导图社区 选必3第2章细胞工程
高中生物选必3第2章细胞工程知识点总结来啦~具体内容有植物细胞工程、胚胎工程、动物细胞工程。
高中生物部编版选择性必修三基因工程思维导图来啦！！！如基因工程的应用有农牧业方面、医药卫生领域、食品工业方面等。
高中生物知识点总结，详细的总结了微宣布的基本培养技术及应用，发酵工程及其应用，传统发酵技术的应用。
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生物必修一
第2章细胞工程
植物细胞工程
植物组织培养
细胞工程
指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程
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
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
细胞全能性
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，即细胞具有全能性
具有全能性的原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种 所特有的全套遗传物质
体现全能性的标志：细胞→完整个体或其他各种细胞
全能性大小：随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低
植物组织培养技术
概念：指将离体的植物器官、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
理论基础：植物细胞的全能性
大致过程
相关概念
脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞，进而形成愈伤组织的过程
愈伤组织：不定形的薄壁组织团块
再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程
培养条件
无菌
营养物质
适宜环境条件（温度、PH、光等）
植物激素：细胞分裂素 生长素
菊花的组织培养
实验原理
植物细胞一般具有全能性
（过程）
植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向
实验过程
植物细胞融合
植物体细胞杂交技术
概念：将不同来源的植物细胞，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
过程
去除细胞壁
原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交
方法：酶解法
相关酶：纤维素酶和果胶酶
原生质体间的融合
理论基础：细胞膜具有流动性
方法
物理方法：电融合法、离心法
化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法
植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁
植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体
原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
两个标志
（1）植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁
（2）植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体
意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
植物细胞构工程的应用
植物繁殖的新途径
快速繁殖（微型繁殖）
概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖
优点
①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖
②可以保持优良品种的遗传特性
③在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小
实例：一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等的苗木
原理：植物细胞的全能性
作物脱毒
培育脱毒苗的原因：无性繁殖的方式进行繁殖的作物，感染的病毒很容易传给后代，并在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低、品质变差
选材部位及原因
部位：植物顶端分生区附近（如茎尖）
原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒
方法：切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术）
优点：脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物
作物新品种的培育
单倍体育种
原理：染色体数目变异和植物细胞的全能性
①极大地缩短育种年限，节约大量人力和无力
②后代大是纯合子，能稳定遗传
③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料
实例
突变体的利用
突变体形成的原因：在植物组织培养过程中，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
处理对象：愈伤组织（细胞分裂旺盛，且一直处于不断增殖的状态，因此易发生突变）
原理：突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性
利用：筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种
优点：提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状
实例：已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草
细胞产物的工厂化生产
次生代谢产物
概念：植物代谢产生的，不是植物基本生命活动所必需的产物。 一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）
用途：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
细胞产物的工厂化生产：利用植物细胞培养来获得目标产物
植物细胞培养：指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术
原理：细胞增殖
特点：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义
胚胎工程
胚胎工程的理论基础
受精
概念：受精是精子和卵子结合形成合子的过程
场所：在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成
受精前准备阶段
准备阶段1—精子获能
概念：刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能”
直接利用雌性动物的生殖道
将精子培养在人工配制的获能液中
研究意义：实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为体外受精技术的建立奠定了基础
成熟精子结构
准备阶段2—卵子的准备
①卵子一般在排出2~3h后才能被精子穿入
②不同动物排出的卵子成熟程度不同
③卵子成熟的场所：排出的卵子都要在输卵管内进一步成熟
④卵子具备与精子受精能力的时期：MⅡ期
受精阶段
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、雄原核融合，形成合子(受精卵)
胚胎早期发育
场所：输卵管和子宫
分裂方式：有丝分裂
卵裂
分裂方式：有丝分裂(在透明带内)
特点
细胞数量不断增加
胚胎总体积并不增加
桑葚胚
概念：卵裂后子细胞形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚
特点：这一阶段及之前的细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞
囊胚
特点：胚胎的进一步发育，细胞逐渐分化
结构
内细胞团
发育成胎儿的各种组织
滋养层细胞
胎膜和胎盘
囊胚腔
孵化：囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来
原肠胚
外胚层：表面的细胞层
内胚层：向内迁移的细胞
中胚层：内外两个胚层之间
逐渐分化形成各 种组织、器官等
胚胎工程技术及其应用
体外受精
步骤：主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤
意义：是提高动物繁殖能力的有效措施，可以为胚胎移植提供可用胚胎
胚胎移植
概念：指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
胚胎来源
实质：早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移
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，增加供体一生繁殖后代的数量
地位：胚胎移植是胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用
胚胎分割
概念：采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术
理论基础：早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性
繁殖方式(实质)：无性繁殖、克隆
主要仪器设备：体视显微镜和显微操作仪
操作程序
意义(优势)
可以促进优良动物品种的繁殖
产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料
胚胎移植前进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义
胚胎分割的局限性
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
另外，还存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题
动物细胞工程
动物细胞培养
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
原理：细胞增殖(有丝分裂)
目的：获得细胞或细胞产物(不能获得完整动物个体)
地位：是动物细胞工程的基础
动物细胞培养的条件
营养
无菌、无毒的环境
温度、pH和渗透压
气体环境
动物细胞培养的过程
细胞贴壁：大多数体外培养的细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶璧上
接触抑制：当贴壁胞生长到表面相互接触时，细胞通常会停止生长
原代培养：通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养
传代培养：将分瓶后的细胞培养称为传代培养
干细胞培养及其应用
干细胞
动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫作干细胞
分布：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
类型
胚胎干细胞（ES细胞）
分布：早期胚胎
特点：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
成果：目前科学家已经分离了兔、牛、猴和人等的ES细胞，并证明了ES细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等细胞
局限：胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用
成体干细胞
分布：成体组织或器官内
常见类别
骨髓、外周血和脐带血中的造血干细胞
神经系统中的神经干细胞
睾丸中的精原干细胞
特点：成体干细胞具有组织特异性，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
干细胞的应用
造血干细胞
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
神经干细胞
治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等）方面有重要的应用价值
问题
存在导致肿瘤发生的风险
诱导多能干细胞
概念：通过体外诱导成纤维细胞，获得类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞，简称ips细胞
应用：治疗小鼠的镰状细胞贫血；现在用iPS细胞治疗阿而茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展
①诱导过程无需破坏胚胎
②iPS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
制备iPS细胞的其他方法
借助载体将特定基因导入细胞中诱导形成iPS细胞
直接将特定蛋白导入受体细胞中诱导形成iPS细胞
用小分子化合物来诱导形成iPS细胞诱导形成iPS细胞
iPS细胞的来源：成纤维细胞以及已分化的T细胞、B细胞
动物细胞融合技术与单克隆抗体
动物细胞融合技术
动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合 形成一个细胞的过程
原理：细胞膜的流动性
诱导细胞融合的三种方法
物理
化学
生物
灭活病毒诱导法
结果：融合后的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传物质
意义：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能
应用
(1)细胞融合技术已经成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段
(2)利用动物细胞融合技术发展起来的杂交瘤技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径
单克隆抗体及其应用
传统抗体的获得
方法：向动物体内反复注射某种抗原，从动物血清中分离所需抗体
缺点：产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体的制备
单克隆抗体的概念：由单个B淋巴细胞经过无性繁殖（克隆），形成基因型相同的细胞群，这一细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体
B淋巴细胞的特点：每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体
单克隆抗体的制备思路
制备过程
单克隆抗体的优点
(1)能准确地识别抗原的细微差异
(2)与特定抗原发生特异性结合
(3)可以大量制备
单克隆抗体的应用
(1)作诊断试剂——应用最广泛
实例：利用同位素或荧光标记的单克隆抗体在特定组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病
优点：准确、高效、简易、快速
(2)运载药物
实例：抗体-药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC通常由抗体、接头和药物三部分组成
优点：位置准确、疗效高、副作用小
动物体细胞核移植技术和克隆动物
动物细胞核移植技术概述
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
原理：动物细胞核的全能性
种类
胚胎细胞核移植
细胞分化程度低
表现全能性相对容易
体细胞核移植
细胞分化程度高
表现全能性十分困难
在体细胞核移植中，非人灵长类动物体细胞核移植困难的原因
(1)供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态，这导致了胚胎发育率低
(2)对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善
体细胞核移植的过程
材料的选择
①供体：一般选优良动物的传代10代以内的细胞
②受体：一般为减数分裂Ⅱ(MⅡ期)的次级卵母细胞
选择MⅡ期卵母细胞的原因
①其细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质
②卵母细胞体积大，易操作
③卵母细胞细胞质多，营养物质丰富
去核原因：保证核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自供体细胞
卵母细胞去核的方法，“去核”去的是什么？
显微操作（去核）法
纺锤体-染色体复合物
将整个供体细胞注入卵母细胞中有何优点？
①对卵母细胞损伤较小
②保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便
诱导融合的方法？融合的结果？
电融合法
供体核进入卵母细胞，形成重构胚
什么是重构胚？激活重构胚的方法？用这些方法处理重构胚的目的？
人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力
电刺激或Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂
激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程
新生牛的性别、基因？
与供体相同
从遗传物质的角度来分析，克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？
①遗传物质
细胞核DNA
线粒体DNA
②生活环境
③可能发生基因突变、染色体变异等
该过程用到哪些技术手段？
动物细胞核移植
早期胚胎培养
动物细胞融合
物细胞核移植说明？
已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性
生殖方式
无性生殖
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
应用前景
畜牧生产方面
医药卫生领域
治疗人类疾病
科学研究
保护动物
存在的问题
成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进
克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷
核移植的理论研究较为滞后，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合
用核移植的方法得到的动物称为克隆动物
注：脱毒苗 ≠ 抗毒苗
