第16讲 细胞工程和基因工程-【拾遗补缺】备战2024年高考生物一轮复习知识清单速记与精练（江苏专用）

第16讲 细胞工程和基因工程 一、植物细胞工程 1．植物组织培养的理论基础 植物组织培养的理论基础是细胞全能性。同一个体的不同组织表现出不同的形态、结构和生理功能，分化程度越高，细胞分裂能力越低，细胞的全能性就越低。要使细胞全能性得以实现，必须满足两个条件：一是使细胞处于离体状态，二是给予一定的营养和激素。 2．植物组织培养的基本过程 植物组织培养的具体步骤主要包括培养基的配制、外植体的选择、外植体的消毒、外植体的接种、诱导脱分化形成愈伤组织、诱导再分化、炼苗移植等过程（图16-1）。 3．外植体的消毒 消毒的基本原则是既要杀死外植体上附着的微生物，又不能伤及外植体。常用于消毒的化学试剂有乙醇、次氯酸钠溶液等。对于一些表面有绒毛或凹凸不平的外植体，可以在消毒 剂中加入吐温-80等表面活性剂来增加渗透性，提高消毒效果。乙醇体积分数为70%~75%,需用无菌水配制，消毒时间一般不超过1min，质量分数为2%的次氯酸钠溶液浸泡消毒一般为5~30min。 4．外植体的选择 外植体的选择，一般以幼嫩的组织或器官为宜，幼年组织比老年组织具有较高的形态发生能力。随着组织年龄的增加，器官的再生能力会逐渐减弱甚至完全消失。外植体太大容易污染，太小不易启动脱分化过程或启动后仅产生愈伤组织。 5．诱导脱分化和再分化 诱导脱分化时，固体培养基中一般应添加较高浓度的生长素类激素。培养过程中，植物细胞依赖培养基中的有机物等进行异养生长，原则上无需光照。 生根发芽阶段：光照是本阶段的必备外因。由愈伤组织再分化形成再生植株，可以经过器官发生和胚状体发生两条途径。器官发生是由愈伤组织先在一种培养基上诱导形成芽（或根）,再在另一种培养基上诱导形成根（或芽）的过程。 生长素含量＞细胞分裂素时，主要诱导根原基的形成，反之，主要诱导芽原基的形成。 6．植物脱毒 目前采用茎尖组织培养技术脱除病毒，是因为茎尖、根尖等分生组织细胞分裂增殖活跃，生长速度快，需要消耗大量的能量，代谢旺盛，能抑制病毒的复制；病毒一般通过微管组织或胞间连丝传播至其他组织细胞，而茎尖、根尖等分生组织没有维管束，胞间连丝也不发达，病毒很难进入。 二、动物细胞工程 1．融合细胞的筛选 细胞融合是一个随机的过程，融合率非常低，需要采用观察形态特征、遗传互补、营养缺陷互补、抗体互补等方法，筛选杂交细胞。 最常用的HAT选择培养基法，属于遗传互补筛选。依据的原理是细胞中DNA合成有两条途径，一是生物合成途径（“D途径”）,该途径以氨基酸等在叶酸辅助下转变成核苷酸为基础，而HAT培养液中的氨基蝶呤可阻断D途径；二是应急途径（“S途径”）,该途径以次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT)和胸腺嘧啶核苷激酶（TK)催化生成核苷酸为基础，两种酶缺一不可。在HAT选择培养基中，只有具备遗传互补特性的杂交细胞能合成DNA,正常完成细胞增殖，而其他细胞却不能。如HGPRT+免疫B细胞和HGPRT骨髓瘤细胞经诱导融合处理后，在HAT培养液中，免疫B细胞及同种融合的细胞，因不能长期增殖而死亡；骨髓瘤细胞及同种融合的细胞，因没有“S途径”且“D途径”被阻断而无法生存；杂交瘤细胞由于遗传互补而具有免疫B细胞的“S途径”，能长期增殖（图16-2）。 2．超数排卵和同期发情所用的激素 供体母畜的超数排卵一般采用促卵泡素（FSH）+前列腺素 F2a（PGF2a）处理，也可用孕马血清促性腺激素（PMSG）+ PMSG 抗血清 + PGF2a 处理。以牛为例，在发情周期的第9~13天肌内注射 FSH，每天注射两次，以递减剂量连续注射4天，总剂量为300~400 U。供体与受体母畜的同期发情处理一般是肌内注射适量 PGF2a。 3．胚胎移植的生理基础 （1）动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的，为供体胚胎移入受体提供了相同的生理环境；（2）早期胚胎在一定时间内处于游离状态，为胚胎的收集提供了可能；（3）受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应，为胚胎在受体内存活提供了可能；（4）供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。 4．胚胎移植的意义 （1）可充分发挥优良母畜的繁殖潜能，使良种母畜的后代数量迅速增加；（2）在育种 上可以缩短世代间隔、增加选择强度，可在较短的时间之内，达到后裔测定所要求的后代个体数量，提前完成后裔测定工作，加快育种进程；（3）代替种畜的引进，保存品种资源；（4）胚胎移植也是其他胚胎生物技术的基础，是生命科学研究的重要手段。 5．干细胞与组织工程 对胚胎干细胞进行基因敲除，可获得基因敲除动物，如用基因敲除手段可以获得适合人体移植的猪器官，减少斥反应；人体的胚胎干细胞可以用于移植细胞、组织（图16-3）；通过胚胎干细胞，还可以在试管中改良并创造