2023届高三生物二轮复习课件：细胞工程（共30张PPT)

(共30张PPT)
1.概念：细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。P31
按操作对象
植物细胞工程
动物细胞工程
研究的目的
第2章 细胞工程
研究的水平
理论基础
技术手段
P34-36
P36-38
P43-45+P46干细胞培养及其营养
P46
P48-49
P52-54
P56-63
1.概念：
2.原因：
3.全能性的大小：
4.体内细胞未表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？
5.植物细胞表现出全能性的条件：
一、细胞全能性
在特定空间和时间条件下，基因选择性表达
生物体的细胞中都含有该物种生长发育的全套遗传物质
细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能
（1）离体
（2）一定的营养物质、植物激素
（3）适宜的温度、pH、无菌等外界条件
防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。
思考：在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？
思考：利用干细胞的分离和体外培养在体外培育出组织和器官,是否体现了体细胞的全能性,理由是？
细胞全能性是指细胞经分裂和分化后,仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性,将干细胞体外培育出组织和器官不能体现细胞的全能性
1.概念理解：外植体、脱分化、再分化、愈伤组织
2.原理：
3.植物组织培养的核心
4.切取幼嫩的茎段原因
5.接种时注意外植体的方向——不能倒插
6.脱分化过程避光处理的原因、再分化需光原因
7.培养基问题：诱导形成愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基、诱导生根的培养基
二、植物组织培养
没有形成根茎叶的植物体、有光可抑制愈伤组织的形成
芽中叶绿素的形成需要光，有利于进行光合作用
细胞分裂能力强，分化程度低，易诱导形成愈伤组织
脱分化和再分化
植物细胞的全能性
①基本成分 ②激素比例 ③都是固体培养基（加琼脂）
生长素为极性运输，只能从形态学上端运到形态学下端，倒插会使组织培养失败。
1.原理：
2.步骤：
3.去壁的方法
4.人工诱导原生质体融合的方法
5.融合后的细胞一定是杂种细胞吗？
6.融合完成的标志
7.融合后的原生质体在形成杂种细胞的过程中，活动最旺盛的细胞器
8.意义
三、植物体细胞杂交技术
思考：纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的甘露醇，试分析原因？
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常
细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
不一定
纤维素酶、果胶酶
高尔基体、线粒体
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
再生细胞壁
主要原因是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具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，故不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。
（一）植物繁殖新途径
（二）作物新品种的培育
（三）细胞产物的工厂化生产
1.快速繁殖（微型繁殖）：
2.作物脱毒：
四、植物细胞工程的应用
优点：①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。
②保持优良品种的遗传特性
①选材：植物顶端分生区附近（如茎尖）
②原因：病毒极少，甚至无病毒
1.单倍体育种
2.突变体的利用
1.细胞产物种类：
初生代谢产物：蛋白质,脂肪,糖类,核酸
次生代谢产物：药物,香料,生物碱(紫草素、人参皂甙、紫杉醇)等
2.技术：植物细胞培养
菌肥，亦称生物肥、生物肥料、细菌肥料或接种剂等。菌肥，形象说来就是“菌+肥”，因为菌肥一方面含有“有机质、氮、磷、钾”等作物生长所必需的营养成分，同时产品中还含有大量的有益微生物菌，有益微生物菌在土壤中繁殖，起到改良土壤、防治病害等功能。
一方面可以将土壤中某些难于被植物吸收的营养物质转换成易于吸收的形式，另一方面可以通过自身的一系列生命活动，分泌一些有利于植物生长的代谢产物，刺激植物生长。含固氮菌的菌肥还可以固定空气中的氮素，直接提供植物养分。
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。包括“人工种皮”（含有营养物质并具有保护作用的外膜）、胚状体等、人工胚乳（含无机盐、杀菌剂、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等）
补充——人工种子
五、动物细胞培养——原理：细胞增殖
（1）营养：糖类、氨基酸、无机盐、维生素、血清等
①合成培养基：将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制的培养基。动物细胞培养常用培养液
②为何需要加入血清等一些天然成分？——（补充促细胞生长因子及其他活性物质）
（2）无菌、无毒的环境：
无菌：①培养液和所有培养用具进行灭菌处理。 ②在无菌环境下操作。（补充：添加抗生素）
无毒：培养液定期更换。（目的:清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。）
（3）温度、PH和渗透压：36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。
（4）气体环境：动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2。
①O2作用:是细胞代谢必需的。
②CO2的主要作用:是维持培养液的pH。
③进行细胞培养时,通常采用培养皿或松盖培养瓶,并置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中培养
1.取材？原因？
2.如何分散？
3.分散成单个细胞的原因？
4.胃蛋白酶行吗？
5.体外培养的动物细胞分类？细胞培养一段时间后，分裂会受阻的原因？
6.动物细胞生长的特点？
7.概念：细胞贴壁、接触抑制、原代培养、传代培养
8.怎样进行传代培养？
9.区分：胰蛋白酶两次处理的目的？
用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等，将组织分散成单个细胞
细胞分裂能力强，分化程度低
胃蛋白酶的适宜pH约为2，多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，在此环境中胃蛋白酶会失活
悬浮培养的细胞分裂受阻的原因：细胞密度过大、有害代谢物积累、培养液中营养物质缺乏等
贴壁细胞分裂受阻的原因：①细胞密度过大、有害代谢物积累、培养液中营养物质缺乏等
②发生接触抑制
细胞贴壁、接触抑制
原代培养——分瓶前的初次培养
传代培养——分瓶后的培养
①悬浮培养的细胞：直接用离心法收集
②贴壁细胞：重新用胰蛋白酶等处理，分散成单个细胞，再用离心法收集
动物胚胎或幼龄动物组织
使细胞与培养液充分接触，保证O2与营养供应和代谢物及时排出
将组织分散成单个细胞
贴满瓶壁的细胞分散成单个细胞
在沉淀中得到细胞，同时去掉上清液中的胰蛋白酶
六、比较
1.干细胞的分类和分布
2.功能：
有自我更新能力和分化潜能
3.应用：
七、干细胞
干细胞分为 胚胎干细胞（ES细胞） 和 成体干细胞。
胚胎干细胞（ES细胞）：存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。
成体干细胞：是成体组织或器官内的干细胞，包括造血干细胞、神经干细胞、精原干细胞等。具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。
将Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4基因通过逆转录病毒转入小鼠成纤维细胞后，置于培养胚胎干细胞（ES细胞）的培养基上培养。2~3周后，细胞会呈现出与ES细胞类似的形态和活跃分裂能力，这样的细胞称为诱导多能干细胞（iPS细胞）。
1.逆转录病毒的作用？它的转入过程需要显微注射法吗？
2.将成纤维细胞诱导成iPS细胞的过程类似于植物细胞工程的哪一步？方法有哪些？制备iPS细胞的过程中有基因的选择性表达吗？
3.若将iPS细胞转化为骨骼肌细胞，这能否体现iPS细胞的全能性？
4.iPS细胞应用于临床治疗时可能存在什么风险？为什么？
5.如何设计实验证明iPS细胞的产生是由于外源基因的作用不是由于培养基的作用？
6.若要了解Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4基因在诱导产生iPS细胞时，每个基因作用的相对大小，如何设计实验？
7.为什么说iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞？
是载体，将4种外源基因送入成纤维细胞 不需要
脱分化 方法：借助载体将特定基因导入细胞中、直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物诱导。有 诱导iPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态
不能
肿瘤风险 ，因为iPS细胞具有活跃分裂能力，有分化为各种细胞的潜能，因此存在分化为肿瘤细胞的风险
将转入外源基因和没有转入外源基因的细胞分别培养在相同的培养基中，并确保其他培养条件相同。如果只有转入外源基因的细胞转化成了iPS细胞，就可以证明iPS细胞的产生是由于外源基因的作用，而不是培养基的作用。
依次去掉1个基因，将其他3个8基因转入小鼠成纤维细胞，然后通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较，来推测缺失的那个基因对诱导产生的iPS细胞的影响，进而判断每个基因作用的相对大小。
①诱导iPS细胞产生的过程无需破坏胚胎②iPS细胞可以来源于病人自身体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应
课本P46最后一个自然段和旁栏、P98T2、P108最后一个自然段和旁栏
1.传统抗体制备方法及缺陷
2.如何才能获得大量单一抗体？
3.过程
八、单克隆抗体制备
方法：反复注射抗原
缺陷：产量低、纯度低、特异性差
3.单克隆抗体制备的过程：
思考：
1.包括的阶段及原理：
2.注射特定抗原的目的：
3.诱导融合的方法、培养液中细胞类型（融合只考虑两两融合的情况）：
4.第一次筛选和第二次筛选的目的和方法？
5.杂交瘤细胞的特点？
6.大量增殖杂交瘤细胞获得单抗的方法
7.单克隆抗体的优点
8.单克隆抗体的应用
动物细胞融合（细胞膜的流动性）
动物细胞培养（细胞增殖）
获得产生特定抗体的B淋巴细胞
灭活病毒诱导法 B淋巴细胞；骨髓瘤细胞；杂交瘤细胞；B—B；瘤—瘤
①获得杂交瘤细胞，方法——选择培养基
②获得能分泌所需抗体的杂交瘤细胞，方法——克隆化培养、抗体检测
既能迅速大量增殖，又能产生特异性抗体
体外培养→从细胞培养液中提取、
注射到小鼠腹腔内增殖→从小鼠腹水中提取
能准确识别抗原的细微差异，与特定的抗原发生特异性结合，可大量制备。
①作为诊断试剂（早早孕诊断试剂盒 ；用同位素或荧光标记的单克隆抗体定位肿瘤等） ②运载药物 ③治疗疾病
体内培养的优点：不需再提供营养物质以及无菌环境
思考：
1.ADC的组成成分？
ADC的抗体和药物各有什么作用？
2.ADC在临床应用上有何优势？
分析：单克隆抗体的应用之—：运载药物（ADC 即 抗体--药物偶联物）
优势：靶点清楚、毒副作用小
ADC由抗体、接头和药物组成。
抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞
药物发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。
思考：抗体－药物偶联物（ADC）由细胞毒素类药物与单克隆抗体结合形成，用ADC治疗肿瘤具有毒副作用小，治疗效果明显等优点，其原因是？
抗体-药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素类药物与单克隆抗体结合，被肿瘤细胞特异性识别，通过胞吞进入肿瘤细胞，溶酶体使其裂解，释放药物，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。
为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
回答下列问题：
（1）上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是_________________。
（2）写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：_________________。
（3）为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于___，使用该培养基进行细胞培养的结果是___。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是____。
（4）若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有____（答出2点即可）。
例题——单克隆抗体的制备
（1）诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞
（2）取小鼠甲脾脏用机械方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理分散成单个细胞，加入培养液制成细胞悬液
（3）选择培养基 只有杂交瘤细胞能够生长 抗原与抗体的反应具有特异性
（4）将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外培养
对筛选的认识
(1)研究发现，在小鼠细胞内DNA的合成有两条途径，主要途径（简称D途径）是在细胞内由氨基酸和其他小分子化合物合成核苷酸，进而合成DNA的过程，该过程中叶酸必不可少，氨基蝶呤（A）是叶酸的拮抗剂，可以阻断此途径；另一辅助途径（简称S途径）是在次黄嘌呤（H）和胸腺嘧啶核苷（T）存在的情况下，经酶的催化作用合成DNA，骨髓瘤细胞缺乏催化次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷合成的酶。图中筛选1利用DNA合成途径不同的特点配制的HAT培养基含有多种成分，其中添加的_____具有筛选杂交瘤细胞的作用。
（2）杂交瘤细胞能连续增殖，未融合细胞以及同种融合细胞因不能增殖而死亡。由此可判断，骨髓瘤细胞DNA合成存在__________（填“D”“S”或“D和S”）途径，杂交瘤细胞存在__________途径。
(3)步骤③需对选择培养的杂交瘤细胞进行克隆化培养及抗体检测，该过程一般在多孔细胞培养板上进行。先将细胞悬浮液稀释到7～10个细胞/mL，再在每个培养孔中滴入0.1mL细胞稀释液，其目的是__________。
（1）氨基蝶呤 （2）D D和S （3）使每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞，达到单克隆培养的目的
加入氨基蝶呤后D途径被阻断，未融合的骨髓瘤细胞和融合的同种核的骨髓瘤细胞由于不能合成DNA，所以不能增殖
未融合的淋巴细胞和融合的同种核的淋巴细胞仅有S途径，但一般不分裂增殖
杂交瘤细胞可以利用淋巴细胞中的S途径合成DNA，能不断分裂增殖
新冠病毒检测方法
新冠检测方法
核酸检测
抗原检测
抗体检测
实时荧光RT-PCR
将病毒RNA反转录变成cDNA，设计引物和荧光TaqMan探针，通过PCR进行扩增,通过荧光信号的强弱进行实时检测。
胶体金标记鼠抗新冠病毒抗体1
鼠抗新冠病毒抗体2
抗原检测
羊抗鼠抗新冠病毒抗体
胶体金是一种标记颗粒，可与蛋白质牢固结合，但不影响蛋白质的生物特性，胶体金标记物可随液体移动，当移动至固定的抗体区域与之发生特异性结合后而被截留，并呈现红色。
该抗体可移动
该抗体不可移动
检测线：检测样品中的样本
质控线：检测层析是否有效
添加样品的区域
思考：当抗原检测是阴性时，是不是说明一定没有感染新冠病毒？
样品太少或被污染或采样的方法不对
抗体检测
胶体金标记新冠病毒抗原
胶体金标记鼠IgG
鼠抗人IgG抗体
羊抗鼠IgG抗体
新冠病毒抗体IgG
思考：当通过抗体检测是阴性时，是否说明未感染新冠病毒？
可能是感染初期还没有形成抗体
人绒毛膜促性腺激素(HCG)是妊娠后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白,制备抗HCG单克隆抗体可用于检测早孕。图乙是医学上定量检测抗原的双抗体夹心法原理示意图,单克隆抗体可以增强该方法的效果。回答下列问题。
(1)结合图示分析,用双抗体夹心法检测抗原数量时,酶标抗体的作用是　 ,该方法中抗原至少需要含有　　　　个抗体结合位点。现有多种抗HCG的单克隆抗体,欲筛选出两种适用于双抗体夹心法的单克隆抗体,可通过检测并比较　　　　　　来确定。
(1)与待测抗原结合,并催化检测底物生成产物　 2　 产物量
酶标抗体法
九、动物细胞核移植技术
1.概念：
2.原理：
3.非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难，主要原因？
4.过程：
体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核的原因：
动物体细胞分化程度高，表现全能性困难
将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。
思考：①细胞核的来源
②去核卵母细胞
动物细胞核的全能性
减数分裂Ⅱ中期（MⅡ期）的核：纺锤体—染色体复合物。去核指去除该复合物
具体分析过程：
1.整个体细胞核移植过程用到了哪些技术
2.原理
3.受体细胞:①选择MII期卵母细胞做受体细胞的原因
②用什么方法去核 去核的时期？
③受体细胞为何要去核
4.注入卵母细胞的是供体细胞还是其细胞核 为什么
5.促融的方法 激活重构胚的方法 激活的目的
6.克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗 为什么
（克隆动物性状与细胞核供体动物基本相同，不完全相同的原因？）
7.体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
动物体细胞核移植、胚胎移植、动物细胞培养
动物细胞核的全能性
体积大易操作;含有促使细胞核表现全能性的物质和营养条件
保证克隆动物细胞核内的遗传物质完全来自有重要利用价值的供体
显微操作去核法
MII期
将整个供体细胞注入去核的卵母细胞
操作简便，对卵母细胞的损伤小
电融合法
目的：激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程
不是 原因:①克隆动物细胞核DNA来自供体细胞核，但其细胞质DNA同时来自核供体细胞和受体卵母细胞 ②表现型=基因型+环境影响
物理或化学法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂)
十、胚胎工程框架
胚胎早期发育（输卵管、子宫）：受精卵 卵裂期 桑葚胚 囊胚（ 原肠胚）
1）卵裂期：胚胎总体积并不增加，每个细胞体积↓有机物总量↓有机物种类↑
2）囊胚组成及各部分功能：
3）①出现细胞分化的阶段 ②发生孵化的阶段 ③出现胚层分化的阶段 ④胚胎移植的时期
十一、胚胎移植——其生理学基础详见271BAY
1.流程：
2.供受体：
(1)选择：
(2)两次处理：
(3)两次检查：
3.生理学基础：
4.胚胎移植实质：
5.胚胎移植的优势：
①供体:遗传性状优良、生产能力强
②受体:同一物种，健康体质，正常繁殖能力
①同期发情处理（供、受体母牛）：激素
②超数排卵处理（供体母牛）：促性腺激素
①收集胚胎后，检查胚胎质量
②胚胎移植后，对受体进行妊娠检查
（1）同期发情处理：使供、受体生殖器官生理变化相同，生理环境相同
（2）胚胎收集的基础：早期胚胎处于游离状态
（3）胚胎在受体内存活的基础：不发生免疫排斥反应
（4）受体不影响胚胎的遗传特性
早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力（①供体的主要职能是产生具有优良遗传特性的胚胎；受体负责妊娠和孕育；大大缩短供体的繁殖周期。②超数排卵增加供体的后代数）
过程：
1.概念：采用机械方法将胚胎分割成２等份、４等份或８等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
2.生殖方式：无性生殖　 原理：细胞的全能性　　　
意义：提高胚胎的利用率
3.材料：发育良好，形态正常的　桑葚胚　或 囊胚 。　 　　　　
4.注意：在分割囊胚时，注意将　内细胞团 均等分割。
设备：体视显微镜和显微操作仪，操作液，分割针、分割刀
5.分割后胚胎去向：可直接移植给受体，或体外培养后移植。　　
若不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。
分子水平的检测利用的是DNA分子杂交技术，若出现阳性反应者，则胚胎为雄性（填性别）；细胞水平的检测是用显微镜观察染色体的形态和数目。
十二、胚胎分割
核移植——无性生殖、
体外受精——有性生殖
胚胎分割——无性生殖
比较项目 试管动物 克隆动物
技术基础 体外受精、胚胎移植 核移植技术、细胞培养、胚胎移植
实例 试管牛 多莉羊
生殖方式 有性生殖 无性生殖
遗传物质 遗传物质来自双亲两个个体 遗传物质大部分来自供核生物体
意义 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期 加速家畜遗传改良进程，挽救濒危物种等