高三生物二轮复习课件19动植物细胞工程

细胞工程——运用细胞工程解决实际生产问题学习目标1.结合实例，总结细胞工程各技术原理，具体流程及每一步需要注意的事项。2.解读图文信息，综合运用细胞工程解决相关问题，强化结构与功能相适应的观点。3.辩证分析，细胞工程在生产生活中应用的利与弊，并说明理由。

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。所采用技术的理论基础植物细胞工程通常采用的技术手段

植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞的全能性植物细胞工程的理论基础全能性：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞都具有发育成完整生物体的潜能。思考：1.比较下列细胞的全能性大小：①植物细胞与动物细胞②体细胞、生殖细胞、受精卵2.影响细胞全能性表现的原因？1、植物组织培养技术（1）概念：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。（2）理论基础：外植体愈伤组织

完整植株脱分化（实质）再分化（实质）（3）流程：指已经分化的细胞在特殊的离体条件下，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。*脱分化和再分化是组织培养技术的两个基本环节。离体进行组织培养的植物组织或器官胚状体、芽、根发育植物细胞的全能性

排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞特点：具分裂、分化能力,又具全能性（主要）无叶绿体,不进行光合作用脱分化产生的愈伤组织在一定的培养条件下，再分化出幼根和芽，进而形成完整的小植株。植物组织培养技术的流程简图仪器、材料消毒接种到诱导培养基诱导出愈伤组织愈伤组织接种到分化培养基分化出幼苗（试管苗）完整植株实验：菊花的组织培养脱分化再分化放在23-26℃恒温，避光条件下培养（没有叶绿体）需要光照注意事项：1.在组织培养实验中，为什么强调所用材料器具的消毒、灭菌等无菌操作？3.培养基配制（生长素与细胞分裂素的比值）4.光照条件2.外植体消毒常用的试剂有哪些？生长素与细胞分裂素的比值作用效果比值高时比值低时比值适中时3.培养基配制在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，这是因为暗培养有利于细胞脱分化产生愈伤组织。如果在光照条件下，很容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织。再分化过程中一定要有光照，才能诱导绿叶素的合成。4.光照条件1.在组织培养实验中，为什么强调所用材料器具的消毒、灭菌等无菌操作？植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。2.外植体消毒常用的试剂酒精溶液、次氯酸钠溶液、升汞溶液等口诀：高根低芽中愈伤有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织形成注意事项：原生质体再生出细胞壁杂种细胞脱分化愈伤组织杂种植株再分化2.植物体细胞杂交技术（重点理解）过程：马铃薯细胞融合完成标志去壁植物组织培养：植物细胞全能性植物细胞的融合：细胞膜流动性酶解法（纤维素酶、果胶酶等）物理法：离心法、电融合法化学法：聚乙二醇（PEG）植物体细胞杂交完成标志番茄细胞高尔基体人工诱导原生质体融合

（筛选）注意：原生质体虽然没有细胞壁，但是具有活细胞的一切特征。酶解法获得原生质体条件温和，原生质体完整性好，活力高。思考：为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？生物基因的表达不是孤立的，它们之间相互调控、相互影响。马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达可能会相互干扰。所以，它们的杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。植物体细胞杂交的意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。

（克服了不同物种远缘杂交不亲和的障碍）小结植物组织培养植物体细胞杂交技术原理步骤意义联系细胞全能性①脱分化②再分化保持优良性状繁殖速度快大规模生产提高经济效益杂交技术应用了组织培养打破生殖隔离，实现远缘杂交育种①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养膜流动性细胞全能性3、植物细胞工程的实际应用(一）植物繁殖的新途径1、快速繁殖：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术

特点：（植物组织培养的特点）a.无性繁殖；保持优良品种的遗传特性b.高效快速地实现种苗的大量繁殖c.可以实现工厂化生产2、作物脱毒(1)选材部位：植物的分生区附近。(2)选材原因：分生区附件的病毒极少，甚至无病毒。(3)实例：目前采用茎尖组织培养技术来脱除病毒，在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。(二）作物新品种的培养(1)过程：花药离体培养→单倍体植株→染色体加倍→纯合二倍体植株。(2)优点：①后代是纯合子，能稳定遗传。②明显缩短了育种年限。1、单倍体育种（以二倍体植株为例）(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。(2)利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。2、突变体的利用（三）细胞产物的工厂化生产1、细胞产物种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。2、技术：植物组织培养技术。3、实例：我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂苷干粉；另外，三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。注意：初生代谢物/次生代谢物植物组织培养的目的不同，培养阶段也不同：若是进行植物微型繁殖若是生产人工种子若是生产细胞产品可培养到愈伤组织，从愈伤组织中提取产品应培养成具有生根发芽能力的胚状体（用人工种皮包裹）应培养成植株幼苗一、动物细胞培养1.概念动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后再适宜的培养条件下，让这些细胞生长和繁殖的技术2.目的3.理论基础4.动物细胞培养的条件获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体细胞增殖（有丝分裂）动物细胞工程动物细胞培养的条件1.营养①与体内基本相同，需要糖类、氨基酸、促生长因子、无机盐、维生素等。②另外，在使用合成培养基时，通常需加入血清等一些天然成分。③动物细胞培养使用的是液体培养基，也称培养液，植物组织培养使用的是固体培养基。2.无菌、无毒的环境①是对培养液和所有培养用具进行无菌处理；②是在细胞培养液中添加一定量的抗生素；③是定期更换培养液，防止细胞代谢产物积累。3.温度和PH和渗透压①温度以36.5±0.5℃为宜②pH为7.2～7.4③渗透压也是需要考虑的一个重要环境参数。4.气体环境

O2和CO2（95%空气和5%CO2

）

O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。思考：1.ES细胞的特点？①形态特点：体积小、细胞核大、核仁明显

②功能特点：具有发育的全能性

③体外培养条件下，可以只增殖，不分化2.如何制备iPS细胞？（课本P46相关信息）1.幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易于培养？为什么？幼龄动物的细胞、分化程度低的细胞更易于培养。因为幼龄动物的细胞、分化程度低的细胞生命力旺盛，分裂能力强。思考：2.将组织分散成单个细胞时为什么要用胰蛋白酶（胶原蛋白酶）处理？胃蛋白酶可以吗？胰蛋白酶可以将动物组织细胞间的蛋白质成分酶解，使细胞分散开，获得单个细胞；胃蛋白酶不可以，pH不适宜3.为什么动物细胞要分散成单个细胞培养？分散成单个细胞后容易培养，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出；而用大组织块培养时，内部细胞的营养供应和代谢废物的排出都较困难。因此，这些细胞在体外长时间生存和生长就较困难。同时，分散成单个细胞培养，可使在细胞水平操作的其他技术得以实现。比较项目植物组织培养动物细胞培养区别原理植物细胞的全能性动物细胞增殖培养基类型固体和半固体培养基液体培养基培养基特有成分植物激素动物血清或血浆细胞来源离体植物器官、组织或细胞胚胎或幼龄动物组织、器官结果形成完整的植株获得细胞或细胞产物相同①都需要人工条件下的无菌操作；都需要适合的温度、酸碱度②培养过程中细胞都进行有丝分裂，都不涉及减数分裂③都存在细胞培养过程动物细胞培养与植物组织培养的对比二、动物细胞融合技术与单克隆抗体1.概念：动物细胞融合技术就是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术2.原理：细胞膜具有一定的流动性3.诱导方式：4.结果：形成杂交细胞。即融合后形成的原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞物理法：电融合法化学法：聚乙二醇（PEG)生物法：灭活的病毒如：仙台病毒用灭活的病毒诱导动物细胞融合过程：灭活的病毒颗粒黏附于细胞表面↓细胞膜被病毒颗粒穿通↓细胞膜连接↓细胞核融合，形成杂交细胞项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理融合前处理用_____________和__________去除细胞壁后诱导原生质体融合用____________使细胞分散后诱导细胞融合诱导融合的方法

杂种植株（或杂交细胞）特点杂种植株含有两种生物的遗传物质

杂交细胞具有意义和用途打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，在培育植物新品种等方面展示出独特的优势突破_________________，使__________成为可能。获得杂交细胞，用于_______细胞膜的流动性植物细胞全能性细胞膜的流动性纤维素酶果胶酶胰蛋白酶或胶原蛋白酶物理法（离心，振动，电激）化学法：PEG物理法（离心，振动，电激）化学法：PEG还有生物法：灭活的病毒两个或多个细胞的遗传物质远缘杂交单克隆抗体制备有性杂交局限比较植物体细胞杂交和动物细胞融合B淋巴细胞骨髓瘤细胞动物细胞融合动物细胞培养单克隆抗体杂交瘤细胞1.制备单克隆抗体过程：单克隆抗体的制备2.与常规方法制备的血清抗体相比，单克隆抗体有何优越性？常规方法：向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后，从动物血清中分离所需抗体。这种方法不仅产量低，纯度低，而且制备的抗体特异性差。单克隆抗体最主要的优点在于它的特异性强，灵敏度高，并可大量制备。第1次筛选目的：得到杂交瘤细胞阶段一：动物细胞融合原理：动物细胞膜具有一定的流动性第2次筛选目的：在杂交瘤细胞中筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。阶段二：动物细胞培养原理：细胞增殖多孔细胞培养板怎样二次筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞？将杂交瘤细胞群稀释，约每孔1个进行培养（克隆化培养）一段时间后，检测各孔上清液中细胞分泌的抗体上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔抗体检测板抗体检测板多孔细胞培养板怎样再次筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。二选方法：克隆化培养和专一抗体检测将杂交瘤细胞群稀释，约每孔1个进行培养（克隆化培养）一段时间后，检测每个孔内的抗体分泌抗体能跟抗原结合的细胞即为所需细胞专一抗体检测呈阳性多孔细胞培养板多种B淋巴细胞小鼠注射抗原骨髓瘤细胞融合B-B细胞杂交瘤细胞瘤-瘤细胞选择性培养基

筛选1多种杂交瘤细胞（特点）符合要求的杂交瘤细胞（特点）抗原-抗体杂交法

筛选2克隆化体外培养小鼠腹腔内增殖单克隆抗体总结思考：1.注射抗原的目的是什么？2.细胞融合的方法有哪些？与植物细胞融合的区别是什么？3.两次筛选的目的分别是什么？4.获得单克隆抗体的方法有哪些？5.单克隆抗体的制备过程中包括几个阶段？其原理是什么？6.杂交瘤细胞的特点？单克隆抗体的特点？单克隆抗体的应用a.作为诊断试剂——最广泛应用同位素标记的单克隆抗体，在特定组织中成像，定位诊断相关疾病。准确、高效、简易、快速b.用于治疗疾病和运载药物①特异性强、灵敏度高生物导弹——单克隆抗体＋抗癌药物②疗效高、毒副作用小结合同位素的单抗-----生物导弹单克隆抗体的应用三、动物体细胞核移植技术和克隆动物动物体细胞核移植技术（1）概念：

将动物的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）核移植种类：胚胎细胞核移植（易）；体细胞核移植（难）（3）（4）结果：用核