2.0《细胞工程》PPT课件（新人教版-选修3）
文档属性
| 名称 | 2.0《细胞工程》PPT课件（新人教版-选修3） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2012-05-31 23:19:45 | ||
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文档简介
(共74张PPT)
新课标人教版课件系列
《高中生物》
选修3
专题２
《细胞工程 》
教学目标
１、 简述植物的组织培养；２、 说出细胞全能性的含义及其在植物组织培养中的应用；３、 尝试进行植物组织培养,体验植物组织培养技术；４、 简述植物体细胞杂交技术； ５、 列举植物细胞工程的实际应用；６、 简述动物的细胞培养与体细胞克隆简述动物细胞培养的过程、条件及其应用；７、简述克隆动物的概念和原理；８、简述体细胞核移植技术和体细胞克隆及其应用前景，关注体细胞克隆技术的安全性和伦理性问题；９、举例说出细胞融合与单克隆抗体；10、简述动物细胞融合的方法和过程;
11、概述单克隆抗体的制备过程及其应用； 12、认同细胞学基础理论研究与技术开发之间的关系； 13、关注细胞工程研究的发展和应用前景。
专题２《细胞工程 》
2.1《植物细胞工程》
番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。 人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？
细胞工程
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。
细胞工程
应用的原理和方法
研究的水平
研究的目的
细胞生物学和分子生物学
细胞整体水平或细胞器水平
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
概念
分类
植物细胞工程
动物细胞工程
理论基础
细胞的全能性
主要技术
植物组织培养
植物体细胞杂交
动物细胞培养
动物细胞融合
单克隆抗体技术
胚胎移植
核移植
植物细胞工程技术
动物细胞工程技术
异种植物细胞
杂种细胞
转基因植物
异种动物细胞
动物细胞群
重组细胞
体细胞细胞核
早期胚胎
受精卵
去核卵细胞
克隆动物
试管婴儿
动物细胞融合
植物体细胞杂交
植物组织培养
动物细胞培养
核移植
胚胎移植
体外受精
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
（一） 细胞的全能性
1、定义：
生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。
2、原理：
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，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。
3、差异：
（1） 受精卵的全能性最高
（2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。
植物细胞的全能性
受精卵
生殖细胞
体细胞
＞
＞
4、大小
例一：非洲爪蟾实验
突变型蝌蚪肠上皮细胞 野生型未受精卵细胞 紫外线破坏细胞核
取出细胞核 无核的未受精卵
（含有一个核仁）
“重组细胞”
囊胚 囊胚 蝌蚪 成蛙（细胞核含一个核仁）
移入
发育
发育
发育
已经分化的动物细胞可以发育成为一个动物体
5.细胞表现出全能性的条件
离体状态
有一定营养物质、激素和其他外界条件
蜜蜂（2N=32）
减数分裂
卵细胞(N=16)
发育
雄蜂(N=16)
卵细胞可以直接发育成为一个新个体
例二：
思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？
基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。
5、例题辨析：
下列有关细胞全能性的含义，正确的是：
A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能
B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能
C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能
D、 生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程
Schwann在1839 年明确的指出：“如果具有与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独立生活和发展”。
德国著名植物学家G.Haberlandt在细胞学说的基础上于1902年提出了细胞全能性学说。他认为，高等植物的组织、器官可以不断分割，直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。
植物组织培养
关键词：
外植体、脱分化、再分化、愈伤组织
细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件
必要条件：
植物组织培养
外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官
1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等）
2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿中
3）切取所需的外植体
4）将外植体接种于培养容器的培养基上
整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！
外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织
植物组织培养的培养基
定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质
无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素
有机营养成分
① 含N物质：包括维生素和氨基酸
② 碳源：2%—5%的蔗糖
③ 琼脂：起支持作用
④ 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素
PH值：5.0－6.0
试管苗大规模培养
过程
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
根、芽
植物体
外植体
脱分化
植物激素：
细胞分裂素、生长素
再分化
植物组织培养
植物组织培养条件：
含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。
1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。
1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种——“Potamato”。
目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。
（三） 植物体细胞杂交
1、定义：
用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。
2、优势：（与有性杂交方法比较）
打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。
去壁
去壁
纤维素酶果胶酶
原生质体
植物细胞
原生质体融合
离心、振动、电刺激、
聚乙二醇
再生细胞壁
杂种细胞
去分化
愈伤组织
杂种植株
激素
筛选
等量
激素
再分化
植物体细胞杂交过程示意图
植物A细胞
植物B细胞
去壁
原生质体A
原生质体B
原生质体融合
融合体
再生壁
杂种细胞
细胞分裂
愈伤组织
杂种植株
去壁的常用方法：
酶解法（纤维素酶、果胶酶等）
原生质体融合方法：
物理法：离心、振动、电刺激等
化学法：聚乙二醇（PEG）
植物体细胞杂交过程示意图
制备原生质体：酶解法去掉细胞壁
诱导融会
新的原生质体
生出细胞壁
杂种细胞
组织培养
杂种植株
意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种
几个概念：
愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。
植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。
植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
1、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，发育成完整的植株的是（ ）
A、细胞分裂素 B、生长素 C、一定的营养物质 D、以上三者均是
2、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于细胞工程（ ） A、有性杂交 B、体细胞杂交 C、组织培养 D、细胞核移植
3、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是 A、卵细胞 B、植物花粉 C、体细胞 D、受精卵
巩固练习
4、在生物体内 ，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为（ ） A、细胞丧失了全能性B、基因的表达有选择性 C、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化
5、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（ ） A、去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 B、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状 C、将杂种细胞培育成植株 D、尚未培育出属间杂种植物
6、用植物组织培养技术，可以培育或生产出 A、食品添加剂 B、无病毒植物 C、人工种子 D、A、B、C均是
7、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ） A、振动 B、电剌激 C、PEG试剂 D、重压
8、能剌激愈伤组织形成的激素是 （ ） A、细胞分裂素 B、赤霉素 C、生长素和赤霉素 D、细胞分裂素和乙烯
一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖
(1)微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.
(2)特点:
保持优良品种的遗传特性;
高效快速地实现种苗的大量繁殖.
2.作物脱毒
(1)材料:无病毒的茎尖
(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得
3.神奇的人工种子
(1)特点:
后代无形状分离
不受气候,季节和地域限制
(2)技术:植物组织培养.
(3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
(1)方法:花药的离体培养
(2)优点:
后代稳定遗传,都是纯合体;
明显缩短育种年限.
2.突变体的利用
(1)产生:植物组织培养
(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
三、细胞产物的工厂化生产
1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.
2.技术:植物的组织培养.
专题２《细胞工程 》
2.２《动物细胞工程》
2.2 动物细胞工程
单克隆抗体等
动物细胞工程常用的技术
动物细胞培养
动物细胞核移植
动物细胞融合
是其他动物细胞工程技术的基础。
为什么要进行动物细胞培养
1.动物细胞培养
如何进行细胞培养 培养时又需要提供哪些必要条件呢？
2.2.1动物细胞培养和核移植技术
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。
1.1概念
1.2 动物细胞培养过程
胚胎或幼龄动物的组织器官
细胞悬液
10代细胞
50代细胞
剪碎
胰蛋白酶
洗涤、稀释、分离
原代培养
用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。动物细胞培养适宜的PH为7.2—7.4，此环境下胃蛋白酶（2.0）没有活性，而胰蛋白酶(7.2-8.4)的活性较高。
比老龄动物的组织细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛。分化程度越低，增殖能力越强，越容易培养。
动物细胞培养不能最终培养成生物体
细胞增殖缓慢，核型可能变化
动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织和器官。
贴壁生长
接触抑制
10代以内，保持正常二倍体核型
传代培养
多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，根据你所学的内环境的知识，思考以下问题：
1.体外培养细胞时需要提供哪些物质？
2.体外培养的细胞需要什么样的环境条件？
讨 论
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子和
动物血清等。
适宜温度、PH和气体环境；无菌无毒环境
获得细胞
细胞的全能性
细胞或细胞产品
新的个体或细胞产品
培养结果
或细胞产物
快速繁殖、培育无病毒植株等
培养目的
葡萄糖、动物血清促生长因子
蔗糖、植物激素
培养基特有成分
液体培养基
固体培养基
培养基性质
细胞增殖
原 理
动物细胞培养
植物组织培养
比较项目
植物细胞和动物细胞培养的比较
大规模的生产有重要价值的生物制品 如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体 为基因工程技术提供受体细胞 培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植 有毒物质的检测 细胞的生理、药理、病理研究 如用于筛选抗癌药物等，为治疗和预防癌症及其他疾病提供依据
动物细胞培养技术的应用
2.动物细胞核移植技术和克隆动物
将动物的一个细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成为一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体（克隆动物）
分
类
胚胎细胞核移植：
体细胞核移植：
细胞分化程度低，恢复全能性容易
细胞分化程度高，恢复全能性不容易
2.1 动物细胞核移植概念：
2.2体细胞核移植的过程：
请看教材P48图2-21
思考：
1.核移植的受体细胞是什么？处在什么时期？
2.通过什么手段激活受体细胞，构建重组胚胎？
MⅡ中期卵母细胞
诱导方法：物理或化学方法激活受体细胞，完成细胞分裂和发育进程。
主要用于制备
单克隆抗体
获得杂种植株
用 途
物理、化学方法
（同左）
灭活的病毒
物理（离心、振荡、电刺激）
化学（聚乙二醇）
诱导方法
使细胞分散后诱
导细胞融合
去除细胞壁后诱
导原生质体融合
细胞融合的方法
细胞膜的流动性
细胞膜的流动性、
植物细胞全能性
原 理
动物细胞融合
植物体细胞杂交
比较项目
植物、动物细胞融合的比较
讨论：
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？
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。
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。
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？
3.你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。
此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物100%的复制。
2.3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
4、了解胚胎发育和衰老过程；追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病
1、成功率比较低 2、大多存在健康问题 3、克隆动物食品安全问题
2.4体细胞核移植技术存在的问题：
思考与探究
2.动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？
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。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。
3.1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达（Lucinda）的奶牛，年产奶量为30.8 t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4 t。
（1）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。
可以。卢辛达的产奶量很高，有高产奶的遗传基础，利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产的后代，从而加快奶牛改良进程。
该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤其是在小范围内不能无限的繁殖，以避免奶牛群出现近亲繁殖而引起种质衰退。
（2）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？
从卢辛达耳朵（也可用别的组织、器官，耳朵在活体上容易取）上剪取一小块组织，在体外培养获得该组织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞，使其完成减数分裂和发育过程。核移植胚胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。
4.体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。
研究方面：克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。
应用上：生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。
一、动物细胞融合
细胞融合是正常的生命活动
两个细胞正在融合
受精作用
动
物
细
胞
融
合
细胞A
细胞B
杂种细胞
灭活的病毒
物理法
化学法
仙台病毒
疱疹病毒
新城鸡瘟病毒
用灭活的病毒诱导动物细胞融合过程
细胞核
病毒颗粒
细胞核
为什么细胞融合过程中使用的病毒需要灭活？
二、单克隆抗体
什么是抗体？
抗体是机体受抗原刺激后产生的、并能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。
B淋巴细胞产生抗体。
B淋巴细胞与抗体
１．B淋巴细胞受抗原刺激后，可以产生抗体。
２．动物体内的B淋巴细胞可以产生百万种以上的抗体，每种抗体对特定的抗原具有特异性免疫作用。
３．每一个淋巴细胞只能产生一种抗体。
单克隆抗体
由单个B淋巴细胞经过无性繁殖（克隆），形成基因型相同的细胞群，这一细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。
特点：特异性强、灵敏度高
如何大量生产单克隆抗体？
利用淋巴细胞产生抗体的功能
利用肿瘤细胞无限增殖的特性
利用细胞融合的技术将两种细胞融合获得具有淋巴细胞和肿瘤细胞特性的杂交瘤细胞
利用动物细胞培养技术大量培养杂交瘤细胞
单克隆抗体制备过程
注射抗原
B淋巴细胞
骨髓瘤细胞
细胞融合、筛选
杂交瘤细胞
细胞培养
筛选，继续培养
足够数量的、能产生特定抗体的细胞群
体外培养
注射到小鼠腹腔
单克隆抗体
思考：
1、本过程利用了哪些原理？
免疫原理，细胞融合原理和动物细胞培养原理
2、为什么选用小鼠骨髓瘤细胞与B细胞融合？
这样融合成的杂交瘤细胞，继承了双亲细胞的遗传物质，不仅具有B细胞分泌抗体的能力，而且还有无限增殖的本领，因而可以获得大量单克隆抗体。
单克隆抗体的应用
与常规抗体相比，单克隆抗体产量高，特异性强，灵敏度高，优越性十分明显。
应用主要有：
1、临床诊断
2、作为载体，运载抗癌药物，形成“生物导弹”治疗肿瘤
资料：目前世界各国已经研制出数以百计的单克隆抗体。许多缺乏良好诊断手段的传染病、免疫性疾病、血液病、内分泌疾病和遗传病，用单克隆抗体作为诊断手段，是一个必然趋势。另外，用单克隆抗体做体内诊断，借以鉴别和定位体内“病灶”也引起人们的注意，目前，主要用于肿瘤追踪及心肌梗塞的诊断。
２．在动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是（ ）
A．结果是相同的
B．杂种细胞的形成过程基本相同
C．操作过程中酶的作用相同
D．诱导融合的手段相同
Ｂ
３. 单克隆抗体制备过程中，骨髓瘤细胞和B淋巴细胞
诱导融合后，要用特定培养基筛选出杂交瘤细胞，
在这种培养基上不能存活增殖的细胞是（ ）
①淋巴细胞
②小鼠骨髓瘤细胞
③B淋巴细胞自身融合细胞
④小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞
⑤杂交瘤细胞
A． ②④ B．①③⑤
C． ①②③④ D．②③
C
新课标人教版课件系列
《高中生物》
选修3
专题２
《细胞工程 》
教学目标
１、 简述植物的组织培养；２、 说出细胞全能性的含义及其在植物组织培养中的应用；３、 尝试进行植物组织培养,体验植物组织培养技术；４、 简述植物体细胞杂交技术； ５、 列举植物细胞工程的实际应用；６、 简述动物的细胞培养与体细胞克隆简述动物细胞培养的过程、条件及其应用；７、简述克隆动物的概念和原理；８、简述体细胞核移植技术和体细胞克隆及其应用前景，关注体细胞克隆技术的安全性和伦理性问题；９、举例说出细胞融合与单克隆抗体；10、简述动物细胞融合的方法和过程;
11、概述单克隆抗体的制备过程及其应用； 12、认同细胞学基础理论研究与技术开发之间的关系； 13、关注细胞工程研究的发展和应用前景。
专题２《细胞工程 》
2.1《植物细胞工程》
番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。 人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？
细胞工程
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。
细胞工程
应用的原理和方法
研究的水平
研究的目的
细胞生物学和分子生物学
细胞整体水平或细胞器水平
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
概念
分类
植物细胞工程
动物细胞工程
理论基础
细胞的全能性
主要技术
植物组织培养
植物体细胞杂交
动物细胞培养
动物细胞融合
单克隆抗体技术
胚胎移植
核移植
植物细胞工程技术
动物细胞工程技术
异种植物细胞
杂种细胞
转基因植物
异种动物细胞
动物细胞群
重组细胞
体细胞细胞核
早期胚胎
受精卵
去核卵细胞
克隆动物
试管婴儿
动物细胞融合
植物体细胞杂交
植物组织培养
动物细胞培养
核移植
胚胎移植
体外受精
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
（一） 细胞的全能性
1、定义：
生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。
2、原理：
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，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。
3、差异：
（1） 受精卵的全能性最高
（2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。
植物细胞的全能性
受精卵
生殖细胞
体细胞
＞
＞
4、大小
例一：非洲爪蟾实验
突变型蝌蚪肠上皮细胞 野生型未受精卵细胞 紫外线破坏细胞核
取出细胞核 无核的未受精卵
（含有一个核仁）
“重组细胞”
囊胚 囊胚 蝌蚪 成蛙（细胞核含一个核仁）
移入
发育
发育
发育
已经分化的动物细胞可以发育成为一个动物体
5.细胞表现出全能性的条件
离体状态
有一定营养物质、激素和其他外界条件
蜜蜂（2N=32）
减数分裂
卵细胞(N=16)
发育
雄蜂(N=16)
卵细胞可以直接发育成为一个新个体
例二：
思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？
基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。
5、例题辨析：
下列有关细胞全能性的含义，正确的是：
A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能
B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能
C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能
D、 生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程
Schwann在1839 年明确的指出：“如果具有与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独立生活和发展”。
德国著名植物学家G.Haberlandt在细胞学说的基础上于1902年提出了细胞全能性学说。他认为，高等植物的组织、器官可以不断分割，直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。
植物组织培养
关键词：
外植体、脱分化、再分化、愈伤组织
细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件
必要条件：
植物组织培养
外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官
1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等）
2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿中
3）切取所需的外植体
4）将外植体接种于培养容器的培养基上
整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！
外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织
植物组织培养的培养基
定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质
无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素
有机营养成分
① 含N物质：包括维生素和氨基酸
② 碳源：2%—5%的蔗糖
③ 琼脂：起支持作用
④ 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素
PH值：5.0－6.0
试管苗大规模培养
过程
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
根、芽
植物体
外植体
脱分化
植物激素：
细胞分裂素、生长素
再分化
植物组织培养
植物组织培养条件：
含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。
1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。
1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种——“Potamato”。
目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。
（三） 植物体细胞杂交
1、定义：
用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。
2、优势：（与有性杂交方法比较）
打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。
去壁
去壁
纤维素酶果胶酶
原生质体
植物细胞
原生质体融合
离心、振动、电刺激、
聚乙二醇
再生细胞壁
杂种细胞
去分化
愈伤组织
杂种植株
激素
筛选
等量
激素
再分化
植物体细胞杂交过程示意图
植物A细胞
植物B细胞
去壁
原生质体A
原生质体B
原生质体融合
融合体
再生壁
杂种细胞
细胞分裂
愈伤组织
杂种植株
去壁的常用方法：
酶解法（纤维素酶、果胶酶等）
原生质体融合方法：
物理法：离心、振动、电刺激等
化学法：聚乙二醇（PEG）
植物体细胞杂交过程示意图
制备原生质体：酶解法去掉细胞壁
诱导融会
新的原生质体
生出细胞壁
杂种细胞
组织培养
杂种植株
意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种
几个概念：
愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。
植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。
植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
1、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，发育成完整的植株的是（ ）
A、细胞分裂素 B、生长素 C、一定的营养物质 D、以上三者均是
2、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于细胞工程（ ） A、有性杂交 B、体细胞杂交 C、组织培养 D、细胞核移植
3、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是 A、卵细胞 B、植物花粉 C、体细胞 D、受精卵
巩固练习
4、在生物体内 ，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为（ ） A、细胞丧失了全能性B、基因的表达有选择性 C、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化
5、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（ ） A、去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 B、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状 C、将杂种细胞培育成植株 D、尚未培育出属间杂种植物
6、用植物组织培养技术，可以培育或生产出 A、食品添加剂 B、无病毒植物 C、人工种子 D、A、B、C均是
7、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ） A、振动 B、电剌激 C、PEG试剂 D、重压
8、能剌激愈伤组织形成的激素是 （ ） A、细胞分裂素 B、赤霉素 C、生长素和赤霉素 D、细胞分裂素和乙烯
一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖
(1)微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.
(2)特点:
保持优良品种的遗传特性;
高效快速地实现种苗的大量繁殖.
2.作物脱毒
(1)材料:无病毒的茎尖
(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得
3.神奇的人工种子
(1)特点:
后代无形状分离
不受气候,季节和地域限制
(2)技术:植物组织培养.
(3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
(1)方法:花药的离体培养
(2)优点:
后代稳定遗传,都是纯合体;
明显缩短育种年限.
2.突变体的利用
(1)产生:植物组织培养
(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
三、细胞产物的工厂化生产
1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.
2.技术:植物的组织培养.
专题２《细胞工程 》
2.２《动物细胞工程》
2.2 动物细胞工程
单克隆抗体等
动物细胞工程常用的技术
动物细胞培养
动物细胞核移植
动物细胞融合
是其他动物细胞工程技术的基础。
为什么要进行动物细胞培养
1.动物细胞培养
如何进行细胞培养 培养时又需要提供哪些必要条件呢？
2.2.1动物细胞培养和核移植技术
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。
1.1概念
1.2 动物细胞培养过程
胚胎或幼龄动物的组织器官
细胞悬液
10代细胞
50代细胞
剪碎
胰蛋白酶
洗涤、稀释、分离
原代培养
用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。动物细胞培养适宜的PH为7.2—7.4，此环境下胃蛋白酶（2.0）没有活性，而胰蛋白酶(7.2-8.4)的活性较高。
比老龄动物的组织细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛。分化程度越低，增殖能力越强，越容易培养。
动物细胞培养不能最终培养成生物体
细胞增殖缓慢，核型可能变化
动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织和器官。
贴壁生长
接触抑制
10代以内，保持正常二倍体核型
传代培养
多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，根据你所学的内环境的知识，思考以下问题：
1.体外培养细胞时需要提供哪些物质？
2.体外培养的细胞需要什么样的环境条件？
讨 论
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子和
动物血清等。
适宜温度、PH和气体环境；无菌无毒环境
获得细胞
细胞的全能性
细胞或细胞产品
新的个体或细胞产品
培养结果
或细胞产物
快速繁殖、培育无病毒植株等
培养目的
葡萄糖、动物血清促生长因子
蔗糖、植物激素
培养基特有成分
液体培养基
固体培养基
培养基性质
细胞增殖
原 理
动物细胞培养
植物组织培养
比较项目
植物细胞和动物细胞培养的比较
大规模的生产有重要价值的生物制品 如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体 为基因工程技术提供受体细胞 培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植 有毒物质的检测 细胞的生理、药理、病理研究 如用于筛选抗癌药物等，为治疗和预防癌症及其他疾病提供依据
动物细胞培养技术的应用
2.动物细胞核移植技术和克隆动物
将动物的一个细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成为一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体（克隆动物）
分
类
胚胎细胞核移植：
体细胞核移植：
细胞分化程度低，恢复全能性容易
细胞分化程度高，恢复全能性不容易
2.1 动物细胞核移植概念：
2.2体细胞核移植的过程：
请看教材P48图2-21
思考：
1.核移植的受体细胞是什么？处在什么时期？
2.通过什么手段激活受体细胞，构建重组胚胎？
MⅡ中期卵母细胞
诱导方法：物理或化学方法激活受体细胞，完成细胞分裂和发育进程。
主要用于制备
单克隆抗体
获得杂种植株
用 途
物理、化学方法
（同左）
灭活的病毒
物理（离心、振荡、电刺激）
化学（聚乙二醇）
诱导方法
使细胞分散后诱
导细胞融合
去除细胞壁后诱
导原生质体融合
细胞融合的方法
细胞膜的流动性
细胞膜的流动性、
植物细胞全能性
原 理
动物细胞融合
植物体细胞杂交
比较项目
植物、动物细胞融合的比较
讨论：
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？
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。
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。
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？
3.你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。
此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物100%的复制。
2.3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
4、了解胚胎发育和衰老过程；追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病
1、成功率比较低 2、大多存在健康问题 3、克隆动物食品安全问题
2.4体细胞核移植技术存在的问题：
思考与探究
2.动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？
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。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。
3.1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达（Lucinda）的奶牛，年产奶量为30.8 t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4 t。
（1）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。
可以。卢辛达的产奶量很高，有高产奶的遗传基础，利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产的后代，从而加快奶牛改良进程。
该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤其是在小范围内不能无限的繁殖，以避免奶牛群出现近亲繁殖而引起种质衰退。
（2）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？
从卢辛达耳朵（也可用别的组织、器官，耳朵在活体上容易取）上剪取一小块组织，在体外培养获得该组织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞，使其完成减数分裂和发育过程。核移植胚胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。
4.体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。
研究方面：克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。
应用上：生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。
一、动物细胞融合
细胞融合是正常的生命活动
两个细胞正在融合
受精作用
动
物
细
胞
融
合
细胞A
细胞B
杂种细胞
灭活的病毒
物理法
化学法
仙台病毒
疱疹病毒
新城鸡瘟病毒
用灭活的病毒诱导动物细胞融合过程
细胞核
病毒颗粒
细胞核
为什么细胞融合过程中使用的病毒需要灭活？
二、单克隆抗体
什么是抗体？
抗体是机体受抗原刺激后产生的、并能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。
B淋巴细胞产生抗体。
B淋巴细胞与抗体
１．B淋巴细胞受抗原刺激后，可以产生抗体。
２．动物体内的B淋巴细胞可以产生百万种以上的抗体，每种抗体对特定的抗原具有特异性免疫作用。
３．每一个淋巴细胞只能产生一种抗体。
单克隆抗体
由单个B淋巴细胞经过无性繁殖（克隆），形成基因型相同的细胞群，这一细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。
特点：特异性强、灵敏度高
如何大量生产单克隆抗体？
利用淋巴细胞产生抗体的功能
利用肿瘤细胞无限增殖的特性
利用细胞融合的技术将两种细胞融合获得具有淋巴细胞和肿瘤细胞特性的杂交瘤细胞
利用动物细胞培养技术大量培养杂交瘤细胞
单克隆抗体制备过程
注射抗原
B淋巴细胞
骨髓瘤细胞
细胞融合、筛选
杂交瘤细胞
细胞培养
筛选，继续培养
足够数量的、能产生特定抗体的细胞群
体外培养
注射到小鼠腹腔
单克隆抗体
思考：
1、本过程利用了哪些原理？
免疫原理，细胞融合原理和动物细胞培养原理
2、为什么选用小鼠骨髓瘤细胞与B细胞融合？
这样融合成的杂交瘤细胞，继承了双亲细胞的遗传物质，不仅具有B细胞分泌抗体的能力，而且还有无限增殖的本领，因而可以获得大量单克隆抗体。
单克隆抗体的应用
与常规抗体相比，单克隆抗体产量高，特异性强，灵敏度高，优越性十分明显。
应用主要有：
1、临床诊断
2、作为载体，运载抗癌药物，形成“生物导弹”治疗肿瘤
资料：目前世界各国已经研制出数以百计的单克隆抗体。许多缺乏良好诊断手段的传染病、免疫性疾病、血液病、内分泌疾病和遗传病，用单克隆抗体作为诊断手段，是一个必然趋势。另外，用单克隆抗体做体内诊断，借以鉴别和定位体内“病灶”也引起人们的注意，目前，主要用于肿瘤追踪及心肌梗塞的诊断。
２．在动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是（ ）
A．结果是相同的
B．杂种细胞的形成过程基本相同
C．操作过程中酶的作用相同
D．诱导融合的手段相同
Ｂ
３. 单克隆抗体制备过程中，骨髓瘤细胞和B淋巴细胞
诱导融合后，要用特定培养基筛选出杂交瘤细胞，
在这种培养基上不能存活增殖的细胞是（ ）
①淋巴细胞
②小鼠骨髓瘤细胞
③B淋巴细胞自身融合细胞
④小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞
⑤杂交瘤细胞
A． ②④ B．①③⑤
C． ①②③④ D．②③
C