生物技术概论 第3章细胞工程 习题与参考答案 一、名词解释 1.细胞工程：细胞工程是以生命科学为基础，以生物细胞或组织为研究对象，按照人 们的需要和科学设计改变细胞的遗传基础，并通过无菌操作，细胞融合，核质移植，染色体 移植以及组织和细胞培养等技术，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，快 速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。 2.原代细胞：直接从体内取出的细胞、组织或器官，进行的第一次细胞培养称为原代 培养(primary culture),这是细胞培养的最初和必经阶段。习惯上，把第一代至第十代以内 的细胞都称作原代细胞。 3.花药培养：花药培养是应用植物组织培养技术，把发育到一定阶段的花药，通过无 菌操作技术，接种在人工培养基上，以改变花药内花粉粒的发育程序，诱导其分化，并连续 进行有丝分裂，形成细胞团，进而形成一团无分化的薄壁组织一愈伤组织，或分化成胚状 体，随后使愈伤组织分化成完整的植株。但所得植株只有原亲本材料一半的染色体数，称为 单倍体植物。 4.细胞融合：细胞融合是指在外力（诱导剂或促融剂）作用下，两个或两个以上的异 源（种、属间）细胞或原生质体相互接触，从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种 细胞的现象。 5.iPS细胞：iPS细胞的全称是诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPSC), 将特定基因或是特定基因产物（蛋白质）导入体细胞（如：皮肤细胞或是肝脏细胞）中，使 该体细胞变成为如同胚胎干细胞(ES细胞)般具有分化成各式细胞的多功能分化能力，并 且可以持续增生分裂。 6.培养基：培养基中含有外植体生长所需的营养物质，是组织培养中外植体赖以生存 和发展的基地。当它是粉剂、没有与其它溶剂混合或者配成后本身就呈固态时，就称作培养 基。 7.外植体：外植体(explant)是组织培养中所用的材料，其主要形式有胚、器官、组 织、单细胞和原生质体等等。通常，外植体的选择，一般以幼嫩的组织或器官较为适宜
生物技术概论 第3章 细胞工程 习题与参考答案 一、名词解释 1. 细胞工程：细胞工程是以生命科学为基础，以生物细胞或组织为研究对象，按照人 们的需要和科学设计改变细胞的遗传基础，并通过无菌操作，细胞融合，核质移植，染色体 移植以及组织和细胞培养等技术，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，快 速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。 2. 原代细胞：直接从体内取出的细胞、组织或器官，进行的第一次细胞培养称为原代 培养（primary culture），这是细胞培养的最初和必经阶段。习惯上，把第一代至第十代以内 的细胞都称作原代细胞。 3. 花药培养：花药培养是应用植物组织培养技术，把发育到一定阶段的花药，通过无 菌操作技术，接种在人工培养基上，以改变花药内花粉粒的发育程序，诱导其分化，并连续 进行有丝分裂，形成细胞团，进而形成一团无分化的薄壁组织——愈伤组织，或分化成胚状 体，随后使愈伤组织分化成完整的植株。但所得植株只有原亲本材料一半的染色体数，称为 单倍体植物。 4. 细胞融合：细胞融合是指在外力（诱导剂或促融剂）作用下，两个或两个以上的异 源（种、属间）细胞或原生质体相互接触，从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种 细胞的现象。 5. iPS 细胞：iPS 细胞的全称是诱导性多功能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPSC）， 将特定基因或是特定基因产物（蛋白质）导入体细胞（如：皮肤细胞或是肝脏细胞）中，使 该体细胞变成为如同胚胎干细胞（ES 细胞）般具有分化成各式细胞的多功能分化能力，并 且可以持续增生分裂。 6. 培养基：培养基中含有外植体生长所需的营养物质，是组织培养中外植体赖以生存 和发展的基地。当它是粉剂、没有与其它溶剂混合或者配成后本身就呈固态时，就称作培养 基。 7. 外植体：外植体（explant）是组织培养中所用的材料，其主要形式有胚、器官、组 织、单细胞和原生质体等等。通常，外植体的选择，一般以幼嫩的组织或器官较为适宜
生物技术概论 8.单克隆抗体：在动物发生免疫反应的过程中，体内的B细胞可以产生多达百万种以 上的特异性抗体，但是每个B细胞只分泌一种化学性质单一、特异性强的抗体。显然，要 想获得大量专一性抗体，就得从某个特定B淋巴细胞培养繁殖出大量的细胞群体，即克隆。 如此克隆出的细胞其遗传特性高度一致，由它们分泌出的抗体即叫做单克隆抗体。 9.重组单克隆抗体：重组单克隆抗体是指采用各种单克隆抗体筛选技术、重组DNA技 术及细胞培养技术制备的单克隆抗体，是使用重组DNA技术在体外构建的，不受免疫系统 限制而生产的单克隆抗体。由于重组抗体是利用重组DNA及蛋白质工程技术对编码抗体的 基因按不同需要进行加工改造和重新装配，经转染适当的受体细胞所表达的抗体分子，因而 也被称为基因工程抗体。 二、简要回答 1.何为植物脱毒技术及其作用？ 植物特别是经济作物，经过多代无性繁殖后，体内会逐渐累积病原体（如病毒等），严 重时导致病害发生。即使一些暂时不会表现出病害的阴性病原体，也会引起作物种性退化， 生长量降低，因此，需要利用植物组织培养方法对经济作物进行脱毒处理。常用的脱毒方法 有茎尖培养脱毒、热处理脱毒、冷处理脱毒、化学药剂处理脱毒、花药培养脱毒、愈伤组织 脱毒、珠心胚培养脱毒、茎尖微体嫁接脱毒等，其中茎尖培养脱毒效果好，是目前植物无病 毒苗培育应用最广泛、最重要的一个方法。 2.抗体的分类有那些，各自的特点？ 抗体可分为多克隆抗体和单克隆抗体。 (1)多克隆抗体：指把某种抗原反复注射到动物体内（如家兔、小鼠），诱导动物体内 B淋巴细胞产生针对该抗原的特异抗体，然后从动物血清中分离出所需抗体。多克隆抗体常 用于检测试剂或诊断工具。缺点是产量低，而且抗体的特异性差，纯度低，反应不够灵敏。 (2)单克隆抗体：在动物发生免疫反应的过程中，体内的B细胞可以产生多达百万种 以上的特异性抗体，但是每个B细胞只分泌一种化学性质单一、特异性强的抗体。显然， 要想获得大量专一性抗体，就得从某个特定B淋巴细胞培养繁殖出大量的细胞群体，即克 隆。如此克隆出的细胞其遗传特性高度一致，由它们分泌出的抗体即单克隆抗体。 3.简述单克隆抗体的制作流程。 要制备单克隆抗体需先获得能合成专一性抗体的单克隆B淋巴细胞，但这种B淋巴细 胞不能在体外生长。而实验发现骨髓瘤细胞可在体外生长繁殖，应用细胞杂交技术使骨髓瘤
生物技术概论 8. 单克隆抗体：在动物发生免疫反应的过程中，体内的 B 细胞可以产生多达百万种以 上的特异性抗体，但是每个 B 细胞只分泌一种化学性质单一、特异性强的抗体。显然，要 想获得大量专一性抗体，就得从某个特定 B 淋巴细胞培养繁殖出大量的细胞群体，即克隆。 如此克隆出的细胞其遗传特性高度一致，由它们分泌出的抗体即叫做单克隆抗体。 9. 重组单克隆抗体：重组单克隆抗体是指采用各种单克隆抗体筛选技术、重组 DNA 技 术及细胞培养技术制备的单克隆抗体，是使用重组 DNA 技术在体外构建的，不受免疫系统 限制而生产的单克隆抗体。由于重组抗体是利用重组 DNA 及蛋白质工程技术对编码抗体的 基因按不同需要进行加工改造和重新装配，经转染适当的受体细胞所表达的抗体分子，因而 也被称为基因工程抗体。 二、简要回答 1. 何为植物脱毒技术及其作用？ 植物特别是经济作物，经过多代无性繁殖后，体内会逐渐累积病原体（如病毒等）, 严 重时导致病害发生。即使一些暂时不会表现出病害的阴性病原体，也会引起作物种性退化， 生长量降低，因此，需要利用植物组织培养方法对经济作物进行脱毒处理。常用的脱毒方法 有茎尖培养脱毒、热处理脱毒、冷处理脱毒、化学药剂处理脱毒、花药培养脱毒、愈伤组织 脱毒、珠心胚培养脱毒、茎尖微体嫁接脱毒等，其中茎尖培养脱毒效果好，是目前植物无病 毒苗培育应用最广泛、最重要的一个方法。 2. 抗体的分类有那些，各自的特点？ 抗体可分为多克隆抗体和单克隆抗体。 （1）多克隆抗体：指把某种抗原反复注射到动物体内（如家兔、小鼠），诱导动物体内 B 淋巴细胞产生针对该抗原的特异抗体，然后从动物血清中分离出所需抗体。多克隆抗体常 用于检测试剂或诊断工具。缺点是产量低，而且抗体的特异性差，纯度低，反应不够灵敏。 （2）单克隆抗体：在动物发生免疫反应的过程中，体内的 B 细胞可以产生多达百万种 以上的特异性抗体，但是每个 B 细胞只分泌一种化学性质单一、特异性强的抗体。显然， 要想获得大量专一性抗体，就得从某个特定 B 淋巴细胞培养繁殖出大量的细胞群体，即克 隆。如此克隆出的细胞其遗传特性高度一致，由它们分泌出的抗体即单克隆抗体。 3. 简述单克隆抗体的制作流程。 要制备单克隆抗体需先获得能合成专一性抗体的单克隆 B 淋巴细胞，但这种 B 淋巴细 胞不能在体外生长。而实验发现骨髓瘤细胞可在体外生长繁殖，应用细胞杂交技术使骨髓瘤
生物技术概论 细胞与免疫的淋巴细胞合二为一，得到杂种的骨髓瘤细胞。这种杂种细胞继承两种亲代细胞 的特性一既具有B淋巴细胞合成专一抗体的特性，也有骨髓瘤细胞能在体外培养增殖永存 的特性，用这种来源于单个融合细胞培养增殖的细胞群，可制备抗一种抗原决定簇的特异单 克隆抗体。流程如下图所示。 抗原 (O B淋巴田胞 骨髓南细胞 细胞融合 杂交瘤细胞 细胞培养 」选出所需要的细 胞君羊，继续培养 体外培养 体内培养 从培养液中 从腹水中提取 提取 单克醛抗体 4.简述植物细胞培养和动物细胞培养的异同。 无论植物细胞培养还是动物细胞培养都会遵循一个相似的过程，即准备、取材、培养和 冻存。但具体到每个过程，又有各自的特点： 动物细胞没有细胞壁，有的还有贴壁依赖性，故培养过程中需要有胰蛋白酶把动物物组 织分散成单个细胞：生长过程中需要各种生长调节因子时序刺激：需要细胞间的信息交换， 表现为一种群体生长的现象：细胞外基质对细胞生长、迁移、分裂有着重要作用。这些特点 使得动物细胞大规模培养与植物细胞培养相比差别很大，其主要特点有以下几个方面。首先， 对营养要求严格：其次，对环境因素敏感，包括pH值、溶氧、温度、剪切力都有苛刻的要 求，必须严格检测控制：再之，对无菌要求高。 离体植物细胞在培养过程中也有一些比较特殊的要求。一是光照：尽管植物细胞生长所 需要的物质主要是靠培养基供给的，离体培养的植物细胞对光照条件要求不甚严格，但光照 不但会影响植物细胞的光合作用，而且与细胞分化有关。二是激素：植物细胞的分裂和生长 特别需要植物激素的调节，促进生长的生长素和促进细胞分裂的分裂素是最基本的激素。植
生物技术概论 细胞与免疫的淋巴细胞合二为一，得到杂种的骨髓瘤细胞。这种杂种细胞继承两种亲代细胞 的特性—既具有 B 淋巴细胞合成专一抗体的特性，也有骨髓瘤细胞能在体外培养增殖永存 的特性，用这种来源于单个融合细胞培养增殖的细胞群，可制备抗一种抗原决定簇的特异单 克隆抗体。流程如下图所示。 4. 简述植物细胞培养和动物细胞培养的异同。 无论植物细胞培养还是动物细胞培养都会遵循一个相似的过程，即准备、取材、培养和 冻存。但具体到每个过程，又有各自的特点： 动物细胞没有细胞壁，有的还有贴壁依赖性，故培养过程中需要有胰蛋白酶把动物物组 织分散成单个细胞；生长过程中需要各种生长调节因子时序刺激；需要细胞间的信息交换， 表现为一种群体生长的现象；细胞外基质对细胞生长、迁移、分裂有着重要作用。这些特点 使得动物细胞大规模培养与植物细胞培养相比差别很大，其主要特点有以下几个方面。首先， 对营养要求严格；其次，对环境因素敏感，包括 pH 值、溶氧、温度、剪切力都有苛刻的要 求，必须严格检测控制；再之，对无菌要求高。 离体植物细胞在培养过程中也有一些比较特殊的要求。一是光照：尽管植物细胞生长所 需要的物质主要是靠培养基供给的，离体培养的植物细胞对光照条件要求不甚严格，但光照 不但会影响植物细胞的光合作用，而且与细胞分化有关。二是激素：植物细胞的分裂和生长 特别需要植物激素的调节，促进生长的生长素和促进细胞分裂的分裂素是最基本的激素。植
生物技术概论 物细胞的分裂、生长、分化和个体生长周期都有相应的激素参与调节。 5.花药培养的过程和应用。 在植物花中，每一雄蕊由花丝(faliment)和花药(anther)两部分组成，有的植物花药 内含有大量花粉，植物的花粉是花粉母细胞经减数分裂形成的，其染色体数目只有体细胞的 一半，叫做单倍体细胞(haploid cell)。花粉和花药的培养(pollen and anther culture),就是 应用植物组织培养技术，把发育到一定阶段的花药，通过无菌操作技术，接种在人工培养基 上，以改变花药内花粉粒的发育程序，诱导其分化，并连续进行有丝分裂，形成细胞团，进 而形成一团无分化的薄壁组织一愈伤组织，或分化成胚状体，随后使愈伤组织分化成完整 的植株，只有原有亲本材料一半的染色体数，称为单倍体植物。花药或花粉培养获得单倍体 植株，可通过染色体加倍得到纯合的二倍体，加速获得纯系，提高选择效果：还可为基因分 析、基因互作和外源基因导入等方面的研究提供理想材料。 三、拓展讨论 1.讨论细胞工程的研究范畴及其在生命科学中与其它学科的关系。 [思路提示]细胞工程也称细胞技术，是生物技术的主要研究内容之一，或看作是生物 技术重要分支学科之一。现代生物技术中的基因工程技术、酶工程技术和发酵工程技术的发 展几乎都与细胞工程有密切关系。现代农业领域中的转基因技术改良作物品质或特性，需要 组织细胞培养的技术支持，才能获得改良的品系：在医药领域，基因工程药物或疫苗在研究 生产过程中很多是通过细胞培养来实现的，如基因工程乙肝疫苗就是以中国仓鼠卵巢细胞 (Chinese hamster ovary,.CHO)作为载体生产的。另外，目前倍受重视的基因治疗、体细胞 治疗也要经过细胞培养过程才能实现，发酵工程和酶工程有的也与细胞培养密切相关。总之， 细胞培养在整个生物技术产业的发展和技术进步中起到了关键性的作用。（以教材这段文字 为引导，可结合文献阅读就某一具体应用领域开展讨论。) 2.下一代抗体药物的发展方向。 [思路提示]通过课外阅读，文献查阅，就下一代治疗性抗体，如抗体药物偶联物 (antibody drug conjugate,ADC),抗体片段和双特异性抗体等发展方向开展讨论。 3.诱导多能干细胞存在的不足及其对临床应用的影响。 [思路提示]在教材内容理解的基础上，主要针对诱导多能干细胞存在的细胞核基因组
生物技术概论 物细胞的分裂、生长、分化和个体生长周期都有相应的激素参与调节。 5. 花药培养的过程和应用。 在植物花中，每一雄蕊由花丝（faliment）和花药（anther）两部分组成，有的植物花药 内含有大量花粉，植物的花粉是花粉母细胞经减数分裂形成的，其染色体数目只有体细胞的 一半，叫做单倍体细胞（haploid cell）。花粉和花药的培养（pollen and anther culture），就是 应用植物组织培养技术，把发育到一定阶段的花药，通过无菌操作技术，接种在人工培养基 上，以改变花药内花粉粒的发育程序，诱导其分化，并连续进行有丝分裂，形成细胞团，进 而形成一团无分化的薄壁组织——愈伤组织，或分化成胚状体，随后使愈伤组织分化成完整 的植株，只有原有亲本材料一半的染色体数，称为单倍体植物。花药或花粉培养获得单倍体 植株，可通过染色体加倍得到纯合的二倍体，加速获得纯系，提高选择效果；还可为基因分 析、基因互作和外源基因导入等方面的研究提供理想材料。 三、拓展讨论 1. 讨论细胞工程的研究范畴及其在生命科学中与其它学科的关系。 [思路提示] 细胞工程也称细胞技术，是生物技术的主要研究内容之一，或看作是生物 技术重要分支学科之一。现代生物技术中的基因工程技术、酶工程技术和发酵工程技术的发 展几乎都与细胞工程有密切关系。现代农业领域中的转基因技术改良作物品质或特性，需要 组织细胞培养的技术支持，才能获得改良的品系；在医药领域，基因工程药物或疫苗在研究 生产过程中很多是通过细胞培养来实现的，如基因工程乙肝疫苗就是以中国仓鼠卵巢细胞 （Chinese hamster ovary, CHO）作为载体生产的。另外，目前倍受重视的基因治疗、体细胞 治疗也要经过细胞培养过程才能实现，发酵工程和酶工程有的也与细胞培养密切相关。总之， 细胞培养在整个生物技术产业的发展和技术进步中起到了关键性的作用。（以教材这段文字 为引导，可结合文献阅读就某一具体应用领域开展讨论。） 2. 下一代抗体药物的发展方向。 [思路提示] 通过课外阅读，文献查阅，就下一代治疗性抗体，如抗体药物偶联物 （antibody drug conjugate，ADC），抗体片段和双特异性抗体等发展方向开展讨论。 3. 诱导多能干细胞存在的不足及其对临床应用的影响。 [思路提示] 在教材内容理解的基础上，主要针对诱导多能干细胞存在的细胞核基因组
生物技术概论 突变和线粒体基因组突变，及其在临床应用中可能致癌的风险开展讨论。 (上海交通大学王玉亮)
生物技术概论 突变和线粒体基因组突变，及其在临床应用中可能致癌的风险开展讨论。 （上海交通大学 王玉亮）