受精培育小鼠的过程图，请据图回答下列问题：
(1)①所用的方法是用_______处理，从_______采集卵子。
(2)②是______过程，因此小鼠的生殖方式是________。其常见的可遗传的变异类型有________________。
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图13-43-5
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幻灯片 162(3)③过程是_____________________，其培养液成分含有________________________________________________________________________________________________。
(4)④过程是________，移植的胚胎是在___________阶段之前。
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幻灯片 163[答案](1)促性腺激素 输卵管
(2)受精 有性生殖 基因突变、基因重组、染色体变异
(3)体外早期胚胎培养 有机盐、无机盐、维生素、激素、氨基酸和核苷酸，还有水和血清等
(4)胚胎移植 桑椹胚或囊胚
[解析] 小鼠常用的采集卵母细胞的方法是用促性腺激素处理，促进其超数排卵，然后从其输卵管中收集卵子，卵子与精子结合的过程称为受精，因此小鼠的生殖方式为有性生殖。进行有性生殖的动物，其可遗传的变异类型有基因突变、基因重组和染色体变异。受精卵到早期胚胎的培养称为体外胚胎的早期培养。在该过程中培养液的成分主
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幻灯片 164要有有机盐、无机盐、维生素、激素、氨基酸和核苷酸，还有水及血清等。胚胎培养到桑椹胚或囊胚阶段时开始进行移植。
[点评] 通过体外受精和胚胎培养的早期胚胎必须通过胚胎移植，在受体体内才能发育成完整的个体。
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幻灯片 165变式题 请回答下列与哺乳动物精子和卵子发生有关的问题：
(1)精细胞经变形后，高尔基体发育形成精子的顶体，顶体内含有的__________能协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。
(2)某动物排卵时，减数第一次分裂尚未完成，此时卵子处于________卵母细胞阶段，当该细胞发育至减数第二次分裂________期时，才具备受精能力。若在卵细胞膜和透明带之间看到两个极体，则表明________过程已完成。
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幻灯片 166[答案](1)顶体酶
(2)初级 中 受精
[解析] (1)精子的顶体是由高尔基体发育形成，精卵接触时顶体内含有的顶体酶释放出来，溶解卵丘细胞之间的物质和透明带，能协助精子进入卵细胞。(2)若动物排卵时，减数第一次分裂尚未完成，则此时卵子处于初级卵母细胞阶段，当该细胞发育至减数第二次分裂中期时，才具备受精能力。若在卵细胞膜和透明带之间看到两个极体，则表明受精过程已完成。
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幻灯片 167► 考点三 胚胎工程的应用及前景
1．胚胎移植
(1)胚胎移植的实质
胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状能保持其原来的优良特性。
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幻灯片 168(2)胚胎移植的基本程序
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图13-43-6
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幻灯片 169拓展：①胚胎移植的供体和受体必须是同种生物，同一物种的动物才有可能具有相同的生理特征。
②作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种，供体则为优良的品种。
③胚胎移植过程中两次使用激素，第一次对供、受体进行同期发情处理，第二次对供体做超数排卵处理。
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幻灯片 1702．胚胎分割
(1)胚胎分割的基础和特点
①理论基础：细胞的全能性。
②物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质。
③特点：每个后代具有相同的遗传特性。
(2)胚胎的选择：发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。
(3)基本操作程序
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幻灯片 171拓展：①胚胎分割可以看做是动物无性繁殖或克隆的方法之一。
②胚胎分割时对内细胞团需均等分割。
③目前经胚胎分割产生的最常见的是同卵双胎，同卵多胎成功的比例很小。
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幻灯片 1723．胚胎干细胞(ES或EK细胞)
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幻灯片 173(4)应用前景：ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中的重大成就之一，在基础生物学、畜牧学和医学上都具有十分重要的应用价值。
①ES细胞可用于治疗人类的某些顽症。
利用ES细胞可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可以使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能。
②培育成组织器官，用于器官移植。
③对ES细胞的培养和诱导，为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效手段。
④ES细胞可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。
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幻灯片 174例3 如图13-43-7为哺乳动物胚胎分割和性别鉴定示意图。请据图回答：
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图13-43-7
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幻灯片 175(1)胚胎分割时，一般采用发育良好、形态正常的______
_________。对胚胎进行分割时，要特别注意将________均等分割，否则会影响分割后的胚胎恢复和进一步发育。来自同一胚胎分割产生的后代具有相同的遗传物质，因此，胚胎分割可以看作动物________的方法之一。
(2)①过程分割出的少量胚胎细胞用来做性别鉴定，该技术常采用的方法是________________________。
(3)通常胚胎干细胞可以从____________________(写出两种方法)中分离得到。
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幻灯片 176(4)早期胚胎中的胚胎干细胞，不仅可以被应用于哺乳动物胚胎性别鉴定，还可被应用于_____________________
________________________________________等领域。
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幻灯片 177[答案](1)桑椹胚或囊胚 内细胞团 无性繁殖(或克隆)
(2)用基因探针进行DNA分子杂交
(3)早期胚胎、原始性腺
(4)治疗人类的某些疾病(如老年痴呆症、糖尿病等)(或ES细胞体外诱导分化培育出人造组织器官用于器官移植、研究体外细胞分化等)
[解析] (1)胚胎分割时，要选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，若选用囊胚，要将内细胞团均等分割，这样有利于分割后胚胎的恢复和进一步发育。分割后产生的后代遗传物质相同，属于无性繁殖。(2)应用胚胎分割进行性别鉴定时，要用Y染色体的DNA制成探针，进行DNA分子杂交，阳性反应为雄性，否则为雌性。(3)哺乳动物胚胎
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幻灯片 178干细胞来自囊胚的内细胞团或从原始性腺中分离获得。(4)胚胎干细胞可用于治疗某些顽症，培育出人造组织器官进行移植、研究细胞分化等。
[点评] 胚胎移植是有性生殖还是无性生殖，需看移植胚胎的形成过程：如果移植胚胎是由受精卵形成的，则是有性生殖；如果移植胚胎是由重组细胞或分割后的胚胎形成的，则为无性生殖。
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幻灯片 179变式题 牛胚胎移植的基本程序如图13-43-8所示，请据图回答：
(1)图中a、b、c过程分别是指______、______、______。
(2)供体母牛的主要职能是________________________；受体母牛必须具备______________________________。
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图13-43-8
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幻灯片 180(3)为了提高牛胚胎的利用率，常采取的方法是______；处理的时期是________________________。
(4)从哺乳动物早期胚胎或原始性腺中分离出来的细胞，称为ES或EK细胞。这类细胞的形态特征有_____________
________________________________________________。
(5)你认为胚胎移植技术在生产实践中的主要意义有哪些？
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幻灯片 181[答案](1)超数排卵 冲卵 胚胎移植
(2)只产生具有优良遗传特性的胚胎 健康的体质和健康的繁殖能力的同种母牛
(3)胚胎分割移植 桑椹胚或囊胚期
(4)体积小、细胞核大、核仁明显
(5)胚胎移植技术可以加快优良种畜的繁殖速度，迅速推广新品种。
[解析] (1)a过程是良种母畜在激素刺激下的超数排卵。b是用人工方法将母畜体内已经开始发育的受精卵取出的过程，又叫冲卵。c是将符合移植要求的早期胚胎移植到受体母畜子宫内的过程。(2)供体母牛的主要职能是提供具
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幻灯片 182有优良遗传特性的胚胎，受体母牛则是提供胚胎发育场所，所以受体母牛应具有健康的体质和健康的繁殖能力。(3)进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。(4)因受精卵早期的分裂速度很快，细胞来不及生长，下一次分裂就开始，所以形成的胚胎干细胞(ES或EK细胞)的特点是细胞体积小、细胞核大、核仁明显。
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幻灯片 183[备选理由] 本题考查细胞工程和胚胎工程技术的知识，综合性较好，可作为考点二例题的补充。
1．[2010·山东卷]胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术，可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。
(1)从良种母牛采集的卵母细胞，都需要进行体外培养，其目的是_______________________；从良种公牛采集的精子需________后才能进行受精作用。
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幻灯片 184(2)在体外培养受精卵时，除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外，还需要提供________气体以维持____________。
(3)图中过程A称为________，它在胚胎工程中的意义在于___________________。
(4)研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器，需将目的基因导入牛受精卵，最常用的导入方法是____；获得转基因母牛后，如果__________________________即说明目的基因已经表达。
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幻灯片 185[答案] (1)使卵母细胞成熟(或使卵母细胞获得受精能力) 获能
(2)CO2 培养液(基)的pH
(3)胚胎移植 提高优良母畜的繁殖率
(4)显微注射法 牛奶中含有人类白细胞介素(或牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素)
[解析] (1)在体外受精前，要对精子进行获能处理，要对卵母细胞进行培养，让其进一步成熟，才具有与精子进行受精的能力。(2)在体外培养受精卵时，需要提供一定量的CO2，以维持培养液的pH。(3)将早期胚胎植入受孕母体的子宫中，属于胚胎移植，它在胚胎工程中的意义有：
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幻灯片 186①可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力；②大量节省购买种畜的费用；③一胎多产。(4)将目的基因导入受精卵的常用方法为显微注射法；如果母牛的乳汁中含有人类白细胞介素，则说明目的基因在母牛体内已经表达。
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幻灯片 187[备选理由] 本题是考查胚胎干细胞知识的经典题目，可作为考点三例题的补充。
2．[2009·宁夏卷]如下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答：
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幻灯片 188(1)胚胎干细胞是从动物胚胎发育至________期的内细胞团或胎儿的______________中分离得到的一类细胞。
(2)图中分化程度最低的干细胞是__________。在体外培养条件下，培养液中加入________因子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。
(3)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因________的结果。
(4)某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的。骨髓移植的实质是将上图中的________细胞移植到患者体内。
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幻灯片 189(5)若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞、皮肤细胞、神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的________，其原因是____________________。
(6)若某药物可抑制肝肿瘤细胞DNA的复制，使用该药物可使肝肿瘤细胞停留于细胞周期的________期。
(7)在制备单克隆抗体过程中的细胞融合阶段，用______细胞与骨髓瘤细胞融合，经多次筛选最终得到能分泌____________的杂交瘤细胞。
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幻灯片 190[答案] (1)囊胚 原始性腺细胞
(2)胚胎干细胞 分化诱导
(3)选择性表达 (4)造血干
(5)红细胞 细胞中无细胞核 (6)间
(7)B淋巴 特异性抗体
[解析] 胚胎干细胞一般取自于囊胚的内细胞团细胞或胎儿原始性腺细胞。胚胎干细胞没有分化；胚胎干细胞具有全能性，在含有分化诱导因子的培养液中可能被诱导分化成各种组织细胞。在个体发育过程中，不同类型的干细胞分化形成不同的组织细胞，其实质是细胞中基因的选择性表达。根据图示可知，骨髓移植的目的是向患者体内注射造血干细胞，造血干细胞在体内可以分裂、分化形成白细
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幻灯片 191胞等血细胞。哺乳动物成熟红细胞中没有细胞核，因此不能提供克隆所需的细胞核。细胞分裂过程中DNA复制发生在有丝分裂或减数第一次分裂的间期；单克隆抗体制备过程中首先应将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合形成杂交瘤细胞，再经筛选获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。
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