高三生物二輪復習課件19動植物細胞工程

細胞工程——運用細胞工程解決實際生產(chǎn)問題學習目標1.結合實例，總結細胞工程各技術原理，具體流程及每一步需要注意的事項。2.解讀圖文信息，綜合運用細胞工程解決相關問題，強化結構與功能相適應的觀點。3.辯證分析，細胞工程在生產(chǎn)生活中應用的利與弊，并說明理由。

細胞工程是指應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學等多學科的原理和方法，通過細胞器、細胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品的一門綜合性的生物工程。所采用技術的理論基礎植物細胞工程通常采用的技術手段

植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交植物細胞的全能性植物細胞工程的理論基礎全能性：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。思考：1.比較下列細胞的全能性大?。孩僦参锛毎c動物細胞②體細胞、生殖細胞、受精卵2.影響細胞全能性表現(xiàn)的原因？1、植物組織培養(yǎng)技術（1）概念：將離體的植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其形成完整植株的技術。（2）理論基礎：外植體愈傷組織

完整植株脫分化（實質）再分化（實質）（3）流程：指已經(jīng)分化的細胞在特殊的離體條件下，失去其特有的結構和功能，轉變成未分化細胞的過程。*脫分化和再分化是組織培養(yǎng)技術的兩個基本環(huán)節(jié)。離體進行組織培養(yǎng)的植物組織或器官胚狀體、芽、根發(fā)育植物細胞的全能性

排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞特點：具分裂、分化能力,又具全能性（主要）無葉綠體,不進行光合作用脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在一定的培養(yǎng)條件下，再分化出幼根和芽，進而形成完整的小植株。植物組織培養(yǎng)技術的流程簡圖儀器、材料消毒接種到誘導培養(yǎng)基誘導出愈傷組織愈傷組織接種到分化培養(yǎng)基分化出幼苗（試管苗）完整植株實驗：菊花的組織培養(yǎng)脫分化再分化放在23-26℃恒溫，避光條件下培養(yǎng)（沒有葉綠體）需要光照注意事項：1.在組織培養(yǎng)實驗中，為什么強調所用材料器具的消毒、滅菌等無菌操作？3.培養(yǎng)基配制（生長素與細胞分裂素的比值）4.光照條件2.外植體消毒常用的試劑有哪些？生長素與細胞分裂素的比值作用效果比值高時比值低時比值適中時3.培養(yǎng)基配制在愈傷組織的誘導階段往往要暗培養(yǎng)，這是因為暗培養(yǎng)有利于細胞脫分化產(chǎn)生愈傷組織。如果在光照條件下，很容易分化產(chǎn)生維管等組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。再分化過程中一定要有光照，才能誘導綠葉素的合成。4.光照條件1.在組織培養(yǎng)實驗中，為什么強調所用材料器具的消毒、滅菌等無菌操作？植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營養(yǎng)成分。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且會生成大量對培養(yǎng)物有害的物質，導致培養(yǎng)物迅速死亡。2.外植體消毒常用的試劑酒精溶液、次氯酸鈉溶液、升汞溶液等口訣：高根低芽中愈傷有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促進愈傷組織形成注意事項：原生質體再生出細胞壁雜種細胞脫分化愈傷組織雜種植株再分化2.植物體細胞雜交技術（重點理解）過程：馬鈴薯細胞融合完成標志去壁植物組織培養(yǎng)：植物細胞全能性植物細胞的融合：細胞膜流動性酶解法（纖維素酶、果膠酶等）物理法：離心法、電融合法化學法：聚乙二醇（PEG）植物體細胞雜交完成標志番茄細胞高爾基體人工誘導原生質體融合

（篩選）注意：原生質體雖然沒有細胞壁，但是具有活細胞的一切特征。酶解法獲得原生質體條件溫和，原生質體完整性好，活力高。思考：為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？生物基因的表達不是孤立的，它們之間相互調控、相互影響。馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達可能會相互干擾。所以，它們的雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了。植物體細胞雜交的意義：打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種。

（克服了不同物種遠緣雜交不親和的障礙）小結植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交技術原理步驟意義聯(lián)系細胞全能性①脫分化②再分化保持優(yōu)良性狀繁殖速度快大規(guī)模生產(chǎn)提高經(jīng)濟效益雜交技術應用了組織培養(yǎng)打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種①去除細胞壁②融合形成雜種細胞③組織培養(yǎng)膜流動性細胞全能性3、植物細胞工程的實際應用(一）植物繁殖的新途徑1、快速繁殖：快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術

特點：（植物組織培養(yǎng)的特點）a.無性繁殖；保持優(yōu)良品種的遺傳特性b.高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖c.可以實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)2、作物脫毒(1)選材部位：植物的分生區(qū)附近。(2)選材原因：分生區(qū)附件的病毒極少，甚至無病毒。(3)實例：目前采用莖尖組織培養(yǎng)技術來脫除病毒，在馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿、香蕉等主要經(jīng)濟作物上已獲得成功。(二）作物新品種的培養(yǎng)(1)過程：花藥離體培養(yǎng)→單倍體植株→染色體加倍→純合二倍體植株。(2)優(yōu)點：①后代是純合子，能穩(wěn)定遺傳。②明顯縮短了育種年限。1、單倍體育種（以二倍體植株為例）(1)產(chǎn)生原因：在植物的組織培養(yǎng)過程中，易受培養(yǎng)條件和外界壓力(如射線、化學物質等)的影響而產(chǎn)生突變。(2)利用：篩選出對人們有用的突變體，進而培育成新品種。2、突變體的利用（三）細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1、細胞產(chǎn)物種類：蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。2、技術：植物組織培養(yǎng)技術。3、實例：我國利用植物組織培養(yǎng)技術實現(xiàn)了大量生產(chǎn)人參皂苷干粉；另外，三七、紫草和銀杏的細胞產(chǎn)物也都已經(jīng)實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。注意：初生代謝物/次生代謝物植物組織培養(yǎng)的目的不同，培養(yǎng)階段也不同：若是進行植物微型繁殖若是生產(chǎn)人工種子若是生產(chǎn)細胞產(chǎn)品可培養(yǎng)到愈傷組織，從愈傷組織中提取產(chǎn)品應培養(yǎng)成具有生根發(fā)芽能力的胚狀體（用人工種皮包裹）應培養(yǎng)成植株幼苗一、動物細胞培養(yǎng)1.概念動物細胞培養(yǎng)是指從動物體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后再適宜的培養(yǎng)條件下，讓這些細胞生長和繁殖的技術2.目的3.理論基礎4.動物細胞培養(yǎng)的條件獲得細胞或細胞產(chǎn)物；不能獲得完整動物個體細胞增殖（有絲分裂）動物細胞工程動物細胞培養(yǎng)的條件1.營養(yǎng)①與體內基本相同，需要糖類、氨基酸、促生長因子、無機鹽、維生素等。②另外，在使用合成培養(yǎng)基時，通常需加入血清等一些天然成分。③動物細胞培養(yǎng)使用的是液體培養(yǎng)基，也稱培養(yǎng)液，植物組織培養(yǎng)使用的是固體培養(yǎng)基。2.無菌、無毒的環(huán)境①是對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行無菌處理；②是在細胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素；③是定期更換培養(yǎng)液，防止細胞代謝產(chǎn)物積累。3.溫度和PH和滲透壓①溫度以36.5±0.5℃為宜②pH為7.2～7.4③滲透壓也是需要考慮的一個重要環(huán)境參數(shù)。4.氣體環(huán)境

O2和CO2（95%空氣和5%CO2

）

O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。思考：1.ES細胞的特點？①形態(tài)特點：體積小、細胞核大、核仁明顯

②功能特點：具有發(fā)育的全能性

③體外培養(yǎng)條件下，可以只增殖，不分化2.如何制備iPS細胞？（課本P46相關信息）1.幼齡動物的細胞與老齡動物的細胞比較，分化程度低的細胞與分化程度高的細胞比較，哪些細胞更易于培養(yǎng)？為什么？幼齡動物的細胞、分化程度低的細胞更易于培養(yǎng)。因為幼齡動物的細胞、分化程度低的細胞生命力旺盛，分裂能力強。思考：2.將組織分散成單個細胞時為什么要用胰蛋白酶（膠原蛋白酶）處理？胃蛋白酶可以嗎？胰蛋白酶可以將動物組織細胞間的蛋白質成分酶解，使細胞分散開，獲得單個細胞；胃蛋白酶不可以，pH不適宜3.為什么動物細胞要分散成單個細胞培養(yǎng)？分散成單個細胞后容易培養(yǎng)，細胞所需的營養(yǎng)容易供應，其代謝廢物容易排出；而用大組織塊培養(yǎng)時，內部細胞的營養(yǎng)供應和代謝廢物的排出都較困難。因此，這些細胞在體外長時間生存和生長就較困難。同時，分散成單個細胞培養(yǎng)，可使在細胞水平操作的其他技術得以實現(xiàn)。比較項目植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)區(qū)別原理植物細胞的全能性動物細胞增殖培養(yǎng)基類型固體和半固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基培養(yǎng)基特有成分植物激素動物血清或血漿細胞來源離體植物器官、組織或細胞胚胎或幼齡動物組織、器官結果形成完整的植株獲得細胞或細胞產(chǎn)物相同①都需要人工條件下的無菌操作；都需要適合的溫度、酸堿度②培養(yǎng)過程中細胞都進行有絲分裂，都不涉及減數(shù)分裂③都存在細胞培養(yǎng)過程動物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)的對比二、動物細胞融合技術與單克隆抗體1.概念：動物細胞融合技術就是使兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的技術2.原理：細胞膜具有一定的流動性3.誘導方式：4.結果：形成雜交細胞。即融合后形成的原來兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞物理法：電融合法化學法：聚乙二醇（PEG)生物法：滅活的病毒如：仙臺病毒用滅活的病毒誘導動物細胞融合過程：滅活的病毒顆粒黏附于細胞表面↓細胞膜被病毒顆粒穿通↓細胞膜連接↓細胞核融合，形成雜交細胞項目植物體細胞雜交動物細胞融合原理融合前處理用_____________和__________去除細胞壁后誘導原生質體融合用____________使細胞分散后誘導細胞融合誘導融合的方法

雜種植株（或雜交細胞）特點雜種植株含有兩種生物的遺傳物質

雜交細胞具有意義和用途打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，在培育植物新品種等方面展示出獨特的優(yōu)勢突破_________________，使__________成為可能。獲得雜交細胞，用于_______細胞膜的流動性植物細胞全能性細胞膜的流動性纖維素酶果膠酶胰蛋白酶或膠原蛋白酶物理法（離心，振動，電激）化學法：PEG物理法（離心，振動，電激）化學法：PEG還有生物法：滅活的病毒兩個或多個細胞的遺傳物質遠緣雜交單克隆抗體制備有性雜交局限比較植物體細胞雜交和動物細胞融合B淋巴細胞骨髓瘤細胞動物細胞融合動物細胞培養(yǎng)單克隆抗體雜交瘤細胞1.制備單克隆抗體過程：單克隆抗體的制備2.與常規(guī)方法制備的血清抗體相比，單克隆抗體有何優(yōu)越性？常規(guī)方法：向動物體內反復注射某種抗原，使動物產(chǎn)生抗體，然后，從動物血清中分離所需抗體。這種方法不僅產(chǎn)量低，純度低，而且制備的抗體特異性差。單克隆抗體最主要的優(yōu)點在于它的特異性強，靈敏度高，并可大量制備。第1次篩選目的：得到雜交瘤細胞階段一：動物細胞融合原理：動物細胞膜具有一定的流動性第2次篩選目的：在雜交瘤細胞中篩選出能產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細胞。階段二：動物細胞培養(yǎng)原理：細胞增殖多孔細胞培養(yǎng)板怎樣二次篩選出能分泌所需抗體的雜交瘤細胞？將雜交瘤細胞群稀釋，約每孔1個進行培養(yǎng)（克隆化培養(yǎng)）一段時間后，檢測各孔上清液中細胞分泌的抗體上清液可與特定抗原結合的培養(yǎng)孔為陽性孔抗體檢測板抗體檢測板多孔細胞培養(yǎng)板怎樣再次篩選出能分泌所需抗體的雜交瘤細胞。二選方法：克隆化培養(yǎng)和專一抗體檢測將雜交瘤細胞群稀釋，約每孔1個進行培養(yǎng)（克隆化培養(yǎng)）一段時間后，檢測每個孔內的抗體分泌抗體能跟抗原結合的細胞即為所需細胞專一抗體檢測呈陽性多孔細胞培養(yǎng)板多種B淋巴細胞小鼠注射抗原骨髓瘤細胞融合B-B細胞雜交瘤細胞瘤-瘤細胞選擇性培養(yǎng)基

篩選1多種雜交瘤細胞（特點）符合要求的雜交瘤細胞（特點）抗原-抗體雜交法

篩選2克隆化體外培養(yǎng)小鼠腹腔內增殖單克隆抗體總結思考：1.注射抗原的目的是什么？2.細胞融合的方法有哪些？與植物細胞融合的區(qū)別是什么？3.兩次篩選的目的分別是什么？4.獲得單克隆抗體的方法有哪些？5.單克隆抗體的制備過程中包括幾個階段？其原理是什么？6.雜交瘤細胞的特點？單克隆抗體的特點？單克隆抗體的應用a.作為診斷試劑——最廣泛應用同位素標記的單克隆抗體，在特定組織中成像，定位診斷相關疾病。準確、高效、簡易、快速b.用于治療疾病和運載藥物①特異性強、靈敏度高生物導彈——單克隆抗體＋抗癌藥物②療效高、毒副作用小結合同位素的單抗-----生物導彈單克隆抗體的應用三、動物體細胞核移植技術和克隆動物動物體細胞核移植技術（1）概念：

將動物的一個細胞的細胞核移入去核的卵母細胞中，使這個重新組合的細胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體的技術。（2）核移植種類：胚胎細胞核移植（易）；體細胞核移植（難）（3）（4）結果：用核