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1、 專題二 細胞工程 第1課時 植物組織培養(yǎng)技術 學習目標：1.簡述細胞全能性的概念含義 2. 植物組織培養(yǎng)的過程和方法 一、細胞工程的概念 指以細胞為基本單位，在體外無菌條件下進行培養(yǎng)、繁殖或利用細胞融合、核移植等技術，使細胞某些生物學特性按照人們的意愿發(fā)生改變，從而改良生物品種、創(chuàng)造新品種和加速繁育生物個體，以及獲得某些有用的細胞代謝產物的技術。 1．原理和方法：應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法。 2．操作水平：細胞水平或細胞器水平。 3．工程目的：按照人的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞

2、產品。 二、分類 根據操作對象不同，可分為植物細胞工程、動物細胞工程和微生物細胞工程。 三、技術應用 I．植物細胞工程 （一）植物組織培養(yǎng) 1．概念：在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其產生愈傷組織，叢芽，最終形成完整的植株。 2．理論基礎：植物細胞的全能性。 （1）概念：每個細胞都包含該物種所特有的全套遺傳物質，都有發(fā)育成完整個體所必需的全部基因。 （2）原因：生物體的任一細胞都含有本物種的全部遺傳信息。 （3）生物體上的細胞未表現出全能性，而是形成特定的組織器官，其原因是：細胞中的基因進行了選擇性表達

3、，使細胞分化成不同的組織和器官 （4）表現出全能性的條件：完整的細胞核、脫離母體、無菌、一定的營養(yǎng)、激素；適宜的外部條件。 （5）全能性表達的難易程度：受精卵＞生殖細胞＞干細胞＞體細胞；植物細胞＞動物細胞 3．目的：獲取植株。 4．選材：植物莖尖、根尖、葉片和花藥等。 5．過程 （1）外植體需消毒，可用體積分數70%的酒精。各類器具需經過滅菌處理，在無菌條件下操作。若選取外植體是花藥，則此過程稱為花藥（花粉）離體培養(yǎng)。 （2）細胞分化：植物的個體發(fā)育過程中，細胞在形態(tài)、結構和生理功能上都會出現穩(wěn)定性差異，形成這些差異的過程叫做細胞分化。 （3）分化的實質:基因選擇性表達的結

4、果。 （4）脫分化:讓已經分化的細胞,經過誘導后,失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程。此過程應作遮光處理。 （5）愈傷組織的特點：沒有特定結構和功能并處于旺盛分裂狀態(tài)的薄壁細胞（排列疏松高度液泡化，無定形狀態(tài)）。 愈傷組織由于分裂旺盛，細胞增殖較迅速，更容易受到外界環(huán)境的干擾而發(fā)生突變（包括基因突變和染色體變異）。 當細胞分裂素和生長素的含量，配比相等時，愈傷組織只生長不分化；配比高時利于芽的分化；比例低時利于根的分化。 （6）再分化與脫分化所用的培養(yǎng)基成分不同。再分化時需要光照處理。再分化成根、芽或胚狀體等。 （7）胚狀體：也稱體細胞胚，類似胚的結構，具有胚芽和胚根，

5、在合適條件下可發(fā)育稱為新的植株。再分化成胚狀體與再分化成根、芽的所處條件不同。 6．條件 ①離體狀態(tài)。②無菌、無毒環(huán)境。③適宜的溫度、PH、光照等。④特定的培養(yǎng)基：水、無機營養(yǎng)、有機營養(yǎng)、天然附加物、生長物質。也可在培養(yǎng)基中添加抗生素或殺菌物質，來避免污染。 7． 地位：是培育轉基因植物、植物體細胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。 專題二 細胞工程 第2課時 植物組織培養(yǎng)技術的應用 學習目標：1.列舉植物細胞工程的實際應用 （一） ．植物組織培養(yǎng)技術 8.應用

6、 （1）微型繁殖 植物組織培養(yǎng)可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性，可以高效快速地實現種苗的大量繁殖。 （2）作物脫毒 植物分生區(qū)附近，如莖尖、根尖、因很少被病毒感染，甚至無病毒。生產上常選用莖尖進行組織培養(yǎng)，再生出的植株就有可能不帶病毒。 注意：產生的植株只是無病毒植株，而不具備抗病毒的特性。要獲得抗病毒特性，可采用基因工程的方法。 （3）制造人工種子 ①人工種子結構： a.人工種皮：所用材料應有韌性、耐壓、對胚狀體無毒害，最常用海藻酸鈉制作，具有保護作用。 b.人工胚乳：一些營養(yǎng)物質，如無機鹽、碳水化合物和蛋白質。 c.胚狀體。 ②優(yōu)點：不受環(huán)境因素的制約，一年四季都可以進行工

7、廠化生產；繁殖速度快，可在短時間內提供大量種苗；胚狀體是經人工無性繁殖產生的，有利于保存該種系的優(yōu)良性狀。 （4）作物新品種的培育 ①單倍體育種。②誘變育種的材料。③轉基因植物的培育。 （二）植物細胞培養(yǎng) 1．概念：將植物組織培養(yǎng)過程中形成的愈傷組織或其它易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，進行懸浮培養(yǎng)，得到分散的懸浮細胞，再利用細胞群體產生人類所需的細胞次生代謝產物。 2．原理：細胞增殖。 3．目的：不是使細胞形成組織乃至植物體，而是通過大規(guī)模的細胞培養(yǎng)以獲得人類所需的細胞次生代謝產物。 4．應用 ①藥用原料，如紫杉醇（抗腫瘤藥物），人參皂苷。②食品添加劑，如各種天然的香精、食用色

8、素、甜味劑。③保健食品，如螺旋藻。 專題二 細胞工程 第3課時 植物體細胞雜交技術 學習目標：1.簡述植物體細胞雜交技術 （三）植物體細胞雜交 1．概念 將不同種的植物體細胞,在一定條件下融合成 雜種細胞,并把雜種細胞培育成新的植物體。 2．目的：培育出種間或屬間雜種。 3．原理：細胞膜流動性和植物細胞全能性 4．過程： （1）原生質體：指去除植物細胞壁后獲得的裸露的植物細胞結構等。其來源可以是各種植物的葉片、根尖等部位，也可以從愈傷組織中獲得。 （2）制備原生

9、質體的方法是: 酶解法,所用的酶是 纖維素酶和果膠酶。 基本過程是先利用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁,然后利用低速離心或采用相對密度漂浮法對原生質體進行分離純化并鑒定其活性,再用于細胞培養(yǎng)或體細胞雜交。 （3）人工誘導原生質體融合的方法有: 物理法（離心，振動，電刺激）和 化學法（聚乙二醇，英文縮寫PEG）。 （4）原生質體融合完成的標志是: 雜種細胞再生出細胞壁。在此過程中最活躍的細胞器是高爾基體或高爾基體和線粒體。 （5）融合細胞的類型有3種（只考慮兩兩融合的情況）；染色體組數為 2M+2N ?？捎?。 判斷植物是否可育：第一，要有同源染色體。第二，同源染色體要能進行正常的聯會。如三

10、倍體無籽西瓜，體細胞中有同源染色體，但在減數分裂過程中，同源染色體聯會發(fā)生紊亂，不能形成正常的生殖細胞，因此不可育，無籽。 5．意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙；擴大了遺傳重組的范圍。 6．缺點：雖然雜種植株含有兩種生物的全部遺傳物質，但不能完全具有兩種植株的全部性狀，不能完全按人們意愿培育出所需要的新品種。 7．實例：番茄——馬鈴薯；白菜—甘藍（特點：生長期短、耐熱性強和易于貯藏）等。 專題二 細胞工程 第4課時 動物細胞培養(yǎng) 學習目標：1.動物的細胞培養(yǎng)與體細胞克?。ê喪?/p>

11、動物細胞培養(yǎng)的過程、條件及其應用；） II．動物細胞工程 （一）動物細胞培養(yǎng) 1．概念：從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和增殖。 2．原理：細胞增殖。 3．取材：大都取自動物胚胎或出生后不久的幼齡動物的器官或組織。一般，各種動物組織或細胞都可以體外培養(yǎng)，但代謝旺盛、分化程度低的更容易培養(yǎng)。腫瘤細胞比正常細胞更容易培養(yǎng)。 4．過程： （1）用胰蛋白酶處理動物組織目的：使組織分散成單個細胞。 （2）不用胃蛋白酶的原因：培養(yǎng)液的PH為7.2~7.4，而胃蛋白酶的適宜PH為1.8左右，在此PH范圍內，胃蛋白酶會變性失活。 （

12、3）原代培養(yǎng)：指從供體獲取組織或細胞后的初次培養(yǎng)。由于剛離體，細胞的生物學特性未發(fā)生很大變化，最接近體內組織或細胞，很適合用于藥物測試、基因表達等試驗研究。 （4）細胞貼壁生長和接觸抑制：懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，細胞數目不斷增多，當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖，稱為細胞的接觸抑制。 （5）傳代培養(yǎng)：將原代培養(yǎng)的細胞分離稀釋后轉入新的培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)。與原代培養(yǎng)的區(qū)別是是否分瓶，一旦分瓶就稱為傳代培養(yǎng)。多次分瓶后培養(yǎng)細胞仍叫傳代培養(yǎng)。 （6）細胞株：傳代培養(yǎng)10~50代的細胞稱為細胞株。原代培養(yǎng)的細胞不叫細胞株。 （7）細胞系：當傳代培養(yǎng)50代后，一

13、些細胞的遺傳物質發(fā)生了改變，并且?guī)в邪┳兊奶攸c，有可能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去，這種傳代細胞稱為細胞系。在動物細胞培養(yǎng)時，并不是每次培養(yǎng)都會使細胞稱為細胞系，只是有這種可能。 細胞株與細胞系最大區(qū)別是：細胞株的遺傳物質沒有發(fā)生改變，而細胞系的遺傳物質改變了。 5．條件 （1）無菌無毒的環(huán)境 ①培養(yǎng)液及器具滅菌處理。②培養(yǎng)液中通常加入一定量的抗生素（注意加入抗生素的種類及濃度）。③定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝產物，防止代謝產物積累對細胞毒害。 （2）營養(yǎng)物質 葡萄糖、無機鹽、氨基酸、維生素、核酸、嘌呤、嘧啶、激素、生長因子、動物血清。 （3）適宜的溫度、PH和氣體環(huán)境 ①溫度

14、：37℃左右。②PH：7.2~7.4。③氣體主要由O2和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。 動物細胞培養(yǎng)時，攪動培養(yǎng)液的原因：增加培養(yǎng)液中的溶解氧，使動物細胞與營養(yǎng)物質充分接觸。 6．地位：是動物細胞工程的基礎。 7．應用 生物制品的生產、轉基因動物的培養(yǎng)、檢測有毒物質、醫(yī)學研究。 專題二 細胞工程 第5課時 細胞核移植和體細胞克隆 學習目標：1.簡述克隆動物的概念含義和基本原理； 2.簡述體細胞核移植技術和動物克隆技術，以及應用前景 （二）細胞核移植 1．概

15、念：將供體體細胞的細胞核與受體去核卵（母）細胞的細胞質進行人工組合，借助于卵（母）細胞的發(fā)育能力，經過培養(yǎng)發(fā)育成胚胎進而形成個體的技術。 2．原理：動物細胞核的全能性 3．目的： （1）生殖性克隆，得到克隆動物。 （2）治療性克隆，克隆器官用于器官移植。 4．取材 （1）供體細胞 若取體細胞核，則為體細胞核移植；若取胚胎細胞核，則為胚胎細胞核移植。由于動物胚胎細胞分化程度低，恢復其全能性相對容易，而動物體細胞分化程度高，恢復其全能性較困難。 （2）卵（母）細胞 選取減數第二次分裂中期的卵（母）細胞，其細胞核、細胞質已成熟，能支持胚胎的全程發(fā)育。選取卵（母）細胞作為受體細胞的原

16、因：卵（母）細胞體積大、易操作，營養(yǎng)物質多，含有能使細胞核的全能性表達的物質。 5．過程 6．存在問題 成功率低，絕大多數克隆動物存在健康問題，對克隆動物食品的安全性問題也存在爭議 7．應用 ①加速家畜遺傳改良進程，促進良畜種群繁育。②保護瀕危物種，增大存活數量。③生產珍貴的醫(yī)用蛋白。④作為異種移植的供體。⑤用于組織器官的移植。 專題二 細胞工程 第6課時 細胞核移植和體細胞克隆 學習目標：1.細胞融合與單克隆抗體（簡述動物細胞融合的方法和過程

17、；簡述單克隆抗體的制備過程及其應用；關注細胞工程研究的發(fā)展和應用前景） （三）動物細胞融合 1．概念：是指兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程。 2．原理：細胞膜的流動性。 3．誘導融合方法： 物理法（離心、振動、電激）、化學法（聚乙二醇）、生物法（滅活的病毒）。 4．意義：突破了有性雜交方法的局限，使遠緣雜交成為可能。 5．應用：制備單克隆抗體。 （1）概念：單一的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合，經培養(yǎng)篩選后產生的專一抗體。 （2）傳統(tǒng)方法獲得的抗體特點：一個B淋巴細胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體：產量低、純度低、特異性差。 （3）過程 ①制備單克

18、隆抗體為何用免疫過的B淋巴細胞？ 免疫過的B淋巴細胞才能產生抗體（實際上應為效應B細胞）。 ②為何制備單克隆抗體用單個B淋巴細胞和骨髓瘤細胞？ 一個B淋巴細胞只能產生一種特異性抗體，而骨髓瘤細胞能在體外大量增殖。 ③細胞融合之后，若只考慮兩兩融合： 有5種細胞，3種融合細胞。 ④單克隆抗體制備過程的三次（兩次）篩選： 第一次：用選擇性培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細胞； 第二次：（有限稀釋法）篩選出能產生特定抗體的雜交瘤細胞； 第三次：篩選出產量高的雜交瘤細胞（一般不說第三次篩選）。 ⑤雜交瘤細胞的特點：既能大量增殖，又能產生專一性（特異性）抗體。 原因是：雜交瘤細胞具有B淋巴細胞和骨髓瘤細胞兩種細胞的遺傳物質。 （4）主要優(yōu)點：特異性強、靈敏度高，并可大量制備。 （5）用途 ① 作為診斷試劑 準確識別各種抗原物質的細微差異，并跟一定抗原發(fā)生特異性結合，具有準確、高效、簡易、快速的優(yōu)點。 ② 用于治療疾病和運載藥物 可制成“生物導彈”，如把抗癌細胞的單克隆抗體跟放射性同位素、化學藥物或細胞毒素相結合，制成“生物導彈”，注入體內，借助單克隆抗體的導向作用，能將藥物定向帶到癌細胞所在位置，在原位殺死癌細胞。這樣既不損傷正常細胞，又減少了用藥劑量。 注意：單克隆抗體不等同于生物導彈，生物導彈=引導（單克隆抗體）+ 彈頭（藥物） 10