1、1第 2 章细胞工程第 1 节植物细胞工程一、细胞工程的概念与分类原理和方法细胞生物学、分子生物学和发育生物学操作水平细胞器、细胞或组织水平目的获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品分类植物细胞工程和动物细胞工程二、细胞的全能性1概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。2生物体内细胞不能表现全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。三、植物组织培养技术1概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。2理论基础：植物细胞的全能性。3基本过程(1)脱分化：在一定的激素和营
2、养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化，即失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成愈伤组织的过程。(2)愈伤组织：脱分化产生的不定形的薄壁组织团块。(3)再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。4菊花的组织培养25植物组织培养过程中应注意的问题(1)接种时注意外植体的方向，应将外植体的形态学下端插入培养基，不能倒插。(2)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根培养。如果顺序颠倒，先诱导生根，就不好诱导生芽了。(3)菊花植物组织培养中，愈伤组织的形成一般不需要光照，而在后续的培养过程中，需要一定量的光照。(4)试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长，
3、出瓶后一定要注意保温、保湿。(5)试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。四、植物体细胞杂交技术1概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。2过程不同种的植物细胞原生质体融合后的原生质体杂种细胞愈伤组织杂种植株(1)过程表示去除细胞壁。(2)过程表示诱导原生质体融合。(3)过程表示杂种细胞再生出细胞壁。(4)过程和分别表示脱分化和再分化。3意义：在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。4、细节知识点：(1)植物体细胞融合形成杂种细胞是否标志着植物体细胞杂交技术的完成？提示：
4、不是，细胞融合成功的标志是杂种原生质体再生出细胞壁形成杂种细胞，植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植株，而不是形成杂种细胞。(2)只考虑两两融合，原生质体 A 和 B 可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？提示：三种类型：AA、BB、AB；只有 AB 型才是符合要求的。(3)从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？提示：遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状；染色体数目增加，属于染色体数目的变异。五、植物繁殖的新途径1快速繁殖3(1)快速繁殖技术：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖技术。(2)优点：高效、快速地实现种苗的大
5、量繁殖；保持优良品种的遗传特性。(3)实例：兰花、甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产。2作物脱毒(1)选材部位：植物的顶端分生区附近，因为此处细胞内的病毒极少，甚至无病毒。(2)优点：提高作物的产量和品质。(3)实例：脱毒马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等作物的培育。六、作物新品种的培育1单倍体育种(1)过程花药离体培养单倍体植株人工诱导染色体加倍纯合植株选择优良品种(2)优点后代是纯合子，能稳定遗传明显缩短育种年限2突变体的利用(1)产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。(2)利用：从产
6、生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。(3)实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。七、细胞产物的工厂化生产1次生代谢物：是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。2技术基础：植物细胞培养技术，即在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。3实例：紫草宁、紫杉醇和人参皂苷等的生产。第 2 节动物细胞工程一、动物细胞培养的概念动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织， 将它分散成单个细胞， 然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。二、动物细胞培养的条件1营养：培养基
7、中应含有细胞所需要的各种营养物质，如糖类、氨基酸、无机盐、维生素等， 由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚， 因此通常需要加入血清等一些天然成分。2无菌、无毒的环境4(1)对培养液和所有培养用具进行灭菌处理；(2)在无菌环境下进行操作；(3)定期更换培养液以便清除代谢物。3温度、pH 和渗透压温度：36.50.5 pH：7.27.4适宜的渗透压4气体环境O2：细胞代谢所必需的CO2：维持培养液的 pH三、动物细胞培养的过程1细胞贴壁：体外培养的动物细胞大多数往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。2接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖，这种现象称
8、为接触抑制。3原代培养：分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养。4传代培养：分瓶后的细胞培养称为传代培养。5幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易于培养？为什么？提示： 幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞更易于培养， 分化程度低的细胞比分化程度高的细胞更易于培养。因为这些细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，所以幼龄动物、分化程度低的组织细胞易培养。6 进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞， 这说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？提示：说明细胞间的物质主要是蛋白质。用胃蛋白酶不行，因为胃蛋白酶的最适 pH 约为 2，而多数动物细胞培
9、养的适宜 pH 为 7.27.4，在此环境下胃蛋白酶会变性失活。7探究动物细胞培养时，为什么要在培养基中加入血清等天然成分？提示：因血清和血浆中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。因此细胞培养时，为保证细胞能顺利生长和繁殖，一般需添加血清、血浆等天然成分。四、干细胞培养及其应用1干细胞的存在部位：干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。2. 干细胞的种类：干细胞包括胚胎干细胞和成体干细胞等。5(1)胚胎干细胞(简称 ES 细胞)：具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。(2)成体干细胞：具
10、有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。3干细胞的应用(1)将正常的造血干细胞移植到病人体内，恢复病人的造血和免疫功能，已成为治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、 免疫系统功能障碍等疾病的一种重要手段。(2)神经干细胞在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病方面有重要的应用价值。4诱导多能干细胞(1)概念：诱导多能干细胞(简称 iPS 细胞)是通过体外诱导成纤维细胞，获得的类似胚胎干细胞的一类细胞。(2)应用前景：诱导过程无需破坏胚胎，不涉及伦理问题；iPS 细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。因此应用前
11、景优于胚胎干细胞。五、动物细胞融合技术1概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。2诱导方法：PEG 融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。3结果：形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。4动物细胞融合与植物原生质体融合所依据的原理是什么？提示：细胞膜的流动性。4动物细胞完成融合的标志是什么？提示：动物细胞融合时，先是细胞膜发生融合，然后是细胞核的融合。当两个细胞核融合后形成具有单核的杂交细胞，则标志着动物细胞融合的完成。5意义：(1)突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。(2)是研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。(3)为制造单克隆抗体开辟了新途径。六
12、、单克隆抗体及其应用1单克隆抗体的制备6(2)解决思路：将 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞，既能大量增殖，又能产生特定抗体。(3)制备过程为什么要对小鼠注射抗原？提示： 以获得能产生相应抗体的 B 淋巴细胞(浆细胞)。 诱导融合的 B 淋巴细胞是经免疫产生的，未经免疫的 B 淋巴细胞不能产生抗体。B 淋巴细胞和骨髓瘤细胞经聚乙二醇处理后，培养液中存在哪几种细胞？(不考虑多个细胞相互融合的情况)提示：未融合的 B 淋巴细胞、未融合的骨髓瘤细胞、BB 融合细胞、瘤瘤融合细胞、B瘤融合细胞。只有 B 瘤融合细胞才是所需要的杂交细胞。选择杂交瘤细胞的两步筛选的目的各是什么？提示： 第一步筛选
13、的目的是获得杂交瘤细胞； 第二步筛选的目的是获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞。2单克隆抗体的优点特异性强、灵敏度高，并可大量制备。3单克隆抗体的应用(1)作为诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。(2)用于运载药物和治疗疾病。“生物导弹”是用单克隆抗体及相关物质制成的， “生物导弹”中起治疗作用的物质是什么？单克隆抗体的作用是什么？提示： “生物导弹”中真正发挥治疗作用的物质是相关“药物”， 单克隆抗体所起的作用在于将药物定向带到靶细胞所在位置，借助其导向作用，在原位杀死癌细胞，这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量。因此，“生物导弹”可作为一种疗效高、毒副作用小的新型药物。七
14、、动物细胞核移植技术71概念将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中， 使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。2种类哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。3过程（1） 在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前， 为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？提示： 为使核移植的胚胎或动物的遗传物质几乎全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的细胞核去掉。（2） 动物体细胞核移植时选用卵母细胞作受体细胞的原因是什么？提示：去核的卵母细胞是最合适的细胞，原因是卵母细胞体积大，易操作，而且含有促使细胞核表达全能性的物质和营养
15、条件。（3） 为什么动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植？提示：因为胚胎细胞分化程度低，恢复其全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，恢复其全能性十分困难。（4） 从图中可以看出，生出的幼体不是由受精卵发育而成的，动物核移植技术的理论基础(原理)是动物细胞核的全能性。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物，克隆动物属于无性(填“有性”或“无性”)繁殖。（5） 通过体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了 100%复制吗？为什么？提示：不是。因为克隆动物中，绝大部分 DNA 来自供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，如线粒体中的 DNA 来自受体卵母细胞；其次生物的性状还受环
16、境的影响。八、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题1. 应用前景(1)加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。(2)转基因克隆动物可作为生物反应器，生产医用蛋白。(3)用于细胞、组织或器官的移植，可以避免免疫排斥反应。(4)研究胚胎发育及衰老过程。(5)克隆一批遗传背景相同的动物，可以对比分析致病基因。8(6)克隆特定疾病模型的动物，为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。(7)增加濒危物种的存活数量。2存在的问题(1)该技术的成功率非常低。(2)核移植的理论研究较为滞后。(3)绝大多数克隆动物存在健康问题，许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷。第 3 节胚胎工程一、胚胎工程的概念1操作
17、对象：生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞。2技术手段：体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。3实质：在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。二、受精1概念：精子与卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。2场所：哺乳动物的受精在输卵管内完成。3过程1（1） 刚采集到的精子是否能与卵子立即结合完成受精作用？为什么？提示：不能。刚采集到的精子还没有受精能力，必须先对精子进行获能处理，才能进一步受精。（2） 刚排出的卵子具有受精能力吗？为什么？提示： 不具有。 卵子在受精前也要经历类似精子获能的过程， 要在输卵管内进一步成熟，到 M期才具备与精子受精的能力。（3） 防止多精入卵受精的生理反应有哪些？有什么意义？提示：(1)两道屏障，一是透明带反应，二是卵细胞膜反应。(2)防止多精入卵，保证受精卵中遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。9三、胚胎早期发育
