精讲册第20章　细胞工程

第5部分生物技术与工程第20章细胞工程目录第1节植物细胞工程

考点清单

即练即清第2节动物细胞工程

考点清单

即练即清

考法清单第3节胚胎工程

考点清单

即练即清

提升第1节植物细胞工程一、植物组织培养技术理论基础植物细胞具有全能性,外殖体脱离了母体的影响,一定条件下能实现其全能性操作流程

相关内容(1)实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌,且每次使用后的器械都要灭菌。(2)接种时注意外植体的方向,不要倒插(涉及外植体内生长素的极性运输)。(3)外植体经过脱分化不一定形成愈伤组织,有些植物外植体通过诱导直接产生胚状体。(4)脱分化培养基中蔗糖的作用:维持培养基的渗透压以及为愈伤组织提供碳源。(5)生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,其浓度、比例影响植物细胞的发育方向:①生长素/细胞分裂素的值>1→利于根的分化;②生长素/细胞分裂素的值<1→利于芽的分化;③生长素/细胞分裂素的值=1→促进愈伤组织的形成小表达

(1)诱导愈伤组织形成过程到诱导愈伤组织分化形成试管苗过程需要更换新的培养基,原因是

。(2)诱导愈伤组织形成试管苗的过程中需要照光培养,其作用是

。两过程所需的生长素和细胞分裂素的比例不同诱导叶绿素的合成,使试管苗能够进行光合作用概念将两个来自不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞,并将杂种细胞培育成新的植物体的技术理论基础细胞膜的流动性、植物细胞的全能性操作流程

意义打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等二、植物体细胞杂交技术知识拓展

PEG诱导原生质体融合的原理目前普遍认为PEG能够改变细胞的膜结构,使两个细胞接触处质膜的脂类分子发生疏散和重组,从而导致质膜相互亲和,促进融合部分杂种细胞的筛选方法根据原生质体的大小、颜色等的不同来筛选,如叶绿体颜色不同(色素含量不同)的两种植物细胞的原生质体融合后,可在显微镜下观察叶绿体的颜色来识别杂种细胞小表达

[2023浙江1月选考,24(2)改编]在植物体细胞杂交实验中,将两种植物的原生质体1∶1混合后,通过添加适宜浓度的PEG进行诱导融合,一段时间后,加入过量的培养基进行稀释,稀释的目的是

。降低PEG浓度,使其失去促融合作用,终止原生质体融合植物繁殖的新途径快速繁殖优点(1)高效、快速地实现种苗的大量繁殖。(2)保持优良品种的遗传特性应用、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产作物脱毒原因无性繁殖作物感染的病毒后代,会导致作物产量降低,品质变差应用植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,可用茎尖进行组织培养,获得脱毒苗,如脱毒、脱毒草莓等作物新品种的培育单倍体育种原理染色体数目变异优点(与杂交育种相比)能够缩短育种年限,在较短时间内获得纯合品系突变体的利用原理植物组织培养中的细胞处于不断增殖的状态,培养条件和诱变因素的影响而产生突变应用从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种,如抗花叶病毒的三、植物细胞工程的应用细胞产物的工厂化生产一般途径

产物(1)初生代物生长和生存所必需的代,初生代糖类、脂质、蛋白质、核酸等。(2)次生代生物生长所必需的,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进行。次生代一类小分子有机化合物,如酚类、萜类和含氮化合物等续表真题选改判1.(2024黑、吉、辽,6)诱导外植体形成愈伤组织时需加入NAA和脱落酸。

(

)即练即清✕解析

诱导愈伤组织时需要加入适当比例的生长素和细胞分裂素。

2.(2023浙江1月选考,24)愈伤组织经脱分化可形成胚状体,胚状体能长出根和芽,直接发

育形成再生植株。

(

)✕解析

愈伤组织经再分化可形成胚状体,胚状体能长出根和芽,直接发育形成再生植株。3.(2022辽宁,14)宜选用成熟叶片为材料制备外植体。

(

)✕解析

一般选择植物幼嫩的组织作为植物组织培养的外植体。

4.(2022浙江6月选考,23)植物组织培养时,外植体须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混

合液消毒。

(

)✕解析

植物组织培养中对外植体进行消毒的步骤为“洗涤灵稀释液浸泡2min→流水冲净→75%酒精消毒30s→流水冲洗→10%次氯酸钠溶液消毒10min或0.1%氯化汞溶液消毒5~7min→无菌水多次冲洗”。

5.(2021福建,11)利用植物体细胞杂交技术获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状。(

)✕解析

两种生物的基因融合到一个细胞后,基因的表达可能相互干扰,杂种植株不一定都能表现双亲的优良性状。

6.(2020山东,13)常用灭活的病毒诱导植物原生质体融合。

(

)✕解析

灭活病毒诱导法常用于动物细胞融合。

教考衔接典例

(2024,15,3分)兰州百合栽培过程中毒侵染,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,操作流程如图。下列叙述正确的是

(

)

DA.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解析

愈伤组织是排列不规则的薄壁组织团块,A错误;愈伤组织细胞分化时不进行减数分裂过程,不会发生基因重组,B错误;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应小于1,C错误。

链接教材

选必3P43、P45植物细胞全能性的表达

1.离体培养条件下,植物细胞全能性的表达是通过细胞的

和

实现的。脱分化的细胞不断分裂增殖,产生无组织结构、松散的薄壁细胞团称为

。2.植物组织培养的培养基中通常含有水、无机盐、

、

、植物激

素等物质。植物生长素类和细胞分裂素类物质是植物组织培养不可缺少的两类调节

物质,两者的

在脱分化和再分化中起着关键作用。生长素类和细胞分

裂素类物质的比值大时,有利于

的形成;比值小时,则促进

的形成。脱分化再分化愈伤组织有机营养成分琼脂浓度和配比根芽第2节动物细胞工程提升一、动物细胞培养概念从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜环境下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础动物细胞培养的条件营养培养液中除含细胞所需的各种营养物质(糖类、氨基酸、无机盐、维生素等)外,通常还会添加血清等天然成分无菌、无毒环境(1)培养基中添加抗生素抑制细菌和真菌的生长;(2)对血清等高下失去功能的物质采用过滤除菌;(3)定期更换培养液以清除代的有毒物质;(4)无菌意识和无毒操作应贯穿整个培养过程的始终、pH、渗透压(1):大多数情况下,细胞生长的最适宜37℃,般不超过±0.5℃。(2)pH:多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。(3)渗透压:适宜的渗透压,以维持细胞正常形态气体环境(1)O2:细胞代需;CO2:主要维持培养液的pH。(2)置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养动物细胞培养的过程(1)使用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织时,需要控制酶的处理时间。(2)原代培养和传代培养中细胞不止分裂一次。(3)细胞贴壁和接触抑制。①细胞贴壁:细胞贴附于培养瓶的瓶壁上生长增殖;②接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞通常会停止分裂增殖细胞克隆含义把一个单细胞从群体中分离出来单独培养,使之繁衍成一个新的细胞群体的技术最基本要求必须保证所建成的克隆来源于单个细胞特点经过克隆培养后的细胞群,由于来源于一个共同的祖细胞,基因型一致,遗传性状均一应用研究遗传规律和生理特性的重要材料续表知识拓展

细胞系和细胞株

概念种类细胞系原代培养物经首次传代成功后即成细胞系连续细胞系或无限细胞系(能连续培养,遗传物质发生改变),分为恶性细胞系(具有异体致瘤性)和良性无限细胞系(保留接触抑制,不致癌)有限细胞系(不能连续培养,通常为二倍体细胞)细胞株从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质的细胞。一般具有恒定的染色体组型、病毒敏感性或抗性连续细胞株(可连续多次传代)有限细胞株(传代次数有限)小表达

进行动物细胞培养时,

(填“可以”或“不可以”)使用胃蛋白酶分散细胞,原因是

。不可以胃蛋白酶作用的最适pH为1.5,多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,胃蛋白酶在此环境下会失活理论基础细胞膜具有流动性常用方法(1)物理法:电融合法;(2)化学法:聚乙二醇(PEG)融合法;(3)生物法:灭活病毒诱导法(如使用灭活的仙台病毒处理)结果形成杂交细胞意义突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能应用进行基因定位、制备单克隆抗体等二、动物细胞融合技术知识拓展

灭活病毒诱导细胞融合的原理: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。动物细胞核移植技术概念将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使其发育成动物个体的过程理论基础动物细胞核具有全能性三、动物体细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植过程(1)选取MⅡ期(减数分裂Ⅱ中期)卵母细胞作为受体的原因:MⅡ期的卵母细胞体积大,;细胞质中含有促使细胞核全能性表达的物质和营养条件。(2)去核方法:显微操作法,也可采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。(3)重构胚:通过电融合法使供体核进入卵母细胞,是人工重新构建的胚胎,具有发育成完整个体的能力。(4)克隆动物的遗传物质来源:①细胞核中的遗传物质来自供体细胞;②细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞和供体细胞(5)核移植需要借助精密的显微操作仪和高效率的细胞融合法应用(1)畜牧业:加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育;(2)医药卫生领域:如生产医用蛋白;(3)拯救濒危动物;(4)治疗性克隆:研究致病机制续表小表达

[2021湖南,22(3)改编]与胚胎细胞核移植技术相比,体细胞核移植技术的成功率更低,原因是

。体细胞分化程度高,表现全能性十分困难真题选改判1.(2024黑、吉、辽,14)动物细胞传代培养时,培养皿需密封防止污染。

(

)即练即清✕解析

细胞培养过程需要与外界进行气体交换,故动物细胞通常置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。

2.(2023海南,7)营养供应充足时,传代培养的胚胎干细胞不会发生接触抑制。

(

)✕解析

传代培养的胚胎干细胞增殖到贴满瓶壁时会发生接触抑制。

3.(2022湖北,7)进行动物细胞培养时,血清应经过高后加入培养基。

(

)✕解析

高血清含有的促进细胞生长和增殖所需要的营养物质失活,而使培养的动物细胞生长缓慢等。

4.(2021江苏,11)将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合,经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细

胞。

(

)✕解析

骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合后,诱导融合后产生的细胞有杂交瘤细胞,也有同种核的融合细胞。

5.(2021辽宁,13)克隆动物的遗传性状完全来源于供体。

(

)✕解析

控制克隆动物遗传性状的部分质基因来源于受体卵母细胞。

6.(2021浙江6月选考,11)蝌蚪肠细胞的细胞核具有全能性是由于其含有该物种的全套

基因。

(

)√7.(2020天津,1)在克隆哺乳动物过程中,通常作为核移植受体细胞的是去核的初级卵母

细胞。

(

)✕解析

MⅡ期的次级卵母细胞里含有促进细胞核全能性表达的物质,故克隆哺乳动物时常选用去核的MⅡ期的次级卵母细胞作为核移植的受体细胞。

教考衔接典例

(2021浙江1月选考,18,2分)如图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙

述正确的是

(

)

A.步骤①的操作不需要在无菌环境中进行B.步骤②中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离C.步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理D.步骤④培养过程中不会发生细胞转化C解析

动物成纤维细胞的培养过程中,步骤①切取组织需要在无菌环境中进行,A错误;步骤②常用胰蛋白酶处理细胞间物质使细胞分离,B错误;动物细胞培养中会出现贴壁生长和接触抑制的现象,因此步骤③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理获得单细胞悬液,再进行传代培养,C正确;步骤④传代培养过程中连续培养的细胞系会发生细胞转化,D错误。

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选必3P64~66动物细胞培养

1.培养动物细胞的培养基实现无菌、无毒环境的途径:对培养液和培养用具进行灭菌

处理(对含

的培养液采用过滤灭菌);在培养基中加入一定量

,

作用是抑制细菌和真菌的生长;在无菌环境下进行操作;此外,为防止细胞代的有

毒物质危害细胞,应

培养液。2.动物细胞培养的一般过程包括

和

。体外培养的动物细

胞往往具有

和

等特点。血清抗生素定期更换原代培养传代培养贴附生长接触抑制单克隆抗体制备过程(1)第一次筛选①方法:使用特定的选择培养基,如HAT培养基,在该培养基中未融合的亲本细胞和具有同种核的融合细胞都会死亡,只有杂交瘤细胞才能生长。②结果:获得杂交瘤细胞。由于获得的B淋巴细胞种类很多,因此第一次筛选获得的杂交瘤细胞也不只有一种。(2)第二次筛选①方法:克隆化培养和抗体检测。使用96孔板对上述杂交瘤细胞进行克隆化培养,利

用抗体能与特定抗原结合的原理检测每孔中的抗体。②结果:获得抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞(即能分泌所需抗体的杂交瘤细胞)应用作为特异性探针,研究相应抗原的结构、分布及功能;作为诊断试剂,用于多种疾病诊断和病原体鉴定;运载药物(如将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合,选择性杀伤肿瘤细胞);治疗疾病优点特异性强(能够与特定抗原发生特异性结合)、灵敏度高(能够准确识别抗原的细微差异)、可以大量制备续表知识拓展

用于检测特异性抗体的方法图示:待测样品中若存在抗原的特异性抗体(抗体1),则抗体2(酶标抗体)能够结合,加入酶促

反应底物后会出现颜色反应,用特定仪器测量出光密度变化。典例

单克隆抗体的制备过程

(2024上虞适应性考试,14)CD47是一种跨膜糖蛋白,能

抑制巨噬细胞的免疫清除作用。肺癌、结肠癌等多种肿瘤细胞表面的CD47含量比正

常细胞高1.6~5倍。下图1为抗CD47的单克隆抗体的制备流程,图2为图1过程②的具体

操作。下列相关叙述错误的是

(

)

AA.过程①中筛选出的杂交瘤细胞都具有产生抗体和无限增殖能力B.用多孔玻璃板培养和筛选杂交瘤细胞时,每个孔中尽量只接种1个细胞C.出现阳性反应的原因是抗原与抗体发生了特异性的结合D.注射抗CD47的单抗可以增强巨噬细胞对多种肿瘤细胞的清除作用解析

过程①中筛选出的杂交瘤细胞并非都具有产生抗体和无限增殖能力,还需要进一步多次筛选,A错误;用多孔玻璃板培养和筛选杂交瘤细胞的方法:将杂交瘤细胞多倍稀释,接种在多孔的细胞玻璃板上,使每个孔中尽量只接种1个细胞,通过培养让其增殖,利用抗原(CD47)与抗体(抗CD47的单抗)特异性结合的原理检测每孔中的抗体,即可获得抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞,B、C正确;由于肿瘤细胞表面CD47能抑制巨噬细胞的免疫清除作用,而抗CD47的单抗可阻断其作用,所以注射抗CD47的单抗可以增强巨噬细胞对多种肿瘤细胞的清除作用,D正确。变式

同知识不同考查角度单克隆抗体的应用

(2024湖北,12,2分)糖尿病是危害人类健康的主要疾病之一。恢复功能性胰岛B细胞总

量是治疗糖尿病的重要策略。我国学者研究发现,向患有糖尿病的小鼠注射胰高血糖

素受体单克隆抗体(mAb),可以促进胰岛A细胞增殖,诱导少数胰岛A细胞向胰岛B细胞

转化,促进功能性胰岛B细胞再生。根据上述实验结果,下列叙述错误的是

(

)A.mAb的制备可能涉及细胞融合技术B.注射mAb可降低胰腺分泌胰高血糖素的量C.mAb和胰高血糖素均能与胰高血糖素受体特异性结合D.胰高血糖素主要通过促进肝糖原分解和非糖物质转化为糖,升高血糖水平B解析

单克隆抗体的制备可涉及动物细胞融合技术和动物细胞培养技术,mAb属于单克隆抗体,其制备可涉及细胞融合技术,A正确;mAb可以促进胰岛A细胞增殖,而胰岛A细胞可分泌胰高血糖素,可见注射mAb可提高胰岛分泌胰高血糖素的量,B错误;由题干信息可知,mAb是胰高血糖素受体单克隆抗体,可见mAb和胰高血糖素均能与胰高血糖素受体特异性结合,C正确;胰高血糖素主要作用于肝,促进肝糖原分解成葡萄糖进入血液,促进非糖物质转变成糖,使血糖浓度回升到正常水平,D正确。第3节胚胎工程一、胚胎工程的理论基础概念对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞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,以满足人类的各种需求。研究的重点内容有体外受精、胚胎体外培养、胚胎移植和胚胎分割等理论基础受精(1)精子获能:在雌性动物的生殖道获得受精能力;(2)卵子的准备:在输卵管中进一步成熟,发育到减数分裂Ⅱ中期时,才具备与精子受精的能力。(3)受精主要过程:

胚胎早期发育

二、胚胎工程技术及其应用体外受精过程

意义(1)提高动物繁殖能力的有效措施。(2)可以为胚胎移植提供可用的胚胎胚胎体外培养成分无机盐、有机物、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等特点(1)胚胎不同发育时期必须配制一系列含有不同成分的培养液。(2)尚无从受精卵到新生儿的全体外胚胎培养技术胚胎去向向受体移植(不同动物胚胎移植的时间不同)或冷冻保存胚胎移植过程

实质早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移意义(1)可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。(2)缩短供体本身的繁殖续表胚胎分割概念借助显微操作技术将早期胚胎切割成几等份,再移植到代孕动物子宫中发育,产生同卵