细胞工程

细胞工程，分享了植物细胞工程、动物细胞工程的内容，希望这份脑图会对你有所帮助。

细胞工程

• 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。
    • 基本流程：接种外植体→诱导愈伤组织→诱导生芽→诱导生根→移栽成活
      • 脱分化：已分化的细胞，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程称为脱分化。
      • 愈伤组织：已分化的细胞经过脱分化形成的不定形的薄壁组织团块，称为愈伤组织。
      • 再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官，该过程称为再分化。
  • 实验：菊花的组织培养
    • 植物激素对愈伤组织形成和分化的影响。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性激素。其作用及特点为：
      • 在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用有加强的趋势。
      • 生长素与细胞分裂素比值不同，对细胞发育方向的影响不同。
        • 高时：李玉根的分化、抑制芽的形成。
        • 低时：利于芽的分化、抑制根的形成。
        • 适中：促进愈伤组织形成。
      • 使用顺序对实验结果的影响
        • 先用生长素，后用细胞分裂素：利于细胞分裂，但细胞不分化。
        • 先用细胞分裂素，后用生长素：细胞既分裂也分化。
        • 同时使用细胞分裂素和生长素：分化频率提高。
      • 菊花组织培养过程
        • 制备外植体：洗净的外植体（幼嫩茎段）酒精消毒30s→无菌水冲洗2-3次→次氯酸钠溶液处理30min→无菌水冲洗2-3次→无菌滤纸吸去外植体表面水分，用解剖刀切成0.5-1cm长小段。
        • 接种：在酒精灯旁，将外植体1/3-1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记。
        • 诱导愈伤组织：18-22℃培养箱中培养，定期观察和记录愈伤组织生长情况。
        • 诱导生芽生根：培养15-20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上；长出芽后，再转接到诱导生根的培养基上进而诱导形成试管苗。
        • 移栽试管苗：打开封口膜，让苗在培养箱中适应几日→移植到消过毒的蛭石或珍珠岩中→待其长壮后再移栽入土。
  • 植物体细胞杂交技术
    • 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。
    • 理论基础：植物体细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。
    • 基本流程：
      • 原生质体的获得：用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得原生质体。
      • 原生质体间的融合：这是一个关键环节，常用物理法（电融合法、离心法）和化学法（聚乙二醇（PEG）融合法、高Ga2+—高pH融合法)诱导原生质体融合。
      • 杂种植株的产生：诱导成功的杂种细胞，用组织培养的方法进行培育。
    • 意义：植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，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。
  • 植物细胞工程的应用
    • 植物繁殖的新途径
      • 快速繁殖
        • 特点：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。它不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。
        • 举例：甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的规模生产。
      • 作物脱毒
        • 特点：植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒，可采用茎尖组织培养技术获得脱毒苗。
        • 举例：脱毒草莓、马铃薯、大蒜、甘蔗、菠萝等许多作物上的应用。
    • 作物新品种的培育
      • 单倍体育种
        • 通过花药（或花粉）培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍，当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株，这极大地缩短了育种年限，节省了大量的人力和物力。
        • 多数单倍体植株细胞中只有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
        • 举例：单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝等作物新品种育种的应用。
      • 突变体利用
        • 特点：植物组织培养过程中，细胞一直处于不断增殖状态，易受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。从产生突变的个体中可筛选出对人们游泳的突变体，进而培育成新品种。
        • 举例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。
    • 细胞产物的工厂化生产
      • 次生代谢物：植物细胞代谢产生的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。
      • 植物细胞培养：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。植物细胞培养的过程是细胞产物的工厂化生产，它不占用耕地，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。
      • 举例：紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的提取。
• 动物细胞工程
  • 动物细胞培养
    • 概念：动物细胞培养是指从动物体中提取相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。
    • 动物细胞培养的条件
      • 营养条件：糖类、氨基酸、无机盐、维生素等，通常还需要加入血清等一些天然成分。一般用液体培养基（培养液）培养。
      • 无菌、无毒的环境。
      • 适宜的温度、PH和渗透压：哺乳动物多以36.5±0.5℃为宜，PH为7.2-7.4。
      • 适宜的气体环境：主要是O2和CO2。O2是细胞代谢所需的，CO2主要是维持培养液的PH。
    • 动物细胞培养的过程
      • 前期处理：细胞培养时，先对新鲜取材的动物组织用机械法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等进行处理，将组织分散成单个细胞。然后用培养液将细胞制成细胞悬液。
      • 细胞贴壁和接触抑制
        • 细胞贴壁：培养细胞需要贴附在培养瓶的瓶壁上才能生长增殖的现象。
        • 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，即出现接触抑制现象。
        • 原代培养与传代培养：培养细胞处出现接触抑制现象时，需要对细胞进行分瓶培养，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，将分瓶后的细胞培养称为传代培养。
        • 传代培养时，悬浮细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理成单个细胞后，再用离心法收集。
  • 干细胞培养及其应用
    • 干细胞的类型
      • 胚胎干细胞（ES）：存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内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。
      • 成体干细胞：包括造血干细胞、神经干细胞和精原干细胞等，具有组织特异性，一般认为，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：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。
      • 神经干细胞：在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。
      • 诱导多能干细胞（iPS）：类似于胚胎干细胞，在治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究取得了新进展。
  • 动物细胞融合技术与单克隆抗体
    • 动物细胞融合技术
      • 概念：是两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。
      • 理论基础：细胞膜的流动性。
      • 诱导方法：PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。
      • 优点：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。目前，种间、属间、科间，甚至动物和植物之间的细胞融合已获得成功。
    • 单克隆抗体及其应用
      • 应用技术：动物细胞融合技术和动物细胞培养技术。
      • 单克隆抗体的制备过程
      • 用B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的原因：一种B淋巴细胞只能产生和分泌一种特异性的抗体，但不能再体外无限增殖；骨髓瘤细胞能在体外大量增殖。两者融合产生的杂交瘤细胞，既能产生特异抗体，又能大量增殖。
      • 单克隆抗体的特点：特异性强、灵敏度高、可大量制备。
      • 单克隆抗体的应用：作为诊断试剂，用于运载药物和治疗疾病等。
  • 动物体细胞核移植技术和克隆动物
    • 概念：动物细胞核移植技术是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。
    • 哺乳动物核移植类型
      • 胚胎细胞核移植：胚胎细胞分化程度低，表现全能型相对容易。
      • 体细胞核移植：体细胞分化程度高，表现全能型比较困难。
    • 体细胞核移植的过程
    • 体细胞核移植技术的应用前景
      • 畜牧生产：利用体细胞核移植技术，可加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。
      • 医疗卫生领域：
        • 转基因克隆动物可作为生物反应器盛产珍贵的医用蛋白；