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　细胞工程
第2章
一、细胞工程的概念
原理和方法
细胞生物学、分子生物学、发育生物学等
操作水平
细胞器水平、细胞水平或组织水平
目的
获取特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
二、植物细胞工程
理论基础—细胞的全能性
细胞全能性的概念
细胞经分裂和分化后,仍然具有产生　　　　　 或分化成　　　　　　　的潜能,即细胞具有全能性。
植物细胞具有全能性的原因:
一般生物体的每一个细胞都含有 信息,即都有发育成完整个体所必需的全部遗传信息。
在生物体内全能性不能表达的原因:
在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会有　　　　　地表达出各种蛋白质,从而构成生物体的不同组织和器官。
完整生物体
其他各种细胞
选择性
该物种所特有的全套遗传
不同细胞的全能性比较 :
全能性与细胞分化的关系
一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞全能性逐渐降低
不同细胞的全能性
体细胞、生殖细胞、受精卵
体细胞＜生殖细胞＜受精卵
不同生物的细胞全能性
植物细胞 、动物细胞
植物细胞＞动物细胞
植物细胞全能性表达的条件:
离体的细胞、组织、器官
无菌和人工培养
培养在人工制备的培养基上
给予适宜的培养条件
比较项目 植物组织培养 植物体细胞杂交
原理
过程
选材
技术操作
意义 ——
关系 植物细胞的全能性
植物细胞的全能性
细胞膜的流动性
外植体→脱分化形成愈伤组织→再分化形成胚状体→发育成植物体
去除细胞壁→原生质体融合→再生壁形成杂种细胞→植物组织培养
选取根尖、茎尖、形成层等容易诱导脱分化的部位
不同植物体细胞
脱分化、再分化
酶解法去除细胞壁、诱导原生质体融合、脱分化、再分化
打破了生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂
植物细胞工程的应用
(1)植物繁殖的新途径
快速繁殖
技术：
原理：
优点：
特点：
植物组织培养技术
植物细胞的全能性
快速、高效的实现种苗的大量繁殖
使用材料少，培养周期短，繁殖率高，适合自动化管理，有利于进行工厂化生产。
作物脱毒
技术：
选材：
优点：
植物组织培养技术
植物顶端（分生区）附近；此部分病毒极少，甚至无病毒
脱毒作物产量高、品质好
(2)作物新品种的培育
单倍体育种
染色体变异
明显缩短育种年限
突变体的利用
基因突变
产生新基因，大幅度改良某些性状
原理
优点
过程
花药离体培养
单倍体植株
纯合子植株
秋水仙素诱导
染色体数目加倍
外植体
愈伤组织
脱分化
诱变处理
突变体
新品种
诱导 分化
筛选培育
(3)细胞产物的工厂化生产
初生代谢与次生代谢:
初生代谢是　　　　　　　　　　　　　　　　,因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。
次生代谢不是生物生长所必需的,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才进行。
过程：
生物生长和生存所必需的代谢活动
外植体
愈伤组织
细胞悬液
细胞产物
脱分化
分散开
培养、提取
易错辨析
基于对植物细胞工程的理解,判断下列表述是否正确。
(1)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。(　　)
(2)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。(　　)
(3)在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细胞。(　)
(4)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。(　　)
(5)再生出细胞壁是植物体细胞原生质体融合成功的标志。(　　)
(6)同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的植株基因都是相同的。(　　)
×
√
×
×
√
×
三、动物细胞工程
动物细胞工程常用的技术手段动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。
其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
1.动物细胞培养
(1)动物细胞培养的条件
营养:
无机物-无机盐等
有机物-糖类、氨基酸、维生素、血清等
无菌无毒环境：
对培养液和所有培养用具进行无菌处理
在无菌条件下进行操作
定期更换培养液，也便清除代谢物
温度、pH和渗透压：
温度-哺乳动物多以36.5±0.5℃
pH-多数细胞生存的适宜pH为7.2~7.4
气体环境
95%空气+5%CO2的混合气体
(2)动物细胞培养的过程
动物组织
单个细胞
细胞悬液
机械方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理
培养液
原代培养
传代培养
适宜 条件
分瓶培养
(3)生长特点
细胞贴壁:将细胞悬液放入培养瓶内,置于适宜环境中培养,悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。
接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞停止分裂增殖的现象称为细胞的接触抑制。
(3)干细胞培养及应用
分类:包括胚胎干细胞和成体干细胞等
诱导多能干细胞(iPS细胞)
应用前景
因为诱导过程无须破坏胚胎，而且iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应，所以科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。
2.动物细胞融合技术
概念:
使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术
方法：
PEG融合法、电融合法、灭火病毒诱导法
原理：
细胞膜具有一定的流动性
结果：
形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，成为杂交细胞。
意义：
突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。
提取
体内或 体外培养
筛选②
筛选①
注射抗原
已免疫的B淋巴细胞
骨髓瘤细胞
杂交细胞
杂交瘤细胞
分泌特异性抗体的杂交瘤细胞细胞
杂交瘤细胞群
单克隆抗体
诱导 融合
筛选①
诱导融合后得到多种杂交细胞，还有未融合细胞等。用特定的选择培养基进行筛选，筛选得到杂交瘤细胞。
筛选②
选择培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞。用96孔板培养，进行克隆化培养和抗体检测。筛选出分泌所需抗体的杂交瘤细胞。
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物
原理:
细胞核的全能性，即动物细胞核中具有该种动物全套的遗传信息。
类型：
胚胎细胞核移植、体细胞核移植
涉及技术：
动物细胞培养技术、核移植技术、胚胎移植技术
过程：
供体
体细胞
供体
体细胞
从卵巢中取卵母细胞
去核卵母细胞
重组细胞
重构胚
代孕雌性个体
细胞培养
MⅡ期
注入
与供体遗传物质基本相同的个体
细胞融合
胚胎移植
出生
易错辨析
基于对动物细胞工程的理解,判断下列表述是否正确。
(1)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。(　　)
(2)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸。(　 )
(3)灭活的病毒能促进动物细胞融合,但不能促进植物细胞融合。(　　)
(4)将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合,培养液中融合后的细胞即为杂交瘤细胞。(　　)
(5)体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体。(　　)
(6)与“多莉”羊等克隆哺乳动物相关的技术有胚胎移植、细胞培养和核移植。(　　)
×
×
√
×
×
√
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
培养基
培养对象
营养条件
培养环境
关键步骤
培养目的
固体培养基
液体培养基
植物细胞、组织或器官
动物细胞
蔗糖、无机盐、植物激素等
糖类、氨基酸、无机盐、维生素、血清等
无菌
无菌、无毒
原代培养、传代培养
获得完整植物体
脱分化、再分化
收获大量细胞
比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合
基本原理
操作步骤
诱导方法
结果
实践用途
细胞膜的流动性
植物细胞的全能性
细胞膜的流动性
去除细胞壁→原生质体融合→组织培养
分散细胞→诱导融合
电融合法、离心法、PEG融合法、高Ca2+-高pH融合法
PEG融合法、电融合法、灭火病毒诱导法
形成杂种植株
形成杂种细胞
研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种的重要手段
制备单克隆抗体
培育植物新品种
1.下列属于动物细胞培养与植物组织培养的区别是(　　)
A.动物细胞培养基与植物组织培养基的成分有所不同
B.动物细胞培养不需要在无菌条件下进行
C.动物细胞培养可发生遗传物质改变,而植物组织培养不能
D.植物组织培养和动物细胞培养都体现了细胞的全能性
2.下列关于植物体细胞杂交和动物细胞融合的叙述,错误的是(　　)
A.植物体细胞杂交和动物细胞融合的原理中都用到了细胞膜的流动性
B.植物体细胞杂交需要用酶解法去除细胞壁
C.诱导原生质体融合的方法和诱导动物细胞融合的方法完全不同
D.植物体细胞杂交最终培育成杂种植株,动物细胞融合没有培育成杂种个体
3.(多选)下面是科学家快速繁殖良种奶牛的两种方法,请据图分析下列叙述正确的是(　　)
A.在试管牛E和克隆牛G的培育过程中都用到了动物细胞培养和胚胎移植技术
B.试管牛E和克隆牛G的性别分别是雄性和雌性
C.将早期胚胎移植到母牛D或母牛F的子宫内不会发生免疫排斥反应
D.同期发情处理和超数排卵处理所用激素不同

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