高中生物选修3专题二-细胞工程

1、概念:,植物细胞工程动物细胞工程,专题二细胞工程,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、植物细胞工程,脱分化,再分化,（一）植物组织培养过程,（分化）,（未分化）有分生能力,需光照,幼芽或幼根？,条件？,特点？,适宜温度、无光照、pH和无菌环境。无机、有机成分和植物激素（生长素，细胞分裂素和赤霉素等）,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,原理:植物细胞全能性,（二）植物体细胞杂交技术,杂种细胞,1、过程,杂种植株,植物体细胞的融合,原理：细胞膜的流动性,原理:植物细胞的全能性,融合原生质体,杂种细胞,去壁的常用方法：,诱导原生质体融合方法：,融合成功的标志,人工诱导,筛选,1、植物体细胞杂交的过程,2、意义,与有性杂交（种内）相比，植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲合的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围（种间、属间），并且培育出了许多在生产上有较高应用价值的杂种植株品种。,三、植物细胞工程的实际应用,(一）植物繁殖新途径1、微型繁殖,概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫快速繁殖技术。特点：繁殖速度快，即具有高效性保持优良品种的遗传特性，即具有高保真性,2、培育脱毒作物,原因：无性繁殖的作物，感染的病毒易传播给后代，病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差。材料：植物分生区（如茎尖）。方法：切取茎尖进行组织培养，获得脱毒苗。,三、植物细胞工程的实际应用,技术：组织培养特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗优点后代无性状分离，保持优良特性不受季节、气候和地域的限制,3、人工种子,植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等包裹在人工薄膜（人工种皮）内形成的结构。,三、植物细胞工程的实际应用,三、植物细胞工程的实际应用（二）作物的新品种培育,1、单倍体育种2.突变体的利用3.细胞产物的工厂化生产,某二倍体植物是杂合子，图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：,（1）图中表示的是该花粉培养过程中的过程，表示的是过程，X代表的是，表示的是过程，表示的是诱导过程。（2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那一条途径主要取决于培养基成分中的种类及其浓度配比，最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有。,脱分化,再分化,胚状体,分化(发育),生根,激素,单倍体,细胞的全能性,（3）对植株进行，才能使其结实产生后代（乙），否则植株甲只有通过的方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类为种，花药培养在育种上的特殊意义是，从而开辟育种新途径。,染色体加倍处理,无性繁殖,乙,一,明显缩短育种年限,基因型为AaBb的水稻(具有24条染色体)的花粉通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的育种过程。(1)愈伤组织是花粉细胞不断分裂后的形成的不规则细胞团，愈伤组织形成中，必须从培养基中获得_。(2)要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_和_两类激素。(3)愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是_利用光照制造有机物，供试管苗生长。(4)试管苗的细胞核中含有_条脱氧核苷酸链。(5)培养出的试管基因型有。如果要获得育种需要的植株，并能繁殖新品种，后面的育种步骤是_。,各种营养(水、无机盐、蔗糖等能量物质)和小分子有机物,生长素细胞分裂素,叶绿体,24,AB、Ab、ab、a,用一定浓度的秋水仙素处理组织培养获得的幼苗,二、动物细胞工程,植物细胞工程常用的技术手段：,植物组织培养、植物体细胞杂交等,强调：,是其他动物细胞工程技术的基础。,动物细胞培养,动物细胞核移植,动物细胞融合,单克隆抗体制备等,动物细胞培养技术,回顾：,常用的技术手段：,一、动物细胞培养,有关概念,细胞贴壁悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞的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。原代培养从机体取出后立即培养的细胞为原代细胞。动物组织消化后的初次培养称为原代培养。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。,（二）动物细胞培养过程,动物胚胎或幼龄动物的组织、器官,配置细胞悬液,剪碎用胰蛋白酶处理,10代细胞,转入培养瓶,40-50代细胞,传代培养,无限传代,单个细胞,加培养液稀释,传代10代以内，遗传物质不改变，保持正常二倍体核型。,传代10-50代左右，增长缓慢以至于完全停止，部分细胞核型可能发生变化（遗传物质可能改变）,为什么用胰蛋白酶处理？,分瓶传代培养,原代培养特点：细胞贴壁、接触抑制,继续传代培养少部分细胞获得不死性，细胞突变，遗传物质已经改变，等同于癌细胞。,细胞株：一般说遗传物质未改变,细胞系：遗传物质已改变,原代培养,动物细胞培养不能最终培养成动物体,动物细胞培养的条件:,1）无菌无毒的环境：,适宜的温度：36.50.5。适宜的酸碱度：PH：7.2-7.4,液体合成培养基：葡萄糖、氨基酸、水无机盐、维生素、微量元素等；通常还需加入血浆、血清等天然成分。,4）气体环境：,2）营养：,3）温度和pH：,“95空气+5CO2”的混合气体培养箱。氧气是细胞代谢必须的；CO2维持培养液的PH。,无菌处理；培养液中添加抗生素；定期更换培养液。,大规模培养生产蛋白质生物制品（病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体）获得大量自体的皮肤细胞，解决烧伤病人的植皮问题检测有毒物质，判断某种物质的细胞毒性筛选抗癌药物，为治疗和预防癌症及其他疾病提供理论依据,（四）动物细胞培养技术的应用,植物组织培养和动物细胞培养的比较,均需适宜的外界条件：PH,温度,营养及“无菌、无毒环境”等,固体、营养物质、蔗糖、植物激素,培养成植株,液体、营养物质、葡萄糖、动物血清,培育成细胞系或细胞株,1.生产蛋白质制品（如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体、动物激素）2.检测有毒物质等,1.试管苗的快速繁殖2.无病毒植物的培育3.生产药物等4.人工种子（见资料）5.转基因植物的培育,二、动物细胞核移植技术和克隆动物,（一）概念,动物细胞核移植技术是将动物的一个细胞的细胞核，移入到一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，该胚胎最终发育成完整的动物个体。,（二）类型,胚胎细胞核移植、体细胞核移植,利用核移植技术得到的动物称为克隆动物。,克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。,例如：由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系（每个基因彼此相同）。,取供体细胞传代培养10代以内的细胞.为什么？,用的是去核的减数第二次分裂中期细胞（M中期）为什么？,激活方法：激活目的：,促融方法：电刺激,胚胎移植至代孕受体内,妊娠、分娩,三）核移植流程,供体：优质高产奶牛,受体：普通奶牛（卵母细胞的采集与培养）,1.体积大，易操作。2.含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。,1.克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白2.改良动物品种3.治疗人类疾病，作为供体4.保护濒危动物,四）.体细胞核移植技术的应用前景,1、克隆技术本身还不成熟，成功率低；2、克隆胚胎经常出现遗传发育问题；许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如体型过大，异常肥胖，发育困难，脏器缺陷，免疫失调等。3、克隆人的社会伦理问题；,五）体细胞核移植技术存在的问题,三、动物细胞融合和单克隆抗体,（一）动物细胞融合技术,动物细胞融合也称细胞杂交，指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。,融合后形成的具有两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。,1、概念,2、过程,不同DNA的两个细胞,灭活病毒诱导细胞融合（先质后核）,融合后的杂交细胞进行有丝分裂,（丧失感染性、保留抗原结构）,3、实现动物细胞融合有什么意义呢？,打破生殖隔离，使远缘杂交成为可能；重要用途：制备单克隆抗体。,获得杂种植株,用途,物理、化学方法（同左）,生物：灭活的病毒,物理（离心、振荡、电刺激）,化学（PEG）,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,植物体细胞杂交、动物细胞融合的比较,主要用于制备单克隆抗体,特点：产量低、特异性差、纯度低、反应不够灵敏,（二）单克隆抗体,1、常规抗体制备：,一个B淋巴细胞：只分泌一种特异性抗体,2、单克隆抗体制备：,杂交瘤细胞,小鼠骨髓瘤细胞：能无限增殖,融合,1.单克隆抗体制备过程,诱导其融合的方法有哪些？原理/意义是,融合后培养液中有几种细胞,怎样筛选出杂交瘤细胞，杂交瘤细胞有何优点,注射抗原的目的是什么,为何要进行克隆化培养和专一抗体检测，多次筛选,优点:特异性强灵敏度高,可大量制备应用:诊断试剂,治疗疾病和运载药物,单克隆抗体,动物细胞融合技术,B、BB、B瘤、瘤瘤、瘤,只有杂种细胞才能活,动物细胞培养,3.单克隆抗体制备过程,获得产生相应抗体的B淋巴细胞,主要用于疾病的诊断、治疗和预防。若在单抗上带上抗癌药物制成“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在部位，既消灭了癌细胞又不会伤害健康细胞。特点：与常规抗体相比，具有特异性强、灵敏度高、化学性质单一的优点。,4.单克隆抗体的应用：,单克隆抗体是指：,杂交瘤细胞产生的单一抗体,1下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。,（1）_技术是单克隆抗体技术的基础。（2）根据培养基的用途分类，图中HAT培养基属于_培养基。（3）单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最大的优越性是_。（4）动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外，还可以采用_。,动物细胞培养,选择,特异性强,灵敏度高,灭活的病毒,（5）选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞的_特点，又具备淋巴细胞的_特点。（6）淋巴细胞是由动物体_中的_细胞分化、发育而来。（7）杂交瘤细胞从培养基中吸收葡萄糖、氨基酸的主要方式是_。,在体外大量增殖,分泌特异性抗体,骨髓,造血干细胞,主动运输,2.下图表示用生物工程制备人抗A抗体的过程。请回答下列问题。,(1)人的红细胞膜表面有被称为凝集原的特异_：从免疫学角度看，这种凝集原是_。(2)图中细胞中1是小鼠体内注入人A型血红细胞后而获得的_细胞，这种细胞具有产生_的特点，但难以在体外培养。甲培养皿中培养的细胞2，是从患骨