第2章 细胞工程-高中生物基础知识清单选择性必修3生物技术与工程（人教版）

第2章细胞工程

第1节植物细胞工程

一、植物细胞工程的基本技术

1.植物组织培养技术

（1）原理：植物细胞的o

含义：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生或的潜能。

在生物体内的细胞不表现出全能性的原因：基因在特定的时间和空间条件下表达，为

不同的组织、器官。

（2）概念：是指将离体的植物、或等，培养在人工配制的培养基上，给予

适宜的培养条件，诱导其形成的技术。

（3）菊花的组织培养

原理：植物细胞具有。

操作流程：

植物激素在组织培养中的作用：植物激素中和是启动细胞分裂、脱分化和再分化

的关键激素。它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。

生长素与细胞分裂素的用量比值植物细胞的发育方向

比值高有利于根的分化、抑制芽的形成

比值低有利于芽的分化、抑制根的形成

比值适中促进愈伤组织的形成

方法步骤：制备培养基：配置各种母液。无机物中大量元素浓缩10倍，微量元素浓缩100倍,

常温保存。激索类、维生素类以及用量较小的有机物一般可按Img/mL的质量浓度单独配成母液。熔化琼脂,

加入蔗糖30g,依次加入配制好的大量元素、微量元素、有机物和植物激素的母液，加蒸储水定容至1000mL,

并调节PH。诱导菊花愈伤组织的培养基加入0.5mg/L的和；诱导菊花生

芽的培养基加入2〜3mg/L和0.02-0.3mg/L的和:诱导菊花

生根的培养基将硝酸镀、硝酸钾、磷酸二氢钾、七水合硫酸镁、二水合氯化钙用量减半，并添加（）Jmg/L

的或。灭菌：培养基和所有的器械进行灭菌。外植体消毒：

流水冲洗后的外植体用70%的消毒30s,立即用无菌水清洗2〜3次，再用5%左右的溶

液处理30min后，立即用无菌水清洗2〜3次。接种：在旁进行，对接种工具要用灭

菌。将菊花外植体插入培养基中时注意o培养：在18℃〜22C的中培养，15〜

20d后，将生长良好的转接到诱导生芽的培养基，长出芽后再转接到诱导生根的培养基，进

一步诱导形成试管苗。移栽：先打开封口膜或瓶盖,让试管苗在培养箱牛长几日。用流水清洗根部培养基.

将幼苗移栽到的蛭石或珍珠岩等环境生活一段时间，幼苗长壮后再移栽到土壤。幼苗移栽后，适

时浇水、施肥，直至开花。

2.植物体细胞杂交技术

（1）流程：

植A

物

②

细

胞B

正在融合杂种细胞

的原生质再生出细愈伤杂种

体胞壁组织植株

V/、V

植物细胞融合植物组织培养

过程①为去除获得,常用方法是酶解法，所利用的酶是。

过程②是,人工诱导的物理法包括、等；化学方法包括、

____________________等。

过程③是原生质体融合后再生出,这是原生质体融合成功的标志。

（2）杂种细胞的类型有三种：,符合要求的只有AB,需要进行o

（3）植物体细胞杂交成功的标志：，

（4）意义（优点）：植物体细胞杂交技术_____________________________________________

（5）植物体细胞杂交的原理：原生质体融合的原理：,杂种细胞发育成杂种植株即植物组

织培养的原理：o

（C）变异类型：属于.杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，形成异源

多倍体。

（7）概念：是指将的植物体细胞，在一定条件下融合成，并

把培育成新植物体的技术。

二、植物细胞工程的应用

1.植物繁殖的新途径

（1）微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的技术，形象的称为植物的技术,

也叫技术o

微型繁殖的两个优点：高效快速地实现种苗的；保持。

（2）作物脱毒：

解决的问题：繁殖的作物，感染的病毒在体内逐年积累•产量降低，品质变差。

解决方法：切取一定大小的进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得。

理论基础（原因）：植物附近（如茎尖）病毒极少，甚至无病毒。

成果：采用茎尖绡织培养技术.已获得脱毒的马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、溶萝和香蕉等C

2.作物新品种的培育:

（1）育种。用植物的花药（或花粉）进行离体培养形成单倍体，再经人工诱导染色体加倍后,

当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株。其优点是。

（2）的利用。利用组织培养过程中出现的,培育成新品种。

3.细胞产物的工厂化生产：

（1）初生代谢和次生代谢：

初生代谢是生物所必需的代谢活动，在整个生命过程中一直进行。初生代谢物有、

、和等。次生代谢不是生物所必需的，一般在特定的组

织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。

（2）次生代谢物及化学组成和作用：

次生代谢物：植物代谢产生一些不是植物基本的生命活动所必需的产物。

次生代谢物是一类（如酚类、菇类和含氮化合物等）。

次生代谢物在植物、等方面发挥作用，也是很多、和等

的重要来源。

（3）植物细胞培养、细胞产物的工厂化生产及意义：

植物细胞培养：是指在条件下对单个植物进行培养使其增殖的技术。

细胞产物的工厂化生产：就是人们利用植物细胞培养来获得的过程。

意义：不占用耕地，几乎不受季节、天气的限制，对于、、具有

重要意义。

（4）产品：

世界上首例药用植物细胞工程产品：,具有抗菌、消炎和抗肿痛等活性：我国科学家筛选出

高产紫杉醵的细胞生产；我国科学家利用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分一

4.植物组织培养和植物体细胞杂交的比较

名称植物组织培养植物体细胞杂交

原理细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性

植物细胞A

1去壁

离体的植物器官、组织或细胞

1脱分化原生质体A、人工诱量融合的原生

原生质体B/质体AB

愈伤组织

f去壁1再生壁

过程1再分化

植物细胞B杂种细

根、芽或胚状体

胞产

1发育1脱分化

植物体

杂种再分化愈伤

植株《组织

选取根尖、茎尖、形成层部位最容

选材不同植物细胞融合后形成的杂种细胞

易诱导脱分化

技术除脱分化、再分化外，还要用醵解法去除细

脱分化、再分化等

操作胞壁，用一定的方法诱导细胞融合

关系植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂

5.单倍体育种和突变体利用的比较

项目原理优点成果

单倍体育种染色体变异明显缩短育种年限单育1号烟草品种等

产生新基因，大幅度

突变体利用基因突变抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等

改良某些性状

第2节动物细胞工程

一、动物细胞培养一一动物细胞工程的。

1.概念：

是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成，然后在适宜的培养条件二，让这些细

胞和的技术。

2.动物细胞培养的条件：

一般来说，动物细胞培养需要满足条件和其他条件，包括的环境、适宜

的、、适宜的。

（1）营养：动物细胞培养的培养基中应含有细胞所需要的各种物质。将细胞所需要的营养物

质按种类和所需量严格配制成的培养基，称为在使用合成培养基时，通常需要加

入等一些天然成分，原因是人们对细胞所需要的营养物尚未全部研究清楚。培养动物细胞

一般使用液体培养基，也称为。

（2）无菌、无毒的环境：需要对和所有培养用具进行无菌处理以及在环境下进行操作。

培养液还需要定期更换，以便清除,防止其积累积累对细胞自身造成危害。

（3）温度、pH和渗透压：哺乳动物细胞培养的温度多以为宜。多数动物细胞生存的适宜

pH为o渗透压也是需要考虑的一个重要环境参数。

（4）气体环境：动物细胞培养所需气体主要有o前者是所必需的，后者的

主要作用是"采用培养皿或松盖培养瓶进行细胞培养时，置于含有96%空气和的混合气

体的COz培养箱中进行培养。

3.动物细胞培养的过程：

取动物组织块

剪碎组织

/、用________处理

三分散成单个细胞

制成细胞悬液

放入二氧化碳

转入培养液中"培养箱中培养

进行

贴满瓶壁的细胞用_______处理

制成细胞悬液

转入培养

液中进行

（1）体外培养的动物细胞可以分为两大类：一类是培养的细胞。会因细胞过大、积

累和培养液中缺乏等因素而分裂受阻。另一类是培养的细胞。这类细胞往往贴附在

培养瓶的瓶壁上，称为。贴壁细胞生长增殖除受上述因素影响外，还会发生现

象，即当贴壁细胞分裂生长到时，细胞通常会停止分裂增殖。

（2）原代培养和传代培养：

人们通常将分瓶之前的培养，即动物组织经处理后的培养，称为；将分瓶后的细

胞培养称为°在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接用法收集；贴壁细

胞需要用酶等处理分散成单个细胞，再用法收集。

4.干细胞培养及其应用

（1）在一定的条件下，干细胞可以分化为其他类型的细胞。干细胞存在于、和

等多种组织和器官中，包括和等。

（2）胚胎干细胞（简称细胞）存在于中，具有分化为成年动物体内的类

型的细胞，并进一步形成机体的所有和甚至的潜能。

（3）成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞，包括中的、中的

和

中的等。一般认为，成体干细胞具有，只能分化成特定的

或，不具有发育成的能力。发现最早、研究最多、应用最为成

熟的一类成体干细胞是,主要存在于成体的、和中。

（4）干细胞具有能力及潜能，与组织、器官的、和

等密切相关，因而在医学上有着广泛的应用.如将正常的造血干细胞移植到病人体内，恢复病人的和

功能，治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病；

神经干细胞应用于治疗损伤和退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等）。

（5）胚胎干细胞的获取涉及伦理问题，限制了它在医学上的应用。2006年，科学家通过体外诱导小鼠—

细胞，获得了类似于胚胎干细胞的一种细胞，将它称为（简称细胞）,

用于治疗阿尔茨海默症、心血管疾病等。且iPS细胞可•以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内，

理论上可以避免,所以应用前景优于胚胎干细胞。

二、动物细胞砸合技术与单克隆抗体

1.动物细胞融合技术

（1）概念：就是使两个或多个动物细胞结合形成的过程。融合后形成的具

有原来两个或多个细胞的遗传信息。

（2）原理：和o

（3）诱导动物细胞融合的常用方法：、和等。灭活是

指用或手段使病毒或细菌失去能力，但并不破坏它们的结构。

（4）意义：细胞融合技术突破了的局限，使成为可能。

（5）应用：成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段，利用动物细胞融合技术

发展起来的,为制造开辟了新途径，

（6）植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较

比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合

原理细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞膜的流动性、细胞的增殖

融合前处理先除去细胞壁先使细胞分散开

使用的酶纤维素酶和果胶酶胰蛋白酶

物理法：电融合法、离心法等

聚乙二醇（PEG）融合法、电融合法、灭活

诱导手段化学法：聚乙二醉（PEG）融合法、高CT

病毒诱导法等

一高PH融合法

结果杂种植株杂交细胞

应用培育植物新品种主要用于制备单克隆抗体

意义打破了生殖隔离，实现远缘杂交。

相同点原生质体融合原理相同；原生质体融合的方法相似

2.单・克隆抗体制备

（1）原理：动物在免疫反应过程中，每一个B淋巴细胞只分泌一种

（2）单克隆抗体制备过程：

1975年，英国科学家米尔斯坦和德国科学家科勒通过实验，得到了单克隆抗体。

注射抗原

。0）B淋巴细胞

骨髓瘤

杂交瘤第1次筛选：筛选出杂交瘤细胞

细胞

细胞

筛选——第2次筛选：在杂交瘤细胞中筛

选出能产生所需抗体的杂交瘤

细胞

体外培/\手内培养

从培养/从小鼠腹

中提取水中提取

帝

单克隆抗体

（3）单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的及方法:

第一次筛选：用特定的培养基上，未融合的亲本细胞（B淋巴细胞和骨髓瘤细胞）和融合的具有

同种核的细胞（BB融合细胞、瘤瘤融合细胞）都会死亡，只有融合的才能生长。这种细

胞的特点是既能，又能产生______________________o

第二次筛选：经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞（很多种杂交瘤细胞），需经克隆

化培养和抗体检测，经多次筛选后可获得足够数量的的杂交瘤细胞。

（4）获取单克隆抗体的场所：

若在培养基中进行杂交瘤细胞休外培养，则从中茯取.

若在小鼠或其他动物腹腔内培养，则从中获取。

（5）单克隆抗体的应用：

单克隆抗体的优点：、、，

作为诊断试剂：原因是，单克隆抗体能准确识别各种抗原物质的细微差异，并与一定抗原发生特异性结合,

且可以大量制备。如用单克隆抗体做成的“早早孕诊断试剂盒”。

用于运载药物：（ADC）通过将与能特异性识别肿瘤抗原的结合,

实现对肿瘤细胞的选择性杀伤，ADC通常由、和三部分组成，其作用的机制

是与肿瘤细胞识别并被吞噬后，引起裂解，释放药物，导致肿瘤细胞调亡。

用于治疗疾病：我国的单克隆抗体药物市场规模已达72亿元。

三、动物体细胞核移植技术和克隆动物

1.概念：将动物的一个细胞的细胞核移入,使这个重新组合的细胞发育成,

进而发育成的技术。

2.哺乳动物核移植可以分为核移植和核移植。动物体细胞核移植的难度明显高于

胚胎细胞核移植，原因是_________________________________________________________________________

非灵长类动物的体细胞核移植非常困难，主要原因一方面是的细胞核在去核卵母细胞中不能

完全恢复其分化前的功能状态，导致发育率低；另一方面是对非灵长类动物胚胎进行操作的技

术尚不完善。

3.体细胞核移植的过程：

重构胚是指人工重新构建的胚胎，具有发育成的能力。

用物理或化学方法如、、等激活重构胚，使其完成细

胞分裂和发育过程。

4.体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题：

（1）畜牧生产中，可以加速______________的进程，促进繁育。

（2）医药卫生领域，通过建立,再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物

可以作为,生产许多珍贵的医用o以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞,

经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以避免

（3）研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及过程；克隆一批遗传背景相同的动物，可

以通过它们之间的对比来分析；克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的和

开发相应的药物提供帮助。

（4）保护濒危物种。有望增加濒危物种的存活数量。

第3节胚胎工程

一、胚胎工程的理论基础

1.胚胎工程的概念

是指对、或进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚

胎移植到雌性动物体内生产后代，已满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括、和

______________________等。

2.受精：

（1）概念：和结合形成（即受精卵）的过程。

（2）场所：o

（3）过程：

准备阶段：

精子:精子必须在雌性动物的生殖道中发生相应的生理变化后，才能获得受精能力的生理现象。

使精子获能的方法有直接利用使精子获能；将精子培养在人工配制的中

使其获能等，获能液常见的有效成分有、等。

卵子的准备：动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初级卵母细胞，如等；有的可能是次级

精母细胞，如等。它们都要在在输卵管中发育到,才具备与精子受精

的能力。

受精阶段：

获能后的精子与卵子相遇，释放出多种,溶解外的结构，借助自身运动接触卵细胞

膜，在的瞬间，会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明

带。精子入卵后，也会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内。

精子入卵后，尾部脱离，形成一个比原来精子的核还大的0被激活的卵子完成减II,排出

后，形成。雌、雄原核融合形成合子（受精卵）。

卵子受精完成的标志：在透明带和卵细胞膜之间观察到。

3.胚胎早期发育

（1）过程：受精卵-*-*—囊胚一原肠胚。

（2）图示：

受精卵+2细胞胚A4细胞胚+8细胞胚-桑棋胚—>囊胚一>原肠胚

受精卵：的起点。

卵裂期：其特点是：分裂方式为。细胞数量不断o胚胎的总体积并不博加，细胞体

积0

桑其胚：细胞数目在个左右。细胞未分化，属于细胞。

囊胚：细胞开始出现分化。聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团，将来发育成胎儿的各种o沿

透明带内壁扩展和排列的滋养层细胞发育成o囊胚扩大，透明带破裂，胚胎从其中伸

展出来的过程叫做。

原肠胚：出现外胚层、内胚层和原肠腔。内细胞团表层的细胞形成，下方的细胞形成c

由内胚层包围的囊腔叫。

二、胚胎工程技术及其应用

1.体外受精

哺乳动物体外受精技术主要包括、和等步骤。采集到的

卵母细胞和精子，要分别在体外进行和,然后置于适当的培养液中完成受

精。

体外受精技术是提高动物的有效措施，还可以为提供可用的坯胎。

2.胚胎移植

（1）概念：是指将通过体外受精及其他方式得到的，移植到、的

雌性动物体内，使之继续发育为的技术。

供体：提供胚胎的雌性动物。

受体：接受胚胎的其他雌性动物。

（2）基本步骤：

供体、受体的选择和处理一一胚胎的收集、检查、培养或保存一一移

植后的检查.

选择优良、强的供体母牛和有和正常的受体母

牛，用激素进行同期发情处理，对供体母牛用激素做超数排卵处理。

（3）优势：可以充分发挥o

3.胚胎分割

（1）概念:是指采用机械方法将早期胚胎分割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得的

技术。

（2）主要仪器：和。

（3）材料：选择发育良好、形态正常的o

（4）注意事项:分割囊胚阶段的胚胎时，取样，做DNA分析鉴定性别;注意将均

等分割。

（5）意义：可以促进优良动物品种的繁殖；对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义；是

动物繁殖或的方法之一，其他克隆方法还有核移植。

第2章细胞工程

第1节植物细胞工程

一、1.（1）全能性完整生物体分化成其他各种细胞选择性分化（2）器官组织细胞完

整植株（3）全能性生长素细胞分裂素MS固体BA（节基腺喋玲）NAA（蔡乙酸）BA

（芳基腺噂吟）NAA（禁乙酸）NAA（蔡乙酸）IAA（叫味乙酸）高压蒸汽酒精次氯酸

钠酒精灯火焰灼烧不要倒插培养箱愈伤组织消过毒

2.（1）细胞壁原生质体纤维素酶和果胶酶原生质体融合电融合法离心法聚乙二醇（PEG）

融合法高Ca"一高PH融合法细胞壁（2）AA、BB、AB筛选（3）杂种细胞再生出细胞壁（4）

打破生殖隔离，实现远缘杂交育和（5）细胞膜的流动性植物细胞的全能性（6）染色体变异（7）

不同来源杂种细胞杂种细胞

二、1.（1）植物组织培养快速繁殖微型繁殖大量繁殖优良品种的遗传特性（2）无性茎

尖脱毒苗顶端分生区

2.（1）单倍体极大地缩短了育种的年限，节约了大量的物力和人力（2）突变体突变体

3.（1）生长和生存糖类脂质蛋白质核酸生长（2）小分子有机化合物抗病抗虫

药物香料色素（3）离体细胞或细胞团目标产物社会经济环境保护（4）紫草

宁紫杉醇人参皂甘

第2节动物细胞工程

一、基础1.单个细胞生长增殖

2.营养无菌、无毒温度PH和渗透压气体环境（1）营养合成培养基血清培养液

（2）培养液无菌代谢物（3）36.5±0.5℃7.2〜7.4（4）（h和CO2细胞代谢维持培养

液的pH5%C0,

3.胰蛋白酶（胶原蛋白酶或机械方法）原代培养胰蛋白酶传代培养（1）悬浮密度有害代

谢物营养物质贴壁细胞贴壁接触抑制表面相互接触