高中生物选修三 细胞工程

1、专题专题2 细胞工程细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原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，通过理和方法，通过细胞水平细胞水平或或细胞器水平细胞器水平上的操作，按上的操作，按 照人们的意愿来照人们的意愿来改变改变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞产获得细胞产 品品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。 什么叫细胞工程？包括哪两大领域？什么叫细胞工程？包括哪两大领域？ 植物细胞工程 一、植物组织培养一、植物组织培养 植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌无菌和和人工人工 控制控制条件下，将条件下，将离体离体的植物器官、的植物器官、 组织、细胞，培养

2、在人工配制的组织、细胞，培养在人工配制的 培养基上，给予适宜的培养条件，培养基上，给予适宜的培养条件， 诱导其产生愈伤组织、丛芽，最诱导其产生愈伤组织、丛芽，最 终形成完整的植株。终形成完整的植株。 切取切取 形成层形成层 无菌无菌 接种接种 诱导愈伤组织诱导愈伤组织 的形成的形成 试管苗的形成试管苗的形成 培养室培养室 移栽移栽 脱分化脱分化 再分化再分化 已经分化已经分化的细胞，经过的细胞，经过 激素激素诱导后，失去其特有的诱导后，失去其特有的 结构和功能结构和功能而变成而变成未分化未分化的的 细胞的过程，又称细胞的过程，又称去分化去分化。 由高度由高度液泡化液泡化的的薄壁薄壁 细胞细胞形

3、成具有形成具有分生分生能能 力的力的未分化未分化的组织。的组织。 脱分化产生的愈伤组织在激素诱导脱分化产生的愈伤组织在激素诱导 重新分化成根或芽等器官的过程。重新分化成根或芽等器官的过程。 1 1、定义：、定义： 具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，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。都具有发育成完整生物体的潜能。 2 2、原因：、原因： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗全套遗 传物质传物质，都有发育成为完整个体所必需的，都有发育成为完整个体所必需的全部基因全部基因 二、细胞的全能性二、细胞的全能性

4、3 3、差异：、差异： （1 1）与细胞分化呈反比，分化程度低全能性反而高。）与细胞分化呈反比，分化程度低全能性反而高。 （2 2）受精卵）受精卵最高最高，生殖细胞，生殖细胞较高较高，体细胞，体细胞低低 受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞 4 4、大小：、大小： 植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 注意：生物体内的细胞不表现出全能性，而是分化成不同注意：生物体内的细胞不表现出全能性，而是分化成不同 的组织器官的组织器官 激素：激素：细胞分裂素细胞分裂素和和生长素生长素。两者用量的比例。两者用量的比例 影响植物细胞的发育方向。影响植物细胞的发育方向。 生长素生长素/ /细胞分裂素细胞分裂素:

5、 :比值高时，有利于比值高时，有利于根根的分化；的分化； 生长素生长素/ /细胞分裂素细胞分裂素: :比值低时，有利于比值低时，有利于芽芽的分化；的分化； 生长素生长素/ /细胞分裂素细胞分裂素: :比值适中，促进比值适中，促进愈伤组织的形成愈伤组织的形成。 三、植物体细胞杂交三、植物体细胞杂交 概念：概念：将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合将不同种植物的体细胞，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。成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。 1 1、去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶）后得到的是原生质体、去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶）后得到的是原生质体 物理物

6、理 ：离心：离心、振动振动、电电刺激刺激 化学化学: : 聚乙二醇聚乙二醇(peg)(peg) 2 2、两个原生质体发生融合两个原生质体发生融合， 首先是什么融合首先是什么融合？利用了？利用了 什么原理？什么原理？什么方法？什么方法？ 细胞膜细胞膜细胞膜的流动性细胞膜的流动性 3 3、植物细胞融合成功标志是什么？、植物细胞融合成功标志是什么？杂种细胞产生新的细胞壁杂种细胞产生新的细胞壁 4 4、形成了、形成了杂种细胞杂种细胞后后，如何才能得到杂种植株？如何才能得到杂种植株？ 植物组织培养植物组织培养 脱分化脱分化再分化再分化 杂杂 种种 植植 株株 融合融合 的原的原 生质生质 体体abab

7、再再 生生 出出 细细 胞胞 壁壁 脱脱 分分 化化 愈愈 伤伤 组组 织织 再再 分分 化化 植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养 植物细胞植物细胞a a 原生质体原生质体b b 原生质体原生质体a a杂杂 种种 细细 胞胞 abab 去去 壁壁 去去 壁壁 人人 工工 诱诱 导导 方法？方法？ 促进融合促进融合 的方法？的方法？ 植物细胞植物细胞b b 植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术 所属所属 范畴范畴 原理原理 步骤步骤 意义意义 联系联系 无性繁殖无性繁殖 细胞全能性细胞全能性 脱分化脱分化 再分化再分化 保持优良性状保持优良性状 繁殖速度

8、快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产 提高经济效益提高经济效益 杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养 克服不同种生物克服不同种生物 远源杂交的障碍远源杂交的障碍 去除细胞壁去除细胞壁 融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞 组织培养组织培养 膜流动性、细胞全能性膜流动性、细胞全能性 染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组 问题问题1：为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种超级杂种 植株没有如科学家所想像的那样，地上长番植株没有如科学家所想像的那样，地上长番 茄地下结马铃薯？茄地下结马铃薯？ 主要原因：主要原因：生物基因的表达不是孤立的，它们之间生物基因的表达不是孤立的，它们之间 是相

9、互调控、相互影响的，所以马铃薯是相互调控、相互影响的，所以马铃薯番茄杂交番茄杂交 植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这 些些遗传物质的表达受到相互干扰遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯，不能再像马铃薯 或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交 植株不能地上长番茄地下结马铃薯。植株不能地上长番茄地下结马铃薯。 意义：意义：打破了植物远缘杂交不亲和的障碍，打破了植物远缘杂交不亲和的障碍， 扩大了用于杂交的亲本组合范围。扩大了用于杂交的亲本组合范围。 繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径 微型繁殖

10、微型繁殖 作物脱毒作物脱毒 人工种子人工种子 育种新方法育种新方法 单倍体育种单倍体育种 诱导突变体诱导突变体 细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产 （一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术） 一、一、 植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径 病毒容易沿植物体的病毒容易沿植物体的维管组织维管组织传播，而传播，而分分 生组织区中生组织区中缺乏缺乏维管维管系统，因此不含病毒。系统，因此不含病毒。 故选用分生组织进行植物组织培养可以让故选用分生组织进行植物组织培养可以让 培育出来的植物不会或极少感染病毒。培育出来的植物不会或极少感染病毒。 分生组织常见分布在茎尖、根尖

11、。分生组织常见分布在茎尖、根尖。 1.1.作物脱毒的原因作物脱毒的原因: : 2.2.作物脱毒的材料作物脱毒的材料: : 3.3.作物脱毒的方法作物脱毒的方法: : 4.4.作物脱毒的结果作物脱毒的结果: : 长期进行无性繁殖的作物，易积累感染长期进行无性繁殖的作物，易积累感染 的病毒的病毒，导致产量降低，品质变差，导致产量降低，品质变差 分生区（如茎尖）的细胞分生区（如茎尖）的细胞 进行茎尖组织培养进行茎尖组织培养 获得脱毒苗获得脱毒苗 5.5.成就成就: : （二）作物脱毒（二）作物脱毒 脱毒的马铃薯、草莓、菠萝、甘蔗、香蕉脱毒的马铃薯、草莓、菠萝、甘蔗、香蕉 （三）神奇的人工种子（三）神

12、奇的人工种子 1 1）培育周期长）培育周期长 2 2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其 优良特性优良特性 3 3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并）生产会受到季节、气候和地域的限制，并 且需要占用大量的土地实现制种且需要占用大量的土地实现制种 胚状体 植物的胚：受精卵发育形成的幼小植植物的胚：受精卵发育形成的幼小植 物体，是种子最重要的部分。物体，是种子最重要的部分。 胚芽：胚芽：位于胚的顶端，发育为植物的地上部分位于胚的顶端，发育为植物的地上部分 胚轴：胚轴： 胚根：胚根：发育成植物的主根，形成植株的根系发育成植物的主根，形成植株的根系 子叶：子

13、叶： 胚芽和胚根之间，与子叶相连，以后形成胚芽和胚根之间，与子叶相连，以后形成 根茎相连的部分，帮助子叶破土而出。根茎相连的部分，帮助子叶破土而出。 胚具胚具1片子叶的，称单子叶植物（它的营养片子叶的，称单子叶植物（它的营养 主要来自胚乳），如玉米，主要来自胚乳），如玉米， 具具2片子叶的，称双子叶植物（它的营养主要片子叶的，称双子叶植物（它的营养主要 来自子叶），如花生来自子叶），如花生 胚胚 （一）单倍体育种（一）单倍体育种 二 作物新品种的培育 秋水仙素秋水仙素 （二）突变体的利用 动物细胞培养动物细胞培养 动物细胞融合动物细胞融合 单克隆抗体技术单克隆抗体技术 核移植核移植 动物细胞工

14、动物细胞工 程常用技术程常用技术 动物细胞工程 一、动物细胞培养一、动物细胞培养 1. 1.概念：概念：从动物有机体中从动物有机体中取出取出 相关的组织相关的组织, ,将它将它分散分散成单个细胞成单个细胞, , 然后放在适宜的培养基中然后放在适宜的培养基中, ,让这些让这些 细胞细胞生长和增殖生长和增殖。 2.2.动物细胞的培养过程动物细胞的培养过程 幼龄动物幼龄动物 剪碎组织剪碎组织 胰蛋白酶处理胰蛋白酶处理 细胞培养细胞培养 分散成单个细胞分散成单个细胞 取幼龄动物组织块取幼龄动物组织块 细胞贴壁：细胞贴壁：培养贴附性细胞时候，细胞要能够培养贴附性细胞时候，细胞要能够贴附贴附于底于底 物上

15、才能生长繁殖。物上才能生长繁殖。 接触抑制接触抑制：贴壁细胞分裂生长到表面相互贴壁细胞分裂生长到表面相互接触接触时，细胞时，细胞 就会就会停止停止分裂增殖。分裂增殖。 原代培养：原代培养：动物组织消化后的初次培养。包括培养的动物组织消化后的初次培养。包括培养的 第第1代细胞与传了代细胞与传了10代以内的细胞。代以内的细胞。 传代培养：传代培养：将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬 浮液，浮液，分装分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称 为传代培养。为传代培养。 细胞株：细胞株：原代细胞一般传至原代细胞一般传至10

16、代左右细胞生长停滞，大代左右细胞生长停滞，大 部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到4050代，这种传代代，这种传代 细胞为细胞株。细胞为细胞株。 细胞系：细胞系：细胞株传代至细胞株传代至50代后又出现细胞生长停滞状态，代后又出现细胞生长停滞状态， 只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养条件下可只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养条件下可 以无限制传代，这种传代细胞为细胞系。以无限制传代，这种传代细胞为细胞系。 细胞贴壁现象细胞贴壁现象 细胞在贴壁生长细胞在贴壁生长 过程中过程中, ,随着细胞分随着细胞分 裂裂, ,数量不断增加数量不断增加, , 最后形成单

17、层细胞最后形成单层细胞, , 此时细胞间相互接此时细胞间相互接 触触, ,细胞分裂和生长细胞分裂和生长 停止。停止。 接触抑制接触抑制 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 细胞悬浮液细胞悬浮液 胰蛋白酶胰蛋白酶 1010代细胞代细胞 原代培养原代培养 5050代细胞代细胞 细胞株细胞株 无限传代无限传代 细胞系细胞系 传代培养传代培养 单个细胞单个细胞 加培养液加培养液 （分装前）（分装前） 比较项目比较项目植物组织培养植物组织培养动物细胞培养动物细胞培养 原理原理 培养基性质培养基性质 培养基特有成培养基特有成 分分 培养结果培养结果 培养目的培养目的 细胞的全能性

18、细胞的全能性 细胞增殖细胞增殖 固体培养基固体培养基 液体培养基液体培养基 蔗糖蔗糖 植物植物 激素激素 葡萄糖葡萄糖 动物动物 血清血清 植物体植物体 细胞株、细胞系细胞株、细胞系 快速繁殖、快速繁殖、 培育培育 无病毒植株无病毒植株 获得细胞或细获得细胞或细 胞分泌蛋白胞分泌蛋白 二、动物细胞融合二、动物细胞融合 概念：概念： 指两个或多个动物细胞指两个或多个动物细胞结合结合形形 成一个细胞的过程。成一个细胞的过程。 结果：结果： 形成单核的杂交细胞形成单核的杂交细胞 原理：原理： 细胞膜的流动性细胞膜的流动性 诱导诱导 方法：方法： 物理法：离心、振动、电激物理法：离心、振动、电激 化学

19、法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（peg)peg) 生物法：灭活的病毒生物法：灭活的病毒 细胞核 病毒颗粒 细胞核 灭活的病毒颗粒黏附在细胞表面 细胞膜被病毒颗粒穿过 细胞膜连接 细胞融合，形成杂种细胞 病毒表面含有的病毒表面含有的糖蛋白糖蛋白和一些酶能够与和一些酶能够与 细胞膜上的细胞膜上的糖蛋白糖蛋白发生作用，使细胞相互凝发生作用，使细胞相互凝 集，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新集，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新 排布，细胞膜打开，细胞发生融合。排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 灭活：灭活：是指用是指用物理或化学物理或化学手段使病毒失手段使病毒失 去感染细胞的能力，但是并不破坏病毒的

20、抗去感染细胞的能力，但是并不破坏病毒的抗 原结构。原结构。 注意：注意：动物细胞的融动物细胞的融 合也需要把多个两种细合也需要把多个两种细 胞放在一起，让它们随胞放在一起，让它们随 机融合后，再从中筛选机融合后，再从中筛选 杂交细胞。杂交细胞。 意义：意义：突破了有性杂交方法的局限，突破了有性杂交方法的局限， 使使远缘杂交远缘杂交（种间、属间、科间、动植物（种间、属间、科间、动植物 之间）之间）成为可能成为可能。 长期以来，为了获得抗体，采用的是把长期以来，为了获得抗体，采用的是把某某 种抗原种抗原反复注射到动物体内，然后从反复注射到动物体内，然后从动物血动物血 清清中分离出所需抗体的方法。用

21、这种方法获中分离出所需抗体的方法。用这种方法获 得的抗体，不仅得的抗体，不仅产量低产量低，而且抗体的，而且抗体的特异性特异性 差，纯度低差，纯度低，反应不够灵敏。，反应不够灵敏。 将能够产生特定抗体的将能够产生特定抗体的b b淋巴细胞淋巴细胞和具和具 有无限增殖能力的有无限增殖能力的骨髓瘤骨髓瘤细胞融合在一起，细胞融合在一起， 形成形成杂交瘤细胞。杂交瘤细胞。 注射抗原注射抗原 b b淋巴淋巴 细胞细胞 骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞 融合融合 专一抗体专一抗体 检验阳性检验阳性 选择性培养基筛选选择性培养基筛选 克隆化克隆化 单克隆抗体单克隆抗体 专一抗体检验阳性专一抗体检验阳性 用有限稀释法进用有限

22、稀释法进 行单克隆，再专行单克隆，再专 一抗体检验阳性一抗体检验阳性 克隆化克隆化 5 5、单克隆抗体的概念：、单克隆抗体的概念： 由单个由单个b b淋巴细胞进行淋巴细胞进行无性繁殖无性繁殖形成的细胞群，形成的细胞群， 产生的化学性质产生的化学性质单一单一、特异性强特异性强的抗体。的抗体。 6 6、单克隆抗体的优点：、单克隆抗体的优点： 特异性强、灵敏度高、产量大特异性强、灵敏度高、产量大 单克隆抗体的应用单克隆抗体的应用 1 1、诊断试剂、诊断试剂 2 2、运载药物、运载药物“生物导弹生物导弹” 准确、高效、简易、快速准确、高效、简易、快速 抗抗人绒毛膜促性腺激素人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体

23、单克隆抗体 在受精后不久，胎盘滋养层细胞就会分泌在受精后不久，胎盘滋养层细胞就会分泌人人 绒毛膜促性腺激素绒毛膜促性腺激素(hcg)，是由受孕妇女体内胎，是由受孕妇女体内胎 盘产生的一种糖蛋白类激素，在孕妇的尿液中大盘产生的一种糖蛋白类激素，在孕妇的尿液中大 量存在。而在非妊娠妇女尿液中几乎不含有。量存在。而在非妊娠妇女尿液中几乎不含有。 甲胎蛋白（甲胎蛋白（afp）是一种特异性较强的肿瘤是一种特异性较强的肿瘤 标志物，用甲胎蛋白作为标志物，用甲胎蛋白作为抗原抗原免疫小鼠，制备免疫小鼠，制备 抗抗afp单克隆抗体单克隆抗体，并与含有放射性同位素的标，并与含有放射性同位素的标 记物连接，单克隆抗

24、体携带放射性标记物通过记物连接，单克隆抗体携带放射性标记物通过 全身血液渗透到所有组织。由于肿瘤细胞表面全身血液渗透到所有组织。由于肿瘤细胞表面 的的afp会和单克隆抗体特异性的结合，所以放射会和单克隆抗体特异性的结合，所以放射 性同位素标记物就不断积累在肿瘤上。通过一性同位素标记物就不断积累在肿瘤上。通过一 定的显影技术就可以发现肿瘤所在。定的显影技术就可以发现肿瘤所在。 生物导弹：生物导弹： 用用癌细胞癌细胞作为作为抗原抗原，免疫小鼠，制备，免疫小鼠，制备抗抗癌癌 细胞细胞单克隆抗体单克隆抗体，并与抗癌药物连接，便制成，并与抗癌药物连接，便制成 了生物导弹，注入患者体内，借助单克隆抗体了生物导弹，注入患者体内，借助单克隆抗体 的的导向作用导向作用，将药物定向带到癌细胞所在位置，将药物定向带到癌细胞所在位置， 在原位杀死癌细胞。这样既不损伤正常细胞，在原位杀死癌细胞。这样既不损伤正常细胞， 又减少了药剂的用量。又减少了药剂的用量。 四、动物体细胞核移植技术和克隆动物四、动物体细胞核移植技术和克隆动物 核移植核移植：是将动物的一个细胞的细胞核是将动物的一个细胞的细胞核, ,移入移入一个一个 已经已经