高中生物选修三-细胞工程

专题2细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。什么叫细胞工程？包括哪两大领域？植物细胞工程一、植物组织培养植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。切取形成层无菌接种诱导愈伤组织的形成试管苗的形成培养室移栽脱分化再分化已经分化的细胞，经过激素诱导后，失去其特有的结构和功能而变成未分化的细胞的过程，又称去分化。由高度液泡化的薄壁细胞形成具有分生能力的未分化的组织。脱分化产生的愈伤组织在激素诱导重新分化成根或芽等器官的过程。1、定义：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。2、原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因二、细胞的全能性3、差异：（1）与细胞分化呈反比，分化程度低全能性反而高。（2）受精卵最高，生殖细胞较高，体细胞低受精卵生殖细胞体细胞＞＞4、大小：植物细胞＞动物细胞注意：生物体内的细胞不表现出全能性，而是分化成不同的组织器官激素：细胞分裂素和生长素。两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。生长素/细胞分裂素:比值高时，有利于根的分化；生长素/细胞分裂素:比值低时，有利于芽的分化；生长素/细胞分裂素:比值适中，促进愈伤组织的形成。三、植物体细胞杂交概念：将不同种植物的体细胞，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。1、去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶）后得到的是原生质体物理：离心、振动、电刺激化学:聚乙二醇(PEG)2、两个原生质体发生融合，首先是什么融合？利用了什么原理？什么方法？细胞膜细胞膜的流动性3、植物细胞融合成功标志是什么？杂种细胞产生新的细胞壁4、形成了杂种细胞后，如何才能得到杂种植株？植物组织培养脱分化再分化杂种植株融合的原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈伤组织再分化植物细胞的融合植物组织培养植物细胞A原生质体B原生质体A杂种细胞AB去壁去壁人工诱导方法？促进融合的方法？植物细胞B植物组织培养植物体细胞杂交技术所属范畴原理步骤意义联系无性繁殖细胞全能性①脱分化②再分化保持优良性状繁殖速度快、大规模生产提高经济效益杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交的障碍①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养膜流动性、细胞全能性染色体变异、基因重组问题1：为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄地下结马铃薯？主要原因：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交植株不能地上长番茄地下结马铃薯。意义：打破了植物远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围。白菜甘蓝白菜－甘蓝白菜－甘蓝的优点：生长周期短、耐热性强、易于储藏等。•繁殖植物的新途径–微型繁殖–作物脱毒–人工种子•育种新方法–单倍体育种–诱导突变体•细胞产物的工厂化生产（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）1.概念:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。2.优点:1）保持优良品种的遗传特性2）高效快速地实现种苗的大量繁殖一、植物繁殖的新途径3.成就:兰花、生菜、杨树、无子西瓜的试管苗病毒容易沿植物体的维管组织传播，而分生组织区中缺乏维管系统，因此不含病毒。故选用分生组织进行植物组织培养可以让培育出来的植物不会或极少感染病毒。分生组织常见分布在茎尖、根尖。1.作物脱毒的原因:2.作物脱毒的材料:3.作物脱毒的方法:4.作物脱毒的结果:长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差分生区（如茎尖）的细胞进行茎尖组织培养获得脱毒苗5.成就:（二）作物脱毒脱毒的马铃薯、草莓、菠萝、甘蔗、香蕉（三）神奇的人工种子1.天然种子的局限1）培育周期长2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种（1）人工种子概念（2）人工种子组成通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮2.人工种子胚状体植物的胚：受精卵发育形成的幼小植物体，是种子最重要的部分。胚芽：位于胚的顶端，发育为植物的地上部分胚轴：胚根：发育成植物的主根，形成植株的根系子叶：胚芽和胚根之间，与子叶相连，以后形成根茎相连的部分，帮助子叶破土而出。胚具1片子叶的，称单子叶植物（它的营养主要来自胚乳），如玉米，具2片子叶的，称双子叶植物（它的营养主要来自子叶），如花生胚花药花粉细胞培养接种脱分化愈伤组织分化出小植物再分化单倍体植株移栽正常植株染色体加倍（一）单倍体育种二作物新品种的培育1、后代都是纯合子。2、明显缩短了育种年限。优点：秋水仙素（二）突变体的利用在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。1.产生原因：筛选对人们有利突变体,进而培育成新品种。2.利用：比较：单倍体育种：突变体的利用：植物体细胞杂交育种优点：育种原理：优点：育种原理：优点：育种原理：明显缩短育种年限染色体变异能够产生新性状基因突变克服远缘杂交不亲和障碍染色体变异动物细胞培养动物细胞融合单克隆抗体技术核移植动物细胞工程常用技术动物细胞工程一、动物细胞培养1.概念：从动物有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,让这些细胞生长和增殖。2.动物细胞的培养过程幼龄动物剪碎组织胰蛋白酶处理细胞培养分散成单个细胞取幼龄动物组织块细胞贴壁：培养贴附性细胞时候，细胞要能够贴附于底物上才能生长繁殖。接触抑制：贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖。原代培养：动物组织消化后的初次培养。包括培养的第1代细胞与传了10代以内的细胞。传代培养：将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称为传代培养。细胞株：原代细胞一般传至10代左右细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到40~50代，这种传代细胞为细胞株。细胞系：细胞株传代至50代后又出现细胞生长停滞状态，只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养条件下可以无限制传代，这种传代细胞为细胞系。细胞贴壁现象细胞在贴壁生长过程中,随着细胞分裂,数量不断增加,最后形成单层细胞,此时细胞间相互接触,细胞分裂和生长停止。接触抑制动物胚胎或幼龄动物的组织、器官细胞悬浮液胰蛋白酶10代细胞原代培养50代细胞细胞株无限传代细胞系传代培养单个细胞加培养液（分装前）比较项目植物组织培养动物细胞培养原理培养基性质培养基特有成分培养结果培养目的植物组织培养和动物细胞培养的比较细胞的全能性细胞增殖固体培养基液体培养基蔗糖植物激素葡萄糖动物血清植物体细胞株、细胞系快速繁殖、培育无病毒植株获得细胞或细胞分泌蛋白二、动物细胞融合概念：指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。结果：形成单核的杂交细胞原理：细胞膜的流动性诱导方法：物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（PEG)生物法：灭活的病毒细胞核病毒颗粒细胞核灭活的病毒颗粒黏附在细胞表面细胞膜被病毒颗粒穿过细胞膜连接动物细胞融合细胞融合，形成杂种细胞病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝集，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。灭活：是指用物理或化学手段使病毒失去感染细胞的能力，但是并不破坏病毒的抗原结构。注意：动物细胞的融合也需要把多个两种细胞放在一起，让它们随机融合后，再从中筛选杂交细胞。意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交（种间、属间、科间、动植物之间）成为可能。三、单克隆抗体长期以来，为了获得抗体，采用的是把某种抗原反复注射到动物体内，然后从动物血清中分离出所需抗体的方法。用这种方法获得的抗体，不仅产量低，而且抗体的特异性差，纯度低，反应不够灵敏。1、传统抗体的获得方法2、现代方法将能够产生特定抗体的B淋巴细胞和具有无限增殖能力的骨髓瘤细胞融合在一起，形成杂交瘤细胞。注射抗原B淋巴细胞骨髓瘤细胞融合专一抗体检验阳性选择性培养基筛选克隆化单克隆抗体专一抗体检验阳性用有限稀释法进行单克隆，再专一抗体检验阳性克隆化5、单克隆抗体的概念：由单个B淋巴细胞进行无性繁殖形成的细胞群，产生的化学性质单一、特异性强的抗体。6、单克隆抗体的优点：特异性强、灵敏度高、产量大单克隆抗体的应用1、诊断试剂2、运载药物—“生物导弹”准确、高效、简易、快速抗人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体在受精后不久，胎盘滋养层细胞就会分泌人绒毛膜促性腺激素(HCG)，是由受孕妇女体内胎盘产生的一种糖蛋白类激素，在孕妇的尿液中大量存在。而在非妊娠妇女尿液中几乎不含有。甲胎蛋白（AFP）是一种特异性较强的肿瘤标志物，用甲胎蛋白作为抗原免疫小鼠，制备抗AFP单克隆抗体，并与含有放射性同位素的标记物连接，单克隆抗体携带放射性标记物通过全身血液渗透到所有组织。由于肿瘤细胞表面的AFP会和单克隆抗体特异性的结合，所以放射性同位素标记物就不断积累在肿瘤上。通过一定的显影技术就可以发现肿瘤所在。生物导弹：用癌细胞作为抗原，免疫小鼠，制备抗癌细胞单克隆抗体，并与抗癌药物连接，便制成了生物导弹，注入患者体内，借助单克隆抗体的导向作用，将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。这样既不损伤正常细胞，又减少了药剂的用量。四、动物体细胞核移植技术和克隆动物核移植：是将动物的一个细胞的细胞核,移入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,这个新的胚胎最终发育为动物个体。克隆动物：用核移植的方法得到的动物。克隆（clone）：是指通过无性生殖而产生的具有完全相同的遗传组成的一群细胞或者生物的个体。指个体、细胞、基因等不同水平上的无性增殖物。１、核移植之前，为何要去掉受体卵母细胞的核？为使核移植动物的核遗传物质全部来自有利用价值的动物提供的细胞。２、用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，为什么？10代以内的细胞保持一般保持正常二倍体的核型3、细胞核移植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？不是，克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核，但核外还有少部分DNA（如线粒体DNA）来自受体卵母细胞。4、细胞核移植为何选用去核的卵母细胞？•卵母细胞具有体积大、易操作、营养物质丰富以及细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质的特点2.体细胞核移植技术的应用前景