专题二十　细胞工程、胚胎工程和生态工程 核心考点精析 命题热点解读 专题质量检测

1．动、植物细胞全能性 (1)原因：生物体的每个细胞都含有发育成完整个体所 必需的全部基因。 (2)全能性表现的大小：受精卵的全能性最大，其次是 生殖细胞，体细胞相对较小。 (3)全能性表现与细胞种类有关：离体的植物体细胞的 全能性在一定条件下可充分体现。离体的动物体细胞，全能性受到限制，但其细胞核仍具有全能性，需要借助卵细胞的细胞质才能体现出来。未离体细胞的全能性不能表达，只能在机体调控下定向分化。 (4)细胞的全能性是植物细胞工程技术的理论基础。

注射特定抗原，免疫小鼠，获取效应B淋巴细胞 2．植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较 项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 细胞融 合原理 细胞膜的流动性 融合前 处理 用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁 注射特定抗原，免疫小鼠，获取效应B淋巴细胞

项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 诱导 手段 离心、电刺激、振动、显微操作、聚乙二醇等 与植物体细胞杂交相比，还可用灭活的病毒诱导 用途 克服远缘杂交不亲和的障碍，扩展用于杂交亲本范围，培育新品种 制备单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等

3．动物细胞培养与植物组织培养的比较 项目 植物组织培养 动物细胞培养 培养基的 物理性质 固体 液体 培养基 的成分 水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、激素、琼脂等 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等

项目 植物组织培养 动物细胞培养 结果 新的植株或组织 新的细胞系或细胞株 目的 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、药理学研究

均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 项目 植物组织培养 动物细胞培养 取材 植物幼嫩的 部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 其他条件 均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件

4．动物体细胞核移植和单克隆抗体 (1)动物体细胞核移植： (2)单克隆抗体： ①制备过程：

②特点：化学性质单一、特异性强、灵敏度高、可大 量生产。 ③应用：作为诊断试剂；用于治疗疾病和运载药物。

在单克隆抗体的制备过程中，要获得较多的杂交瘤细胞必须经过多次筛选。

1．受精过程 (1)准备阶段：包括精子获能及卵子达到减数第二次分裂中期。 (2)受精阶段：包括精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜， 雌、雄原核形成及结合。 (3)防止多个精子入卵受精的屏障：①透明带反应；②卵黄膜 封闭作用。 (4)受精的标志和受精完成的标志： ①卵子受精的标志：在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体。 ②受精完成的标志：雌、雄原核的融合。

2．早期胚胎发育过程

囊胚开始出现分化形成内细胞团和滋养层，内细胞团细胞可发育成胎儿的各种组织，该阶段还可进行胚胎分割。对囊胚进行分割时，要注意将内细胞团均等分割。

3．体外受精主要操作步骤 (1)卵母细胞的采集： 方法一：对小型动物一般采用促性腺激素处理，排卵后直接从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。 方法二：对大型动物一般采用从活体的卵巢中吸取卵母细胞，经体外人工培养成熟后与获能的精子在体外受精。

(2)精子的采集和获能： 采集方法：假阴道法、手握法和电刺激法等。 获能方法：培养法和诱导法。 (3)受精：获能精子和成熟卵子在共同培养一段时间后便 可受精。

4．胚胎的早期培养 (1)培养的目的：检测受精状况和受精卵的发育能力。 (2)培养液的成分：水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨 基酸、核苷酸以及动物血清等。 (3)胚胎去向：冷冻保存、移植到受体动物子宫内培养。

5．胚胎移植和胚胎分割 (1)胚胎移植： ①操作对象：雌性动物的早期胚胎，或通过体外受精及其他方式得到的胚胎； ②受体：同种的、生理状态相同的其他雌性动物； ③本质：生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程； ④基本程序(以牛胚胎移植为例)：

(2)胚胎分割：①操作对象可以是囊胚或桑椹胚；②操作目 的是由一个胚胎变成为多个具有相同遗传物质的胚胎；③操作的结果是获得多个后代个体；④此法可大大提高胚胎的利用率，降低成本。 (3)二者之间的联系：

理论基础 内容 意义 举例 物质循环再生原理 物质循环 物质能够在各类生态系统中进行区域小循环和全球地质大循环，循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽，用之不竭的效果 避免环境污染及对其他系统稳定性和发展的影响 无废弃物农业

理论基础 内容 意义 举例 物种多样性原理 生态系统的抵抗力稳定性 物种多、营养关系复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性，生物多样性程度高，可以为各类生物提供多种机会和条件。营养关系越复杂，有限资源下就可以容纳更多的生物量 避免生态系统结构和功能失衡 单纯林引起的“绿色荒漠”问题

理论基础 内容 意义 举例 协调与平衡原理 生物与环境的协调与平衡 生物与环境平衡，需要考虑环境承载力，即指某种环境所能养活的生物种群的最大数量 避免生态系统的失衡和破坏 赤潮和水华等水体富营养化问题

理论基础 内容 意义 举例 整体性原理 社会—经济—自然复合系统 生态工程的建设，既要考虑自然生态系统的规律，还要考虑社会和经济等系统的影响力 统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定 林业建设中自然生态系统与社会、经济系统的关系问题

理论基础 内容 意义 举例 系统学和工程学原理 系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式 生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的 改善和优化系统的结构以改善功能 桑基 鱼塘

理论基础 内容 意义 举例 系统学和工程学原理 系统整体性原理：整体大于部分 系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果 保持较高的系统生产力 藻类和珊瑚虫的关系

明考向 细胞工程涉及的具体生物技术比较多，主要有动植物细胞培养、细胞融合、克隆技术及单克隆抗体制备。尤其在单克隆抗体制备、特点和应用是近几年高考的常考内容。

做考题 [例1]　请根据下图1和图2回答下列问题：

(1)在图1的②和③所示过程中，与①过程相比所不同的必需外界条件是________；图1所示的植物细胞工程的手段是________。 (2)图1过程培养得到的试管苗所用的培养基与动物细胞培养液相比，需去除________而添加________。与无土栽培技术所用的营养液在成分上相比较，最大的区别是前者必须要有适宜浓度和一定比例的__________________。

(3)图2中的④过程，常采用不同于植物体细胞杂交的诱导方法是用________作诱导剂，不同细胞能够融合的原因是______________________________。 (4)用小家鼠骨髓瘤细胞和________融合，得到杂交瘤细胞，用以制备________。植物细胞融合与此过程不同之处在于____________________________。

[解析]　(1)图1为植物组织培养过程，其中②③过程必需的外界条件是光照，由愈伤组织经细胞分裂和分化形成幼苗。(2)植物组织培养需要含有一定量有机物和植物激素的培养基，而动物培养基是液体培养基，不需要琼脂，但需要动物血清。无土栽培的培养液是不需要有机物和植物激素的。(3)促进动物细胞融合的诱导剂常采用灭活的病毒，融合的原理是细胞膜具有一定的流动性。(4)骨髓瘤细胞和浆细胞融合得到杂交瘤细胞，用以制备单克隆抗体。植物细胞融合与此过程不同之处在于要有去除细胞壁再生成新的细胞壁的过程。

[答案]　(1)光照　植物组织培养　(2)琼脂　动物血清　有机物和植物激素　(3)灭活的(仙台)病毒　细胞膜具有流动性　(4)浆细胞　单克隆抗体　要去除细胞壁再生成新的细胞壁

(1)确定是对植物细胞的直接培养还是要得到杂种植物，如 果要得到杂种植物，首先要获得原生质体，需要用纤维 素酶或果胶酶处理。  悟技巧 解答此类问题应注意以下几点： (1)确定是对植物细胞的直接培养还是要得到杂种植物，如 果要得到杂种植物，首先要获得原生质体，需要用纤维 素酶或果胶酶处理。 (2)植物原生质体的融合是在体外容器随机进行的过程，因 此，融合细胞会有多种类型，分析细胞类型一定要结合 题目的信息要求。

(3)植物组织培养一定要经过脱分化形成愈伤组织阶段，愈伤 组织细胞都是薄壁细胞。 (4)动物细胞培养的培养基是液体培养基，培养基中要添加动 物血清以提供细胞生长和分裂的调节物质；要通入氧气以保证 细胞代谢；要通入一定浓度的二氧化碳以维持酸碱度平衡。 (5)制备单克隆抗体时的B细胞是经过免疫的B细胞；促融后要 进行细胞培养和筛选；细胞筛选需进行两次，首先筛选出杂交 瘤细胞，然后再筛选出能够产生特定抗体的杂交瘤细胞。

明考向 近年高考中涉及胚胎工程的试题越来越多，主要集中在对了解相应技术的应用、原理和方法等方面的考查。

做考题 [例2]　 (2011·浙江高考)培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。若要培育成功，下列叙述正确的是 (　　)

A．甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵 B．乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟 C．丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液 D．丁过程中早期胚胎需移植到与供体性状相同的代孕母羊 子宫内

[解析]　本题考查动物胚胎工程的应用，意在考查对该知识的理解能力。甲过程的目的是采集卵母细胞并培养成熟，可通过注射促性腺激素促进母山羊超数排卵。乙过程的目的是促进精子和卵细胞结合，完成受精作用。受精是在获能溶液或专门的受精溶液中进行，而早期胚胎培养是在发育培养液中进行；丁过程是胚胎移植，是将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的雌性动物子宫内使之继续发育。 [答案]　A

(1)供体选择的条件是具有优良性能和生产性能的个体；受 体母畜选择的条件是体质健康、具有正常生育能力的同 种个体。  悟技巧 解答此类问题应明确以下几点： (1)供体选择的条件是具有优良性能和生产性能的个体；受 体母畜选择的条件是体质健康、具有正常生育能力的同 种个体。 (2)对供体采用促性腺激素处理的目的是使其产生更多的卵细 胞，对受体采用促性腺激素处理的目的是使其同步发情。

(3)冲卵不是冲出卵细胞，其本质是冲出早期胚胎。 (4)胚胎移植在桑椹胚或囊胚阶段进行，胚胎移植后一 定要进行妊娠检查。 (5)胚胎干细胞的概念、来源、功能及应用。

明考向 生态工程是多学科交叉形成的新兴内容，在实际生活生产中运用广泛。其命题角度有生态系统的成分、食物链和食物网、生态工程的原理等。

做考题 [例3]　 (2011·新课标全国卷)现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝气池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题：

(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过______________呼吸将有机物分解。 (2)植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了________(生态系统、群落、种群)。在植物池的食物网中，植物位于第________营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于______所固定的________能。

(3)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、________________和________________等原理。 (4)一般来说，生态工程的主要任务是对______________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。

[解析]　本题主要结合生态学知识考查生态工程的原理及任务，意在考查分析判断以及应用能力。(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池的过程中，厌氧沉淀池中厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解，曝气池中需氧型微生物通过有氧呼吸将有机物分解，兼氧池中微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)群落是一定的自然区域内相互间有直接或间接关系的各种生物的总和，故该植物池中的生产者、消费者和分解者共同组成了群落；植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者固定的太阳能。

(3)生态工程的建立要考虑社会、经济和自然的统一，生物与环境相协调，充分利用废弃物中的物质和能量，并增加生物的种类以增强生态系统的稳定性，故生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(4)随着人口激增、资源破坏、能源短缺、环境污染和食物供应不足等问题，表现出不同程度的生态与环境危机，这些问题催生了生态工程，通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。

[答案]　 (1)无氧和有氧(或细胞) (2)群落　一　生产者　太阳 (3)物质循环再生　物种多样性 (4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)

(1)物质循环再生原理的理论基础是生态系统的物质循环。 (2)物种多样性原理的理论基础是生态系统的稳定性。  悟技巧 解答此类问题应注意以下几点： (1)物质循环再生原理的理论基础是生态系统的物质循环。 (2)物种多样性原理的理论基础是生态系统的稳定性。 (3)协调与平衡原理的理论基础是生物与环境的协调与平衡、 种间关系、环境容纳量等。

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