高三生物一轮复习课件：细胞工程

细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。原理和方法操作水平目的分类细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品植物细胞工程和动物细胞工程1、细胞工程概念一：植物细胞工程植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术动物细胞培养、动物细胞融合、动物体细胞核移植（1）概念接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根

脱分化再分化再分化指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。未分化，不定形的薄壁组织团块。已经分化的细胞，经过诱导后，转变成未分化细胞的过程离体植物器官、组织或细胞愈伤组织重新分化出根或芽等器官的过程(既有细胞增殖，又有细胞分化)2.植物组织培养技术移栽成活（2）、过程：有丝分裂无性生殖植物细胞具有全能性（3）.生殖方式：（4）.分裂方式：（5）.原理：细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。①定义:②原因:高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。（生物体的体细胞均是由同一个受精卵经有丝分裂和分化发育而来）。③体现细胞全能性的标志在特定时间、空间条件下，基因的选择性表达④细胞不表现全能性的原因细胞

→完整个体或其他各种细胞⑤植物细胞表现出全能性所需要的条件有哪些？（1）离体状态（2）无菌操作（3）种类齐全、比例适合的营养物质（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）空白对照：不加任何激素实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1；利于愈伤组织的形成利于根的分化利于芽的分化（6）：若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？（7）.菊花组织培养的步骤：切割冲洗消毒取材酒精30S无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min2-3次无菌水洗①制备外植体:②接种外植体：将外植体的1/3〜1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。③培养愈伤组织：18～22℃、无光培养，经过脱分化形成愈伤组织④诱导生芽、生根（再分化）愈伤组织15~20d后接种到诱导生芽培养基接种到诱导生根培养基一般选用形成层细胞或组织块：分裂旺盛，全能性高，容易诱导形成愈伤组织移栽有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。熟记植物组织培养的5个关键点过程接种外植体愈伤组织根、芽植物体生长发育脱分化再分化条件①无菌、②营养物质、③适宜环境条件（温度、PH、光等）④植物激素：细胞分裂素生长素培养基三次用到：诱导外植体形成愈伤组织；诱导愈伤组织生芽；诱导愈伤组织生根。植物激素的使用细胞分裂素比例较高，促进芽分化，抑制根形成；生长素比例较高，促进根分化，抑制芽形成。光照的使用脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。注①植物组织培养中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。（1）.概念：将不同来源的植物体细胞，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。细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性（2）.原理：3.植物体细胞杂交技术（3）.过程：细胞B细胞A去壁去壁原生质体B原生质体A诱导融合融合原生质体再生出细胞壁脱分化愈伤组织再分化杂种植株植物细胞融合植物组织培养酶解法:纤维素酶和果胶酶物理法：电融合法、离心法化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高PH融合法等融合完成的标志杂交完成的标志（4）.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种（5）.培养基中原生质体融合后的类型（以上图为例，不考虑多细胞融合）共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要进行筛选。(6).植物体细胞杂交和有性杂交的辨析两个不同品种的植物细胞A有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb、B有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd植物体细胞杂交植物有性杂交杂交后细胞中染色体数（2x+2y)条（x+y)条基因型AabbccDdAbcD或abcD或Abed或abcd染色体数、染色体组、基因型都采用直接相加①.快速繁殖技术特用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖。高效、快速地实现种苗的大量繁殖；保持优良品种的遗传特性㈠概念：㈡优点：㈢生殖方式：一般为无性生殖（1）植物繁殖的新途径②作物脱毒㈠原因：㈡选材部位：植物的分生区附近（该部位的病毒极少，甚至无病毒）。无性繁殖的作物，容易将感染的病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。㈢优点：作物产量高和品质好4.植物细胞工程的应用特（2）作物新品种的培育①单倍体育种㈠方法：花药离体培养、人工诱导染色体数加倍㈡过程：人工诱导染色体数加倍花药离体培养单倍体植株正常纯合体植株脱分化愈伤组织再分化秋水仙素处理花粉㈢原理：染色体（数目）变异、植物细胞的全能性。㈣优点：①极大地缩短了育种的年限。②也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。组织培养时，由于培养的细胞一直处于不断增殖的状态，易受培养条件和诱变因素的影响而产生突变外植体新品种筛选培育愈伤组织

脱分化多种突变体

诱导分化诱变处理基因突变和植物细胞的全能性。②突变体的利用㈠产生原因：㈡过程：㈢原理：（3）细胞产物的工厂化生产①.植物代谢次生代谢初生代谢生物生长生存所必需的代谢活动，整个生命过程一直进行。产物如糖类、脂质、蛋白质、核酸等

不是植物基本的生命活动所必需的，一般在特定的组织或器中，并在一定的环境和时间条件下才进行。一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)概念产物概念②细胞产物工厂化生产的原因a.植物次生代谢物含量很低；b.从植物组织提取会大量破坏植物资源；c.有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。③细胞产物的工厂化生产的概念人们利用植物细胞培养来获得目标产物的过程④细胞产物的工厂化生产的流程外植体细胞悬浮细胞产物培养提取脱分化愈伤组织分散开项目目的过程植物组织培养植物细胞培养获得植物体获得细胞产物外植体愈伤组织芽、根完整植株脱分化再分化生长发育外植体细胞悬浮细胞产物培养提取脱分化愈伤组织分散开⑤.植物组织培养和植物细胞培养的比较1.甲品种(2n)青花菜具有由核基因控制的多种优良性状，但属于胞质雄性不育品种。通过体细胞杂交，成功地将乙品种(2n)细胞质中的可育基因引入甲中。下列相关叙述错误的是()A.照光处理的甲青花菜下胚轴细胞中有叶绿体，利于筛选杂种细胞B.流程中A处理可使用纤维素酶和果胶酶，B处理可使用聚乙二醇C.杂种细胞经过外源生长素和赤霉素的诱导，直接再分化成为杂种植株D.杂种植株含有控制甲青花菜优良性状的基因，并能通过父本进行传递√2.辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如图。下列表述正确的是()A.实现①过程的条件是外植体细胞发生基因突变B.①过程受外源激素的调控，②过程受内源激素的调控C.获得脱毒苗常用的外植体是成熟的根和茎，脱毒苗具有更强的抗病毒能力D.通过细胞培养获得辣椒素的过程可不需要实现细胞的全能性√3.SOD是一种广泛分布于各种细胞中的抗氧化酶，它能催化超氧阴离子自由基形成H2O2，增强植物的抗逆性。下图为培育能够产生SOD农作物新品种的一种方式，有关叙述正确的是()A.①过程中最常用的方法是采用Ca2+处理法将SOD基因导入植物细胞B.②需要进行照光培养，以诱导叶绿素的形成C.③表示再分化过程，无需严格的无菌操作D.该育种方式利用了细胞工程和基因工程，能体现细胞的全能性√4.图示植物原生质体制备、分离和检测的流程。下列相关叙述正确的是()A.步骤1添加盐酸以去除细胞壁B.步骤2吸取原生质体放入无菌水中清洗C.台盼蓝检测后应选择蓝色的原生质体继续培养D.原生质体密度介于图中甘露醇和蔗糖溶液密度之间√5.植物体细胞通常被诱导为愈伤组织后才能表现全能性。研究发现，愈伤组织的中层细胞是根或芽再生的源头干细胞，其在不同条件下，通过基因的特异性表达调控生长素、细胞分裂素的作用，表现出不同的效应（见如表）。已知生长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生；反之，有利于芽的再生。下列推论不合理的是

A.WOX5失活后，中层细胞会丧失干细胞特性

B.WOX5+PLT可能有利于愈伤组织中生长素的积累

C.ARR5促进细胞分裂素积累或提高细胞对细胞分裂素的敏感性

D.体细胞中生长素和细胞分裂素的作用可能相互抑制条件基因表达产物和相互作用效应①WOX5维持未分化状态②WOX5+PLT诱导出根③WOX5+ARR2，抑制ARR5诱导出芽C6.植物甲抗早、抗病性强，植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙，过程如下图所示。下列叙述错误的是A.过程①中酶处理的时间差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异B.过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合C.过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素D通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株B7.兰州百合栽培过程中易受病毒侵染，造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗，操作流程如下图。下列叙述正确的是()A.①为脱分化过程，1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块B.②为再分化过程，愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组C.3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1D.百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，可以作为该研究中的外植体D①为了得到原生质体需先用

____________

和

_______

来处理白菜细胞和甘蓝细胞。8.白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。如图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图，回答下列问题：纤维素酶果胶酶②诱导原生质体融合的方法有多种，常用的物理方法是_________________________

，融合完成的标志是____________________________。由杂种细胞得到“白菜—甘蓝”还需要经过组织培养技术，其中需要避光培养___电融合法、离心法再生出新的细胞壁脱分化③如图通过植物体细胞杂交技术获得的“白菜—甘蓝”体细胞染色体数为____。通常情况下，白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的，原因是_________________

；若对白菜和甘蓝采用杂交育种方法能成功的话，得到的后代应含___条染色体。38存在生殖隔离19的步骤是_______1.动物细胞培养指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。动物细胞工程的基础细胞增殖合成培养基血清等一些天然成分＋将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基。原因：由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚。血清可以补充合成培养基中缺乏的物质(1).概念：(2）.地位：（3）.原理：（4）.动物细胞培养的条件①.营养条件:培养基的物理性质：一般使用液体培养基，也称培养液。（注意：这里的糖类不能是淀粉）二.动物细胞工程②.无菌、无毒的环境Ⅰ.对培养液和所有培养用具进行灭菌处理。Ⅱ.在无菌环境下进行操作。Ⅲ.培养液需要定期更换：Ⅳ.可添加一定量的抗生素目的：清除代谢物，防止代谢物积累对细胞自身造成危害。防止培养过程中微生物的污染③.温度、pH和渗透压Ⅰ.适宜的温度：哺乳动物多以___________为宜；36.5±0.5℃Ⅱ.适宜的pH：多数细胞生存的适宜pH为________;7.2-7.4Ⅲ.适宜的渗透压：目的________________________。维持细胞正常的形态和功能④.气体环境：95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。

O2：细胞代谢所必需CO2：维持培养液的pH取动物组织用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理分散成单个细胞解决悬浮生长贴壁生长(大多数）细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等接触抑制传代培养细胞悬液原代培养分瓶培养加培养液细胞分裂受阻悬浮生长:直接用离心法收集贴壁生长:胰蛋白酶处理后用离心法收集收集细胞(5).动物细胞培养的过程胚胎或幼龄动物的组织、器官成块组织中细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖原因：方法：说明细胞间的物质主要是蛋白质。不能用胃蛋白酶，pH不适宜

原因：细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养

目的使组织细胞分散开

使细胞从瓶壁上脱离下来便于继续培养比较项目植物组织培养动物细胞培养原理培养基性质培养基特有成分过程培养结果相同点常用固体培养基植物体葡萄糖、动物血清常用液体培养基细胞增殖细胞的全能性许多细胞蔗糖、植物激素1.培养过程中细胞都进行有丝分裂，不涉及减数分裂；2.均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件脱分化-再分化原代培养-传代培养(6)比较植物组织培养与动物细胞培养异同：2、干细胞培养及其应用：(3).分布：(1).概念：(4).分类：存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。包括胚胎干细胞和成体干细胞等。动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。(2).特点：体积较小，细胞核大，核仁明显。①.胚胎干细胞Ⅰ分布：Ⅱ特点：存在于早期胚胎中具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。（简称ES细胞）②.成体干细胞Ⅰ分布：Ⅲ特点Ⅱ常见类型存在于成体组织或器官内的干细胞造血干细胞（骨髓、外周血和脐带血中）神经干细胞（神经系统中）精原干细胞（睾丸中）发现最早研究最多应用最成熟具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。③．诱导多能干细胞Ⅰ概念：通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞（简称iPS细胞）。Ⅱ诱导方法：将特定基因或特定蛋白导入细胞用小分子化合物诱导形成。Ⅲ诱导及流程：病人各种类型的细胞导入特定基因导入特定蛋白小分子化合物诱导成纤维细胞T细胞B细胞iPS细胞分化取出Ⅳ诱导多能干细胞优点：诱导过程无须破坏胚胎；可以避免免疫排斥反应。3.动物细胞融合技术AB灭活病毒杂交细胞两个杂交细胞融合有丝分裂(1).概念：(2).原理：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。细胞膜具有一定的流动性融合形成杂交细胞，具有原来两个或多个细胞的遗传信息。（3）.结果：（4）.类型：若不考虑多细胞融合，融合操作后形成AA、

AB、

BB、A、B（5）.诱导方式：物理法：化学法：生物法：——动物细胞融合特有离心法、电融合法聚乙二醇（PEG)灭活的病毒（6）.动物细胞融合完成的标志：细胞核的融合（7）.意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。①灭活②细胞融合的原理病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，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。用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构。（失去感染性保留抗原性）（8）.灭活病毒诱导融合的原理植物体细胞杂交动物细胞融合原理处理的细胞融合前处理的酶处理诱导融合方法结果融合成功标志意义细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性用果胶酶和纤维素酶去除细胞壁用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞电融合法、离心法；聚乙二醇（PEG）融合法、等PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法再生出细胞壁细胞核的融合打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能杂种植株杂交细胞（9）.动物细胞融合技术与植物体细胞杂交的比较不同来源的植物体细胞可同一个体甚至同一类型的细胞动物细胞融合动物细胞培养注射特定的抗原B淋巴细胞（免疫）骨髓瘤细胞多种细胞杂交瘤细胞单克隆抗体能分泌所需抗体的杂交瘤细胞第一次筛选第二次筛选诱导融合体外培养小鼠腹腔内培养液中提取腹水中提取（1）·给小鼠注射特定抗原的目的:得到可以产生特定抗体的B淋巴细胞。（2）·B淋巴细胞、骨髓瘤细胞、杂交瘤细胞特点:B淋巴细胞：能产生抗体，但不能大量增殖骨髓瘤细胞：不能产生抗体，但能大量增殖杂交瘤细胞：既能迅速大量增殖，又能产生抗体

4、单克隆抗体制备（3）·诱导动物细胞融合的特有方法:灭活病毒诱导法动物细胞融合动物细胞培养注射特定的抗原B淋巴细胞（免疫）骨髓瘤细胞未融合的细胞、杂交细胞杂交瘤细胞单克隆抗体能分泌所需抗体的杂交瘤细胞第一次筛选第二次筛选诱导融合体外培养小鼠腹腔内培养液中提取腹水中提取（4）·若不考虑多细胞融合，细胞融合后类型5种：融合的细胞3种、未融合的2种（5）·两次筛选的目的、方法第一次筛选目的：获得杂交瘤细胞；方法：用特定的选择培养基。第二次筛选目的：获得能分泌所需抗体的杂交瘤细胞；方法：克隆化培养，抗体检测（6）·抗体检测原理抗原和抗体能够特异性结合（7）.单克隆抗体的优点特异性强、灵敏度高、可大量制备（8）.单克隆抗体的应用①作为诊断试剂②用于运载药物5.动物体细胞核移植技术和克隆动物(1).概念：将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。(2).原理与生殖方式：动物(体)细胞核的全能性、(3).种类：胚胎细胞核移植：体细胞核移植：细胞分化程度低，表现全能性容易细胞分化程度高，表现全能性十分困难无性生殖(4).非人灵长类动物体细胞核移植非常困难的原因原因一:供体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，这导致了胚胎发育率低。原因二:非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。收集牛卵巢，在体外培养到MⅡ期从供体高产奶牛身体某一部位取体细胞，进行培养通过显微操作去核将供体细胞注入去核的卵母细胞通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞形成重构胚将胚胎移入受体（代孕）母牛体内生出犊牛用物理或化学方法激活重构胚(5).过程动物细胞培养动物细胞核移植动物细胞融合早期胚胎培养胚胎移植①该过程中应用到的技术②.选用卵母细胞原因及培养至什么时期：原因：a.卵母细胞体积大，易操作；b.含有激发和促使细胞核全能性表达的物质和营养条件；MⅡ期（减数分裂Ⅱ中期）。③.卵母细胞去核的原因、去核”的内容、去核的方法：原因：去的内容：方法：保证核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自供体细胞。纺锤体-染色体复合物显微操作去核④.将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：对卵母细胞损伤较小；保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。⑤.诱导融合的方法：电融合法⑥·融合的结果：供体核进入卵母细胞，形成重构胚⑧·重构胚的概念、激活重构胚的方法、处理重构胚的目的a概念：人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力b激活重构胚的方法：Ⅰ物理方法：Ⅱ化学方法：电刺激Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂c处理重构胚的目的：激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程⑨.核移植获得的克隆动物与提供细胞核的亲本性状可能不同的三个原因：⑩.动物体细胞核移植技术证明了已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。a克隆动物遗传物质来自两个亲本。b发育过程中可能发生基因突变或染色体变异。c外界环境可能引起表型改变。a畜牧业：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。(6)、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题①应用前景b医药卫生领域：器官移植、利用生物反应器生产珍贵的医用蛋白c科学研究领域研究生物发育、衰老及致病