专题二细胞工程课件

专题二细胞工程⊙⊙⊙第一节细胞的生物膜系统第二节植物细胞工程第三节动物细胞工程专题二细胞工程⊙⊙⊙第一节细胞的生物膜系统1思考讨论：下图是变形虫去核实验示意图，这个实验说明了什么？变形虫切无核细胞质单独培养死亡去核细胞单独培养死亡植入细胞核正常生活细胞只有保持完整性，才能正常地完成各项生命活动。思考讨论

细胞的结构是怎样的？具有单层膜的细胞结构有哪些？双层膜的有哪些？无膜结构的有哪些？生物膜的结构怎样的？其化学成分又是由什么组成？第一节细胞的生物膜系统思考讨论：下图是变形虫去核实验示意图，这个实验变形虫切无核细2从上表中，你能得出什么结论？膜结构的化学成分基本相同。不同生物的同一种膜的成分一样吗？各种真核细胞膜内蛋白质与脂质的比值1.3变形虫1.1人红细胞0.85小鼠肝细胞0.23神经髓鞘蛋白质/脂质（重量比）细胞膜的种类从右表中，你能得出什么结论？不同种类的生物膜的蛋白质和脂质的比例存在较大差异。一般地说，功能越多，膜蛋白比例越大，种类越多；反之，所含蛋白质的种类和数量越少。从上表中，你能得出什么结论？膜结构的化学成分基本相同3一、生物膜系统的概念：

细胞内由细胞膜、核膜、内质网膜、高尔基体膜、线粒体膜、质体膜等膜结构组成的统一整体，由这些化学组成相似，基本结构大致相同的膜形成的结构体系——生物膜系统。细胞中由各种膜构成了生物体的生物膜系统。二、各种生物膜在结构上的联系内质网核膜线粒体细胞膜直接联系高尔基体间接联系间接联系膜结构联系1膜结构联系2内质网膜细胞膜高尔基体膜直接转化间接转化间接转化一、生物膜系统的概念：细胞内由细胞膜、核膜、内质网膜4三、各种生物膜在功能上的联系

蚕的丝腺细胞在5龄的初期主要是细胞本身增大，这时细胞质中的核糖体多为游离型的，而内质网数量很少。但到5龄的后半期，腺细胞开始大量合成和分泌丝心蛋白，且大量核糖体与内质网结合，形成发达的粗面型内质网。通过上述事实，你能得出什么结论？结论：蛋白质的合成场所是核糖体。核糖体在细胞内以游离态和附着态存在。肌球蛋白、组蛋白等可溶性结构蛋白质在细胞质中游离核糖体上合成；分泌性蛋白（如丝蛋白）是附着在内质网上的核糖体中合成。三、各种生物膜在功能上的联系蚕的丝腺细胞在55核糖体（合成多肽链）内质网（折叠、组装、糖基化、运输）高尔基体（浓缩、加工、运输）细胞膜（外排作用）细胞外四、生物膜系统的生理作用五、生物膜系统的重要意义1、生命基础理论研究：有助于阐明细胞的生命活动规律。如细胞与环境的物质交换、细胞内各种有机物的合成各运输等。“生物导弹”——用免疫脂质体或“隐形”脂质体包裹基因或药物，定向导向靶细胞，起治疗或临床诊断作用。利用生物膜能量转换原理，制作“生物芯片”。核糖体（合成多肽链）内质网（折叠、组装、高尔基体（浓缩、加工62、实践上的应用——仿生学：海水淡化装置：模拟生物膜选择性透过原理，对海水、污水进行净化获得纯净淡水。作物的抗性的解决（抗寒、抗旱、耐盐等）。医学上根据生物膜的结构、功能原理，可以研制出许多种代用的人体组织与器官。本节结束2、实践上的应用——仿生学：海水淡化装置：模拟生物膜选择性7细胞的内膜系统——真核细胞内，由膜围绕而成的细胞器或细胞结构。是真核细胞所特有，也是真核细胞所必需。一切生理生化反应均在内膜或膜表面进行。膜融合——两个不同的膜相互接触和融合的过程。即两膜的脂质和蛋白质相互混合，以及两膜包围的内含物的混合。这与细胞的内吞、外排、物质运输有关。融合过程受某种因素控制。各种膜的结构关系项目有联系的膜结构联系方式备注核膜线粒体内质网高尔基体细胞膜内质网直接内质网直接核膜、线粒体、胞膜直接高尔基体间接细胞膜、内质网间接内质网直接高尔基体间接直接联系：膜结构之间通过膜直接相连间接联系：不同膜结构之间通过小泡发生膜的转化各种膜之间都有直接或间接联系内质网在各种膜结构中处于中心地位细胞的内膜系统——真核细胞内，由膜围绕而成的细胞器膜8生物膜在结构上的联系内质网核膜线粒体细胞膜高尔基体溶酶体实线：表示直接连接虚线：表示膜泡联系生物膜在功能上的联系氨基酸核糖体（脱水缩合成多肽链）内质网（加工：）折叠、组装、糖基化、二硫键等形成较成熟蛋白质小泡（内有蛋白质）高尔基体（再加工：）浓缩、空间结构形成成熟蛋白质小泡（内有分泌蛋白质）细胞膜（小泡与细胞膜融合）分泌蛋白线粒体供能生物膜在结构上的联系内质网核膜线粒体细胞膜高尔基体溶酶体实线9细胞亚显微结构图细胞质细胞质内质网内质网核膜核膜细胞核细胞核核仁核仁线粒体线粒体高尔基体内质网核糖体核糖体细胞膜细胞膜细胞壁叶绿体大液泡中心体细胞亚显微结构图细胞质细胞质内质网内质网核膜核膜细胞核细10单层膜：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、液泡膜、溶酶体膜双层膜：核膜、线粒体膜、叶绿体膜无膜结构：核糖体、中心体细胞膜及生物膜的结构生物膜的种类生物膜的化学组成：主要是蛋白质、脂质和糖类磷脂糖脂胆固醇单层膜：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、液泡膜、溶酶体膜双层11内质网与细胞膜相连内质网与核膜外层相连内质网腔与两层核膜之间的腔相通细胞内的各种膜在结构上存在着直接或间接的联系。内质网与细胞膜相连内质网与核膜外层相连内质网腔与两层核膜之间12细胞工程是应用生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程手段，在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的一门综合科学技术。什么是细胞工程？细胞工程是应用生物学和分子生物学的原理和什么是细胞工程？13一、植物细胞工程的基本技术2、理论基础：植物组织培养和植物体细胞杂交等4、原理：3、物质基础：1、植物细胞工程常用手段：细胞的全能性（2）受精卵的全能性最高；卵细胞也具有较高的全能性。（1）分化程度越低，细胞的全能性越高。细胞的全能性、细胞增殖、膜的流动性细胞内含有本物种的全套遗传物质第二节植物细胞工程一、植物细胞工程的基本技术2、理论基础：植物组织培14已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。二、细胞的全能性1、细胞的全能性的概念：2、植物细胞全能性表达的必要条件：离体、提供营养物质、激素等3、植物组织培养的过程：外植体脱分化愈伤组织（具全能性）再分化先芽后根植物体（1）脱分化：（2）再分化：高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。脱分化的愈伤组织继续进行培养，重新分化成根或芽等器官。17页已分化的细胞仍具有发育成二、细胞的全能性1、细胞的全能性的概15（4）植物组织培养的优点：①取材少；②培养周期短；③繁殖率高；④大幅提高产量；⑤便于自动化管理。（3）影响植物组织培养的因素：适宜的养料和激素，适宜的温度和无菌条件。4、克隆“多莉”羊每一个细胞核含有本物种全套遗传物质说明了什么？5、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？基因在特定的时间、空间条件下有选择性表达的结果。（4）植物组织培养的优点：①取材少；（3）影响植物组织培16在生物体内，由于基因的选择性表达，细胞不能表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官。当已分化的植物细胞、组织或器官脱离母体后（即脱分化），在一定的营养物质、激素等外界条件作用下，脱分化形成愈伤组织（一种相对没有分化的细胞团），再在植物激素等诱导下发生再分化，才能表达出全能性，发育成完整的植株。三、植物组织培养1、为什么运用植物组织培养技术能把植物的离体器官、组织或细胞能培养成完整植物体？脱分化细胞的全能性所受到的限制已解除。2、植物细胞全能性表达的关键条件：细胞的脱分化。3、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素：植物激素应用：生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等和人工种子。小结：在生物体内，由于基因的选择性表达，细胞不17四、植物体细胞杂交1、概念：用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的方法。2、杂交时间：植物细胞杂交是从细胞融合开始，到培育成的新植物体结束。：以原生质体培养技术为基础，借用动物细胞融合方法形成。3、过程（1）原生质体制备：用酶解法去除细胞壁纤维素酶果胶酶（2）原生质体融合：①融合方法物理方法化学方法离心、振动、电刺激聚乙二醇（PEG）②融合形式膜融合核融合高钙、高PH诱导膜融合杂种细胞第一次有丝分裂时融合四、植物体细胞杂交1、概念：用两个来自不同植物的体细胞融合成18鉴定方法：有形态学方法、生化方法（如电泳）、细胞学方法（如染色体组型分析）、分子生物学方法（如分子杂交）等。4、优点：克服远源杂交不亲和障碍；扩大杂交亲本范围，培养新品种。机械法、生理法、遗传法（3）杂种细胞的筛选和培养：（4）杂种植株的再生与鉴定：由愈伤组织再培养出杂种植株的过程。五、植物细胞培养1、概念：在实验室或工厂化生产的条件下，将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过传代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。鉴定方法：有形态学方法、生化方法（如电泳）、4、优点：克服远192、目的：获得人类所需的细胞次级代谢产物。3、培养基成分：主要由无机盐（NO3-、NH4+）、碳源（蔗糖、葡萄糖等）、植物激素（如生长素、细胞分裂素）、有机氮源（如蛋白质水解物）和有机复合物等组成。4、培养类型（1）按培养对象分：单细胞培养、单倍体培养、原生质培养（2）按培养基的物理性质分：悬浮培养、液体培养、固体培养5、优点：快速、高效、不受季节和外部环境条件的限制。六、植物细胞工程的实际应用1、开辟植物繁殖的新途径2、目的：获得人类所需的细胞次级代谢产物。3、培养基成分：20（1）植物微型繁殖：运用植物组织培养技术，高效快速繁殖大量具优良性状的作物。（2）培养无毒植株：采用茎尖组织培养技术进行作物脱毒，繁殖无毒作物，增加产量。（3）制造人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料，经过人工薄膜包装得到的种子②特点：a、可使自然条件下难结实或种子昂贵的植物得以繁殖。b、固定杂种优势和快捷高效繁殖。①结构组成：胚状体+人工胚乳+人工种皮解决繁殖差和发芽率低问题。后代无性状分离。（1）植物微型繁殖：运用植物组织培养技术，高效快速（2）培养212、改良作物（1）单倍体育种：花药组织培养单倍体植株秋水仙素处理萌发种子或幼苗，使其染色体加倍稳定遗传的正常植株（二倍体等）（2）突变体的利用3、细胞产物的工厂化生产生产人参皂甙干粉优点：明显缩短育种年限；后代性状稳定，不产生性状分离。①产生方法②利用:对突变体进行组织培养:筛选对人们有用的突变体，培养出新品种。本节结束2、改良作物（1）单倍体育种：花药组织培养单倍体植株秋水仙22离体植物器官、组织或细胞脱分化愈伤组织完整植株再分化芽胚再分化根胚外植体（离体的植物器官、组织或细胞）脱分化愈伤组织（具全能性）再分化胚状体（芽、根）植物体细胞分裂素/生长素的比值高时利芽分化，低时利根分化。1、脱分化的关键：植物激素。2、再分化：先诱导芽，再诱导根。3、愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式（对愈伤组织进行处理后，形成分散的单个细胞，再诱导基分化出具有胚芽、胚轴、胚根的结构）。离体植物器官、脱分化愈伤组织完整植株再分化芽胚再分化根胚外植23A—AB—BA—BA—B植物细胞融合植物组织培养白菜——甘蓝分离原生质体→原生质体融合→诱发产生新细胞壁→植物组织培养植物细胞杂交去细胞壁原生质体融合再生细胞壁杂种细胞植物细胞融合细胞分裂愈伤组织杂种植株植物组织培养A—AA—B植物细胞融合植物组织培养白菜——甘蓝分离原生质体24克隆多莉羊的培育♀♀♀“多莉”乳腺细胞卵细胞提取细胞核去核核移植重组细胞重组细胞体外培养胚胎移植♀细胞核移植细胞培养胚胎移植克♀♀♀“多莉”乳腺卵细胞提取细胞核去核核移植重组细胞重组细25第三节动物细胞工程第三节动物细胞工程26动物细胞工程中常用的技术手段：动物细胞培养（基础）、单克隆抗体、动物细胞融合、胚胎移植、核移植等。动物细胞工程中常用的技术手段：动物细胞培养（基础）、单克隆抗27将原代培养增殖的细胞定期用胰蛋白酶把细胞从瓶壁上脱离出来，配制成悬液，分装到两个或两个以上的培养瓶中培养。将组织取出后，先用胰蛋白酶等处理使组织分散成单个细胞，然后配制成一定浓度的细胞悬液，再将悬液放入培养瓶中培养。一、动物细胞培养动物胚胎或幼龄的器官组织剪碎胰蛋白酶单细胞群加培养液细胞悬浮液原代培养传代培养细胞株遗传物质改变传代培养细胞系培养条件下无限传代（1）原代培养：（2）传代培养：1、概念：从动物机体中取出相关组织，将它分散成

，然后放在适宜培养基中，让这些细胞

和

。单个细胞生长增殖2、过程：将原代培养增殖的细胞定28原代培养的细胞一般传至10代左右就不易传下去了，细胞的生长就会停滞，大部分细胞衰老死亡，极少数存活，并能传到40~50代。属传代细胞。（3）细胞株：（4）细胞系：

50代后又出现不能再传下去的细胞，有部分遗传物质发生了改变，并且有癌变的特点，有可能在培养条件下无限地传下去。细胞悬浮液10代细胞原代培养50代细胞传代培养细胞株细胞系（5）动物细胞培养液：葡萄糖、必需氨基酸、促生长因子、维生素、无机盐和动物血清等①主要成分：②特点：液体培养基、含有动物血清必需氨基酸、各种激素等生长因子原代培养的细胞一般传至10代左右29：细胞呼吸需氧气供给，产生的CO2可调节PH（7.2~7.4）（6）动物细胞培养的条件：（7）应用：：离体细胞对微生物和有毒物质无防御能力，易受细菌、真菌和病毒等微生物的污染。a、原因：b、机理：温度会影响酶的活性。37±0.5℃细胞对低温的耐受能力比对高温的高。高温会造成酶结构不可逆变性失活：培养不同的动物细胞的培养基不同①无菌、无毒培养②适宜温度③充足的氧气和PH④必需的营养物质①大规模地生产有重要价值的蛋白质生物制品

（如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等）；②培养正常或病变细胞用于医疗和研究；③用于检验有毒物质等。：30（8）动物细胞培养与植物组织培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养原理培养基结果培养目的动物细胞培养特点细胞的全能性细胞的增殖固体；营养物质、激素液体；营养物质、血清培养成植株培养成细胞系或细胞株快速繁殖培育无毒植株获得细胞产物或细胞（1）液体培养基；（2）成分中有动物血清。（8）动物细胞培养与植物组织培养的比较比较项目植物组织培养动31二、动物细胞融合——可用于制备单克隆抗体1、概念：2、结果:两个或两个以上的动物细胞结合形成一个细胞的过程形成具有原来两个细胞的遗传信息的单核杂种细胞3、理论基础：细胞的全能性4、原理：细胞膜的流动性、细胞增殖5、促融方法（1）物化法（2）生物法:电刺激、离心、PEG（聚乙二醇）:灭活的仙台病毒仙台病毒紫外线丧失感染活性保留融合活性:不能感染细胞:能诱导细胞融合二、动物细胞融合——可用于制备单克隆抗体1、概念：2、结果:326、过程不同个体的两个或多个细胞灭活病毒或PEG或电刺激杂交细胞:包括膜融合、质融合和核融合7、意义（1）克服了远缘杂交不亲和的障碍；（2）成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种的重要手段。6、过程不同个体的两个或多个细胞灭活病毒杂交细胞:包括膜融33三、单克隆抗体1、概念：由单个效应B细胞进行无性繁殖形成的细胞系所产生出的化学性质单一、特异性强的抗体。2、普通抗体：（1）产生细胞（2）成分（3）特点:效应B细胞:蛋白质或免疫球蛋白:血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差3、单克隆抗体特点：化学性质单一，特异性强，灵敏度高4、单克隆抗体的制备：动画三、单克隆抗体1、概念：由单个效应B细胞进行无性繁殖形成的细34先用多孔培养板上培养，每孔只留一个杂交瘤细胞的情况下开始培养，然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群（1）过程给小鼠注射特定的抗原脾脏中分离效应B细胞培养骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞A灭活病毒A、B两种未融合细胞A—B融合B—B融合A—A融合选择培养基杂交瘤细胞克隆检测小鼠体内外培养单克隆抗体（2）两次筛选的原因第一次筛选可得到多个杂交瘤细胞；第二次筛选才能得到单一杂交瘤细胞。（3）杂交瘤细胞的特点既能迅速大量繁殖，又能产生单专一抗体。（选择性培养基）连接

35（4）单克隆抗体的应用：①诊断疾病：②药物导向治疗：③分离、纯化抗原分子：运用药物与单克隆抗体连接在一起制成“生物导弹”诊断病毒引起的疾病和用癌细胞抗原制备的单克隆抗定位诊断诊断试剂具准确、高效、简易、快速的优点。（4）单克隆抗体的应用：①诊断疾病：运用药物与单克隆抗体连36因为卵母细胞的体积大、易操作，且含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。四、动物细胞核移植——细胞拆合技术1、概念：2、种类：将动物的一个细胞的细胞核，移入去核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新胚胎，这个胚胎最终成为动物个体。胚胎细胞核移植、体细胞核移植3、原理：细胞核的全能性（1）动物细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到抑制，全能性表达困难。（2）细胞核全能性表达的条件：①提供促进细胞核表达全能性的物质和营养条件。分化程度越高，全能性越低。②一般选用去核的卵母细胞。

374、过程：供体体细胞细胞培养提取细胞核卵巢卵母细胞减Ⅱ中期去核去核卵细胞注入融合重组细胞发育重组胚胎胚胎移植代孕动物与供体遗传基础相同的幼体（2）保护濒危物种；5、应用（1）加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；（3）转基因克隆动物可作生物反应器，生产医用蛋白；（4）作为治疗人类疾病的异体移植供体；（5）用于组织器官移植。4、过程：供体细胞提取卵巢卵减Ⅱ去核去核注入融重组细胞发育38分治疗性克隆和生殖性克隆6、动物细胞核移植类型（1）不同种动物的细胞拆合技术——核移植概念：将一种生物的细胞核移植到另一种去核或

不去核生物的细胞质中鲫鱼卵细胞细胞核无核细胞鲤鱼囊胚细胞细胞核无核细胞组装细胞鲤鲫鱼（2）同种动物的细胞拆合技术——克隆分治疗性克隆和生殖性克隆6、动物细胞核移植类型（1）不同种动39是指来自人或动物的早期胚胎，具有自我复制、自我更新、高度增殖和多向分化潜能的原始细胞。五、胚胎干细胞1、概念：2、特点：（1）形态：（2）功能：体积小，细胞核大，核仁明显。具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞.体外培养可增殖不分化。（3）在体外培养条件下，胚胎干细胞可以增殖而不发生分化。可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。3、理论基础：细胞的全能性4、干细胞的类型：全能干细胞多能干细胞专能干细胞是指来自人或动物的早期胚胎，具有自我复制、405、主要用途：（1）治疗人类的某些顽症：脑病（如帕金森症）、治疗脑瘤（癌）、血癌（白血病）等一些顽症。（2）培育出人造组织器官，用于器官移植：成功用干细胞分化出肝细胞、用鸡胚胎干细胞制作心肌片、对自身免疫疾病的治疗（如类风湿病、红斑狼疮等）（3）是研究体外细胞分化的理想材料。本节结束5、主要用途：（1）治疗人类的某些顽症：41动物细胞培养动物细胞融合单克隆抗体的制备返回返回动物细胞培养动物细胞融合单克隆抗体的制备返回返回42单克隆抗体的制备过程获得杂交瘤细胞①将抗原注入小鼠体内获得效应B细胞②效应B细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合③用特定培养基筛选出杂交瘤细胞动物细胞培养①筛选能够产生所需抗体细胞群②再生培养液或小鼠腹腔中培养提取单克隆抗体从培养液或小鼠腹水中提取单克隆抗体的制备过程获得杂交瘤细胞①将抗原注入小鼠体内获得433、只有杂交瘤细胞具有寿命长又能经补偿途径合成核酸而繁殖。

2、由于骨髓瘤细胞中缺少HGPRT酶和TK酶，因此不能合成核酸而死亡；虽然淋巴B细胞中有这两种酶，但其寿命短，培养几天后也死亡。将杂交瘤细胞分离的基本原理：骨髓瘤细胞缺少次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转化酶（HGPRT酶）和胸腺嘧啶激酶（TK酶），运用培养液中加入次黄嘌呤、氨基蝶呤、胸腺嘧啶制成选择培养基。核酸的合成有两条途径：主要途径和补偿途径。核酸生物合成的主要途径与补偿途径DNARNA主要的生物合成途径补偿途径HGPRT次黄嘌呤TK酶胸腺嘧啶1、当氨基蝶呤存在时，主要途径将被阻断，就由补偿途径合成核酸。氨基蝶呤

44体细胞核移植技术的应用体细胞核移植45干细胞的基本概念干细胞的定义：是在生物个体生长发育中起“主干”作用的原始细胞，具有自我复制、自我更新、高度增殖和多向分化的潜能。在一定条件下能够分化成各种功能细胞。干细胞的分类：（1）全能干细胞：包括胚胎干细胞、生殖干细胞。是指具有全能性的细胞。能够分化成人体200多种细胞类型，进而构成心、肝、肾等组织器官，最终发育形成一个完整的个体。受精卵是最初始的全能干细胞，受精卵分裂形成许多全能干细胞——胚胎干细胞，胚胎干细胞能够生长发育成完整的个体。（2）多能干细胞：具有分化为多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力。如骨髓造血干细胞、神经干细胞等。1、按分化潜能分：细胞数目小于25的胚胎细胞。干细胞的基本概念干细胞的定义：是在生物个体生462、按发育阶段分：（1）胚胎干细胞：（2）成体干细胞：如囊胚期的内层细胞团的细胞（即全能干细胞）。如成肌细胞、（骨髓）造血干细胞、神经干细胞等3、成体干细胞的分化和横向分化及其意义：神经干细胞造血干细胞调控因子横向分化分化分化神经元、神经胶质细胞淋巴细胞、巨噬细胞调控因子调控因子干细胞的来源多样化、避免从胚胎途径获得干细胞、避免因国际社会伦理学反对而无法进行干细胞的研究及应用。4、干细胞技术：早期胚胎分离人胚干细胞体外培养体外增殖体外定向诱导分化移植给患者返回（3）专能干细胞：是由多能干细胞分裂、分化形成的，这种干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌干细胞等。2、按发育阶段分：（1）胚胎干细胞：（2）成体干细胞：如囊胚471、为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物细胞培养材料？分化程度低、分裂能力强。2、为什么培养前要将组织细胞分散成单个细胞？①脱分化3、为什么选用胰蛋白酶做上述处理？细胞间隙中含有弹性纤维等蛋白质4、培养的细胞为何贴壁生长？细胞不适应悬浮生长，必须在固定的表面上生长分裂。思考讨论②细胞容易获得营养供应和排出代谢废物。5、贴壁生长中的细胞，为何要再次用胰蛋白酶等来处理？细胞贴壁生长到一定程度，就会出现接触抑制而造成细胞不再分裂增殖，出现细胞分化现象。1、为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物分化程48有无限增殖能力（失去凋亡机制和接触抑制等）的细胞为肿瘤细胞；而具有转移能力的肿瘤细胞为癌细胞。问题探讨1、为什么选用小鼠骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合呢？细胞同源性越近，融合的杂种细胞越易成活。2、骨髓瘤细胞是癌细胞吗？3、杂交瘤细胞在小鼠腹腔内培养与体外培养有何区别？4、杂交瘤细胞在小鼠腹腔内增殖，会造成小鼠死亡吗？能不断产生抗体

49专题二细胞工程⊙⊙⊙第一节细胞的生物膜系统第二节植物细胞工程第三节动物细胞工程专题二细胞工程⊙⊙⊙第一节细胞的生物膜系统50思考讨论：下图是变形虫去核实验示意图，这个实验说明了什么？变形虫切无核细胞质单独培养死亡去核细胞单独培养死亡植入细胞核正常生活细胞只有保持完整性，才能正常地完成各项生命活动。思考讨论

细胞的结构是怎样的？具有单层膜的细胞结构有哪些？双层膜的有哪些？无膜结构的有哪些？生物膜的结构怎样的？其化学成分又是由什么组成？第一节细胞的生物膜系统思考讨论：下图是变形虫去核实验示意图，这个实验变形虫切无核细51从上表中，你能得出什么结论？膜结构的化学成分基本相同。不同生物的同一种膜的成分一样吗？各种真核细胞膜内蛋白质与脂质的比值1.3变形虫1.1人红细胞0.85小鼠肝细胞0.23神经髓鞘蛋白质/脂质（重量比）细胞膜的种类从右表中，你能得出什么结论？不同种类的生物膜的蛋白质和脂质的比例存在较大差异。一般地说，功能越多，膜蛋白比例越大，种类越多；反之，所含蛋白质的种类和数量越少。从上表中，你能得出什么结论？膜结构的化学成分基本相同52一、生物膜系统的概念：

细胞内由细胞膜、核膜、内质网膜、高尔基体膜、线粒体膜、质体膜等膜结构组成的统一整体，由这些化学组成相似，基本结构大致相同的膜形成的结构体系——生物膜系统。细胞中由各种膜构成了生物体的生物膜系统。二、各种生物膜在结构上的联系内质网核膜线粒体细胞膜直接联系高尔基体间接联系间接联系膜结构联系1膜结构联系2内质网膜细胞膜高尔基体膜直接转化间接转化间接转化一、生物膜系统的概念：细胞内由细胞膜、核膜、内质网膜53三、各种生物膜在功能上的联系

蚕的丝腺细胞在5龄的初期主要是细胞本身增大，这时细胞质中的核糖体多为游离型的，而内质网数量很少。但到5龄的后半期，腺细胞开始大量合成和分泌丝心蛋白，且大量核糖体与内质网结合，形成发达的粗面型内质网。通过上述事实，你能得出什么结论？结论：蛋白质的合成场所是核糖体。核糖体在细胞内以游离态和附着态存在。肌球蛋白、组蛋白等可溶性结构蛋白质在细胞质中游离核糖体上合成；分泌性蛋白（如丝蛋白）是附着在内质网上的核糖体中合成。三、各种生物膜在功能上的联系蚕的丝腺细胞在554核糖体（合成多肽链）内质网（折叠、组装、糖基化、运输）高尔基体（浓缩、加工、运输）细胞膜（外排作用）细胞外四、生物膜系统的生理作用五、生物膜系统的重要意义1、生命基础理论研究：有助于阐明细胞的生命活动规律。如细胞与环境的物质交换、细胞内各种有机物的合成各运输等。“生物导弹”——用免疫脂质体或“隐形”脂质体包裹基因或药物，定向导向靶细胞，起治疗或临床诊断作用。利用生物膜能量转换原理，制作“生物芯片”。核糖体（合成多肽链）内质网（折叠、组装、高尔基体（浓缩、加工552、实践上的应用——仿生学：海水淡化装置：模拟生物膜选择性透过原理，对海水、污水进行净化获得纯净淡水。作物的抗性的解决（抗寒、抗旱、耐盐等）。医学上根据生物膜的结构、功能原理，可以研制出许多种代用的人体组织与器官。本节结束2、实践上的应用——仿生学：海水淡化装置：模拟生物膜选择性56细胞的内膜系统——真核细胞内，由膜围绕而成的细胞器或细胞结构。是真核细胞所特有，也是真核细胞所必需。一切生理生化反应均在内膜或膜表面进行。膜融合——两个不同的膜相互接触和融合的过程。即两膜的脂质和蛋白质相互混合，以及两膜包围的内含物的混合。这与细胞的内吞、外排、物质运输有关。融合过程受某种因素控制。各种膜的结构关系项目有联系的膜结构联系方式备注核膜线粒体内质网高尔基体细胞膜内质网直接内质网直接核膜、线粒体、胞膜直接高尔基体间接细胞膜、内质网间接内质网直接高尔基体间接直接联系：膜结构之间通过膜直接相连间接联系：不同膜结构之间通过小泡发生膜的转化各种膜之间都有直接或间接联系内质网在各种膜结构中处于中心地位细胞的内膜系统——真核细胞内，由膜围绕而成的细胞器膜57生物膜在结构上的联系内质网核膜线粒体细胞膜高尔基体溶酶体实线：表示直接连接虚线：表示膜泡联系生物膜在功能上的联系氨基酸核糖体（脱水缩合成多肽链）内质网（加工：）折叠、组装、糖基化、二硫键等形成较成熟蛋白质小泡（内有蛋白质）高尔基体（再加工：）浓缩、空间结构形成成熟蛋白质小泡（内有分泌蛋白质）细胞膜（小泡与细胞膜融合）分泌蛋白线粒体供能生物膜在结构上的联系内质网核膜线粒体细胞膜高尔基体溶酶体实线58细胞亚显微结构图细胞质细胞质内质网内质网核膜核膜细胞核细胞核核仁核仁线粒体线粒体高尔基体内质网核糖体核糖体细胞膜细胞膜细胞壁叶绿体大液泡中心体细胞亚显微结构图细胞质细胞质内质网内质网核膜核膜细胞核细59单层膜：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、液泡膜、溶酶体膜双层膜：核膜、线粒体膜、叶绿体膜无膜结构：核糖体、中心体细胞膜及生物膜的结构生物膜的种类生物膜的化学组成：主要是蛋白质、脂质和糖类磷脂糖脂胆固醇单层膜：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、液泡膜、溶酶体膜双层60内质网与细胞膜相连内质网与核膜外层相连内质网腔与两层核膜之间的腔相通细胞内的各种膜在结构上存在着直接或间接的联系。内质网与细胞膜相连内质网与核膜外层相连内质网腔与两层核膜之间61细胞工程是应用生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程手段，在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的一门综合科学技术。什么是细胞工程？细胞工程是应用生物学和分子生物学的原理和什么是细胞工程？62一、植物细胞工程的基本技术2、理论基础：植物组织培养和植物体细胞杂交等4、原理：3、物质基础：1、植物细胞工程常用手段：细胞的全能性（2）受精卵的全能性最高；卵细胞也具有较高的全能性。（1）分化程度越低，细胞的全能性越高。细胞的全能性、细胞增殖、膜的流动性细胞内含有本物种的全套遗传物质第二节植物细胞工程一、植物细胞工程的基本技术2、理论基础：植物组织培63已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。二、细胞的全能性1、细胞的全能性的概念：2、植物细胞全能性表达的必要条件：离体、提供营养物质、激素等3、植物组织培养的过程：外植体脱分化愈伤组织（具全能性）再分化先芽后根植物体（1）脱分化：（2）再分化：高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。脱分化的愈伤组织继续进行培养，重新分化成根或芽等器官。17页已分化的细胞仍具有发育成二、细胞的全能性1、细胞的全能性的概64（4）植物组织培养的优点：①取材少；②培养周期短；③繁殖率高；④大幅提高产量；⑤便于自动化管理。（3）影响植物组织培养的因素：适宜的养料和激素，适宜的温度和无菌条件。4、克隆“多莉”羊每一个细胞核含有本物种全套遗传物质说明了什么？5、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？基因在特定的时间、空间条件下有选择性表达的结果。（4）植物组织培养的优点：①取材少；（3）影响植物组织培65在生物体内，由于基因的选择性表达，细胞不能表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官。当已分化的植物细胞、组织或器官脱离母体后（即脱分化），在一定的营养物质、激素等外界条件作用下，脱分化形成愈伤组织（一种相对没有分化的细胞团），再在植物激素等诱导下发生再分化，才能表达出全能性，发育成完整的植株。三、植物组织培养1、为什么运用植物组织培养技术能把植物的离体器官、组织或细胞能培养成完整植物体？脱分化细胞的全能性所受到的限制已解除。2、植物细胞全能性表达的关键条件：细胞的脱分化。3、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素：植物激素应用：生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等和人工种子。小结：在生物体内，由于基因的选择性表达，细胞不66四、植物体细胞杂交1、概念：用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的方法。2、杂交时间：植物细胞杂交是从细胞融合开始，到培育成的新植物体结束。：以原生质体培养技术为基础，借用动物细胞融合方法形成。3、过程（1）原生质体制备：用酶解法去除细胞壁纤维素酶果胶酶（2）原生质体融合：①融合方法物理方法化学方法离心、振动、电刺激聚乙二醇（PEG）②融合形式膜融合核融合高钙、高PH诱导膜融合杂种细胞第一次有丝分裂时融合四、植物体细胞杂交1、概念：用两个来自不同植物的体细胞融合成67鉴定方法：有形态学方法、生化方法（如电泳）、细胞学方法（如染色体组型分析）、分子生物学方法（如分子杂交）等。4、优点：克服远源杂交不亲和障碍；扩大杂交亲本范围，培养新品种。机械法、生理法、遗传法（3）杂种细胞的筛选和培养：（4）杂种植株的再生与鉴定：由愈伤组织再培养出杂种植株的过程。五、植物细胞培养1、概念：在实验室或工厂化生产的条件下，将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过传代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。鉴定方法：有形态学方法、生化方法（如电泳）、4、优点：克服远682、目的：获得人类所需的细胞次级代谢产物。3、培养基成分：主要由无机盐（NO3-、NH4+）、碳源（蔗糖、葡萄糖等）、植物激素（如生长素、细胞分裂素）、有机氮源（如蛋白质水解物）和有机复合物等组成。4、培养类型（1）按培养对象分：单细胞培养、单倍体培养、原生质培养（2）按培养基的物理性质分：悬浮培养、液体培养、固体培养5、优点：快速、高效、不受季节和外部环境条件的限制。六、植物细胞工程的实际应用1、开辟植物繁殖的新途径2、目的：获得人类所需的细胞次级代谢产物。3、培养基成分：69（1）植物微型繁殖：运用植物组织培养技术，高效快速繁殖大量具优良性状的作物。（2）培养无毒植株：采用茎尖组织培养技术进行作物脱毒，繁殖无毒作物，增加产量。（3）制造人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料，经过人工薄膜包装得到的种子②特点：a、可使自然条件下难结实或种子昂贵的植物得以繁殖。b、固定杂种优势和快捷高效繁殖。①结构组成：胚状体+人工胚乳+人工种皮解决繁殖差和发芽率低问题。后代无性状分离。（1）植物微型繁殖：运用植物组织培养技术，高效快速（2）培养702、改良作物（1）单倍体育种：花药组织培养单倍体植株秋水仙素处理萌发种子或幼苗，使其染色体加倍稳定遗传的正常植株（二倍体等）（2）突变体的利用3、细胞产物的工厂化生产生产人参皂甙干粉优点：明显缩短育种年限；后代性状稳定，不产生性状分离。①产生方法②利用:对突变体进行组织培养:筛选对人们有用的突变体，培养出新品种。本节结束2、改良作物（1）单倍体育种：花药组织培养单倍体植株秋水仙71离体植物器官、组织或细胞脱分化愈伤组织完整植株再分化芽胚再分化根胚外植体（离体的植物器官、组织或细胞）脱分化愈伤组织（具全能性）再分化胚状体（芽、根）植物体细胞分裂素/生长素的比值高时利芽分化，低时利根分化。1、脱分化的关键：植物激素。2、再分化：先诱导芽，再诱导根。3、愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式（对愈伤组织进行处理后，形成分散的单个细胞，再诱导基分化出具有胚芽、胚轴、胚根的结构）。离体植物器官、脱分化愈伤组织完整植株再分化芽胚再分化根胚外植72A—AB—BA—BA—B植物细胞融合植物组织培养白菜——甘蓝分离原生质体→原生质体融合→诱发产生新细胞壁→植物组织培养植物细胞杂交去细胞壁原生质体融合再生细胞壁杂种细胞植物细胞融合细胞分裂愈伤组织杂种植株植物组织培养A—AA—B植物细胞融合植物组织培养白菜——甘蓝分离原生质体73克隆多莉羊的培育♀♀♀“多莉”乳腺细胞卵细胞提取细胞核去核核移植重组细胞重组细胞体外培养胚胎移植♀细胞核移植细胞培养胚胎移植克♀♀♀“多莉”乳腺卵细胞提取细胞核去核核移植重组细胞重组细74第三节动物细胞工程第三节动物细胞工程75动物细胞工程中常用的技术手段：动物细胞培养（基础）、单克隆抗体、动物细胞融合、胚胎移植、核移植等。动物细胞工程中常用的技术手段：动物细胞培养（基础）、单克隆抗76将原代培养增殖的细胞定期用胰蛋白酶把细胞从瓶壁上脱离出来，配制成悬液，分装到两个或两个以上的培养瓶中培养。将组织取出后，先用胰蛋白酶等处理使组织分散成单个细胞，然后配制成一定浓度的细胞悬液，再将悬液放入培养瓶中培养。一、动物细胞培养动物胚胎或幼龄的器官组织剪碎胰蛋白酶单细胞群加培养液细胞悬浮液原代培养传代培养细胞株遗传物质改变传代培养细胞系培养条件下无限传代（1）原代培养：（2）传代培养：1、概念：从动物机体中取出相关组织，将它分散成

，然后放在适宜培养基中，让这些细胞

和

。单个细胞生长增殖2、过程：将原代培养增殖的细胞定77原代培养的细胞一般传至10代左右就不易传下去了，细胞的生长就会停滞，大部分细胞衰老死亡，极少数存活，并能传到40~50代。属传代细胞。（3）细胞株：（4）细胞系：

50代后又出现不能再传下去的细胞，有部分遗传物质发生了改变，并且有癌变的特点，有可能在培养条件下无限地传下去。细胞悬浮液10代细胞原代培养50代细胞传代培养细胞株细胞系（5）动物细胞培养液：葡萄糖、必需氨基酸、促生长因子、维生素、无机盐和动物血清等①主要成分：②特点：液体培养基、含有动物血清必需氨基酸、各种激素等生长因子原代培养的细胞一般传至10代左右78：细胞呼吸需氧气供给，产生的CO2可调节PH（7.2~7.4）（6）动物细胞培养的条件：（7）应用：：离体细胞对微生物和有毒物质无防御能力，易受细菌、真菌和病毒等微生物的污染。a、原因：b、机理：温度会影响酶的活性。37±0.5℃细胞对低温的耐受能力比对高温的高。高温会造成酶结构不可逆变性失活：培养不同的动物细胞的培养基不同①无菌、无毒培养②适宜温度③充足的氧气和PH④必需的营养物质①大规模地生产有重要价值的蛋白质生物制品

（如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等）；②培养正常或病变细胞用于医疗和研究；③用于检验有毒物质等。：79（8）动物细胞培养与植物组织培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养原理培养基结果培养目的动物细胞培养特点细胞的全能性细胞的增殖固体；营养物质、激素液体；营养物质、血清培养成植株培养成细胞系或细胞株快速繁殖培育无毒植株获得细胞产物或细胞（1）液体培养基；（2）成分中有动物血清。（8）动物细胞培养与植物组织培养的比较比较项目植物组织培养动80二、动物细胞融合——可用于制备单克隆抗体1、概念：2、结果:两个或两个以上的动物细胞结合形成一个细胞的过程形成具有原来两个细胞的遗传信息的单核杂种细胞3、理论基础：细胞的全能性4、原理：细胞膜的流动性、细胞增殖5、促融方法（1）物化法（2）生物法:电刺激、离心、PEG（聚乙二醇）:灭活的仙台病毒仙台病毒紫外线丧失感染活性保留融合活性:不能感染细胞:能诱导细胞融合二、动物细胞融合——可用于制备单克隆抗体1、概念：2、结果:816、过程不同个体的两个或多个细胞灭活病毒或PEG或电刺激杂交细胞:包括膜融合、质融合和核融合7、意义（1）克服了远缘杂交不亲和的障碍；（2）成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种的重要手段。6、过程不同个体的两个或多个细胞灭活病毒杂交细胞:包括膜融82三、单克隆抗体1、概念：由单个效应B细胞进行无性繁殖形成的细胞系所产生出的化学性质单一、特异性强的抗体。2、普通抗体：（1）产生细胞（2）成分（3）特点:效应B细胞:蛋白质或免疫球蛋白:血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差3、单克隆抗体特点：化学性质单一，特异性强，灵敏度高4、单克隆抗体的制备：动画三、单克隆抗体1、概念：由单个效应B细胞进行无性繁殖形成的细83先用多孔培养板上培养，每孔只留一个杂交瘤细胞的情况下开始培养，然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群（1）过程给小鼠注射特定的抗原脾脏中分离效应B细胞培养骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞A灭活病毒A、B两种未融合细胞A—B融合B—B融合A—A融合选择培养基杂交瘤细胞克隆检测小鼠体内外培养单克隆抗体（2）两次筛选的原因第一次筛选可得到多个杂交瘤细胞；第二次筛选才能得到单一杂交瘤细胞。（3）杂交瘤细胞的特点既能迅速大量繁殖，又能产生单专一抗体。（选择性培养基）连接

84（4）单克隆抗体的应用：①诊断疾病：②药物导向治疗：③分离、纯化抗原分子：运用药物与单克隆抗体连接在一起制成“生物导弹”诊断病毒引起的疾病和用癌细胞抗原制备的单克隆抗定位诊断诊断试剂具准确、高效、简易、快速的优点。（4）单克隆抗体的应用：①诊断疾病：运用药物与单克隆抗体连85因为卵母细胞的体积大、易操作，且含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。四、动物细胞核移植——细胞拆合技术1、概念：2、种类：将动物的一个细胞的细胞核，移入去核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新胚胎，这个胚胎最终成为动物个体。胚胎细胞核移植、体细胞核移植3、原理：细胞核的全能性（1）动物细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到抑制，全能性表达困难。（2）细胞核全能性表达的条件：①提供促进细胞核表达全能性的物质和营养条件。分化程度越高，全能性越低。②一般选用去核的卵母细胞。

864、过程：供体体细胞细胞培养提取细胞核卵巢卵母细胞减Ⅱ中期去核去核卵细胞注入融合重组细胞发育重组胚胎胚胎移植代孕动物与供体遗传基础相同的幼体（2）保护濒危物种；5、应用（1）加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；（3）转基因克隆动物可作生物反应器，生产医用蛋白；（4）作为治疗人类疾病的异体移植供体；（5）用于组织器官移植。4、过程：供体细胞提取卵巢卵减Ⅱ去核去核注入融重组细胞发育87分治疗性克隆和生殖性克隆6、动物细胞核移植类型（1）不同种动物的细胞拆合技术——核移植概念：将一种生物的细胞核移植到另一种去核或

不去核生物的细胞质中鲫鱼卵细胞细胞核无核细胞鲤鱼囊胚细胞细胞核无核细胞组装细胞鲤鲫鱼（2）同种动物的细胞拆合技术——克隆分治疗性克隆和生殖性克隆6、动物细胞核移植类型（1）不同种动88是指来自人或动物的早期胚胎，具有自我复制、自我更新、高度增殖和多向分化潜能的原始细胞。五、胚胎干细胞1、概念：2、特点：（1）形态：（2）功能：体积小，细胞核大，核仁明显。具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞.体外培养可增殖不分化。（3）在体外培养条件下，胚胎干细胞可以增殖而不发