生物选修3：细胞工程

本图详细梳理了人教版高中生物选修三的第二个板块—细胞工程的相应内容，在注重全面的同时强调准确性，希望对高中同学有所帮助。

细胞工程

• 植物细胞工程
  • 植物细胞工程的基本技术
    • 植物组织培养技术
      • 原理：植物细胞的全能性
        • （1）标志：已分化的细胞能形成完整的个体，若只是形成某种组织或器官则不能体现全能性
        • （2）原理：细胞具有发育成完整个体所必须的“全套”基因而不是“全部”基因（如配子）
        • （3）植物的种子发育成完整植株不能提现全能性：种子种有植物的幼体—胚，是生长过程
        • （4）植物组织培养过程不一定会体现细胞全能性（培养成完整植物个体可以，培养成愈伤组织则不能）
      • 过程（无菌条件）
        • 立体的植物器官、组织或细胞（外植体）--（脱分化）-->愈伤组织--（再分化）-->根和芽---->完整的植株
          • 脱分化不能见光,并且两个过程中要使用植物激素控制
        • 关于无毒苗：不能对组织进行灭菌处理（会失活），可以利用芽体进行组织培养
        • 愈伤组织：排列疏松且无规则、高度液泡化的呈无定型状态的薄壁细胞
        • 脱分化实质：使细胞恢复分裂能力
        • 再分化实质：基因的选择性表达
      • 注意事项
        • （1）无菌
        • （2）植物激素对植物组织培养的影响
          • 1.不同使用顺序对实验结果的影响
            • 先"生"分裂不分化，后"生"分裂又分化，同"使"分化频率高
          • 2.同时使用两种激素时，比例（生长素/细胞分裂素）对发育方向的影响
            • 高根低芽中愈伤
        • （3）光照顺序
          • 植物组织培养最初避光培养，后期见光培养
    • 植物体细胞杂交技术
      • 原理：细胞膜具有一定流动性和植物细胞的全能性
      • 去掉细胞壁
        • 纤维素酶、果胶酶
      • 细胞融合
        • 诱导融合的方法
          • 物理法：离心、振动、电激
          • 化学法：聚乙二醇（PEG）
        • 原生质体融合成功的标志：原生质体融合后再生出细胞壁
        • 初步沙宣绿色植物杂种细胞的标志：融合的活细胞中有工体的叶绿素
      • 过程
      • 意义：克服不同生物远缘杂交的障碍
      • 植物体细胞杂交后的遗传物质分析
        • （1）遗传特征：杂种植物中含有两种植物的遗传物质，具有两种植物的遗传特征
        • （2）染色体组数
          • 染色体组数=两种植物体细胞内染色体组数之和
          • 植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就成为几倍体（异源几倍体）
  • 植物细胞工程的实际应用
    • 作为新品种的培育
      • 单倍体育种
        • 原理：染色体（数目）变异和植物细胞的全能性
        • 方法：花药离体培养
        • 优点
          • (1)后代是纯合子，能稳定遗传
          • (2)明显缩短了育种年限
      • 突变体的产生和利用
    • 细胞产物的工厂化生产
    • 植物繁殖的新途径
      • 微型繁殖
        • 保持优良品种的遗传特性
        • 高效快速的实现种苗的大量繁殖
      • 作物脱毒(植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，取茎尖或根尖进行组织培养形成脱毒植株)
        • 获得高产、优质的脱毒植株
        • 繁殖速度快，保持植株的遗传特性
      • 人工种子
        • 1、结构
          • 胚状体（分生组织）
          • 人工胚乳
            • 除了可以添加营养成分外，还可以添加固氮细菌、防病虫农药、除草剂和植物激素类似物等
          • 人工种皮
            • 要求：（1）能保持胚状体的活力，既能透气透水，又有利于胚状体萌发等 （2）有利于贮藏、运输、萌发，选取的材料要有韧性、耐压、对胚状体无毒害作用，且易被分解
        • 2、获取方法：植物组织培养
        • 3、优点
          • （1）解决了某些作物品种在自然条件下繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
          • （2）人工种子的获得属于无性生殖，可以完全保持优良品种的遗传特性，保持杂种优势
          • （3）快捷高效
          • （4）可控制植物的生长发育与抗逆性
          • （5）可以节约粮食
• 动物细胞工程
  • 动物细胞培养和移植技术
    • 动物细胞培养
      • 取材：幼龄动物的器官或组织（生命力旺盛，分裂能力强，易于培养）
      • 培养条件
        • 无菌无毒
          • 对培养液和所有培养用具进行无菌处理，添加一定量的抗生素，定期更换培养液以清除代谢产物
        • 营养
          • 无机物：无机盐、微量元素…… 有机物：糖、氨基酸、促生长因子、血清血浆…… 加入血清原因：（1）血清中含有蛋白质、氨基酸、激素等，其中有一些氨基酸细胞本身不能合成，必须由培养液提供 （2）血清中还含有生长激素和多种生长因子及活性物质，能促进细胞的生长增殖和贴附
        • 温度与pH
          • 温度：36~37'c pH：7.2~7.4
        • 气体环境
          • 含95%空气加5%二氧化碳的混合空气 氧气：维持细胞代谢 二氧化碳：维持培养液的pH
      • 培养过程
        • 动物胚胎或幼龄动物组织块--【剪碎（胰蛋白酶或胶原蛋白酶）】-->单个细胞--【加培养液】-->细胞悬液---->贴壁生长--【接触抑制】-->分瓶培养---->10代细胞--（少数）-->50代细胞--（少数癌变）-->不死细胞
          • 一、细胞贴壁和接触抑制 1、细胞贴壁：悬液中分散的细胞很快贴附到瓶壁上 2、接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面互相接触时，细胞就会停止分裂增殖。 并不是所有细胞增殖时都存在接触抑制，如癌细胞 二、原代培养与传代培养 1、原代培养：细胞悬液第一次在瓶中培养，是没有分瓶前的细胞培养。原代培养的细胞核型正常。 2、传代培养：进行分瓶后的扩大培养。细胞在传之10~50代后，增殖会逐渐减缓，甚至完全停止，部分细胞可能出现核型异常。 注：原代培养与传代培养一般均需对细胞用胰蛋白酶进行分散处理，区分两种培养的关键是看胰蛋白酶处理的对象：剪碎的动物组织还是已接触抑制的细胞。
      • 应用
    • 动物体细胞核移植技术和克隆动物
      • 1、过程分析
        • （1）原理：动物细胞和的全能性（而不是动物细胞的全能性）
        • （2）供体与受体的选择
          • 供体
            • 一般选用传代10代以内的细胞，因为10代内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础
          • 受体
            • 去核MⅡ中期的卵母
        • （3）过程
      • 2、克隆动物
        • （1）性状与供体不完全相同的原因
          • ①克隆动物的细胞遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质
          • ②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境影响
          • ③在个体发育过程中有可能发生基因突变
        • （2）基因型与供体相同
          • 核移植过程中细胞核只来自供体，因此核遗传物质物质是对供体细胞核遗传物质的100%复制，其基因型与供体相同
        • （3）注释
          • 选择去核MⅡ中期的卵母原因
            • ①细胞大，易于操作；卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的能量
            • ②在此时的卵母细胞和受精卵的细胞质中，存在重组因子，促进重组细胞的分裂和分化，形成重组胚胎，而其他细胞中重组因子降解，不能形成重组胚胎
          • 通过体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
            • 绝大部分DNA来自供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA来自受体卵母细胞；其次生物的行传还受环境的影响
          • 去掉受体细胞的细胞核目的
            • 使克隆动物的形状主要有供体细胞决定
          • 克隆动物在形状上与供体动物微有差异
            • ①生物的形状受细胞核和细胞质共同控制
            • ②生物的性状还受环境因素影响
  • 细胞融合与单克隆抗体
    • 动物细胞融合
      • 1、概念
        • 动物细胞融合也成细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
      • 2、原理
        • 细胞膜的流动性
      • 3、结果
        • 形成的具有原来两个或多个细胞遗传心意的单核细胞，成为杂交细胞
      • 4、诱导方法
        • （1）物理法：离心，振动，电激等
        • （2）化学方法：聚乙二醇（PEG）诱导
        • （3）生物法：灭活的细菌诱导
      • 5、操作步骤
        • 细胞准备-->细胞融合-->杂交细胞选择-->杂交细胞克隆
          • ·细胞准备 贴壁：直接将两亲本细胞混合培养 悬浮：制成一定浓度的细胞悬液 ·细胞融合：加入促融因子于待融合的细胞之中，诱导融合 ·杂交细胞选择：利用选择培养基等，使亲本细胞死亡，而让杂交细胞存活 ·杂交细胞克隆：对选出的杂交细胞进行克隆，经过培养，就能获得所需要的的细胞
          • 融合过程：细胞膜融合--->细胞质融合--->细胞核融合
          • 细胞膜的融合过程体现出细胞膜具有一定的流动性
          • 融合后重组细胞的特点：具有两种细胞的遗传信息，通过动物细胞培养，杂交细胞表现出两个亲本的特点。
      • *6、意义
        • 突破有性杂交的局限，促使杂交瘤技术的产生，为制造单克隆抗体开辟新途径
      • 7、注释
        • （1）与植物体细胞杂交技术的不通
          • ①动物细胞融合常用灭活的细菌诱导，植物体细胞杂交不用此方法
          • ②植物体细胞杂交过程中首先要去除细胞壁，制备原生质体
        • （2）细胞融合的实质与标志
          • 实质：细胞核融合
          • 完成标志：两个或多个细胞核融合为一个细胞核
        • （3）培养基中存在AB两种细胞，经过促融剂处理后可能的细胞种类
          • 共5种：A，B，A--B融合细胞，A--A融合细胞，B--B融合细胞
    • 单克隆抗体
      • 1、概念
        • 由单个已免疫的B淋巴细胞进行无性繁殖形成的无限增殖的细胞群体所产生的化学性质单一、特异性强的抗体
      • 2、血清抗体与单克隆抗体的比较
        • 名称 产生 特点 血清抗体 由已免疫的B淋巴细胞分泌 一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差 单克隆抗体 由杂交瘤细胞分泌 特异性强、灵敏度高、能大量制备
      • 3、制备过程
        • 已免疫的B淋巴细胞、骨髓瘤细胞--（人工诱导细胞融合）-->多种杂交细胞--[选择性培养基]-->杂交瘤细胞--（克隆化培养）-->分泌所需抗体的杂交瘤细胞--（注入小鼠体内或体外培养）-->单克隆抗体
          • 获得已免疫的B淋巴细胞方法：注射特定的抗原蛋白
      • 4、优点：特异性强，灵敏度高，可大量制备
      • 5、注释
        • 应用的原理
          • 体液免疫原理、动物细胞融合原理，动物细胞培养原理
        • 不能直接用经过免疫的B淋巴细胞获得单克隆抗体
          • 用于获得杂交瘤细胞的B淋巴细胞是高度分化的细胞，培养是很难恢复分裂能力，不能进行无限增殖，难以获得单克隆抗体
        • 注射抗原后B淋巴细胞类型
          • 该抗原刺激获得的浆细胞、其他抗原刺激获得的浆细胞、没有抗原刺激的B淋巴细胞等
• 表格1
• 表格2