生物选择性必修三细胞工程思维导图

这是一篇关于细胞工程的思维导图，主要内容包括：细胞工程，动物细胞工程，植物细胞工程，胚胎工程。

细胞工程

• 胚胎工程
  • 胚胎工程的理论基础
    • 概念
      • 胚胎工程指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求
      • 胚胎工程包括体外受精、胚胎移和植胚胎分割等
    • 准备阶段
      • 精子获能准备
      • 卵子的准备
    • 受精阶段
      • 精子穿越卵细胞膜外的结构(如透明带等)→精子接触卵细胞膜→精子入卵后形成雄原核→同时卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体后形成雌原核→雌雄原核靠近→核膜消失，第一次卵裂即将开始
      • 阻止多精入卵的屏障
        • 第一道屏障（透明带反应）：在精子触及乱细胞膜的瞬间，卵细胞膜外的透明带会迅速发生生理反应
        • 第二道屏障（卵细胞膜反应）：精子入卵后，卵细胞膜也会立即发生生理反应
      • 受精的标志
        • 观察到两个极体或者雌、雄原核
      • 受精完成的标志
        • 雌、雄原核结合形成受精卵
    • 胚胎早期发育
      • 受精卵形成后即在输卵管进行有丝分裂，开始发育。 卵裂(胚胎的早期分裂):细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不增强。
        • 桑葚胚：卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团
        • 囊胚：胚胎的进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的腔
          • 内细胞团（胎儿的各种组织）、滋养层细胞（胎膜和胎盘）、囊胚腔（孵化：进一步扩大导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来）
        • 原肠胚：囊胚孵化后将发育成原肠胚（逐渐分化形成各种组织、器官）
          • 内胚层、外胚层、中胚层
    • 胚胎工程技术及其应用
      • 体外受精（有性生殖）
        • 步骤
          • 卵母细胞的采集、精子的获取和受精等
        • 优点
          • 提高动物的繁殖能力，为胚胎移植提供可用胚胎
      • 胚胎移植
        • 概念
          • 将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术
        • 供、受体职能
          • 供体职能：产生具有优良遗传特性的胚胎
          • 受体职能：承担繁重而漫长的妊娠和育仔任务
        • 两个处理
          • 同期发情处理（为胚胎移植前后提供相同的生理环境）
          • 超数排卵（注射外源促性腺激素，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子）
        • 两种检查
          • 收集胚胎并检查
          • 妊娠检查
        • 意义
          • 充分发挥雌性 优良个体的繁殖潜力；大大缩短了供体本身的繁殖周期；对供体施行超数排卵处理后，增加后代数量。
      • 胚胎分割
        • 概念
          • 采用机械方法将早期胚胎分割成2等分，4等分或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术
        • 仪器：体式显微镜和显微操作仪；在显微镜下用分割针或分割刀
        • 选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚（内细胞团均等分割）
        • 意义
          • a.促进优良动物品种的繁殖，产生遗传性状相同的后代用于遗传学研究
          • b.在胚胎移植前，对胚胎进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义
        • 局限性
          • 采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高
• 植物细胞工程
  • 植物组织培养技术
    • 概念
      • 将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配置的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术
    • 原理
      • 植物细胞的全能性
        • 具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能
          • 生物体的细胞中包含有该物种生长发育所需的全部遗传物质
        • 全能性表达条件
          • 具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件
        • 全能性表达的难易程度
      • 无性繁殖
    • 过程
      • 外植体（分化程度低，易诱导形成） ｜ ｜〔脱分化〕诱导培养基（避光） ↓ 愈伤组织（排列疏松，无规则，细胞高度液泡化） ｜ ｜〔再分化〕分化培养基（光照） ↓ 胚状体 ｜ ｜（生长发育） ↓ 植株
      • 避光: 防止分化维管组织，利于脱分化产生愈伤组织 光照: 利于叶内叶绿素的合成
    • 培养条件
      • ①无菌
      • ②固体培养基
      • ③光照
      • ④激素调控
        • 生长素、细胞分裂素
    • 意义
      • 保持优良性状/繁殖速度快，大规模生产/提高经济效益
  • 植物体细胞杂交
    • 概念
      • 将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞， 并把杂种细胞培育成新的植物体的技术
    • 原理
      • 细胞膜的流动性；植物细胞的全能性
        • 无性繁殖
    • 过程
      • 两种不同植物细胞 ｜ ｜去壁 ↓ 两个原生质体 ｜ ｜诱导融合 ↓ 融合原生质体 ｜ ｜再长出新的细胞壁 ↓ 杂种细胞 ↓ 植物组培过程
    • 步骤
      • 去壁，得原生质体
        • 酶解法（纤维素酶、果胶酶）
      • 诱导融合
        • 方法
          • 物理法
            • 离心法、电融合法
          • 化学法
            • 聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca²⁺-高pH融合法
        • 原生质体融合标志
          • 再生出细胞壁
        • 植物体细胞杂交成功标志
          • 培育出杂种植株
      • 培养
        • 植物组织培养
    • 意义
      • 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
    • 应用
      • 繁殖新途径
        • 微型繁殖
          • 原理
            • 植物细胞的全能性
          • 优点
            • a.保持优良品种性状
            • b.高效、快速地实现种苗的大量繁殖
        • 作物脱毒
          • 原理
            • 植物细胞的全能型
            • 茎尖/芽尖（分生区病毒极少或没有）
      • 新品种培育
        • 单倍体育种
          • 原理
            • 染色体数目变异、植物细胞的全能性
          • 优点
            • a.后代是纯合能稳定遗传
            • b.极大的缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力
            • c.大多数旳单倍体植株的细胞中只含有一套染色体组，染色体加倍后得到的植株的隐形性状容易显现，是进行体细 胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料
        • 突变体的利用
          • 原理
            • 植物细胞的全能性
      • 细胞产物的工厂化生产
        • 植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物--次生代谢物
          • 特点
            • 不是植物基本的生命活动所必需
            • 含量很低，有些产物不能或难以通过化学合成途径得到
  • 植物细胞培养
    • 概念
      • 在离体条件下对单个植物的细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术
    • 原理
      • 细胞增殖
    • 优点
      • 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制
    • 意义
      • 对于社会、经济、环境保护具有重要意义
    • eg.抗癌物质——紫杉醇
• 动物细胞工程
  • 动物细胞培养
    • 概念
      • 从动物机体中取出相关组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖
    • 原理
      • 细胞增殖（有丝分裂）
    • 过程
      • 取组织块（分裂能力强，易培养） ↓ 剪碎（用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法，将组织分散成单个细胞） ↓ 单个细胞 ↓ 细胞悬液（增大与培养液的接触面积） ↓ 原代培养（1-10代）〔细胞贴壁，接触抑制，单层生长〕 ↓ 传代培养（11-50代）〔细胞株〕 ↓ 部分细胞获不死性（50代后）〔细胞系〕
    • 培养条件
      • ①无菌、无毒环境
        • 培养液和培养用具: 无菌处理
        • 培养液添加抗生素: 以防污染
        • 定期更换培养液: 防代谢危害
      • ②营养
        • 糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素... +血清、血浆等天然成分
      • ③温度和PH
        • 温度 : 36.5℃±0.5℃ P H : 7.2-7.4
      • ④气体环境
        • 细胞代谢必需: 95%空气 +维持培养基PH: 5%CO2
    • 应用
      • 制备病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体； 检测有毒物质；用于医学研究
  • 干细胞培养及其应用
  • 动物细胞融合
    • 概念
      • 使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术
    • 原理
      • 细胞膜的流动性
    • 结果
      • 形成杂交细胞
    • 诱导方法
      • 物理法: 离心法、电融合法 化学法: 聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca²⁺-高pH融合法 生物法: 灭活病毒诱导法
    • 意义
      • 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能
    • 应用
      • 制备单克隆抗体
    • 单克隆抗体的制备
      • 传统血清抗体制备
        • 产量低、纯度低、特异性差
      • 过程
        • 免疫小鼠 ｜ ｜注射特定抗原蛋白（刺激免疫产生） ↓ B淋巴细胞 骨髓瘤细胞
        • （不可能无限增殖） └————————————┘ ｜融合 ↓ 多种杂交细胞（BB、B瘤、瘤瘤） ｜ ｜筛选1 ↓ 杂交瘤细胞 ｜ ｜筛选2 ↓ 能分泌所需抗体的杂交瘤细胞 ｜ ｜体外培养: 从培养液中提取 ｜体内培养: 从小鼠腹水中提取 ↓ 单克隆抗体
      • • 杂交瘤细胞的特点
          • 既能大量繁殖，又能产生专一抗体
        • 单克隆抗体的优点
          • 能准确地识别抗原的细微差别，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备
        • 筛选
          • 第一次筛选
            • 杂交瘤细胞（特定的选择培养基）
            • 未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡
          • 第二次筛选
            • 能产生特异性抗体的杂交瘤细胞
      • 单克隆抗体的应用
        • （准确、高效、简易、快速）诊断试剂
        • （癌症治疗，生物导弹ADC）治疗疾病和运载药物
  • 动物体细胞核移植技术
    • 概念
      • 将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎
    • 原理
      • 动物细胞核的全能性
    • 类型
      • 胚胎细胞核移植
        • 胚胎细胞分化程度低，易恢复其全能性
      • 体细胞核移植
        • 较难
    • 过程
      • 供体体细胞 卵母细胞(体外培养，MⅡ期) （细胞培养） （去核） └——————————┘ ↓ 注入去核卵母细胞（电刺激融合） ↓ 重构胎 ↓用物理或化学的方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程 移入受体（胚胎移植） ↓ 生出与供体遗传物质基本相同的个体
    • 技术手段
      • 动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植
    • 应用
      • ①加速家畜遗传改良，促进优良畜群繁育；②保护濒危物种； ③生产医用蛋白；④作为异种移植的供体；⑤用于组织器官移植
    • 存在的问题
      • 成活率低/克隆动物的健康问题/克隆动物食品的安全性问题
• 细胞工程
  • 原理/方法
    • 细胞生物学和分子生物学
  • 目的
    • 按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品
  • 特点
    • 定向性、广泛性
  • 操作水平
    • 细胞水平/细胞器水平