细胞工程

生物选修三专题二细胞工程思维导图

细胞工程

• 概念
  • 原理和方法：细胞生物学和分子生物学
  • 研究水平：细胞或细胞器水平
  • 研究目的：按照人们意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品
• 植物细胞工程
  • 植物组织培养
    • 理论：细胞全能性
    • 过程
      • 过程：外植体→（脱分化）愈伤组织→（再分化）→芽和根→植物体
      • 用固体培养基培养
      • 外植体：离体的组织器官或细胞
      • 脱分化：实质细胞的全能性 避光处理 结果：形成愈伤组织
      • 再分化：愈伤组织重新形成植物器官 光照处理 目的：产生叶绿素
    • 激素条件：CTK/IAA:
      • ↓根分化
      • ↑芽分化
      • 中 形成愈伤组织
    • 意义
      • 保持优良性状，繁殖快大规模生产提高经济效益
      • 克服远缘杂交不亲和障碍
    • 条件
      • ①无菌操作：防止杂菌污染导致培养基死亡
      • ②分生组织培养：全能性比较高 分化程度↑：不容易形成细小植株
    • 应用
      • ①微型繁殖：大量繁殖，高效
      • ②人工种子：植物组织培养→胚状体/不定根/顶芽/腋芽
        • 优点：培植周期短 保持优良性状 不受季节影响 易储藏
      • ③单倍体育种（原理：染色体变异，优点：缩短育种年限）
        • 花药离体培养：花药→愈伤组织→单倍体幼苗→秋水仙素→正常植物→优良性状
      • ④突变体利用（基因突变和染色体变异）
        • 外植体→愈伤组织→诱导分化→多种突变体→筛选新品种
        • 优点：产生新性状
  • 植物体细胞杂交技术
    • 过程：细胞A→原生质体（去壁）→融合（人工诱导） 细胞B→原生质体（去壁）
      • 杂种细胞（融合完成标志：生出新的细胞壁）
    • →脱分化→愈伤组织→再分化→小植株（两基因相互干扰影响不能全部表达）
    • 理论基础：细胞全能性和细胞膜的流动性
    • 意义：克服远缘杂交不亲和障碍
    • 原生质体融合
      • 物理：离心，振动，电刺激
      • 化学：PEG
    • 去壁：纤维素（果胶）酶
    • 原生质：细胞膜细胞质细胞核 原生质体：去掉细胞壁的植物细胞 原生质层：细胞膜和细胞核膜间的细胞质
• 动物细胞工程
  • 手段：动物细胞培养，动物细胞核移植，动物细胞融合，生产单克隆抗体
  • 基础：动物细胞培养
    • 原理：细胞增殖
    • 取材：有分裂能力，分化程度低的胚胎或幼龄动物
    • 过程：动物组织→胰蛋白酶（胶原蛋白酶）→细胞悬液→液体培养基（有利于与培养液充分接触→细胞贴壁→原代培养（出现接触抑制单层细胞贴壁生长）→传代培养（贴满细胞壁继续用胰蛋白酶分瓶培养）
    • 胰蛋白酶处理：分散成单个细胞 否则限制生长繁殖
    • 细胞贴壁：①表面光滑②无毒贴附
    • 传代培养
      • 10代以内：二倍体核型
      • 10-50代：衰老死亡，异倍体核型
      • 50代以后（非克隆化培养）：获得不死性（癌细胞发展）
      • 异倍体核型→基因突变
    • 条件：无菌无毒（抗生素→防止杂菌污染（不是病毒） 营养：葡萄糖，氨基酸，促生长因子（动物激素），无机盐，微量元素 温度和ph 气体环境：5%二氧化碳（维持ph）
    • 应用：①生物制品生产 ②基因工程 ③检测有病物质 ④细胞生理病理药理研究
  • 动物细胞核移植和克隆技术
    • 克隆：将一个细胞的细胞核移入一个去核卵母细胞并发育成胚胎最后形成新的动物个体
    • 原理：动物细胞核的全能型
      • 体细胞核移植
      • 胚胎细胞移植
    • 过程：供体细胞→（动物细胞培养）供体细胞群 卵母细胞→（培养）→MⅡ中期→去核卵母
      • 重组细胞
        • →激活（电脉冲，钙离子载体，乙醇，蛋白质酶合成抑制剂） ↓ 重组胚胎→胚胎移植→克隆动物
    • 去核卵母目的：使克隆动物的遗传物质全部来自供体 操作：显微操作，卵母细胞质中含有促进细胞全能性表达所需的物质，体积大易操作
    • 性状与供体相似不完全相同：性状受核质遗传物质和外界环境而有所改变
    • 应用：加速改良物种 保护濒危动物 生物反应器 异种移植供体 组织器官移植
    • 问题：成功率低不到10% 存在健康问题如遗传和生理缺陷，体型过大，异常肥胖，发育困难，脏器缺陷，免疫失调 对克隆动物的食品安全问题也存在争议
  • 动物细胞融合
    • 诱导方法
      • 物理：离心，振动，电刺激
      • 化学：聚乙二醇PEG，灭火的病毒（物理或化学方法使病毒失去传染性但仍具有抗原）
    • 完成标志；形成一个核
    • 原理：细胞膜一定的流动性（随机融合）
  • 单克隆抗体
    • 抗原：引起机体发生特异性免疫的物质（体内监控清除，体外防卫）
    • 抗体受抗原刺激后产生与抗原发生特异性结合的有免疫功能的免疫球蛋白（B细胞或记忆B细胞→浆细胞分泌，但浆细胞本身不识别）
    • 过程：已免疫的记忆B细胞 骨髓瘤细胞
      • 融合 （原理：细胞膜流动性）
        • 抗体-抗体，骨髓瘤-骨髓瘤，杂交瘤
        • →筛选杂交瘤细胞（选择培养基）②第二次筛选（多孔细胞培养液）（方法：克隆化培养和抗体检测）→（体外培养或注射入小鼠腹腔）→单克隆抗体
    • 得到的最终杂交瘤细胞：既能产生特异性抗体有大量繁殖
    • 应用：诊断试剂（准确高效，简易快速） 治疗疾病和运载药物 生物导弹：单克隆抗体+药物：疗效高，毒副作用小
  • 克隆：从一个祖先通过无性繁殖的方法产生出一群遗传特性相同的DNA分子，细胞或个体 个体水平：嫁接扦插，无性繁殖，组织培养 细胞水平：动物细胞培养
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