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专题２６细胞工程（含胚胎工程、生物技术安全性与伦理问题）对应学生用书起始页码Ｐ２７５考点１植物细胞工程 一、细胞工程的概念与理论基础１．细胞工程（１）操作水平：细胞水平或细胞器水平。（２）目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。２．植物细胞的全能性（１）概念：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）原理：细胞内含有本物种的全套遗传信息。（３）全能性表达的条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。（４）细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。（５）全能性大小：①植物细胞：受精卵＞生殖细胞＞体细胞。②动物细胞：受精卵＞生殖细胞＞体细胞核（动物细胞全能性受限制，但细胞核具有全能性）。二、植物组织培养１．理论基础：植物细胞的全能性。２．操作流程离体的器官、组织或细胞ａ→Ａｂ→Ｂ发育→完整植株（１）离体的器官、组织或细胞常称为外植体。（２）ａ过程为脱分化，ｂ过程为再分化，Ａ表示愈伤组织，Ｂ表示丛芽或胚状体。３．植物激素在植物组织培养中的作用生长素与细胞分裂素的比值作用效果比值高时促进根分化、抑制芽形成比值低时促进芽分化、抑制根形成比值适中时促进愈伤组织形成 三、植物体细胞杂交１．概念：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。２．原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。３．过程植物细胞Ａ、Ｂ 用纤维素酶和果胶酶，处理去掉细胞壁↓原生质体Ａ、Ｂ ↓诱导融合物理法：离心、振动、电激化学法：ＰＥＧ作为诱导剂融合的原生质体 ↓再生出细胞壁（融合完成的标志）杂种细胞脱分化→愈伤组织再分化→丛芽发育→杂种植株４．意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。四、植物细胞工程的实际应用１．植物繁殖的新途径（１）微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。特点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{（２）作物脱毒技术：是选取作物无毒组织（如茎尖）进行组织培养，获得脱毒苗的技术。（３）人工种子：以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。２．作物新品种的培育（１）单倍体育种实质：花药离体培养过程就是植物组织培养过程。流程：花药离体培养→单倍体幼苗秋水仙素诱导染色体数目加倍→纯合子。优点：后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。（２）突变体的利用：在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，因此容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而发生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。３．细胞产物的工厂化生产（１）细胞产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。（２）培养阶段：愈伤组织阶段。（３）技术基础：植物组织培养技术。考点２动物细胞工程 １．地位：动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。其中动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础。２．动物细胞培养（１）过程动物组织剪碎胰蛋白酶处理→细胞悬浮液原代培养→细胞贴满瓶壁胰蛋白酶处理分瓶传代培养→１０～５０代细胞核型（遗传物质）改变继续传代培养→细胞获得不死性（２）培养条件①无菌、无毒：通常在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。②营养：除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素外，通常还需加入血清、血浆等天然成分。③适宜温度和ｐＨ：对于大多数哺乳动物来说，适宜的温度为３６．５±０．５℃；对于多数细胞来说，适宜的ｐＨ为７．２～７．４。④气体环境：ＣＯ２和Ｏ２。Ｏ２是细胞代谢所必需的，ＣＯ２的主要作用是维持培养液的ｐＨ。３．动物体细胞的克隆（１）过程：动物体细胞克隆包括动物细胞核移植和胚胎移植两个过程。（２）核移植的原理是动物细胞核具有全能性。（３）核移植的分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。（４）选用去核卵（母）细胞的原因：卵（母）细胞比较大，容易操作；卵（母）细胞细胞质多，营养丰富，含有促进核全能性表达的物质。（５）体细胞核移植技术存在的问题：克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。４．动物细胞融合及单克隆抗体制备（１）动物细胞融合原理：细胞膜具有流动性。（２）动物细胞融合方法：物理法（离心、振动、电激）、化学法和生物法（灭活的病毒）。（３）动物细胞融合应用———制备单克隆抗体①单克隆抗体：由单一Ｂ细胞克隆产生的高度均一、反针对某一特定抗原的抗体。通常用骨髓瘤细胞和免疫过的Ｂ淋巴细胞形成的杂交瘤细胞制备。②单克隆抗体的制备原理免疫原理：效应Ｂ淋巴细胞能产生特异性抗体用灭活病毒诱导动物细胞融合原理：利用病毒 对宿主细胞的穿透性使效应Ｂ淋巴细胞与 骨髓瘤细胞融合动物细胞培养技术：对杂交瘤细胞进行体内、 体外培养ìîíïïïïïïï③单克隆抗体的特点：特异性强，灵敏度高，并可大量制备。 （１）幼龄动物与老年动物的组织细胞比较，分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较，哪一种更易于培养？提示：细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的联系，细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物则相反。所以，一般来说幼龄动物的组织细胞比老年动物的组织细胞易于培养。同样的分化程度越低组织细胞，其增殖能力越强，所以更容易培养。 （２）动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？提示：动物细胞的培养有各种用途，一般而言，动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力，所以动物细胞也就没有类似植物组织和细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分化，通常会定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。 （３）为什么对动物细胞进行培养时，通常要添加血清？提示：血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白质主要为白蛋白和球蛋白。氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本成分，其中有些氨基酸（称为必需氨基酸），动物细胞本身不能合成，必须由培养液提供。血清激素有胰岛素、生长激素等及多种生长因子（如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、类胰岛素样生长因子等）；血清还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质，能促进细胞的生长、增殖和贴附。因此，在细胞培养时，要保证细胞能够顺利生长和增殖，一般需添加体积分数为１０％～２０％的血清。考点３胚胎工程 一、体内受精和早期胚胎发育１．精子与卵子的发生项目精子的发生卵子的发生场所睾丸曲细精管卵巢时间从初情期开始从胚胎出现性别分化后变形需变形不需变形分裂均等分裂不均等分裂结果形成４个精子形成１个卵子和３个极体 ２．受精（１）精子获能：刚排出的精子，不能立即与卵子受精，必须在雌性动物生殖道内发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。（２）卵子的准备：卵子要在输卵管内进一步成熟，到ＭⅡ中期，才具备与精子受精的能力。（３）受精过程主要包括：精子穿过放射冠和透明带，进入卵细胞膜，原核形成和融合。３．早期胚胎发育过程 受精卵卵裂分裂方式：有丝分裂特点：细胞数目增多，但总体积不增加，或略有减小↓桑椹胚：该时期细胞属于全能细胞 ↓囊胚内细胞团：发育为胎儿的各种组织滋养层细胞：发育为胎膜和胎盘囊胚腔：内含液体{ ↓原肠胚—出现了三个胚层和原肠腔二、体外受精与早期胚胎培养１．体外受精２．早期胚胎培养（１）培养液成分：无机盐、有机盐（两盐）；维生素、激素（两素）；氨基酸、核苷酸（两酸），另外还有水、血清等。（２）胚胎去向：向受体移植或冷冻保存。三、胚胎移植、胚胎分割与胚胎干细胞培养１．胚胎移植（１）地位：胚胎工程其他技术的最后一道工序。（２）主要过程：对供、受体的选择和处理选择：遗传性能和生产性能优秀的供体、有健康的体质和正常繁殖能力的受体处理：同期发情处理和对供体母畜进行超数排卵处理ìîíïïïï配种或进行人工授精对胚胎的收集、检查、处理 ↓收集：冲卵检查：对胚胎进行质量检查，这时胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段处理：直接向受体移植或放入－１９６℃的液氮中保存ìîíïïïïïï胚胎移植—方法：手术法和非手术法 ↓胚胎移植后的检查—检查受体母牛是否妊娠↓↓（３）意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能。２．胚胎分割（１）材料：发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。（２）实质：胚胎分割可增加动物后代数目，其实质是动物的无性繁殖或克隆。（３）注意：对囊胚分割时，注意将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。３．胚胎干细胞（ＥＳ或ＥＫ细胞）（１）来源：早期胚胎或原始性腺。（２）特点：形态上，体积小、核大、核仁明显；功能上，具有发育的全能性；体外培养条件下可以增殖而不分化。（３）培养过程受精卵早期胚胎→并转入培养皿中分离内细胞团→胚胎干细胞加饲养层 →分裂不加饲养层 →分化四、生物技术的安全性、伦理问题１．转基因生物的安全性（１）转基因生物存在安全性问题的原因①目前对基因的结构、基因间的相互作用及基因的调控机制等都了解得相当有限。②目的基因往往是异种生物的基因。③外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。（２）对转基因生物安全性的争论：在食物安全、生物安全、环境安全三个方面存在激烈的争论。（３）理性对待转基因技术：趋利避害，不能因噎废食。２．生物技术中的伦理问题（１）克隆 ①治疗性克隆与生殖性克隆 类型项目 治疗性克隆生殖性克隆区别目的从胚胎中取出干细胞用于医学研究和治疗用于生育，获得人的复制品水平细胞水平个体水平联系都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息不变 ②我国政府态度：禁止生殖性克隆，不反对治疗性克隆。（２）试管婴儿与设计试管婴儿精子卵子 体外受精 受精卵 早期胚胎→ 胚胎移植→遗传学诊断→↓试管婴儿与设计试管婴儿都要通过体外受精，并进行体外早期胚胎培养和胚胎移植，不同的是设计试管婴儿胚胎移植前需进行遗传学诊断。３．基因身份证（１）否定的理由：个人基因资讯的泄露造成基因歧视，势必造成遗传性失业大军、个人婚姻困难和人际关系疏远等。（２）肯定的理由：一些遗传性疾病在后代中复现率很高，通过基因检测可以及早预防，适时治疗，达到挽救患者生命的目的。４．生物武器（１）种类：致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌等。（２）我国政府的态度：在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。 （１）刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？提示：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数分裂的中期，才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。 （２）哺乳动物精子和卵子的发生主要有哪些相似点或不同点？提示：相似之处：细胞分裂的最初阶段为有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过两次减数分裂才能形成精子或卵子。不同之处为由一个精原细胞分裂，最后可产生多个精子；一个卵原细胞最后只能生成一个卵子。精子的形状为蝌蚪状；卵子为球形。多数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的储备是在胎儿出生前完成。 （３）什么是顶体反应？提示：获能以后的精子，在雌性动物生殖道与卵子相遇时，会出现精子顶体膨大