高中生物选修专题二细胞工程

会计学1高中生物选修专题二细胞工程高中生物选修专题二细胞工程所采用技术所采用技术的理论基础的理论基础 植植物物细细胞胞工工程程通常采用的通常采用的技 术 手 段技 术 手 段 植物植物组织培养组织培养 植物植物体细胞杂交体细胞杂交植物细胞的植物细胞的全能全能性性一、植物细胞工程一、植物细胞工程 第1页/共36页胚状体或胚状体或丛芽丛芽外植体外植体植物体植物体脱分化脱分化再分化再分化（一）植物组织培养（一）植物组织培养（已分化）（已分化）（未分化）有分生能力（未分化）有分生能力需光照需光照幼芽或幼根？幼芽或幼根？条件？条件？特点？特点？适宜温度、无光适宜温度、无光照、照、pH和无菌环和无菌环境。境。无机、有机成分无机、有机成分和植物激素（和植物激素（生长生长素，细胞分裂素素，细胞分裂素和和赤霉素等赤霉素等）无定形状态无定形状态薄壁细胞薄壁细胞高度液泡化高度液泡化排列疏松、无规则排列疏松、无规则分化程度低分化程度低脱分化较易脱分化较易离体的植物离体的植物器官、组织器官、组织或细胞或细胞愈伤组织愈伤组织原理原理:植物细胞全能植物细胞全能性性第2页/共36页AB去掉细胞壁去掉细胞壁原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体融合原生质体融合融合原生质体融合原生质体杂种细胞杂种细胞 愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株植物体细胞的融合植物体细胞的融合原理：细胞膜的流动性原理：细胞膜的流动性植物组织培养植物组织培养原理原理:植植物细物细胞的胞的全能全能性性第3页/共36页植物植物A A细细胞胞植物植物B B细胞细胞酶解法酶解法原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B原生质原生质体融合体融合融合原生质融合原生质体体再生壁再生壁杂种细胞杂种细胞脱分化脱分化去壁的常用方法去壁的常用方法：酶解法酶解法（纤维素酶、果胶酶等）（纤维素酶、果胶酶等）诱导原生质体诱导原生质体融合方法：融合方法：物理方法：物理方法：离心、振动、电激等离心、振动、电激等 化学方法：化学方法：聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG）融合成功的标志融合成功的标志人工诱导人工诱导筛选筛选愈伤组织愈伤组织杂种植杂种植株株再分化再分化1 1、植物体细胞杂交的过程、植物体细胞杂交的过程第4页/共36页 与有性杂交（种内）相比，植物体细胞杂交与有性杂交（种内）相比，植物体细胞杂交克服了远克服了远缘杂交不亲合的障碍缘杂交不亲合的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围（种间、属间），并且培育出了许多在生产上有较高范围（种间、属间），并且培育出了许多在生产上有较高应用价值的杂种植株品种。应用价值的杂种植株品种。第5页/共36页u概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫，也叫快速繁殖技术快速繁殖技术。u特点：特点：繁殖速度快，即具有繁殖速度快，即具有高效性高效性 保持优良品种的遗传特性，即具有保持优良品种的遗传特性，即具有高保真高保真性性第6页/共36页u 原因：无性繁殖的作物，感染的病毒易传播给原因：无性繁殖的作物，感染的病毒易传播给后代，病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产后代，病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差。量降低，品质变差。u 材料：材料：植物分生区（如茎尖）。植物分生区（如茎尖）。u 方法：切取茎尖进行组织培养，获得方法：切取茎尖进行组织培养，获得脱毒苗脱毒苗。第7页/共36页u技术：技术：组织培养组织培养u特性：特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗在适宜条件下可以萌发长成幼苗u优点优点后代无性状分离，保持优良特性后代无性状分离，保持优良特性不受季节、气候和地域的限制不受季节、气候和地域的限制 植物组织培养得到的植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、胚状体、不定芽、顶芽、腋芽腋芽等包裹在人工薄膜（等包裹在人工薄膜（人工种皮人工种皮）内形成的结构）内形成的结构。第8页/共36页（二）作物的新品种培育（二）作物的新品种培育第9页/共36页 某二倍体植物是杂合子，图为其花药中未成熟花粉在某二倍体植物是杂合子，图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：（1 1）图中表示的是该花粉培养过程中的）图中表示的是该花粉培养过程中的 过程，表示的是过程，表示的是 过程，过程，X X代表的是代表的是 ，表示的是，表示的是 过程，表示的是诱导过程，表示的是诱导 过程。过程。（2 2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那一条途径主要取决于培养基成分中一条途径主要取决于培养基成分中 的种类及其的种类及其浓度配比，最后获得的来源浓度配比，最后获得的来源于未于未成熟花粉的完整植株都称成熟花粉的完整植株都称为为 植株（甲）。未成熟花粉经培养能形植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明成完整植株，说明未未成熟花粉成熟花粉具具有有 。愈伤组织愈伤组织花药中未花药中未成熟的花成熟的花粉粉丛芽（芽）丛芽（芽）完整植株完整植株X脱分化脱分化再分化再分化胚状体胚状体分化分化(发育发育)生根生根激素激素单倍体单倍体细胞的全能性细胞的全能性第10页/共36页愈伤组织愈伤组织花药中未花药中未成熟的花粉成熟的花粉丛芽（芽）丛芽（芽）完整植株完整植株X（3 3）对植株进行）对植株进行 ，才能，才能使其结实产生后代（乙），否则植株甲只有通使其结实产生后代（乙），否则植株甲只有通过过 的方式才能产生后代（丙）。乙、丙的方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是两种植株中，能产生可育花粉的是 植株，该植株植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类为群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类为 种，花药培养在育种上的特殊意义是种，花药培养在育种上的特殊意义是 ，从而开辟育种新途径。，从而开辟育种新途径。染色体加倍处理染色体加倍处理无性繁殖无性繁殖乙乙一一明显缩短育种年限明显缩短育种年限第11页/共36页基因型为基因型为AaBb的水稻的水稻(具有具有24条染色体条染色体)的花粉通过无菌操作，接的花粉通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的育种过程。入试管后，在一定条件下形成试管苗的育种过程。(1)愈伤组织是花粉细胞不断分裂后的形成的不规则细胞团，愈伤愈伤组织是花粉细胞不断分裂后的形成的不规则细胞团，愈伤组织形成中，必须从培养基中获得组织形成中，必须从培养基中获得_。(2)要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_和和_ _两两类激素。类激素。(3)愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是。这一过程必须给予光照，其原因是_利用光照制造利用光照制造有机物，供试管苗生长。有机物，供试管苗生长。(4)试管苗的细胞核中含有试管苗的细胞核中含有_条脱氧核苷酸链。条脱氧核苷酸链。(5)培养出的试管基因型有培养出的试管基因型有 。如果要获得育种需。如果要获得育种需要的植株，并能繁殖新品种，后面的育种步骤是要的植株，并能繁殖新品种，后面的育种步骤是_。各种营养各种营养(水、无机盐、蔗糖等能水、无机盐、蔗糖等能量物质量物质)和小分子有机物和小分子有机物生长素生长素 细胞分裂素细胞分裂素叶绿体叶绿体 24AB、Ab、ab、a用一定浓度的秋水仙素处理组织培养获得的幼苗用一定浓度的秋水仙素处理组织培养获得的幼苗第12页/共36页植物细胞工程常用的技术手段：植物细胞工程常用的技术手段：植物组织培养、植物组织培养、植物体细胞杂交植物体细胞杂交等等强调：强调：是其他动物是其他动物细胞工程技术的细胞工程技术的基础基础。动物细胞培养动物细胞培养 动物细胞核移植动物细胞核移植 动物细胞融合动物细胞融合 单克隆抗体制备单克隆抗体制备等等 动物细胞培养技术动物细胞培养技术 回顾：回顾：常用的技术手段：常用的技术手段：第13页/共36页 (一）概念一）概念:动物细胞培养就动物细胞培养就是从动物体内取出相关的组是从动物体内取出相关的组织，将它分散成单个细胞，织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。，让这些细胞生长和增殖。原理原理：细胞增殖细胞增殖第14页/共36页细胞贴壁细胞贴壁悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。上，称为细胞贴壁。细胞的接触抑制细胞的接触抑制当贴壁细胞分裂生长到表面相当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。称为细胞的接触抑制。原代培养原代培养从机体取出后立即培养的细胞为原代从机体取出后立即培养的细胞为原代细胞。动物组织消化后的初次培养称为原代培细胞。动物组织消化后的初次培养称为原代培养。养。传代培养传代培养将原代细胞从培养瓶中取出，配制成将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称为传代培养。中继续培养，称为传代培养。第15页/共36页（二）动物细胞培（二）动物细胞培养过程养过程动物胚胎或幼龄动物动物胚胎或幼龄动物的组织、器官的组织、器官配置细胞悬液配置细胞悬液剪碎用胰蛋白酶处理剪碎用胰蛋白酶处理1010代细胞代细胞转入培养瓶转入培养瓶40-5040-50代细胞代细胞传传代代培培养养无限传代无限传代单个细胞单个细胞加培养液稀释加培养液稀释传代传代1010代以内，代以内，遗传物质不改变遗传物质不改变，保持，保持正常正常二倍体核型二倍体核型。传代传代10-5010-50代左右，增长缓慢以代左右，增长缓慢以至于完全停止，至于完全停止，部分细胞核型可部分细胞核型可能发生变化能发生变化（遗传物质可能改变（遗传物质可能改变）为什么用胰蛋白酶处理？为什么用胰蛋白酶处理？分瓶分瓶传代培养传代培养原代培养特点：原代培养特点：细胞贴壁、细胞贴壁、接触抑制接触抑制继续传代培养少部分细胞继续传代培养少部分细胞获得不获得不死性死性，细胞突变细胞突变，遗传物质已经遗传物质已经改变改变，等同于癌细胞等同于癌细胞。原原代代培培养养动物细胞培养不能动物细胞培养不能最终培养成动物体最终培养成动物体第16页/共36页动物细胞培养的条件动物细胞培养的条件:1 1）无菌无毒的环境：）无菌无毒的环境：适宜的温度：适宜的温度：36.536.50.50.5。适宜的酸碱度：适宜的酸碱度：PHPH：7.2-7.47.2-7.44 4）气体环境：）气体环境：2 2）营养：）营养：3 3）温度和）温度和pHpH：“95“95空气空气+5+5COCO2 2”的混合气体培的混合气体培养箱。养箱。氧氧气是细胞代谢必须的；气是细胞代谢必须的；COCO2 2维持培养液的维持培养液的PHPH。无菌处理；无菌处理；培养液中添加抗生素；培养液中添加抗生素；定期更换培养液。定期更换培养液。第17页/共36页（四）动物细胞培养技术的应用（四）动物细胞培养技术的应用第18页/共36页项目项目培养基培养基结果结果应用应用植物组植物组织培养织培养动物细动物细胞培养胞培养均需适宜的外界条件：均需适宜的外界条件：PH,PH,温度温度,营养及营养及“无菌无菌、无毒环境、无毒环境”等等固体固体、营养物、营养物质、质、蔗糖、植蔗糖、植物激素物激素培养成培养成植株植株液体液体、营养物、营养物质、质、葡萄糖、葡萄糖、动物血清动物血清、血浆血浆培育成细培育成细胞系或细胞系或细胞株胞株1.1.生产蛋白质制品生产蛋白质制品（如病毒疫苗、干扰素（如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体单克隆抗体、动物激素）、动物激素）2.2.检测有毒物质等检测有毒物质等1.1.试管苗的快速繁殖试管苗的快速繁殖2.2.无病毒植物的培育无病毒植物的培育3.3.生产药物等生产药物等4.4.人工种子人工种子5.5.转基因植物的培育转基因植物的培育第19页/共36页（一）概念（一）概念 动物细胞核移植技术是将动物的一个细胞的动物细胞核移植技术是将动物的一个细胞的细胞核细胞核，移入到一个已经移入到一个已经去掉细胞核的卵母细胞去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发中，使其重组并发育成一个新的胚胎，该胚胎最终发育成完整的动物个体。育成一个新的胚胎，该胚胎最终发育成完整的动物个体。（二）类型（二）类型 胚胎细胞核移植、体细胞核移植胚胎细胞核移植、体细胞核移植u利用核移植技术得到的动物称为利用核移植技术得到的动物称为克隆动物克隆动物。克隆是指生物体通过体细胞进行克隆是指生物体通过体细胞进行的的无性繁殖无性繁殖，以及由无性繁殖形，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。组成的种群。例如：由同一个祖先细例如：由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯胞分裂繁殖而形成的纯细胞系（每个基因彼此细胞系（每个基因彼此相同）。相同）。第20页/共36页 取供体细胞传取供体细胞传代培养代培养1010代以代以内的细胞内的细胞.为为什么？什么？用的是去用的是去核的减数核的减数第二次分第二次分裂中期细裂中期细胞（胞（M中期中期）为）为什么？什么？激活方法：激活方法：激活目的：激活目的：促融方法：电刺激促融方法：电刺激胚胎移植至代胚胎移植至代孕受体内孕受体内妊娠、分娩妊娠、分娩三）核移植流程三）核移植流程供体：优质高产奶牛供体：优质高产奶牛受体：普通奶牛（卵受体：普通奶牛（卵母细胞的采集与培养母细胞的采集与培养）1.体积大，易体积大，易操作。操作。2.含有含有促使细胞核表促使细胞核表达全能性的物达全能性的物质和营养条件质和营养条件。第21页/共36页1.1.克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白2.2.改良动物品种改良动物品种 3.3.治疗人类疾病，作为供体治疗人类疾病，作为供体4.4.保护濒危动物保护濒危动物四）四）.体细胞核移植技术的应用前景体细胞核移植技术的应用前景第22页/共36页五）体细胞核移植技术存在的问题五）体细胞核移植技术存在的问题第23页/共36页（一）动物细胞融合技术（一）动物细胞融合技术 动物细胞融合也称细胞杂交，指两个或多个动动物细胞融合也称细胞杂交，指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。物细胞结合形成一个细胞的过程。u融合后形成的具有两个或多个细胞遗传信息的融合后形成的具有两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为单核细胞，称为杂交细胞杂交细胞。1 1、概念、概念第24页/共36页2 2、过程、过程不同不同DNA的两个细胞的两个细胞灭活病毒灭活病毒诱导细胞融合诱导细胞融合（先质后核）（先质后核）融合后的杂交细胞进融合后的杂交细胞进行有丝分裂行有丝分裂（丧失感染性、保留抗原结构）（丧失感染性、保留抗原结构）第25页/共36页3、实现动物细胞融合有什么、实现动物细胞融合有什么意义意义呢？呢？打破生殖隔离，使远缘杂交成为可能；打破生殖隔离，使远缘杂交成为可能；重要用途：重要用途：第26页/共36页获得获得杂种植株杂种植株用途用途物理（物理（电激电激）化学（化学（PEG）生物：灭活的病毒生物：灭活的病毒物理（离心、物理（离心、振荡、电激）振荡、电激）化学（化学（PEGPEG）诱导方法诱导方法使细胞使细胞分散后分散后诱诱导细胞融合导细胞融合去除细胞壁后诱去除细胞壁后诱导导原生质体融合原生质体融合细胞融合细胞融合的方法的方法细胞膜的细胞膜的流动性流动性细胞膜的细胞膜的流动性流动性、植物细胞植物细胞全能性全能性原理原理动物细胞融合动物细胞融合植物体细胞杂交植物体细胞杂交比较项目比较项目植物体细胞杂交、动物细胞融合的比较植物体细胞杂交、动物细胞融合的比较主要用于制备主要用于制备单克隆抗体单克隆抗体第27页/共36页 抗原抗原 动物体内动物体内刺激刺激 效应效应B 抗体抗体 特点：产量低、特异性差、纯度低、反应不够灵敏特点：产量低、特异性差、纯度低、反应不够灵敏（二）单克隆抗体（二）单克隆抗体1 1、常规抗体制备、常规抗体制备：一个一个B B淋巴细胞淋巴细胞：只分泌一种：只分泌一种特异性抗体特异性抗体2、单克隆抗体制备：、单克隆抗体制备：杂交瘤细胞杂交瘤细胞 小鼠小鼠骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞：能：能无限增殖无限增殖融合融合 单克隆抗体单克隆抗体 培养培养 第28页/共36页1.单克隆抗体制备过程单克隆抗体制备过程诱导其融合的方法有哪些？诱导其融合的方法有哪些？原理原理/意义是意义是融合后培养液中有几种细胞融合后培养液中有几种细胞怎样筛选出杂交瘤细胞，杂交怎样筛选出杂交瘤细胞，杂交瘤细胞有何优点瘤细胞有何优点注射抗原的目的是什么注射抗原的目的是什么为何要进行克隆化培养和专为何要进行克隆化培养和专一抗体检测，多次筛选一抗体检测，多次筛选优点优点:特异性强灵敏度高特异性强灵敏度高,可大量制备可大量制备应用应用:诊断试剂诊断试剂,治疗疾病和运载药物治疗疾病和运载药物单单克克隆隆抗抗体体第29页/共36页动物细动物细胞融合胞融合技术技术B、BB、B瘤瘤、瘤瘤、瘤瘤、瘤、瘤只有杂种细只有杂种细胞才能活胞才能活动物细胞培养动物细胞培养3.3.单克隆抗体单克隆抗体制备过程制备过程获得产生相应抗获得产生相应抗体的体的B淋巴细胞淋巴细胞第30页/共36页一一的优点。的优点。4.单克隆抗体的应用：单克隆抗体的应用：单克隆抗体是指：单克隆抗体是指：杂交瘤细胞产生的单一抗体杂交瘤细胞产生的单一抗体第31页/共36页 1 1下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。（1 1）_技术是单克隆抗体技术的基础。技术是单克隆抗体技术的基础。（2 2）根据培养基的用途分类，图中）根据培养基的用途分类，图中HATHAT培养基属于培养基属于_培养培养基。基。（3 3）单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最大的优越性是）单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最大的优越性是_。（4 4）动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂）动物细胞融合除了采用植物细胞原生质体融合常用的诱导剂外，还可以采用外，还可以采用_。动物细胞培养动物细胞培养选择选择特异性强特异性强,灵敏度灵敏度高高灭活的病毒灭活的病毒第32页/共36页在体外大量增在体外大量增殖殖分泌特异性抗体分泌特异性抗体骨骨髓髓造血干细造血干细胞胞主动运主动运输输第33页/共36页2.2.下图表示用生物工程制备人抗下图表示用生物工程制备人抗A A抗体的过程。请回答下列问题。抗体的过程。请回答下列问题。(1)(1)人的红细胞膜表面有被称为人的红细胞膜表面有被称为凝集原的特异凝集原的特异_：从免疫：从免疫学角度看，这种凝集原是学角度看，这种凝集原是_。(2)(2)图中细胞中图中细胞中1 1是小鼠体内注入是小鼠体内注入人人A A型血红细胞后而获得的型血红细胞后而获得的_细胞，这种细胞具有产细胞，这种细胞具有产生生_的的特点，但难以在体外培养。甲培特点，但难以在体外培养。甲培养皿中培养的细胞养皿中培养的细胞2 2，是从患骨，是从患骨髓瘤的小鼠体内获取的骨髓瘤细髓瘤的小鼠体内获取的骨髓瘤细胞，这种细胞在体外培养时能胞，这种细胞在体外培养时能_，但不会产生，但不会产生抗体。抗体。糖蛋白糖蛋白抗原抗原浆浆单一的特异性单一的特异性（抗（抗A A）抗体抗体快速大量增殖快速大量增殖第34页/共36页(3)(3)为了能充分发挥上述两种细为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点，经特殊处理，在胞各自的特点，经特殊处理，在促细胞融合因子的作用下，使两促细胞融合因子的作用下，使两种细胞发生融合，形成图中的细种细胞发生融合，形成图中的细胞胞3 3，这种细胞称为，这种细胞称为_。把它在乙培养皿中进行培养，。把它在乙培养皿中进行培养，则能产生大量的细胞群，这种方则能产生大量的细胞群，这种方法称为法称为_。(4)(4)过程的主要目的过程的主要目的_。通过过程或。通过过程或的培养方法能的培养方法能产生大量产生大量_抗体。抗体。杂交瘤细胞杂交瘤细胞克隆克隆筛选出能筛选出能产生单一抗产生单一抗A A抗体的杂交瘤细胞抗体的杂交瘤细胞抗抗A单克隆单克隆第35页/共36页