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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？植物细胞工程的理论基础是：植物细胞的全能性植物细胞工程常用的技术是植物组织培养植物体细胞杂交全能性高低：①受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞＞体细胞②植物细胞＞动物细胞2.1.1植物细胞工程常用的技术植物组织培养植物组织培养的条件1）离体细胞、组织或器官（外植体）2）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等3）培养基（一定的营养物质，激素）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1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？细胞离体、一定的营养物质、激素和培养条件（PH、温度、光照）避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。想一想胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？激素的含量和比例在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。丛芽（胚状体）外植体植物体脱分化再分化过程（分化）（未分化）（分化）条件？优点？特点？繁殖速度快不受季节限制幼苗无毒保持优良性状①适宜温度、无光照、pH和无菌环境、外源营养。②无机、有机成分和植物激素（生长素，细胞分裂素）无定形状态薄壁细胞高度液泡化排列疏松、无规则分化程度低去分化较易离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织有光照、少营养物质。植物激素若用“①②③④”表示植物组织培养的过程。请回答：（1）①表示，能被培养成为④的根本原因是（2）②表示，其细胞特点是薄壁细胞。脱分化再分化离体的植物组织器官、组织或细胞植物细胞具有全能性具有分生能力的愈伤组织二、植物细胞的杂交技术1、细胞杂交技术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。意义：克服不同生物的远缘杂交。植物细胞A植物细胞B原生质体A原生质体B原生质体融合正在融合的原生质体再生出细胞壁（融合成功的标志）杂种细胞愈伤组织杂种植株去细胞壁纤维素酶果胶酶物理方法化学方法：离心振动电刺激聚乙二醇细胞分裂植物组织培养植物细胞融合酶解法人工诱导方法3、植物体细胞杂交过程二、植物体细胞杂交技术成果和未解决的问题成果：克服不同生物远缘杂交的障碍，出现自然界没有的新品种。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。所采用技术的理论基础植物细胞工程通常采用的技术手段植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞的全能性小结（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一植物繁殖的新途径1.概念:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术2.特点:1）能保持亲本的遗传特性2）能实现高效、快速、大量繁殖一植物繁殖的新途径（二）作物脱毒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）的细胞进行组织培养获得脱毒苗5.成就:（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径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（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径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。（1）人工种子概念（2）人工种子组成胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径①培植周期短②后代无性状分离③不受气候,季节和地域限制④可以很方便地贮藏和运输加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等1）优点：2）人工种皮的有效成分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（一）单倍体育种二作物新品种的培育后代都是纯合子，明显缩短育种年限5.优点：6.成就（二）突变体的利用二作物新品种的培育植物组织培养过程中，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：筛选对人们有利突变体,进而培育新品种2.利用：蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等1.细胞产物种类：三细胞产物的工厂化生产植物的组织培养2.技术：3.过程：4.成就：外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物脱分化分散开发酵提取例2：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1）步骤①是__________________________________________最常用的方法是_________.2）步骤②一般常用的化学试剂是______________目的是___________________.3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是___________，其中步骤④相当于_____，步骤⑤相当于_____去掉细胞壁分离出有活力的原生质体酶解法聚乙二醇（PEG）诱导原生质体融合植物组织培养脱分化再分化例2：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使____________能够在新的植物体上有所表现，其根本原因:5）从理论上讲，杂种植株的育性_____。若运用传统有性杂交方法能否实现？_____。并说明理由：因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于：.两个亲本的遗传性状杂种植株获得了双亲的遗传物质可育不能因为不同种生物之间存在生殖隔离克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围动物细胞培养动物细胞融合生产单克隆抗体动物细胞核移植动物细胞工程常用技术其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础一.动物细胞培养从动物机体中取出相关组织，将它们分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。(一)概念动物细胞培养过程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代细胞传代培养细胞株无限传代细胞系单个细胞加培养液遗传物质未改变遗传物质已改变这些组织或器官上的细胞生命力旺盛，分裂能力强细胞贴壁生长接触抑制细胞贴壁生长悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。接触抑制：当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，这种现象称为细胞的接触抑制。有关概念:原代培养：指将要培养的动物细胞取出后,先用胰蛋白酶等使组织分散成单个细胞,然后配制成一定浓度的细胞悬浮液，再将该悬浮液放入培养瓶中培养。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。细胞悬浮液10代细胞50代细胞无限传代原代培养传代培养细胞株细胞系如何界定原代培养和传代培养；细胞株和细胞系？多数组织细胞必须在固定的表面上生长和分裂。随细胞增多，细胞就会停止分裂增殖遗传物质改变贴壁生长细胞分裂生长到相互接触时就停止分裂增殖的现象叫接触抑制3.动物细胞培养条件：（1）、无菌、无毒的环境（添加一定量的抗生素，定期更换培养液）（2）、营养（葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等。）（3）、温度和PH36.5+（-）0.5度,7.2-7.4（4）、气体环境：O2和CO2（95%空气和5%CO2）保证细胞顺利的生长增殖4、动物细胞培养技术应用•（1）、大规模培养生产生物制品（病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体）•（2）、作为基因工程中的受体细胞•（3）、培养的动物细胞可以用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性•（4）、为治疗和预防癌症及其他疾病提供理论依据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细胞的全能性细胞增殖植物组织培养和动物细胞培养的比较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供体细胞（供核）细胞培养体细胞卵巢卵母细胞（MⅡ中期：供质）去核无核卵母细胞注入细胞融合重组细胞构建重组胚胎胚胎移植代孕母体生出与供体奶牛遗物质基本相同的犊牛归纳:1.共分成两大阶段：核移植和胚胎移植2.严格来说新个体有卵巢母细胞的细胞质所以有两个亲本的性状核移植过程2、为什么不是取供体细胞核进行核移植操作，而是直接将供体细胞整个注入去核卵母细胞中？保证供核不被破坏，使所得个体的性状更符合供体。1、受体细胞为什么选用卵母细胞？卵母细胞体积大，易操作，而且含有促使细胞核表达全能性的某种物质和营养物质。2.体细胞核移植的过程P49讨论：为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。1.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？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，想一想，这是为什么？培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。3.体细胞核移植技术的应用前景（1）在畜牧业中可以加速家畜遗传改良的进程.（2）保护濒危物种.（3）医药卫生领域生产医用蛋白质及组织器官的移植.15、下图是动物细胞培养的基本过程示意图。请据此回答：1）容器A中放置的是动物器官或组织。它一般取自______________________。（2）容器A中的动物器官或组织首先要进行的处理是，然后用酶处理，这是为了使细胞分散开来，这样做的目的是。动物胚胎或幼龄动物剪碎胰蛋白使细胞与培养液充分接触，便于培养（3）培养首先在B瓶中进行，瓶中的培养基成分有________________等。在此瓶中培养一段时间后，有许多细胞衰老死亡，这是培养到第___代，到这时的培养称为__。（4）为了把B瓶中的细胞分装到C瓶中，用处理，然后配置成，再分装。动物血清10原代培养胰蛋白酶细胞悬液一、动物细胞融合1.概念：动物细胞融合（cellfusion）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。融合和形成的具有原来两个或多个细胞遗传物质的单核细胞，称为杂交细胞。2、原理：细胞膜的流动性动物细胞A动物细胞B诱导，融合2个完整的杂交细胞AB有丝分裂（膜融合、诱导方法质融合、核融合）单核细胞为什么灭活的病毒能作诱导剂？丧失感染性，保留融合活性植物细胞杂交与动物细胞融合的比较比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理融合前处理使用的酶诱导方法主要用途细胞膜的流动性细胞的全能性细胞膜的流动性纤维素酶、果胶酶胰蛋白酶物理方法（离心、振荡、电激）化学方法（PEG）物理、化学方法灭活的病毒获得杂种植株制备单克隆抗体去除细胞壁后诱导原生质体融合使细胞分散后诱导细胞融合小鼠的B淋巴细胞杂交瘤细胞融合小鼠的骨髓瘤细胞克隆产生大量的杂交瘤细胞，获得大量的单一抗体。如何筛选出杂交瘤细胞？B淋巴细胞骨髓瘤细胞合成DNA合成DNAD途径，S途径D途径D途径能被一种化合物——氨基喋呤阻断。BB-B瘤-瘤瘤杂交瘤细胞如何筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞？骨髓瘤细胞（只考虑两两融合）培养液中细胞有几种类型？融合细胞几种类型？在具有筛选作用的培养基上培养杂交瘤细胞有什么特点？杂交瘤细胞继承了双亲细胞的遗传特性，既能产生专一抗体又能无限增殖。第1次筛选目的：得到杂交瘤细胞（多种）第2次筛选目的：在杂交瘤细胞中筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。单克隆抗体特异性强，灵敏度高克隆上述杂交细胞B淋巴细胞融合注射特定抗原蛋白2、单克隆抗体的特点？特异性强、灵敏度高1、杂交瘤细胞的特点？能无限增殖