高中生物 选修三 细胞工程

高中生物选修3 细胞工程 知识总结，审核辛苦！

细胞工程

• 概念
  • 原理和方法
    • 细胞生物学和分子生物学
  • 操作水平
    • 细胞水平和细胞器水平
  • 目的
    • 按照人们的意愿改变细胞的遗传物质或获得细胞产品
• 植物细胞工程
  • 植物细胞的全能性
    • 具有某种生物的全部遗传信息的任何一个过程，都有发挥成完整生物的潜能
    • 表达过程
      • 脱分化
      • 再分化
    • 影响细胞全能性表现的原因
      • 植物体内细胞没有表现出全能性，而是分化成不同器官的原因
        • 在生物体内，由于基因的选择性表达，细胞不能表达出全能性，而是分化成不同的组织器官
      • 基因选择性表达
    • 植物细胞全能性表现的条件
      • 材料
        • 离体的细胞
        • 组织器官
      • 培养基
        • 种类齐全
        • 比例适当的营养物质
        • 一定的植物激素
        • 琼脂
      • 外界条件
        • 无菌操作
        • 光照控制
        • 酸碱度
  • 植物组织培养技术
    • 无性生殖
    • 理论基础（原理）
      • 植物细胞的全能性
    • 基本过程
      • 前提
        • 离体的植物器官、组织、细胞
      • 条件
        • 无菌、人工控制下、人工配制的培养基、适宜的培养条件
      • 结果
        • 诱导产生愈伤组织，丛芽，最终形成完整的植株
    • 脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力
    • 再分化的实质是基因的选择性表达
  • 植物体细胞杂交技术
    • 将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术
      • 去除细胞壁的常用方法
        • 酶解法（纤维素酶和果胶酶）
          • 得到原生质体
      • 原生质体融合方法
        • 物理法
          • 离心，振动，电刺激
        • 化学法
          • 聚乙二醇
      • 细胞融合的基础
        • 细胞膜的流动性
      • 融合成功的标志
        • 杂种细胞再生出细胞壁
      • 可用质壁分离的实验来检测原生质体是否已经形成细胞壁
    • 原理
      • 细胞膜的流动性
      • 细胞的全能性
    • 基础
      • 植物组织培养
    • 意义
      • 克服了远缘杂交不亲和的障碍，拓展了可用于杂交的亲本组合范围
    • 未解决的问题
      • 未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良
    • 植物体细胞杂交成功的标志
      • 形成杂种植株
    • 技巧
      • 卵细胞在自然界条件下可以形成单倍体
      • 精细胞在人工条件下才可以形成单倍体（eg.花粉）
      • 植物体细胞杂交技术中，如果两种植物细胞均为两倍体，则杂种植株为四倍体，一般可育
  • 植物细胞工程的实际应用
    • 植物繁殖的新途径
      • 微型繁殖
        • 材料
          • 植物组织细胞
        • 概念
          • 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术
        • 特点
          • 无性繁殖
            • 保持优良品种的遗传性状
          • 高效快速
            • 实现种苗的大量繁殖
          • 可以实现工厂化生产
      • 作物脱毒
        • 材料
          • 分生区（茎尖）
            • 原因是无病毒或病毒极少
        • 优点
          • 作物不会或极少感染病毒
      • 人工种子
        • 人工种皮材料
        • 优点
          • 无性繁殖
            • 后代无形状分离
          • 生产上不受季节、气候、地域的限制
          • 用于农业生产
    • 作物新品种的培育
      • 单倍体育种
        • 优点
          • 后代都是纯合子，稳定遗传，明显缩短育种年限
        • 原理
          • 细胞的全能性和染色体变异
      • 体细胞诱变育种--突变体的利用
        • 原理（产生原因）
          • 基因突变，细胞的全能性
        • 利用
          • 筛选出对人们有用的突变体，进而培养成新品种
    • 细胞产物工厂化生产
      • 技术
        • 植物的组织培养（愈伤组织细胞培养）
      • 实例
        • 人参皂甙干粉
• 动物细胞工程
  • 动物细胞培养
    • 从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖
    • 原理
      • 细胞的增殖
    • 培养过程
      • 
        • 原代培养→传代培养使用胰蛋白酶/胶原蛋白酶的目的是：解除接触对细胞生长和繁殖的抑制
        • 传代培养一般在10代以内：可以保持正常的二倍体核型
        • 原代培养时会发生
          • 细胞贴壁
          • 接触抑制
            • 但不是所有的细胞增殖都会发生接触抑制
              • 癌细胞增殖时，不会发生接触抑制
    • 培养条件
      • 无菌、无毒
        • 培养液和所有培养用具进行无菌处理
        • 通常会在培养液中加入一定量的抗生素
          • 抑制杂菌生长，防止污染
        • 定期更换培养液
          • 防止细胞代谢产物危害
      • 营养
        • 合成培养基的成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素...
        • 特点
          • 加入血清、血浆等天然成分
            • 原因是人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚
      • 温度、PH
        • 细胞膜体外培养的适宜温度和一般与动物的体温相近
        • 哺乳动物多以36.5±0.5℃为宜
        • 多数细胞生物的适宜PH为7.2-7.4
      • 气体环境
        • 95％+5％CO2
          • O2是细胞代谢所必需的
          • CO2的主要作用是维持培养液的pH
    • 应用
      • 生产生物制品
        • 病毒疫苗
        • 干扰素
        • 单克隆抗体
      • 应用基因工程
        • 动物细胞是基因工程技术中的受体细胞
      • 检测有毒物质
        • 判断某种物质的毒性
      • 用于生理、病理、药理等方面的研究
        • 筛选抗癌药物
    • 项目 植物组织培养 动物细胞培养 区别 原理 植物细胞的全能性 细胞增殖 培养基 固体或半固体培养基，包括矿质元素、蔗糖、维生素、琼脂、植物激素等 液体培养基，包括无机盐、葡萄糖、维生素、氨基酸、动物血清等 细胞来源 离体植物器官、组织或细胞 胚胎或幼龄动物组织、器官 过程 脱分化、再分化 原代培养、传代培养 结果 获得新个体或细胞产品 大量产生细胞或细胞产物 用途 ①快速繁殖名贵花卉和果树；②培养无病毒植株、转基因植物； ③大规模生产细胞产品，如药物、食品添加剂、香料、色素等 ①生产蛋白质制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等； ②检测有毒物质； ③用于生理、药理、病理等方面的研究 相同点 ①都需要人工条件下的无菌、无毒操作，无菌培养； ②都进行有丝分裂
  • 动物核移植
    • 将一个细胞的细胞核，移入另一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎
      • 发育成的个体为克隆动物
      • 选择卵母细胞的原因
        • 卵母细胞大、易操作、营养物质多、体细胞的细胞核只有在卵母细胞中才能表现出全能性
    • 原理
      • 动物细胞核的全能性
    • 分类
      • 胚胎细胞核移植
        • 胚胎细胞分化程度低，恢复全能性较容易
      • 体细胞核移植（较困难）
        • 体细胞分化程度高，恢复全能性较困难
    • 过程
      • 
        • 形成器官的克隆过程会出现细胞的分裂和分化
    • 体细胞核移植的应用前景
      • 畜牧业
        • 加速家畜遗传改良过程，促进优良畜群繁殖
      • 保护濒危物种
        • 增加有活量
      • 医药卫生领域
        • 转基因克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白
      • 治疗人类领域
        • 转基因克隆动物细胞，组织和器官作为异种移植的供体
      • 存在的问题
        • 成功率低
        • 克隆动物的健康问题
        • 安全性问题存在争议
    • 克隆动物的特点
      • 性状与核供体生物的性状基本相同，但不是完全相同
        • 克隆动物细胞质遗传物质来自受体卵母细胞
        • 性状不仅跟遗传物质有关，还与环境有关
      • 核基因是供体核基因的100％的复制
      • 是无性繁殖方式
    • 克隆层次
      • 分子水平
        • DNA复制
      • 细胞水平
        • 动物细胞培养
      • 个体水平
        • 克隆羊“多利”的诞生
  • 动物细胞融合
    • 两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程（也称为细胞杂交）
    • 诱导原理
      • 细胞膜的流动性
    • 诱导结果
      • 形成杂交细胞
    • 诱导因素
      • 聚乙二醇、灭活的病毒、电激
    • 意义
      • 突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能
    • 应用
      • 研究细胞遗传，细胞免疫，肿瘤和生物新品种培育等的重要手段
      • 用于制备单克隆抗体
    • 项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 细胞膜的流动性 步骤 酶解法去掉细胞壁后，诱导原生质体融合，形成杂种体细胞，再经过植物组织培养形成杂种植株 分散成单个细胞后诱导细胞融合 诱导方法 物理方法、化学方法 物理方法、化学方法、灭活病毒 结果 形成杂种植株 形成杂种细胞
  • 单克隆抗体
    • 运用动物细胞工程技术
    • 传统抗体的获得
      • 方法
        • 向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体
        • 从动物血清中分离所需抗体
      • 缺陷
        • 产量低，纯度低，特异性差
    • 制备原理
      • B淋巴细胞的特点
        • 一种B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体
      • 骨髓细胞的特点
        • 能在体外大量增殖
      • 杂交瘤细胞的特点
        • B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到的杂交瘤细胞，既能无限增殖又能产生大量特定抗体
    • 制备过程
      • 
        • 第1次筛选
          • 筛选出杂交瘤细胞（能大量繁殖）
        • 第2次筛选
          • 筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞（专一性）
    • 特点及其应用
      • 优点
        • 特异性强、灵敏度高、产量高
      • 应用
        • 作为诊断剂，具有准确，高效，简易，快速的特点
        • 用于治疗疾病和运载药物
• 植物组织培养技术和植物体细胞杂交只涉及有丝分裂
• 全套基因≠全部基因
• 避免杂菌污染，杂菌会迅速生长消耗营养，有的还会危害培养物的生长