专题二细胞工程
概念: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,通过某种工程学手段,在细胞整体水平或细胞器水平上,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。(是基于细胞水平的操作)
2.1 植物细胞工程
常用的技术是:植物组织培养和植物体细胞杂交。
理论基础是:植物细胞的全能性。
1细胞的全能性
概念:细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。原因是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质及发育为完整个体所必需的全部基因。
在生物的个体发育中,由于基因在特定时间和空间下选择性地表达而形成不同器官,因此,要实现细胞的全能性,首先必须使生物体的细胞处于离体状态。
植物组织培养
脱分化概念;
分化的细胞经诱导后,失去特有的结构功能转变成末分化的细胞的过程
决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是:激素诱导和营养物质
实质:是恢复细胞的全能性的过程(脱去细胞分化)
结果 ( file: / / / I:\\选修\\选修3\\上课的课件\\专题二细胞工程\\1.薄壁细胞脱分化.swf" \t "_parent ):形成愈伤组织(所以:愈伤组织是脱分化的结果)
植物体细胞杂交
植物体细胞杂交过程示意图
说明:
A温和的去细胞壁的方法是:
用酶(纤维素酶和果胶酶)
B诱导原生质体融合是关键环节
根据的原理是:细胞膜的流动性
方法
:物理离心.振动.电激
化学: 聚乙二醇(PEG)作诱导剂
成功标志是: 产生了新的细胞壁
2.1.2植物细胞工程的实际应用
一植物细胞工程是植物繁殖新途径 :
1微型繁殖技术
概念:是快速高效实现种苗繁植培育优良植物品种的植物组织培养技术
特点:
① 繁殖速度快;(可以在短时间中获得大量的优质种苗。)
②“高保真”(因为是无性繁殖);
③ 不受自然生长季节的限制(因为在具有一定人工设施的室内生产)。
2植物细胞工程可进行作物脱毒
物脱毒的原因: 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,而植物的分生区一般不会感染病毒,用分生区的细胞进行组织培养,就能得到大量的脱毒苗。
作物脱毒主要材料::分生区的细胞
作物脱毒方法::进行组织培养
结果::脱毒苗
3植物细胞工程可制作人工种子
人工种子的概念:是指通过植物组织培养的方法获得的具有正常发育能力的材料,外面包被着特定的物质,在适宜的条件下可以发芽成苗的植物幼体。
理解:人工种子的概念中包含的“具有正常发育能力的材料”通常是指胚状体(不定芽、顶芽和腋芽),
产生途径:
1)由已脱分化的外植体直接产生;(2)由愈伤组织产生;
植物人工种子制备技术的详细过程,(制备技术的主要流程图。)
诱导植物愈伤组织
↓
体细胞胚的诱导
↓
体细胞胚的成熟
↓
体细胞胚的机械化包裹
↓
贮藏或种植
二植物细胞工程可作为作物的新品种培育
1传统方法(杂 交)
利用植物细胞工程中的组织培养可以:
1单倍体育种(通过花药或花粉来获得单倍体)
优点:单倍体育种可以直接得到纯合体,所以这样大大地缩短了育种年限。
2突变体的利用
突变体产生: 植物组织培养中加以诱导产生的
突变体的利用::筛选对人有利的突变体培育新品种
3细胞产物的工厂化生产
利用的枝术::组织培养
2.2 动物细胞工程
2.2.1动物细胞工程之一动物细胞培养(:和植物细胞培养的区别?结果和目的不同)
动物细胞培养的概念是从动物机体中取出相关细胞,将它分散成单个细胞,放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖.
和植物组织培养比较:动物细胞的培养原理:细胞增殖
植物组织培养:全能性
常用技术:动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植。
1.动物细胞培养过程:
动物细胞培养的过程的说明:
酶胰蛋白酶(胃蛋白酶在此环境中没有活性,而胰蛋白酶在此环境中活性较高,因此胰蛋白酶适宜用于细胞培养。)和胶原蛋白酶(目的使处理使细胞分散)
动物细胞培养的过程的过程分以下几个阶段:
1.原代培养:直接从有机体取得组织分散成细胞在培养液中的培养(到接触抑制时止),这时培养称为原代培养;(从1~10代)
2.传代培养:分瓶后的培养(从10~50代)
④ 50代以后细胞发生了癌变。
应用:用于生产病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体、细胞移植材料。
3.动物细胞培养要经过脱分化的过程吗?
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或细胞培养时的脱分化过程了。
3动物细胞培养的条件
环境条件:
A无菌、无毒的环境
B加抗生素:防止污染
C更换培养液:防止细菌的细胞代谢产物对细胞体危害
物质条件:充足的
营养供给:和体内基本相同,的合成培养基(氨基酸、葡萄糖
适宜的温度:36.5
适宜的pH:7.2—7.4
气体环境:O2供细胞代谢
CO2维持培养液的pH
通常要添加血清
原因: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。
植物组织培养和动物细胞培养的比较
比较项目 原 理 培养基 结 果 培养目的
植物组织培养 细胞的全能性 固体;营养物质;激素 培育成植株 快速繁殖,培育无病毒植株等
动物细胞培养 细胞的增殖 液体;营养物质动物血清等 培养成细胞株或细胞系 获得细胞的产物或细胞等
4动物细胞培养技术的用(请写一个例子)
1基因工程(培养它作受体细胞)
2病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体的生产,制皮肤细胞,
3检测有毒物质的毒性等。
二.动物细胞工程之二:动物体细胞核移植技术和克隆动物
1概念:将一个动物的细胞核,移入另一个去核的卵母细胞中,使其重组发育成一个胚胎,最终发育成动物个体
2过程
说明:
(1)必须先去掉受体卵母细胞(个体大,易操作
(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(为了保证供体细胞正常的遗传基础)
(3)克隆动物不会是核供体动物100%的复制
3结果:得到克隆动物
4动物体细胞核移植技术的前景:
哺乳动物的胚胎移植
可以快速繁殖优良动物品种、解决人类不育症问题。
核移植
应用于动物的克隆、人类疾病的治疗(器官移植免疫匹配)、保护濒危动物。
2.2.2动物细胞融合与单克隆抗体
与植物原生质体融合的基本原理相同,诱导融合的方法类似。
常用的融合剂有:聚乙二醇、灭活的病毒等。
动物细胞融合应用:制备单克隆抗体。
单克隆抗体的制备
A淋巴细胞的融合
1细胞融合(得到了)
B淋巴细胞和瘤细胞和杂交细胞
C瘤细胞的融合细胞
2获得专一的杂交细胞(它继承了双亲的优点:
能产生单一抗体;在体外能够无限增殖)
3得到化学性质单一的,针对性强的抗体
(有两种方法)
用途:用于疾病治疗
1可用于作为诊断试剂:有准确,高效,快速的优点
2可用于疾病治疗
3可用于运载药物(作为运载对应疾病的药物的 “生物导弹“。)
“生物导弹”=单克隆抗体+药物
【例题选讲】
例一:表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛。产生这一结果最可能的原因是( )
A.试管动物培养 B.胚胎移植
C.胚胎分割移植 D.受精卵移植
解析:本题主要考查动物细胞工程的有关知识。
表现型不同的母牛,其基因型一定不同,生育出基因型完全相同的小牛,根据题目给出的选项,很可能是将胚胎分割移植,因为胚胎时期的细胞具有较高的全能性。该技术可使牛快速繁殖。
因此,本题的答案是:C。
【同步练习】
选择题:
1.植物细胞表现出全能性的必要条件是( )
A.给予适宜营养和条件 B.导入其他植物细胞的基因
C.脱离母体后,给予适宜的营养 D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
2.生物体内的细胞没有表现出全能性,原因是( )
A.细胞丧失了全能性 B.基因表达有选择性
C.基因发生了变化 D.不同细胞的基因不同
3.下列物质中属于分泌蛋白的是( )
①肠肽酶 ②抗体 ③载体 ④氧化酶 ⑤性激素 ⑥胰岛素
A.①②③④ B.②③⑤⑥ C.①②⑥ D.只有①④
4.下列有关生物膜的叙述,不正确的是( )
各种生物膜的化学组成和结构完全相同
不同细胞器或细胞结构的生物膜之间是可以相互转变的
生物膜的研究已经深入到分子水平
D.细胞内的生物膜既各司其职,又相互协作,共同完成细胞的生理功能
5.在不损伤高等植物细胞内部结构的情况下,下列哪种物质适合于除去细胞壁( )
A.蛋白酶 B.盐酸 C.淀粉酶 D.纤维素酶
6.动物细胞融合和植物原生质体融合决定于( )
A.细胞膜的流动性 B.细胞膜的选择透过性
C.细胞质的流动性 D.细胞质中酶的活性
7.植物细胞工程通常采用的技术手段有植物组织培养和植物体细胞杂交等,这项技术的理论基础是( )
A.植物细胞能进行有丝分裂 B.植物细胞的结构是完整的
C.植物体的生命活动受激素调节 D.植物细胞具有全能性
8.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织过程中,下列哪一项是不需要的( )
A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素
9.为了使培养的动物组织细胞分散开,以便制成一定浓度的细胞悬浮液,选来的动物组织应先用下列哪种物质处理( )
A.胃蛋白酶 B.胰蛋白酶 C.盐酸 D.胰脂肪酶
10.哺乳动物如牛是人类生活中的一种重要的肉制品、皮毛制品的原料来源,但哺乳动物妊娠时间长,每胎产仔少,繁殖速度比较慢。要加快优良种畜的繁殖速度,目前最好采用的方法是( )
A.动物细胞培养 B.胚胎移植 C.动物细胞融合 D.核移植
分析说明题
下图是植物体细胞杂交过程示意图,据图分析回答:
图中①过程是__________,目前最常用的方法是___________。
②过程的发生,必须进行_______,其方法有_____法和______法。
融合后的原生质体会再生出细胞壁,新的细胞壁的产生与细胞内的______(细胞器)有关。
③和④过程是一个______和_____的过程,在该过程中,细胞分裂主要方式是___________。
【练习答案】
一、1.C 2.B 3.C 4.A 5.D 6.A 7.D 8.C 9.D 10.B
二、1.去掉细胞壁;酶解法
2.人工诱导;物理;化学
3.高尔基体
4.脱分化;再分化;有丝分裂
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
根、芽
植物体
脱分化
再分化
发育
植物细胞A
植物细胞B
去掉细胞壁(
去掉细胞壁
原生质体A
原生质体B
原生质体融合
杂合的原生质体
再生出细胞壁
杂种细胞
细胞分裂
分化发育
愈伤组织
杂种植株
10代左右
幼龄动物组织
剪碎
胰蛋白酶处理
细胞培养(原代培养)
传代培养
细胞株
细胞系
50代后
注入小鼠
细胞融合
分离
抗原注入小鼠体内
B淋巴细胞
骨髓瘤细胞
杂交瘤细胞
细胞培养
选择培养细胞
培养基
体内培养
体外培养
从腹水提取
从培养液提取
单克隆抗体
③ 细胞分裂
植物细胞A
植物细胞B
①
①
原生质体A
原生质体B
②
杂合的原生质体
再生出细胞壁
杂种细胞
④
愈伤组织
杂种植株
12
4