第38讲 细胞工程-【备考无忧】备战2025年高考生物一轮复习优质课件

选修三 第38讲 细胞工程 第九单元 生物技术与工程 1 目标要求 1.阐明植物组织培养的含义及过程；　 2.概述植物体细胞杂交的原理和过程；　 3.举例说明植物细胞工程的应用；　 4.阐明动物细胞培养的条件和方法；　 5.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值； 6.阐明动物细胞融合技术及单克隆抗体制备的过程；　 7.阐明利用动物细胞核移植技术克隆动物的过程；　 2 01 植物细胞工程 02 动物细胞工程 考点 3 植物细胞工程 01 4 植物细胞工程 一、细胞工程与植物细胞的全能性 1.细胞工程 原理和方法 操作水平 目的 分类 细胞生物学、分子生物学和发育生物学 细胞器、细胞或组织 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 植物细胞工程和动物细胞工程 2.植物细胞的全能性 细胞经过 后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 分裂和分化 5 1.具有全能性的原因 一般生物体的每一个细胞都包含有该物种的 。 即都有发育成 所必需的全部遗传信息。 全套遗传信息 完整个体 2.体现全能性的标志 细胞→ 完整个体或其他各种细胞 实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 受精卵发育成个体（动植物） 蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄蜂 用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株 全能性 6 实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶。 3.生物体内细胞不体现全能性的原因 基因在特定的时间和空间条件下 表达的结果。 选择性 4. 全能性大小比较 （1）分化程度低的 分化程度高的 （2）细胞分裂能力强的 细胞分裂能力弱 ＞ ＞ （3）受精卵 胚胎干细胞 生殖细胞 体细胞 植物细胞 动物细胞 ＞ ＞ ＞ ＞ 全能性 7 植物细胞工程 二、植物组织培养技术 1.概念 指 的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为 的技术。 离体 完整植株 外植体 2.原理 植物细胞的全能性 3.一般过程 外植体 愈伤组织 试管苗 完整植株 脱分化 芽、根等 再分化 生长 发育 8 4.操作实例——菊花的组织培养 二、植物组织培养技术 （1）MS培养基 水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、 有机营养（蔗糖、维生素、氨基酸）、天然附加物、 植物激素（生长素、细胞分裂素等） 蔗糖的作用 ①提供营养物质（碳源）； ②调节渗透压。 1）培养基名称： ； 2）物理性质： ； 3）碳源： 。 P116 植物组织培养常用的培养基配方 10 （2）步骤 制备外植体 接种 培养 试管苗 正常植株 用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体。 ②消毒： ③切割： 30S 2-3次 30min ①材料： 幼嫩的菊花茎段 2-3次 酒精 无菌水 次氯酸钠溶液 无菌水洗 将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植体切成0.5~1cm长的小段。 切割与接种 无菌操作 4.操作实例——菊花的组织培养 11 将外植体切成0.5～1cm长的小段 将外植体的1/3 ～1/2插入诱导 的培养基 用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并做好标记 制备 外植体 接种 培养 试管苗 正常 植株 （2）步骤 愈伤组织 脱分化 ①光照条件 ②过程中涉及的生命活动 一般不需要光照 只有细胞增殖（有丝分裂）， 没有细胞分化， 有基因的选择性表达。 有光时，往往容易形成维管组织。 12 制备 外植体 接种 培养 试管苗 正常 植株 （2）步骤 置于18~22℃的培养箱中培养 15~20d后，将愈伤组织转接到诱导 的培养基上 长出芽后再转接到诱导 的培养基上，进一步诱导形成试管苗 生芽 生根 再分化 ①实质 ②光照条件 基因的选择性表达 需要给予适当强度的光照 诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。 ③过程中涉及的生命活动 既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。 13 制备外植体 接种 培养 试管苗 正常植株 移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的虹石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。 （2）步骤 14 幼 苗 愈伤组织 脱分化 IAA/ CTK 比例适合 再分化 IAA/CTK 比例 先减小 再增大 完整植株 外植体 在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？ ①防止污染的微生物与培养物竞争营养物质。 ②微生物生长过程中会产生有害的物质，导致培养物死亡。 胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。 为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？ 4.操作实例——菊花的组织培养 15 器官发生途径 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 植物组织培养的两种途径 16 胚状体途径 植物组织培养的两种途径 离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。 17 生长素/细胞分裂素 结果 比值高(＞1) 比值低(＜1) 比值适中(=1) 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 促进愈伤组织的形成 简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤 外植体 愈伤组织 试管苗 完整植株 脱分化 芽、根等 再分化 生长 发育 植物激素对植物组织培养的影响 1.植物激素的比值影响植物细胞的发育方向 18 使用顺序 实验结果 先使用生长素， 后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化 先使用细胞分裂素， 后使用生长素 细胞既分裂也分化 同时使用 分化频率提高 简记为： 先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高 植物激素对植物组织培养的影响 2.使用顺序不同实验结果不同 19 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 结果 形成愈伤组织 形成根、芽 需要条件 a.离体 b.适宜的营养 c.生长素与细胞分裂素 的比例适中 d.一般不需光 a.离体 b.适宜的营养 c.生长素与细胞分裂素的比例 高或低诱导生根或生芽 d.光照 决定植物脱分化、再分化的关键因素 脱分化与再分化的比较 20 1.若外植体是取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位， 愈伤组织中 （“有”“没有”）叶绿体，原因是： 2.植物组织培养中的培养基是 培养基（物理状态）， 故培养基中一般加入了凝固剂 。 3.在脱分化时 （是/否）需要光照，在再分化时 光照的原因 是 。 4.植物生长调节剂的在培养基中的用量要考虑组织 的含量。只有准确把握 的协同作用，才能有效地操作植物组织培养中的”激素杠杆”，用好植物生长调节剂这根“魔术棒”。 没有 外植体通过脱分化后失去了其特有结构和功能而转化为未分化的细胞 固体 琼脂 需要 否 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 内源激素 内源激素和外源激素 习题巩固 21 植物细胞工程 三、植物细胞工程的应用 1.植物繁殖的新途径 （1）快速繁殖 技术手段 原理 植物细胞的________ 优点 ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖； ②保持优良品种的遗传特性 特点 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 全能性 植物组织培养技术 22 1.植物繁殖的新途径 （2）作物脱毒 技术手段 植物组织培养技术 材料的选取 植物顶端_______附近(如茎尖)， 此部分病毒极少，甚至无病毒 优点 脱毒作物产量高，品质好 分生区 注：脱毒苗不等于抗毒苗。 与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 23 2.作物新品种的培育 三、植物细胞工程的应用 （1）单倍体育种 取花药 单倍体幼苗 脱分化 纯合二倍体 人工诱导 染色体加倍 优良品种 选择 愈伤组织 再分化 花药离体培养 后代都是纯合子，能稳定遗传；明显缩短育种年限，加速育种进程。 24 2.作物新品种的培育 （2）突变体的利用 ①原理 在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。 基因突变和植物细胞的全能性 ②过程 外植体 新品种 筛选 培育 愈伤组织 脱分化 多种突变体　 诱导 分化 诱变处理 提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。 25 1.初生代谢物 初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 2.次生代谢物 植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。 （1）含义 植物的代谢产物 26 （2）化学本质 小分子有机物(酚类、萜类和含氮类) （3）作用 植物抗病、抗虫 （4）应用 药物、香料、色素 （5）缺点 ①直接获取困难 含量低、从植物组织提取会大量破坏植物资源 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到 ②化学合成困难 利用植物细胞培养来获得目标产物 细胞产物的工厂化生产 次生代谢物 27 3.细胞产物的工厂化生产 三、植物细胞工程的应用 利用植物细胞培养来获得目标产物， 这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 外植体 愈伤组织 细胞悬液 脱分化 振荡分散 细胞悬浮培养 细胞产物 提取 植物细胞培养：是指在______条件下对单个植物细胞或细胞团 进行培养使其______的技术。 离体 增殖 单倍体育种 突变体的利用 细胞产物的工厂化生产 过程 原理 生殖细胞的全能性、 染色体数目变异 基因突变、 植物细胞的全能性 植物细胞的增殖、 植物细胞的全能性 优点 与杂交育种相比，单倍体育种明显缩短育种年限，加快育种进程 提高愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快了育种进程 可以大量生产细胞产物，工厂化、规模化程度高 29 习题巩固 1.(2023·山东高考)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是(　 ) A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物 B.植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产 C.次生代谢物是植物所必需的，但含量少， 应选择产量高的细胞进行培养 D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中 次生代谢物的含量 A 主要利用促进细胞分裂的培养条件， 提高细胞的数量， 从而提高次生代谢物的总含量 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到，但可利用植物细胞培养技术得到，A正确； 利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物，故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B错误； 一般认为次生代谢物不是植物生命活动所必需的，其含量少，可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢物的产量，C错误； 该技术主要利用促进细胞分裂的培养条件，提高细胞的数量，从而提高次生代谢物的总含量，而不能提高单个细胞中次生代谢物的含量，D错误。 30 习题巩固 2.植物组织培养的常见流程：外植体的消毒处理、接种→诱导愈伤组织→分化长芽与生根→试管苗过渡等。下列叙述正确的是(　 ) A.外植体和培养基需要消毒后再接种，接种时需注意外植体的方向， 不要倒插 B.选择植物的叶和根尖分生区作为外植体诱导形成愈伤组织的难度相同 C.愈伤组织的诱导受植物激素配比的影响， 不受营养物质和光照等因素的影响 D.试管苗移栽到室外前需用自来水洗掉根部的培养基， 以免培养基发霉引起烂根 D 植物组织培养实验中的培养基应灭菌处理 幼苗需适应外界环境，无需用无菌水冲洗 一般选择分化程度较低的部位作为外植体，容易诱导形成愈伤组织 植物组织培养实验中的培养基应灭菌处理，A错误； 一般选择分化程度较低的部位作为外植体，这样容易诱导形成愈伤组织，B错误； 愈伤组织的诱导分化受植物激素配比的影响，也受营养物质和光照等培养条件的影响，C错误； 将无菌幼苗移栽到实验室外之前，先用自来水洗掉根部的培养基，以免培养基发霉引起烂根，幼苗需适应外界环境，无需用无菌水冲洗，D正确。 31 习题巩固 3.(2024·益阳模拟) SOD是一种广泛分布于各种细胞中的抗氧化酶，它能催化超氧阴离子自由基形成H2O2增强植物的抗逆性。下图为培育能够产生SOD农作物新品种的一种方式，有关叙述错误的是 (　 ) A.①过程中导入SOD基因常用的方法是农杆菌转化法 B.②需要进行照光培养，以诱导形成叶绿素 C.③表示再分化过程，此过程需要生长素和细胞分裂素等 关键植物激素 D.该育种方式利用了细胞工程和基因工程， 能体现植物细胞的全能性 B ①过程是将目的基因导入植物细胞，常用农杆菌转化法，A正确； ②过程是诱导形成愈伤组织，愈伤组织中不含叶绿素，所以不需要进行照光培养，B错误； ③表示再分化过程，此过程需要生长素和细胞分裂素等关键植物激素，生长素用量与细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化，比值低时，有利于芽的分化，C正确； 该育种过程中，①运用了基因工程，②③等过程运用了细胞工程，最后通过植物细胞培育出新品种个体，体现了植物细胞的全能性，D正确。 32 4.植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用， 相关叙述错误的是(　 ) A.切取一定大小的草莓植株茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗 B.用γ射线处理烟草的愈伤组织细胞，可培育抗盐碱的烟草 C.在离体条件下对紫草细胞进行植物细胞培养， 可大量获得紫草宁 D.紫草植株组织诱导形成愈伤组织过程中遗传物质发生改变 习题巩固 D 因为分生区附近的病毒极少，甚至没有病毒，所以将草莓植株茎尖进行离体培养能获得脱毒植株，A正确； 用γ射线处理烟草的愈伤组织细胞，即进行诱变育种，可筛选得到抗盐碱的烟草新品种，B正确； 离体的条件下对紫草细胞进行植物细胞培养，可从培养液中获得大量紫草宁，C正确； 紫草植株组织经脱分化形成愈伤组织，遗传物质不变，D错误。 33 习题巩固 A 5.有关植物细胞工程应用的叙述，正确的是(　 ) A.利用快速繁殖技术获得的试管苗，能保持亲本的优良遗传性状 B.利用植物组织培养技术生产脱毒苗， 获得具有抗病毒特性的新品种 C.细胞产物的工厂化生产可以得到紫杉醇等植物的初生代谢物 D.通过花药离体培养技术得到单倍体植株的过程即单倍体育种 利用快速繁殖技术获得的试管苗，属于无性繁殖技术，该技术能保持亲本的优良遗传性状，A正确； 因为分生区附近的病毒极少，甚至没有病毒，所以将分生区附近的组织(如根尖、茎尖)进行离体培养能获得脱毒植株，但不能获得抗病毒植株，B错误； 细胞产物的工厂化生产可以得到细胞代谢物，但紫杉醇属于植物的次生代谢物，C错误； 通过花药离体培养技术得到单倍体植株的过程不是单倍体育种，还需要对单倍体幼苗进行染色体加倍处理并进行选择，D错误。 34 植物细胞工程 四、植物体细胞杂交技术 1.概念 将 的植物细胞，在一定条件下融合成 ，并把杂种细胞培育成 的技术。 融合实例 + = 白菜 甘蓝 白菜-甘蓝 不同来源 杂种细胞 新植物体 35 2.过程 A细胞 B细胞 A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 杂种细胞 愈伤组织 杂种植株 移栽后的植株 ① ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ①去除细胞壁 纤维素酶 去壁： 酶解法 果胶酶 ②诱导融合 物理法： 化学法 电融合法、离心法 聚乙二醇（PEG）融合法 高Ca2+ -高pH融合法等 ③细胞壁再生 ④脱分化 ⑤再分化 ⑥移栽 植物细胞融合 植物组织培养 植物细胞的全能性 细胞膜的流动性 四、植物体细胞杂交技术 36 A B 体细胞融合成功后培养基中共有 种细胞类型( )，其中融合细胞类型有 种 ( )，而真正符合要求的是AB，因此要 对融合细胞进行筛选。 细胞融合后，共有几种细胞类型？ 融合细胞有几种，符合要求的是哪种？ 5 A、B、AA、BB、AB AA、BB、AB 细胞膜的流动性（原生质体融合） 植物细胞具有全能性（杂种细胞培养成杂种植株） 3.原理 3 2.过程 37 4.标志 （1）植物细胞融合完成的标志： 再生出新的细胞壁 （2）植物体细胞杂交完成的标志： 培育成新植物体 在此过程中活跃的细胞器是 。 线粒体和高尔基体 5.意义 打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍，培育植物新品种。 6.变异类型 四、植物体细胞杂交技术 染色体数目变异 7.生殖方式 无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律 38 + = 白菜 甘蓝 白菜-甘蓝 1.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株 白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。 36 （异源）四 2.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉）， 所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。 （异源）二 18 基因重组 染色体数目变异 习题巩固 39 植物体细胞杂交和有性杂交的比较 两个不同品种的植物细胞A、B 植物细胞A含有2X条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb 植物细胞B含有2Y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd 植物体细胞杂交 植物有性杂交 （2X+2Y）条 （X+Y）条 杂交后细胞中染色体数 基因型 AabbccDd AbcD或abcD或Abcd或abcd 体细胞杂交即2个细胞融合成1个细胞，染色体数、染色体组数和基因型采用直接相加；而植物有性杂交则先减半再相加。 ➾ ➾ ⇩ ➜ ➜ ➜ ➜ ⇩ 2a 2b 2a 2b 异源四倍体 1.亲本植株可育，则杂种植株可育。 植物体细胞杂交育种 融 合 a b a b 融 合 异源二倍体 ☞可育 ☞不可育 a b a b 融 合 2b 2a 秋水仙素 诱导加倍 ☞可育 2.杂种植株是不同于亲本的新物种。 3.(2024·长沙模拟)土地盐渍化 是一种全球化现象，严重制约 着农业生产的发展，我国育种 专家用普通小麦(2n＝42)与耐盐偃麦草(2n＝70)体细胞杂交获得耐盐新品种“山融3号”，培育过程如下图所示，序号代表相应结构。下列分析错误的是( 　 ) A.由愈伤组织到②适当提高培养基中细胞分裂素/生长素的比值 有利于促进芽的形成 B.①和“山融3号”体细胞均含有两个染色体组，每个染色体组含56条染色体 C.“山融3号”与普通小麦之间存在生殖隔离，为不同物种 D.偃麦草出现耐盐性状是由于变异导致的，土地盐渍化只是起到选择作用 习题巩固 B 四个染色体组(异源四倍体)，一个染色体组含21或35条染色体 组织培养过程中，一般先诱导芽的生长，再诱导根的生长，当培养基中的细胞分裂素/生长素的比值高时，促进芽的形成，故由愈伤组织到②适当提高培养基中细胞分裂素/生长素的比值有利于促进芽的形成，A正确； 普通小麦(2n＝42)与耐盐偃麦草(2n＝70)体细胞融合形成杂种细胞，故①和“山融3号”体细胞均含有四个染色体组(异源四倍体)，一个染色体组含21或35条染色体，B错误； “山融3号”为异源四倍体，与普通小麦杂交，后代为异源三倍体，部分染色体没有同源染色体，后代不可育，故“山融3号”与普通小麦之间存在生殖隔离，为不同物种，C正确； 偃麦草出现耐盐性状是由于变异导致的，土地盐渍化只是对偃麦草耐盐性状进行选择，D正确。 42 4.(多选)(2024·齐鲁名校联考)紫花苜蓿易造成家畜臌胀病， 百脉根富含单宁，单宁与植物蛋白质结合，家畜采食后不会引起臌胀病。科研人员利用野生型清水紫花苜蓿和里奥百脉根为材料培育出了抗臌胀病的新型牧草，研究主要流程如图。下列说法错误的是(　 ) A.在制备两种植物原生质体时，常用纤维素酶和胶原蛋白酶处理原材料 B.过程①常使用灭活病毒诱导法诱导清水紫花苜蓿和里奥百脉根的原生质体 融合 C.过程②为脱分化，过程③为再分化， 杂种细胞团的形成 是植物体细胞杂交完成的标志 D.培育抗臌胀病的苜蓿新品种依据的 生物学原理有细胞膜的流动性和 植物细胞的全能性 习题巩固 ABC 注：IOA可抑制植物细胞呼吸第一阶段， R-6G可抑制线粒体的功能。 细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁后可分离得到原生质体，A错误； 灭活病毒诱导法用于诱导动物细胞融合，过程①常使用物理法和化学法诱导原生质体融合，B错误； 植物体细胞杂交完成的标志是形成新植株，C错误； 植物体细胞杂交需要原生质体融合，依据的原理是细胞膜的流动性，杂种细胞发育成个体依赖植物细胞的全能性，D正确。 43 习题巩固 C 5.花椰菜(2n＝18)种植时容易遭受病毒 侵害形成病斑，紫罗兰(2n＝14)具有 一定的抗病性。科研人员利用植物体细胞 杂交技术培育具有抗病性状的花椰菜紫罗兰 新品种，过程如图1所示，他们还通过蛋白质 电泳技术分析了亲本及待测植株(1～4)中的 某些特异性蛋白，结果如图2所示。下列叙述正确的是(　 ) A.过程①可用酶解法获得原生质体，需要在无菌水中进行 B.过程②可用电融合法，筛选到的杂种细胞不含叶绿体 C.图2中，2属于杂种植株，该植株是四倍体，能产生可育的配子 D.图2中，1、3、4均是抗病性强的植株 较高渗透压 过程①可用酶解法获得原生质体，需要在较高渗透压溶液中进行，A错误； 过程②需用物理或化学方法处理，紫罗兰叶片细胞中含有叶绿体，故杂种细胞中含有叶绿体，B错误； 图2中，2属于杂种植株，该植株含有4个染色体组是四倍体，能产生可育的配子，C正确； 图2中，2和4是抗病性强的植株，它们有紫罗兰表达的某些特异性蛋白，而1和3没有，D错误。 44 概念 植物细胞融合 原生质体制备 过程 变异类型 植物组织培养 原生质体融合 原理 育种类型 原理 过程 花药离体培养 细胞全能性 操作步骤 脱分化 再分化 外植体 根、芽、胚状体 愈伤组织 外植体消毒 接种 切块 形成愈伤组织 诱导生芽生根 植物体细胞杂交 植物组织培养 植物细胞工程 优缺点 课堂小结 45 动物细胞工程 02 46 动物细胞工程 一、动物细胞培养 动物细胞培养是指从动物体中取出相关的 ，将它们分散成 ，然后在 下，让这些细胞 和 的技术。 生长 组织 单个细胞 适宜的培养条件 增殖 ——动物细胞工程的基础 ☞一般使用液体培养基，也称为培养液。 47 2.动物细胞培养条件 营养 ①无机物：无机盐等； ②有机物：糖类、氨基酸、维生素、______等。 无菌 无毒 的环境　 ①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理； ②在无菌环境下进行操作； ③定期更换________，以便清除代谢物。 温度、pH 和渗透压 ①温度：哺乳动物细胞培养的温度多以 为宜； ②pH：多数动物细胞生存的适宜pH为_________ ； ③渗透压： 气体环境 血清 培养液 (36.5±0.5)℃ 7.2～7.4 ①95%空气： ②5%CO2： 维持培养液的pH 细胞代谢所必需 维持细胞正常的形态和功能。 由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚。血清可以补充合成培养基中缺乏的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。细胞培养时，一般需添加10%～20%的血清或血浆。 48 3.体外培养的动物细胞的类型 一、动物细胞培养 悬浮培养瓶 （1）悬浮生长细胞 （2）贴壁生长细胞 这些细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。 接触抑制 当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖。 细胞能够悬浮在培养液中生长增殖 细胞需要贴附于某些基质(如培养瓶壁)表面才能增殖(主要类型) 思考：“细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止继续繁殖，出现接触抑制的现象”试结合上述解释，举例说明哪种细胞无接触抑制现象，并阐述原因。 癌细胞；癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少 习题巩固 50 机械方法 胰蛋白酶处理 胶原蛋白酶处理 动物 组织块 分散成 单个细胞 加培养液 细胞悬液 原代培养 放入培养瓶 在适宜条件 在适宜条件 分瓶培养 传代培养 ①取材 原因 细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 （1）取动物组织 3.动物细胞培养过程 一、动物细胞培养 51 机械方法 胰蛋白酶处理 胶原蛋白酶处理 动物 组织块 分散成 单个细胞 加培养液 细胞悬液 原代培养 放入培养瓶 在适宜条件 在适宜条件 分瓶培养 传代培养 ②将组织分散成单个细胞 ①从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞 靠在一起，彼此限制了生长和增殖； ②能使细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换。保证细胞 所需的营养物质的供应及有害产物的及时排出。 原因 （1）取动物组织 动物细胞培养时，需将相关的组织分散成单个细胞培养，因为将组织块分散成单个细胞后，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出；而且用大块组织进行培养时，组织块内部细胞的营养供应和代谢废物排出都比较困难，且细胞相互接触，限制了细胞的生长和增殖。同时，分散成单个细胞培养，也可使在细胞水平上操作的其他技术得以实现。 52 1.常用胰蛋白酶分散细胞，这说明细胞间的物质主要是什么成分？ 用胃蛋白酶行吗？ 说明细胞间的物质主要是蛋白质。 胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就失去活性，多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，所以用胃蛋白酶不行。 2.胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗，为什么？ 细胞膜的成分中含有蛋白质，而胰蛋白酶能够水解蛋白质，因此，胰蛋白酶会把细胞消化掉。 因此，胰蛋白酶处理的时间不能太长。 习题巩固 53 机械方法 胰蛋白酶处理 胶原蛋白酶处理 动物 组织块 分散成 单个细胞 加培养液 细胞悬液 放入培养瓶 在适宜条件 在适宜条件 分瓶培养 传代培养 原代培养 （2）用培养液将细胞制成细胞悬液，再将 细胞悬液放入培养皿或培养瓶。 培养瓶或培养皿要求 内表面光滑、无毒、易于贴附。 3.动物细胞培养过程 54 机械方法 胰蛋白酶处理 胶原蛋白酶处理 动物 组织块 分散成 单个细胞 加培养液 放入培养瓶 在适宜条件 在适宜条件 分瓶培养 传代培养 原代培养 （3）原代培养 将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经过处理后的初次培养称为原代培养。 细胞悬液 3.动物细胞培养过程 55 机械方法 胰蛋白酶处理 胶原蛋白酶处理 动物 组织块 分散成 单个细胞 加培养液 细胞悬液 放入培养瓶 在适宜条件 在适宜条件 分瓶培养 传代培养 悬浮生长 贴壁生长 (大多数） 细胞密度过大 有害代谢物积累 培养中营养物质缺乏 接触抑制 细胞分裂受阻 需要 原代培养 （4）传代培养 将分瓶后的细胞培养称为传代培养。 3.动物细胞培养过程 56 3.进行传代培养(分瓶培养)时，如何处理？ 悬浮细胞 贴壁细胞 离心法收集 胰蛋白酶处理 制成细胞悬液 分瓶培养 思考：正常细胞能否一直传代培养下去？ 习题巩固 57 传代培养 部分细胞的细胞核型可能会发生变化，增殖缓慢，甚至完全停止 大部分细胞衰老死亡 少数细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正朝癌细胞发展。 10~50代 继续培养 （50代以后） （有限细胞系） （无限细胞系） 使用或冷冻保存的细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型(遗传物质不改变)。 这一阶段的细胞称为细胞株 无限细胞系的遗传物质一定改变 传代培养 58 区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象 ①第一次用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，使其分散成 单个细胞后进行培养，为原代培养。 ②第二次用胰蛋白酶处理，使细胞从瓶壁上脱离下来，分瓶后 的细胞培养为传代培养。 区分原代培养和传代培养 59 传代培养 取动物组织 制成细胞悬液 原代培养 放入CO2培养箱中培养 放入CO2培养箱中培养 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法，将组织分散成单个细胞 转入培养液中进行 3.动物细胞培养过程 60 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养基性质 培养基特有成分 培养过程 培养结果 培养目的 植物细胞的全能性 细胞增殖 固体 液体 植物激素 动物血清 脱分化、再分化 原代培养、传代培养 可获得植物体 动物细胞群 快速繁殖植物 得到动物细胞及细胞产物 相同点： 培养基中都需要加入营养物质、培养过程中都需要防止杂菌污染、都需要提供适宜的温度、pH和渗透压的条件。 植物组织培养和动物细胞培养的比较 61 动物细胞工程 二、干细胞的培养及应用 干细胞 早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中 动物和人体内保留的具有分裂和分化能力的细胞。 胚胎干细胞 成体干细胞 定义 分布 种类 62 二、干细胞的培养及应用 种类 胚胎干细胞 成体干细胞 来源 特点 具有分化为成年动物体内的____________________， ____________________ _________________ 甚至个体的潜能。 具有组织特异性，只能分化成 ，不具有发育成完整个体的能力。 应用 分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等 造血干细胞用于治疗白血病，神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等 早期胚胎 成体的骨髓、外周血和脐带血等 任何一种类型的细胞 并进一步形成机体 的所有组织和器官 特定的细胞或组织 63 诱导多能干细胞及其应用 1.概念 通过体外诱导小鼠成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞。 2.制备方法 ①将特定基因或特定蛋白导入细胞； （成纤维细胞、已分化的T细胞、B细胞） ②用小分子化合物诱导形成。 3.优点 ①诱导过程无须破坏胚胎； ②iPS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。 4.应用 移植 取成纤维细胞等 iPS细胞 转入相关因子 细胞发生转化 分化 胰岛细胞 神经元 血细胞 肠上皮细胞 心肌细胞 肝细胞 病人 iPS细胞用于治疗人类疾病示意图 取成纤维细胞 转入相关因子 细胞转化为iPS细胞 诱导iPS细胞定向分化为多种组织细胞 移植回病人体内 诱导多能干细胞及其应用 65 无菌、无毒 营养 温度、pH和渗透压 气体环境 制备细胞悬液 原代培养 传代培养 动物细胞培养 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 干细胞的培养和应用 干细胞的种类、特点及应用 iPS细胞的培养和应用 干细胞应用面临的问题存在存在着导致肿瘤发生的风险。 课堂小结 66 习题巩固 ✘ (1)我国科学家利用猴胚胎干细胞首次创造了人工“猴胚胎”，移植前细胞和囊胚的培养都要放在充满CO2的培养箱中进行。 ( ) (2)营养供应充足时，传代培养的胚胎干细胞不会发生接触抑制。 ( ) (3)航天员在天宫课堂上展示了培养的心肌细胞跳动的视频。培养心肌细胞的器具和试剂都要先进行高压蒸汽灭菌。 ( ) (4)微生物、动物细胞培养基中需添加一定量的抗生素以防止污染。 ( ) (5)细胞培养和早期胚胎培养的培养液中通常需要添加血清等物质。 ( ) 1.判断题 ✘ ✘ ✘ ✓ 2.(2024·浙江1月选考)某动物细胞培养过程中，细胞贴壁生长至接触抑制时，需分装培养，实验操作过程如上图。 下列叙述错误的是(　 ) A.①加消化液的目的是使细胞与瓶壁分离 B.②加培养液的目的是促进细胞增殖 C.③分装时需调整到合适的细胞密度 D.整个过程需要在无菌、无毒条件下进行 习题巩固 B 分离稀释细胞，便于转移 ②加培养液的目的是分离稀释细胞，便于转移，B项符合题意。 68 习题巩固 A 3.科学家在不需要精子或卵子的情况下，利用干细胞制造出人造小鼠胚胎，并使用一种创新的生物反应器培育该胚胎，使其成功在子宫外生长了11天(一般小鼠的妊娠期为20天)。下列叙述错误的是(　 ) A.若要得到发育成熟的新生小鼠， 可在生物反应器中继续培养该小鼠胚胎 B.在该过程中，对特定时期的人造胚胎进行胚胎分割 能得到基因型相同的小鼠 C.干细胞制造出人造小鼠胚胎的过程中，干细胞进行了“脱分化” D.在人造小鼠胚胎的培养过程中， 生物反应器中的培养液必须定期进行更换 目前无法完成实验动物的全程体外培养，A错误； 胚胎分割得到的胚胎具有相同的遗传物质，由这些胚胎发育而来的小鼠基因型相同，B正确； 干细胞“脱分化”后才能使其分裂形成小鼠胚胎，C正确； 胚胎不同发育时期生理代谢的需求不同，因此需要定期更换培养液，同时也能满足胚胎培养过程中对营养的需求，D正确。 69 动物细胞工程 三、动物细胞融合技术和单克隆抗体技术 1.动物细胞融合技术 概念 使两个或多个动物细胞结合形成 细胞的技术 结果 形成具有原来两个或多个细胞遗传信息的 细胞 方法 原理 意义 一个 单核 PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等 细胞膜具有一定的流动性 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 ☞动物细胞没有细胞壁，可以直接诱导融合。 70 原理 病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝集，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 灭活病毒诱导法 灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，并不破坏它们的抗原结构。 71 ①融合过程:细胞膜融合→细胞质融合→ ________融合。 ②重组细胞的特点: 具有____________________, 杂种细胞表现出两个____________的特点。 ③融合后的杂交细胞经过__________后仍能形成两个完整的 杂交细胞。 动物细胞A 动物细胞B 膜融合、质融合 动物细胞培养 杂交细胞（单核） 物理、化学、生物法诱导 细胞核 亲本细胞 有丝分裂 两种细胞的遗传信息 动物细胞融合实质及完成的标志 1.动物细胞融合技术 72 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 融合前处理 相关酶 诱导方法 结果 应用 意义 细胞膜具有一定的流动性、 植物细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性 去除细胞壁 使细胞分散开 获得完整的杂种植株 主要用于制造单克隆抗体 打破生殖隔离， 实现远缘杂交育种 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 纤维素酶和果胶酶 胶原蛋白酶或胰蛋白酶 物理法：电融合法、离心法； 化学法：PEG融合法、 高Ca2＋—高pH融合法 物理法：电融合法； 化学法：PEG融合法； 生物法：灭活病毒诱导法 杂交细胞 培育植物新品种 73 2.单克隆抗体 三、动物细胞融合技术和单克隆抗体技术 早期获得抗体的方法 产量低，纯度低，制备的抗体特异性差、反应不灵敏 反复 注射 动物体内 抗原 多种浆细胞 多种抗体（血清） 每一个浆细胞只能产生一种特异性抗体 体内产生的特异性抗体多达百万种 缺点 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。 74 2.单克隆抗体 一种B淋巴细胞 （只产生一种特定抗体） 能在体外大量增殖的骨髓瘤细胞 融合 杂交瘤细胞 产生足够数量的特定抗体 大量 增殖 单克隆抗体 既能迅速大量增殖，又能产生抗体 由单个B淋巴细胞经过克隆（无限增殖），形成基因型相同的细胞群，这一细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体。 （1） 概念 75 （2） 制备过程 用特定的抗原免疫，从小鼠的脾中得到能产生特定抗体的B淋巴细胞。 将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合 诱导 融合 B、瘤、BB 、B瘤 、瘤瘤 *不是为了得到抗体！ √ 抗原 免疫动物 多种B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 培养骨髓瘤细胞 2.单克隆抗体 76 用特定的 进行筛选：在该培养基上，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长。 B、瘤、 BB 、B瘤 、瘤瘤 选择培养基 既能迅速大量增殖，又能产生抗体。 杂交瘤细胞 （2） 制备过程 77 小资料：细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断。 ②鼠骨髓瘤细胞中只有D途径，没有S途径，可是能无限增殖。 ①人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但不能无限增殖。 HAT培养基：在培养液中加入氨基嘌呤，阻断D途径 B淋巴细胞及同型融合细胞 不能无限增殖，死亡 骨髓瘤细胞及同型融合细胞 不能合成DNA，死亡 杂交瘤细胞 能无限增殖，生长 HAT培养基 78 对上述经选择培养的杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。 杂交瘤细胞 抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞 （2） 制备过程 79 ★原理： 抗原-抗体特异性结合 抗体检测 80 将杂交瘤细胞群稀释， 约每孔1个进行培养 （克隆化培养） 用标记的抗原检测每个小孔上清液里是否含有我们需要的特异性的抗体 （抗原抗体能结合即为阳性孔） 经过多次克隆化培养以及有限稀释法的筛选，就能选出需要的那种杂交瘤细胞（AB3） AB1、AB2、AB3 …… （2） 制备过程 81 注射到小鼠腹腔内 体外培养 将抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养，或注射到小鼠腹腔内增殖。 从细胞培养液或小鼠腹水中获取大量的单克隆抗体。 细胞培养液提取 小鼠腹水中提取 抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞 单克隆抗体 （2） 制备过程 82 项目 腹腔培养 体外培养 优点 缺点 易于控制培养条件 （如无需提供无菌环境等）； 操作简单； 成本较低 规模小，产量少 可大规模培养， 大量生产 需要人为控制培养条件，成本相对较高 体内培养及体外培养的比较 83 单克隆抗体 筛选二 杂交细胞 杂交瘤细胞 体外或体内培养 筛选一 骨髓瘤细胞 诱导融合 分泌特异抗体的杂交瘤细胞 杂交瘤细胞群 提取 已免疫的B淋巴细胞 动物细胞融合技术 动物细胞培养技术 既能大量繁殖 又能产生专一抗体 特异性强 灵敏度高 可大量制备 注射抗原 原理：细胞增殖 原理：细胞膜具有流动性 2.单克隆抗体 84 项目 第一次筛选 第二次筛选（需要多次筛选） 原因 方法 结果 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：未融合的亲本细胞和融合的具 有同种核的细胞都会死亡， 只有融合的杂种细胞才能生长。 筛选出融合的杂种细胞 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，在每个孔中尽量接种一个杂交瘤细胞的情况下进行克隆化培养和抗体检测，经过多次筛选得到足够数量的能分泌所需抗体的细胞。 筛选出分泌所需抗体的杂交瘤细胞 单克隆抗体制备过程中两次筛选的方法及目的 85 2.单克隆抗体 （3）单克隆抗体的应用 ①作为诊断试剂 (最广泛的用途) 女性怀孕后会分泌一种糖蛋白——人绒毛膜促性腺激素（HCG），尿液中会检出HCG的存在。 用抗HCG单克隆抗体制备的试纸可以测试女性是否怀孕。 86 （3）单克隆抗体的应用 ②用于疾病的治疗和运载药物（主要用于癌症的治疗） 单克隆抗体 接头（连接体） 连接抗体和药物， 在肿瘤细胞内释放药物 药物 释放后杀死 肿瘤细胞， 如细胞毒素 单克隆抗体+接头+药物=ADC 87 ①单克隆抗体： 1.特异性强、灵敏度高 ★ 原理 不损伤正常细胞 ，减少剂量。 导向作用，将药物定向带到癌细胞所在位置。 ②抗癌药物： 杀死癌细胞 2.疗效高、毒副作用小 单克隆抗体+接头+药物=ADC 88 习题巩固 ACD 1.(多选)(2022·江苏高考)下图表示利用细胞融合技术 进行基因定位的过程，在人－鼠杂种细胞中人的 染色体会以随机方式丢失，通过分析基因产物 进行基因定位。现检测细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中人的4种 酶活性，只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性，只有Ⅲ 具有胸苷激酶活性，Ⅰ、Ⅲ都有磷酸甘油酸激酶 活性，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均有乳酸脱氢酶活性。 下列相关叙述正确的有(　 ) A.加入灭活仙台病毒的作用是促进细胞融合 B.细胞Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为人－人、人－鼠、鼠－鼠融合细胞 C.芳烃羟化酶基因位于2号染色体上，乳酸脱氢酶基因位于11号染色上 D.胸苷激酶基因位于17号染色体上，磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上 动物细胞融合过程中，可以利用灭活的仙台病毒或聚乙二醇作诱导剂促进细胞融合，A正确； 细胞Ⅲ中保留了人的X、11、17号染色体，故不会是鼠－鼠融合细胞，B错误； 由三种杂种细胞中，只有Ⅱ中保留了2号染色体，且只有Ⅱ具有芳烃羟化酶活性，可知芳烃羟化酶基因位于2号染色体上，同理分析可知，乳酸脱氢酶基因位于11号染色上，胸苷激酶基因位于17号染色体上，磷酸甘油酸激酶基因位于X染色体上，C、D正确。 89 习题巩固 A 2.某同学列表比较了植物体细胞杂交和动物细胞融合的相关差异，其中错误的是(　 ) 选项 比较内容 植物体细胞杂交 动物细胞融合 A 培养基区别 液体培养基，含蔗糖和植物激素等 固体培养基， 含葡萄糖和动物血清等 B 原理 细胞膜的流动性、 植物细胞的全能性 细胞膜的流动性 C 融合方法 物理方法、化学方法 物理方法、化学方法、 生物方法 D 成功标志 得到杂种植株 得到杂交细胞 植物体细胞杂交所用的是固体培养基，含蔗糖和植物激素等；动物细胞融合所用的是液体培养基，含葡萄糖和动物血清等，A错误。 植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性(原生质体的融合)和植物细胞的全能性(从杂种细胞得到杂种植株)；动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，B正确。 诱导原生质体融合的方法包括物理方法和化学方法，诱导动物细胞融合的方法包括物理方法、化学方法和生物方法，C正确。 植物体细胞杂交成功的标志是得到杂种植株；动物细胞融合成功的标志是得到杂交细胞，D正确。 90 习题巩固 A 3.如图为用细胞毒素类药物生产的 抗体—药物偶联物(ADC)，以下叙述错误的是(　 ) A.ADC中的抗体能特异性识别并杀伤肿瘤细胞 B.接头的结构不稳定会导致药物分子脱落，造成正常细胞被破坏 C.一些作用于细胞信号转导通路的药物也可以作为ADC偶联的药物 D.利用放射性同位素或荧光标记的单克隆抗体可定位诊断肿瘤、 心血管畸形等疾病 ADC中的抗体能特异性识别肿瘤细胞的抗原，而杀伤肿瘤细胞是靠ADC上的细胞毒素类药物，A错误； ADC通常由抗体、接头和药物三部分组成，如果接头的结构不稳定会导致药物分子脱落，药物失去靶向性，则会造成正常细胞被破坏，B正确； 一些作用于细胞信号转导通路的药物可以通过阻断肿瘤细胞的信号转导来抑制其生长，理论上也可将这些药物与单克隆抗体进行结合，C正确； 利用放射性同位素或荧光标记的单克隆抗体可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病，该过程是利用抗原—抗体特异性结合原理实现的，D正确。 91 动物细胞工程 四、动物体细胞核移植技术 1.概念 将动物的一个细胞的 ，移入 中，使这个重新组合的细胞发育成 ，继而发育成 的技术。 细胞核 去核的卵母细胞 新胚胎 动物个体 卵母细胞 动物细胞 去核 取核 移入 重组细胞 新胚胎 克隆动物 发育 发育 2.原理 动物细胞核的全能性 3.生殖方式 无性生殖 92 克隆动物不是核供体动物100%复制的原因是什么？ ①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞的细胞质 （或供体细胞和受体卵母细胞）。 ②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境等因素的影响。 ③可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异。 四、动物体细胞核移植技术 93 4.哺乳动物核移植分类 种类 难易程度 原因 相对容易 十分困难 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 分化程度低，全能性容易表现 分化程度高，全能性难表现 四、动物体细胞核移植技术 5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因 ①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其 前 的功能状态，这导致了 ； 胚胎发育率低 ②对非人灵长类动物 进行操作的技术尚不完善。 胚胎 分化 94 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期 通过显微操作去核 将供体细胞注射入去核的卵母细胞 高产奶牛(供体) 从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚胎 将胚胎移入受体(代孕)母牛体内 出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 四、动物体细胞核移植技术 6.动物体细胞核移植过程 95 从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞(研究人员正在使用设备从牛的卵巢采集卵母细胞)，在体外培养到MⅡ期。 ①卵母细胞体积大，易操作 ②卵黄多，营养物质丰富。 （1）为何选用卵母细胞？ （2）为何要培养到MⅡ期？ 含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件 正常排出的卵子即处于MⅡ期 6.动物体细胞核移植过程 96 高产奶牛(供体) 一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证了供体细胞正常的遗传基础。 从供体高产奶牛身体的某一部位(如耳)上取体细胞，进行细胞培养。 6.动物体细胞核移植过程 97 实际上是去除纺锤体-染色体复合物 （3）卵母细胞去核的原因是什么？ 保证克隆动物的遗传物质最大限度来自优良供体。 （4）卵母细胞去核的方法？ 显微操作去核法 梯度离心 紫外光短时间照射 化学物质处理 使DNA变性失活， 达到去核的目的。 没有刺破卵母细胞膜，对卵母细胞伤害小。 通过显微操作去核 6.动物体细胞核移植过程 98 将供体细胞注射入去核的卵母细胞 直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内 将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因 ①对卵母细胞损伤较小； ②保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便。 6.动物体细胞核移植过程 99 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚胎。 重构胚胎：人工重新构建的胚胎，具有发育成完整个体的能力。 6.动物体细胞核移植过程 100 用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活重构胚胎，使其完成细胞分裂和发育进程。 6.动物体细胞核移植过程 101 将胚胎移入受体(代孕)母牛体内 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 新生个体的细胞质基因一部分来自去核卵母细胞， 一般分来自供体细胞。 6.动物体细胞核移植过程 102 细胞培养 MII期去核 细胞融合 激活重构胚 取供体细胞 采集卵母细胞 供体细胞 去核卵母细胞 重构胚胎 早期胚胎 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 将供体细胞注入去核的卵母细胞 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 动物细胞培养 动物细胞核移植 早期胚胎培养 胚胎移植 6.动物体细胞核移植过程 103 7.应用前景 畜牧业 加速家畜___________进程，促进优良畜群繁育 生物多样性保护：保护濒危物种 医药 卫生 ①培育转基因克隆动物作为____________，生产医用蛋白； ①培育转基因克隆动物作为____________，生产医用蛋白； ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可作为异种移植的供体； ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可作为 异种移植的供体； ③人核移植_____________经过诱导分化能形成相应的细胞、 组织或器官，将它们移植给患者可避免免疫排斥反应。 ③人核移植_____________经过诱导分化能形成相应的细胞、 组织或器官，将它们移植给患者可避免免疫排斥反应 科研 领域 ①研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程； ②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比 来分析致病基因； ③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的致病机制和 开发相应的药物提供帮助。 ①研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程； ②克隆一批遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的对比来分析致病基因； ③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。 遗传改良 生物反应器 胚胎干细胞 104 病人 取核 去核卵母细胞 重构胚胎 各种细胞组织或器官 诱导 取出 体细胞 核移植 移植 成纤维细胞 取出 转入相关因子 各种细胞组织或器官 iPS细胞 取出 胚胎干细胞 诱导 移植 治疗性克隆 iPS细胞治疗 细胞发生转化 治疗性克隆与iPS细胞治疗 105 8.存在问题 （1）该技术的成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。 （2）相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后，需要与 发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次 的理论研究相结合。 （3）绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷， 如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 四、动物体细胞核移植技术 106 1.2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育“三亲婴儿”的申请。其培育过程可选用如下技术路线。 习题巩固 107 据图分析下列叙述错误的是 ( ) A.该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作 B.该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代 C .卵母细胞捐献者携带的红绿色盲基因能够遗传给“三亲婴儿” D .“三亲婴儿”同时拥有自己父亲、母亲及卵母细胞捐献者的 部分基因 习题巩固 C 108 习题巩固 A 2.动物体细胞核移植技术的原理是动物细胞核具有全能性。下列说法正确的是(　 ) A.为提高成功率，将卵母细胞培养到MⅡ期，在尽可能短的时间内 去除纺锤体—染色体复合物并注入体细胞 B.需用电刺激、Ca2＋载体和聚乙二醇等激活重构胚， 使其完成细胞分裂和发育进程 C.胚胎发育到桑葚胚阶段，胚胎内部开始出现含有液体的腔 D.早期胚胎培养需要置于含有95%O2和5%CO2的混合气体的 CO2培养箱中，O2是细胞代谢所必需， CO2的主要作用是调节培养液的pH 卵母细胞培养到MⅡ期，此时细胞内具有促进细胞核全能性表达的物质，在尽可能短的时间内去除纺锤体—染色体复合物，即除去受体细胞的遗传物质，再注入体细胞，形成融合细胞，A正确； 聚乙二醇不能激活重构胚，B错误； 胚胎发育到囊胚阶段，胚胎内部开始出现含有液体的腔，C错误； 早期胚胎培养需要无菌的95%空气和5% CO2，O2是细胞代谢所必需，CO2的主要作用是调节培养液的pH，D错误。 109 习题巩固 D 3.Ca2＋水平升高可直接或通过激活重构胚使处于MⅡ期的卵母细胞恢复分裂周期。由于持续高水平的成熟促进因子(MPF，一种蛋白激酶)存在，MⅡ期的卵母细胞不能进入末期。下列相关分析错误的是(　 ) A.自然受精过程中，精子入卵可能促进了卵母细胞细胞质基质中Ca2＋水平 升高 B.在核移植过程中，通过电融合法可使供体细胞与去核卵母细胞融合形成 重构胚 C.Ca2＋载体法可激活重构胚是因为载体促进了Ca2＋从膜外向膜内转运 D.蛋白酶合成抑制剂可通过抑制MPF的合成使重构胚保持休眠 Ca2＋水平升高可使处于MⅡ期的卵母细胞恢复分裂周期，由此推测，自然受精过程中，精子入卵可能促进了卵母细胞细胞质基质中Ca2＋水平升高，A正确； 因为供体细胞直接注入去核卵母细胞后细胞质并没有与卵母细胞融合，而是被细胞膜分割开来，并不能使体细胞核表现出全能性，所以需要通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚，B正确； Ca2＋载体法可激活重构胚是因为载体促进了Ca2＋从膜外向膜内转运，使细胞内Ca2＋水平升高，C正确； 持续高水平的MPF存在，导致MⅡ期的卵母细胞不能进入末期，因此蛋白酶合成抑制剂可通过抑制MPF的合成激活重构胚，D错误。 110 习题巩固 C 4.干细胞具有自我更新能力，与组织或器官的发育、再生和修复等密切相关，因而在医学上有广泛的应用。科研人员利用帕金森病模型小鼠进行如图实验，相关叙述错误的是(　 ) A.过程①应选择MⅡ期的卵母细胞，且利用了细胞膜的流动性 B.从早期胚胎中获得的胚胎干细胞具有分化为各种组织细胞的潜能 C.过程②得到的神经元与鼠皮肤细胞中的遗传物质相同 D.克隆特定疾病模型的动物，可以为相应药物的开发提供帮助 过程①为核移植，核移植过程应选择MⅡ期的卵母细胞，该过程依赖细胞膜的流动性，A正确； 从早期胚胎，如桑葚胚和囊胚中获得的胚胎干细胞具有分化为各种组织细胞的潜能，即具有全能性，B正确； 过程②得到的神经元细胞核中含有的遗传物质主要与鼠皮肤细胞中的遗传物质相同，但细胞质的遗传物质主要与卵母细胞相同，C错误； 克隆特定疾病模型的动物，便于进行药物实验，因而可以为相应药物的开发提供帮助，D正确。 111 网络构建 THANKS 作业 完成小本，明天收 113 $$