高中生物细胞工程基本内容

基于高中生物必修3课本，对细胞工程相关内容的系统性整理。如动物细胞培养是从动物机体中取出相关组织，将它分散成单个细胞，在适宜的培养基中让细胞生长增殖。

细胞工程的内容

• 动物细胞工程
  • 动物细胞培养
    • 定义
      • 从动物机体中取出相关组织，将它分散成单个细胞，在适宜的培养基中让细胞生长增殖
    • 过程
      • 取动物组织块，剪碎
        • 要求：幼龄，低分化
      • 用胰蛋白酶或胶原蛋白酶分散成单个细胞，支撑细胞悬液
      • 增加细胞与外界的接触面积
      • 转入培养液中并在二氧化碳培养箱中原代培养
        • 概念：动物组织消化后的初次培养
        • 注意：培养瓶要倒置，以增大与外界的接触面积，增大溶解氧
        • 过程
          • 细胞贴壁
            • 概念：悬液分散的细胞，很快贴附在瓶壁上
            • 要求：培养瓶和培养皿光滑无毒易于贴服
          • 接触抑制
            • 概念：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，就会停止分裂增殖
      • 转入培养液中并在二氧化碳培养箱中传代培养
        • 概念：继续用胰蛋白酶处理，分瓶继续培养
        • 培养的细胞
          • 10-50代：细胞株
          • 50代以上：细胞系
          • 目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内
            • 以保持细胞正常二倍体核型
        • 过程：同原代培养
    • 条件
      • 营养条件
        • C源：葡萄糖 N源：氨基酸
        • 无机盐，微量元素
        • 培养基的类型
          • 合成培养基：将细胞所需的上述物质按种类和数量严格配置而成
          • 子主题
      • 激素条件
        • 促生长因子
      • 外界条件
        • 无菌无毒的环境
          • 要求
            • 对培养液和所有培养用具进行无菌处理
            • 在细胞培养液中添加一定的抗生素
            • 定期更换培养液
              • 防止细胞代谢产物积累对细胞造成的伤害
        • 适宜的温度：36-37
        • 适宜的PH：7.2-7.4
        • 气体环境
          • 先采用培养皿或松盖培养瓶
          • 之后再在5%的二氧化碳和95%的空气的混合气体的培养箱中进行培养
          • 二氧化碳的作用是维持培养液的PH
      • 未知条件
        • 血清血浆
        • 也可采用无血清培养：在基本培养基中再加入一下促进细胞生长增值的物质
    • 应用
      • 制备细胞产物
        • 病毒疫苗
        • 干扰素
        • 单克隆抗体
      • 作基因工程的受体细胞
      • 检测有毒物质
      • 用于生理药理研究
        • 人造皮肤
        • 筛选抗癌药物
  • 动物体细胞核移植技术
    • 概念
      • 定义
        • 将动物一个细胞的细胞核，移入另一个已经去掉细胞核的卵母细胞当中，是指重组并发育成一个新的胚胎，这个胚胎最终发育成动物个体
        • 核移植得到的动物称为克隆动物
      • 分类
        • 胚胎细胞核移植
          • 胚胎细胞分化程度相对低，容易恢复全能性
        • 体细胞核移植
      • 克隆的含义
        • 分子层面上：DNA的复制
        • 细胞层面上：细胞的增殖
        • 个体层面上
          • 核移植获得动物
          • 组织培养获得植物
    • 过程（以克隆高产奶牛为例）
      • 对供体
        • 从供体高产奶牛身上去体细胞
        • 供体细胞培养
      • 对卵母细胞
        • 从屠宰场中去牛卵巢，采集卵母细胞
        • 体外培养至M2
          • 原因
            • M2细胞体积大易操作
            • M2细胞中含有式细胞全能型表达的物质与营养条件
        • 用显微操作去核
          • 由于M2时期卵母细胞核靠近第一级体
          • 故可用微型吸管一并吸出
        • 或用其他方法在不刺破透明袋或卵细胞质膜的情况下去核
      • 将供体细胞注入到去核卵母细胞
        • 用供体细胞而非细胞核的原因：避免操作工程中核损伤，且简便易于操作
      • 用电刺激使2细胞融合，供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎
      • 用物理化学方法激活受体细胞，使之完成细胞分裂与发育
        • 物理方法：电脉冲
        • 化学方法：钙离子载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂
      • 将胚胎移入受体母牛内
      • 生出与供体奶牛遗传物质相近的犊牛
    • 应用
      • 加速家畜遗传改良进程，促进优良品种繁育
      • 保护以数量稀少而难以两性结合的濒危物种
      • 作为生物反应器生产药用蛋白
      • 克隆动物细胞组织器官用于移植
      • 用于胚胎发育和衰老进程的研究
    • 问题
      • 体型过大，肥胖，
  • 动物细胞融合技术
    • 概念
      • 得到杂交细胞
      • 定义：也称细胞杂交，指两个或多个动物细胞结合形成一个的过程
    • 方法
      • 电激
      • 灭活的病毒诱导
        • 灭活指：是病毒或病菌失去感染能力但并不破坏它们的抗原结构
      • PEG
    • 生物学基础：动物细胞膜的流动性
    • 应用：单克隆抗体
      • 旧法
        • 向动物体内反复注射某种抗原使之产生抗体
        • 缺点：产量低纯度低特异性差
      • 过程
        • 对小鼠注射特定的抗原蛋白，使之产生免疫反应
        • 从脾脏收集B淋巴细胞
        • 将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合
        • 用特定的选择性培养基筛选（HAT培养基）
          • 筛选结果
            • 未融合的细胞与融合后具有同种核的细胞均会死亡
            • 筛选出的细胞能够大量繁殖并产专一性抗体
        • 克隆化培养
        • 转移抗体检测阳性，进行筛选
        • 杂交瘤细胞的培养
          • 体外的细胞培养液中
          • 体内小鼠腹水中
      • 优点
        • 特异性强灵敏度高可大量制备
      • 应用
        • 作为诊断试剂
          • 原理：单克隆抗体纯度高
          • 优点：准确高效简易快速
        • 治疗疾病和运载药物
          • 构成：与放射性同位素、化学药物、细胞毒素结合制备生物导弹
          • 效果：定向带到癌细胞处在原位杀死细胞
          • 优点：既不损伤正常细胞，又能减少药剂用量
• 植物细胞工程
  • 基本技术
    • 植物组织培养
      • 定义
        • 在无菌和人工控制的条件下将立体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制的培养基上，给予适宜条件，诱导产生愈伤组织、丛芽胚状体、最终形成完整的植株
      • 生物学原理：植物细胞的全能型
        • 定义
          • 具有某种生物至少一套遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成为完整个体的潜能
        • 外显的条件
          • 离体培养
          • 适宜的外界条件
            • 营养条件：具有CN源的供给：如AJS 蔗糖
            • 激素条件
              • 有激素诱导
            • 外界条件
              • 适宜的温度
              • 适宜的PH
              • 遮光和需光
              • 无菌环境
              • 适宜的渗透压：也可以通过蔗糖来调节
      • 实验：胡萝卜组织培养
        • 过程
          • 取材：外植体
            • 概念
              • 形成层细胞
                • 优点
                  • 分化程度低，易于激素诱导脱分化形成愈伤组织
              • 外植体
                • 离体的器官组织
            • 对象
              • 胡萝卜根
              • 小麦花药
              • 菊花花瓣
            • 过程
              • 自来水洗净胡萝卜根，削皮，切段，酒精棉球擦手
              • 在超净工作台（接种箱）上
                • 酒精消毒，无菌水清洗，次氯酸钠消毒，无菌水清洗（反应剧烈的滞后）
              • 无菌的滤纸吸水，无菌的解剖刀横切1cm薄片，选取形成层 切一毫升
          • 脱分化：愈伤组织
            • 概念
              • 定义
                • 已分化的细胞经过诱导，失去其特有的结构与功能
              • 阶段
                • 激素诱导形成薄壁细胞
                • 进而形成愈伤组织
              • 薄壁细胞的特点
                • 排列疏松
                • 高度液泡化
                • 壁报，易于分裂
            • 过程
              • 接种到脱分化MS培养基
              • 锡箔纸封闭瓶口，橡皮筋抓紧
              • 23-26度恒温避光培养
                • 脱分化需要避光条件
              • 4d后检查污染状况
                • 脱分化需要无菌处理
              • 14d后检查组织生长状况
          • 再分化：胚状体与丛芽
            • 过程
              • 将生长良好的愈伤组织转入分化培养基上
                • IAA>CTK的诱根培养基
                • IAA<CTK的诱芽培养基
                • 需光处理，诱导叶绿素与维管组织的形成
              • 诱导出试管苗
          • 移栽大田：植株
      • 分裂方式
        • 主要为有丝分裂
        • 主要为无性繁殖
        • 花药离体培养除外
      • 优点
        • 取材少
        • 培养周期短
        • 繁殖率高
        • 便与自动化管理
    • 植物体细胞杂交
      • 过程
        • 酶解法去壁
          • 使用纤维素酶与果胶酶
        • 诱导原生质体的融合
          • 概念
            • 原生质层：细胞膜液泡膜以及两层膜之间的细胞质
            • 原生质：生命最早期的形态
            • 原生质体：去壁的植物细胞
            • 原生质滴：精细胞内的其它物质浓缩成球状
          • 方法
            • 物理法
              • 离心
              • 振动
              • 电击
            • 化学法
              • PEG诱导
        • 杂种细胞再生出新的细胞壁
          • 融合成功的标志
        • 脱分化再分化移栽大田
      • 优点
        • 克服远远杂交不亲和障碍
      • 定义
        • 将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合形成杂种细胞，并将杂种细胞培育出系的植物体
      • 应用
        • 白菜-甘蓝
      • 变异类型：产生异源多倍体，属于染色体变异
      • 繁殖方式：无性繁殖
  • 应用
    • 植物繁殖的新途径
      • 旧途径
        • 扦插
        • 嫁接
        • 压条
      • 新途径
        • 微型繁殖
          • 定义
            • 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术
          • 优点
            • 不受生长季节的限制
            • 保持亲本优良的遗传特性
            • 繁殖速度快
        • 作物脱毒
          • 原理
            • 反面：无性繁殖的作物感染病毒易于传播给后代
            • 正面：植物分生区（茎尖）附近病毒极少
          • 定义
            • 取茎尖进行组织培养
        • 人工种子
          • 组成
            • 人工种皮
            • 人工胚乳
              • 营养基质
                • 无机物
                • 有机物
              • 植物激素
              • 抗生素
            • 不定芽胚状体
          • 技术：植物组织培养技术
          • 优点
            • 保持亲本优良的遗传特性
            • 不胜生长季节限制
            • 便于储存与运输
          • 组培至胚状体阶段应用
    • 作物新品种的培育
      • 单倍体育种
        • 过程
          • 杂交
          • 花药离体培养
          • 纯合二倍体
      • 突变体的利用
        • 原理：培养细胞一直处于分生状态易于突变
        • 组培至愈伤组织阶段
    • 细胞产物的工厂化生产
      • 组培至愈伤组织阶段
      • 应用
        • 人参皂甙
      • 细胞产物
        • PR,糖，香料，生物碱，药物，脂肪
• 子主题