2025届高三生物一轮复习课件第35讲 细胞工程

细胞工程 考点一：细胞工程 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。 分类： 植物细胞工程 动物细胞工程 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 动物细胞培养技术 动物细胞融合技术与单克隆抗体 动物体细胞核移植技术和克隆动物 考点二：植物组织培养技术 植物组织培养技术的原理：全能性 1.定义： 细胞经过分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体，或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 2. 理解： 起点： 细胞、（植物组织） 终点： 个体、各种细胞 判明：种子发育成植株不属于细胞的全能性，因为种子是器官，不是细胞！ 3、原因（内在条件）: 细胞内含有本物种全套的遗传信息 判明：哺成红和植物的筛管细胞没有全套遗传信息 不体现原因：体内的细胞在特定的时间和空间进行基因选择性的表达 自然条件下，生物的体细胞没有表现出全能性的原因？ 考点二：植物组织培养技术 植物组织培养技术的原理：全能性 4、外界条件： ①离体 ②适宜的营养物质 ③适宜的理化条件： 适宜的温度、pH、光照、渗透压 ④激素 （主要是生长素和细胞分裂素） 水、无机盐、糖类、氨基酸、核苷酸…… 大前提！ 植物组织培养技术 考点二：植物组织培养技术 外植体 1.概念： 是指将离体的植物器官、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.生殖方式： 无性生殖 3.原理： 植物细胞具有全能性 考点二：植物组织培养技术 不定形的薄壁组织团块 4. 植物组织培养的流程 接种外植体 脱分化 诱导愈伤组织 再分化 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 在一定的激素和营养诱导下，失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成愈伤组织。 改变营养激素条件，愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 形成胚状体 考点二：植物组织培养技术 植物组织培养技术 注意事项： 生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。它们的浓度、比例都会影响植物细胞的发育方向 生长素用量 / 细胞分裂素用量 结果 比值适中 比值高 比值低 促进根的分化 促进芽的分化 促进愈伤组织的形成 考点二：植物组织培养技术 实验：菊花的组织培养 ①外植体： 幼嫩的菊花茎段 （容易诱导形成愈伤组织） ②体积分数为70%的酒精： 对手、超净工作台、外植体进行消毒 ③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液： 对外植体进行消毒 ④无菌水： 清洗外植体 ⑤培养基（P116--参见本书附录1） 材料用具 包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）。 蔗糖的作用： 提供营养 培养基的灭菌方法为： 湿热灭菌法 维持培养基的渗透压 固体培养基 考点二：植物组织培养技术 实验：菊花的组织培养 方法步骤: ①外植体消毒 酒精消毒30s →无菌水清洗2～3次→ 次氯酸钠消毒30min →无菌水清洗2～3次 ②外植体切块 使用灭菌的培养皿和解剖刀 ③接种 在超净工作台、酒精灯火焰旁操作 愈伤组织培养基（生长素与细胞分裂素比值适中） 外植体接种完成后不需要倒置 注意要将“形态学上端”朝上，下端朝下 ④诱导愈伤组织形成 注意：一般避光培养 原因：有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织 考点二：植物组织培养技术 实验：菊花的组织培养 方法步骤: 细胞排列疏松无规则、高度液泡化 ⑤诱导生芽、生根 注意：适时光照培养，生芽、生根使用的培养基不同 诱导顺序：先诱导生芽，再诱导生根 每日需要给予适当时间和强度的光照 ⑥试管苗移栽 考点三：植物体细胞杂交技术 1. 概念： 植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。 2. 原理： 细胞膜具有一定的流动性 植物细胞的全能性 3. 过程： 考点三：植物体细胞杂交技术 1. 过程 A细胞 B细胞 纤维素酶果胶酶 1.去壁： 酶解法 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 2.诱融 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 脱分化 再分化 移栽 植物细胞融合 植物组织培养 杂种植株 愈伤组织 A原生质体 B原生质体 移栽后的植株 融合成功标志 考点三：植物体细胞杂交技术 1. 概念： 2. 原理： 3. 过程： 4. 成功的标志： （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 5. 意义： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种 6. 局限性： 尚不能按照人的意愿表达两亲本的性状。 原因：生物体内基因的表达不是孤立的。杂种植株细胞内两个物种的基因表达相互干扰，不能有序表达。 考点三：植物体细胞杂交技术 重点辨析： ①融合后的细胞一定是杂种细胞吗？ 不一定，可能还有相同类型细胞的杂交细胞，还需要进一步筛选 ②植物体细胞融合完成的标志是？ 杂种细胞再生出细胞壁 ③融合后的原生质体在形成杂种细胞的过程中，活动旺盛的细胞器？ 高尔基体和线粒体 ④变异类型和生殖方式是？ 染色体数目变异、无性生殖 ⑤杂种植株是否可育？ 若融合前的两种细胞本身可育，则杂种植株也可育 考点三：植物体细胞杂交技术 重点辨析： ⑥如何计算杂种细胞的染色体组数？ 体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管是染色体数、染色体组数还是基因型都采用直接相加的方法。 而植物有性杂交则为先减半再相加。 考点四：植物细胞工程的应用 （1）植物繁殖新途径 （2）作物新品种的培育 （3）细胞产物的工厂化生产 考点四：植物细胞工程的应用 一、植物繁殖的新途径 1. 快速繁殖 （1）概念： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖 （2）优点： ①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖； ②可以保持优良品种的遗传特性。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 （3）过程： （4）实例： 一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物、甘蔗、桉树、铁皮石斛等。 考点四：植物细胞工程的应用 一、植物繁殖的新途径 脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片 2. 作物脱毒 （1）适用对象： 被病毒感染的无性繁殖的作物。 （2）脱毒过程： 无病毒组织：如茎尖组织 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 （3）实例： 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 考点四：植物细胞工程的应用 二、作物新品种的培育 1. 单倍体育种 秋水仙素处理，染色体数加倍 花药离体培养 单倍体植株 正常纯合体植株 （1）过程： 脱分化 愈伤组织 再分化 （2）原理： 染色体（数目）变异、植物细胞的全能性。 考点四：植物细胞工程的应用 二、作物新品种的培育 1. 单倍体育种 （3）优点： （1）过程： （2）原理： ① 极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力 ② 可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料 杂交育种培育一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般不断自交选优, 常需5～6年。而单倍体育种当年就能培育出所需纯合体。 大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。 考点四：植物细胞工程的应用 二、作物新品种的培育 1. 单倍体育种 例：紫色非甜玉米（基因型为AASS ）和白色甜玉米（基因型为aass）杂交（S和s代表一对等位基因）,得到的F1（AaSs）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。 如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？ 如果利用单倍体育种的技术，应该如何筛选？ 考点四：植物细胞工程的应用 二、作物新品种的培育 1. 单倍体育种 P： 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass F1 紫色非甜玉米 AaSs ↓ 第1年 ↓ × 选育出需要 的紫色甜玉米纯种 F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 传统方法： 杂交育种 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 传统方法：选择所需要的性状进行连续自交提纯 至少要进行3次以上的连续自交，才能得到较高纯度的紫色甜玉米。 考点四：植物细胞工程的应用 二、作物新品种的培育 1. 单倍体育种 配子： AS As aS as AS As aS as 秋水 仙素 AAss aaSS aass AASS 紫甜 P 紫色非甜 AASS × 白色甜 aass F1 紫色非甜 AaSs 第1年 单倍体幼苗： 纯合体: 单倍体育种 第2年 单倍体育种：将配子培养成单倍体植株后用秋水仙素处理，再筛选出需要的表现型。 在第2年就可以得到纯合子。 考点四：植物细胞工程的应用 二、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。 （2）过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 诱变处理 （4）实例： 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 （3）原理： 基因突变和植物细胞的全能性。 考点四：植物细胞工程的应用 二、细胞产物的工厂化生产 （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： ❊次生代谢不是生物生长所必需的，在特定条件下进行； ❊次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化 合物等）. ❊在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和 色素等的重要来源。 ❊含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物 又不能或难以通过化学合成途径得到。 考点四：植物细胞工程的应用 二、细胞产物的工厂化生产 植物细胞培养：指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞产物 诱导、培养 （1）原理： （2）特点： （3）过程： 利用植物细胞培养来获得目标产物。 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 提取 特定细胞群/团 考点四：植物细胞工程的应用 项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 原理 过程     实例 获得脱毒苗 人参皂甙的生产 获得植物体 获得细胞或代谢产物 植物细胞的全能性 细胞增殖 考点五：动物细胞培养 从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 概念： 原理： 细胞增殖 （只分裂，不分化；不体现全能性） 培养环境： （1）营养 （2）无菌、无毒的环境 （3）适宜的温度、PH和渗透压 （4）适宜的气体环境 地位： 动物细胞工程的基础 考点五：动物细胞培养 （1）营养 ①合成培养基：将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制的培养基。（动物细胞培养常用培养液，几乎不使用固体培养基） ②血清（血清中含有多种未知的促细胞生长因子及其他活性物质，补充合成培养基中缺乏的物质 P44） （2）无菌、无毒的环境 无菌： 1.培养液和所有培养用具进行灭菌处理 2.在无菌环境下操作。 无毒：培养液定期更换。 目的:清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞造成危害。 考点五：动物细胞培养 （3）适宜的温度、PH和渗透压 与相应动物内环境的理化性质保持一致。 作用：维持细胞正常的形态和功能 （4）适宜的气体环境 O2 ： ______________ ； CO2 ： ___________ 。 细胞进行有氧呼吸必需 维持培养液中的pH值 置于含 95%空气 加 5%CO2 的混合气体的培养箱中进行培养。 考点五：动物细胞培养 概念： 原理： 培养环境： 地位： 过程： 考点五：动物细胞培养 步骤1：取动物组织： 选动物胚胎或幼龄动物的器官或组织 原因：其细胞生命力旺盛，分化程度低，分裂能力强。 步骤2：分散成单个细胞： 为什么要分散成单个细胞？ 便于细胞从培养液中获得营养，排出代谢废物 分散的方法有？ 机械法、胰蛋白酶或胶原蛋白酶 注意： 不可以用胃蛋白酶（最适PH为1.5左右） 处理时间不能太长（会破坏细胞结构） 考点五：动物细胞培养 步骤3：制作细胞悬液： 把打散的细胞冲入培养液制成细胞悬液，转入培养瓶 细胞在培养液里的状态？ 少数悬浮在培养液中生长增殖 多数贴附在培养瓶壁上生长增殖 ——细胞贴壁 指某些细胞需要贴附于某些基质表面才能增殖的现象 步骤4：进行原代培养： 指动物组织经处理后的初次培养。 细胞能否一直增殖下去？为什么？ 不会，原因：细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等，会导致细胞分裂受阻。 贴壁生长的细胞还会发生接触抑制 考点五：动物细胞培养 步骤3：制作细胞悬液： ——细胞贴壁 指某些细胞需要贴附于某些基质表面才能增殖的现象 步骤4：进行原代培养： 指动物组织经处理后的初次培养。 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 ——接触抑制 肿瘤细胞失去接触抑制，适宜条件下，在培养液里可以无限增殖下去。 考点五：动物细胞培养 步骤5：分瓶： 分瓶的具体处理方式为？ 悬浮培养的细胞:直接用离心法收集 贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，再用离心法收集 ①收集细胞 ②加培养液制成细胞悬液后，分瓶 步骤6：传代培养： 分瓶后继续进行的细胞培养。 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 培养结果 培养目的 相同点 6）植物组织培养和动物细胞培养的比较 获得细胞或细胞产物 常用固体培养基 植物体 葡萄糖、动物血清 常用液体培养基 细胞增殖 细胞的全能性 大量动物细胞 快速繁殖等 蔗糖、植物激素 1.培养过程中细胞都进行有丝分裂，不涉及减数分裂； 2.均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 考点五：动物细胞培养 干细胞的培养和应用 1.干细胞的概念： 动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。 在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。 2.干细胞的分布： 干细胞存在于_________、_____和_______等多种组织和器官中； 早期胚胎 骨髓 脐带血 3.干细胞的分类：包括 ____ 和 ____ 等。 胚胎干细胞 成体干细胞 胚胎干细胞（简称ES细胞） ①分布： 存在于________中 早期胚胎 ②特点： 具有分化为成年动物体内的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甚至个体的潜能 ③应用实例： ES细胞在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等 （需要分化诱导因子诱导） ——全能干细胞 骨髓中的___________ 神经系统中的__________ 睾丸中的___________等 成体干细胞 ①分布： 存在于________________中 成体组织或器官内 ②举例： 造血干细胞 神经干细胞 精原干细胞 ③特点： 一般认为，成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力 ——专能干细胞 ——多能干细胞 诱导多能干细胞（iPS细胞） （1）胚胎干细胞应用的局限性： 胚胎干细胞必须从_____中获取 ，涉及________，因而限制了在医学上的应用。 胚胎 伦理问题 （2）诱导多能干细胞概念： 通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞，简称iPS细胞。 诱导方法：①借助载体将特定基因或特定蛋白导入细胞； ②用小分子化合物诱导。 诱导对象：一般是成纤维细胞、还可以是已分化的T细胞、B细胞 （3）诱导多能干细胞优点： ①诱导过程无须破坏胚胎，避免伦理问题； 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。 考点六：动物细胞融合技术 1、原理： 细胞膜的流动性 2、诱导方法： 灭活病毒、PEG、电融合等 灭活病毒诱导原理：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，使细胞互相凝聚，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。 3、融合成功的标志： 两个细胞核成功融合 4、意义： 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 5、应用： （1）研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种的手段。 （2）用于制造单克隆抗体 1、单克隆抗体的 制备过程及分析： 注射特定的抗原 培养骨髓瘤细胞 从脾中提取 B淋巴细胞 多种 骨髓瘤细胞 诱导融合 将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合 ①不产生抗体的B细胞 ②产生A1、A2、A3...等不同抗体的B细胞 目的： 产生能产生相应抗体的B淋巴细胞 融合体系中有多少种类型的细胞？ 未融合的细胞 B淋巴细胞相互融合的细胞 骨髓瘤细胞相互融合的细胞 杂交瘤细胞 √ 单克隆抗体的制备 多种杂交细胞 未融合的细胞 骨-骨、 B-B、 第一次筛选： 用特定的选择培养基(HAT培养基） 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 杂交瘤细胞 （既能迅速大量增殖，又能产生抗体） 第二次筛选： 克隆化培养、抗体检测 （多次筛选） 抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞 用96孔板培养和筛选杂交瘤细胞（每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞） 克隆化培养 能产生所需抗体的杂交瘤细胞 分泌的抗体能与特定抗原结合 注射到小鼠腹腔内 体外培养 单克隆抗体 从细胞培养液中提取 从小鼠腹水中提取 能产生所需抗体的杂交瘤细胞 第一次筛选 第二次筛选 原因 方法 结果 诱导融合后得到的细胞中，除杂交瘤细胞之外，还有未融合的亲本细胞，也有融合的具有同种核的细胞 由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经第一次筛选之后获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞 用特定的选择培养基进行筛选 进行克隆化培养和抗体检测（多次筛选） 获得杂交瘤细胞 获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞 两次筛选的比较 “第一次筛选”原理 资料：已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断。人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤细胞中尽管没有S途径，但能不断分裂增殖。 如何筛选出杂交瘤细胞? 培养基中添加氨基嘌呤 “第二次筛选”原理 克隆化培养 多孔培养板 抗体检测 第一次筛选的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞，通常用“有限稀释法”来进一步选择。将杂交瘤细胞稀释，用多孔培养板培养细胞，在每孔只有一个杂交瘤细胞的情况下，开始培养，让其增殖。然后检测各孔上清液中细胞分泌的抗体（常用酶联免疫吸附试验法），那些上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔。阳性孔中的细胞还不能保证是来自单个细胞，挑选阳性孔的细胞继续进行有限稀释，一般需进行3～4次，直至确信每个孔中增殖的细胞为单克隆细胞。该过程即为杂交瘤细胞的克隆化培养。 1、单克隆抗体的制备过程： 2、原理： 3、单克隆抗体的优点： 4、单克隆抗体的应用：P50 免疫学原理；细胞膜的流动性；细胞增殖 能准确识别抗原的细微差异（灵敏度高）；与特定的抗原发生特异性结合（特异性强）；能大量制备。 ①广泛作为诊断试剂（早早孕诊断试剂盒 ；用同位素或荧光标记的单克隆抗体定位肿瘤等） ②靶向运载药物 ③治疗疾病 单克隆抗体 单克隆抗体的应用补充：ADC 抗体--药物偶联物 ADC由抗体、接头和药物组成。 抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞。 药物发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。 优势：靶点清楚、毒副作用小 抗体-药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素类药物与单克隆抗体结合，被肿瘤细胞特异性识别，通过胞吞进入肿瘤细胞，溶酶体使其裂解，释放药物，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。 考点六：动物体细胞核移植技术 1、概念： 将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使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。 减数分裂Ⅱ中期（MⅡ期）的核 “核”指的是纺锤体—染色体复合物，去核指去除该复合物 来源？ 何时去核？ 去核是指去除什么？ 2、原理： 动物细胞核的全能性 3、生殖方式： 无性生殖 4、分类： 胚胎细胞核移植、体细胞核移植 5、动物体细胞核移植的难度高于胚胎细胞核移植的原因： 动物体细胞分化程度更高，表现全能性更困难 6、过程： 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 高产奶牛(供体) 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 通过显微操作去核 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 将供体细胞注射入去核的卵母细胞 将胚胎移入受体(代孕)母牛体内 考点六：动物体细胞核移植技术 出生与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 考点六：动物体细胞核移植技术 1.为何选用MⅡ期卵母细胞？ ①卵母细胞体积大，易操作 ②含有激发和促使细胞核全能性表达的物质和营养条件。 2.一般选用传代10代以内的细胞，为什么？ 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。 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 考点六：动物体细胞核移植技术 5、注入卵母细胞中的是供体细胞还是细胞核？ 供体细胞，注入去核卵母细胞透明带 6、将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因？ 对卵母细胞损伤较小； 保证供体细胞的细胞核不被破坏， 操作方便。 分析：整个过程一共运用了哪些技术？ 考点六：动物体细胞核移植技术 早期胚胎培养 动物细胞培养 胚胎移植 动物细胞融合 重构胚 早期胚胎 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞 用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育过程 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 采集牛卵巢中的卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 去核的卵母细胞 供体细胞培养 将供体细胞注入去核的卵母细胞 通过显微操作去核 高产奶牛（供体） 从供体身体的某一部位（如耳）上取体细胞 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 动物细胞核移植 该过程中应用到的技术 ______________ ______________ ______________ ______________ ______________ 动物细胞核移植 动物细胞培养 动物细胞融合 早期胚胎培养 胚胎移植 考点六：动物体细胞核移植技术 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作为____________生产医用蛋白； ②_______________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 问题 ①克隆动物成功率_______；②克隆动物存在_____问题，表现出遗传和生理缺陷 遗传改良 生物反应器 转基因克隆动物 胚胎干细胞 非常低 健康 7、应用于局限性： 考点七：胚胎工程 对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。 概念： 体外受精、胚胎移植、胚胎分割等 操作对象： 技术手段： 生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞 考点七：胚胎工程 受精： 指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。 细胞膜的功能：进行细胞间信息交流 细胞膜具有一定的流动性 （2）场所 输卵管 （1）定义 （3）过程 准备阶段 受精阶段 准备阶段1：精子获能 准备阶段2：卵子的准备 准备阶段1：精子获能 考点七：胚胎工程 （1）概念： 刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能”。 （2）获能方法： *获能液的成分因动物种类不同而有所差异； *获能液常见有效成分有肝素、Ca2+载体等； 直接利用 使精子获能； 将精子培养在 中使其获能； 雌性动物生殖道 人工配制的获能液 准备阶段2：卵子的准备 考点七：胚胎工程 （1）卵子的发生 A.场所： B.时间： C.过程： 卵巢(卵泡中) 胚胎在性别分化后产生 分裂过程不连续， 有两次暂停。 第一次暂停： 排卵之前，暂停于减数第一次分裂前期 第二次暂停： 排卵之后，在输卵管内进一步成熟，暂停于减数第二次分裂中期 （2）卵子一般在排出______后才能被精子穿入。 （3）动物排出的卵子成熟程度不同： 有的可能是______________，如马、犬等 有的可能是______________，如猪、羊等 （4）卵子成熟的场所： 排出的卵子都要在__________进一步成熟。 （5）卵子具备与精子受精能力的时期： . 2-3h 初级卵母细胞 次级卵母细胞 输卵管内 MⅡ期 准备阶段2：卵子的准备 考点七：胚胎工程 透明带 卵细胞膜 核 第一极体 处于MII期的次级卵母细胞示意图 考点七：胚胎工程 受精过程 精子穿越卵细胞膜外的结构（如透明带），接触卵细胞膜 释放出多种酶，以溶解细胞膜外的这些结构 精子接触卵细胞膜 透明带反应 精子形成雄原核、卵子完成减数分裂Ⅱ，释放第二极体，形成雌原核 精子入卵 卵细胞膜反应 精子触及卵细胞膜的瞬间，透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带 精子入卵后，卵细胞膜会立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内 防止多精入卵的两个屏障 精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。 雄原核 雌原核 放出第二极体 第一极体 考点七：胚胎工程 受精过程 雌、雄原核靠近 核膜消失，形成受精卵。 第一次卵裂即将开始 雌雄原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。 受精完成的标志： 雌雄原核形成合子 受精的标志： 观察到两个极体或者雌雄原核 考点七：胚胎工程 胚胎早期发育 卵裂 （1）概念： 胚胎发育早期，有一段时间是在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。 （2）场所： 透明带内。 （3）分裂方式： 有丝分裂 （4）特点： ①细胞数量增加，胚胎总体积不变 ②细胞体积不断减小 ③胚胎总DNA数量不断增加，每个细胞的核DNA数不变 ④有机物总量不断减少，种数不断增加 考点七：胚胎工程 胚胎早期发育 桑葚胚（32细胞） （1）概念：当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。 （2）特点：这一阶段及之前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。 考点七：胚胎工程 胚胎早期发育 囊胚 （1）概念： 胚胎进一步发育，细胞开始出现分化，形成内细胞团和滋养层；随着胚胎进一步发育，胚胎内部出现了含有液体的囊腔——囊胚腔。 （2）特点： 细胞开始出现分化 *内细胞团细胞仍具有全能性 （3）结构 内细胞团： 滋养层： 囊胚腔 将来发育成胎儿的各种组织 沿透明带内壁扩展和排列，将来发育成胎膜和胎盘 （4）特殊行为：孵化 囊胚进一步扩大，导致透明带破裂，胚胎从透明带中伸展出来的过程 考点七：胚胎工程 胚胎早期发育 原肠胚 囊胚孵化后，内细胞团表层的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现由内胚层包围的空腔叫做原肠腔。由原肠胚的三个胚层进一步发育为不同的组织、器官、系统 考点七：胚胎工程 胚胎工程的技术与应用 体外受精与试管动物培育 包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精过程等步骤 卵巢 采集 卵母细胞 培养 MⅡ期 卵母细胞 新鲜或解冻 的精液 离心处理 获能处理 获能精子 体外受精 受精卵培养 目的：去除精浆中的抑制获能物质 （精液由精子和精浆两部分组成，精浆中含有一种能抑制精子获能的物质。） 考点七：胚胎工程 胚胎工程的技术与应用 为了获得数量较多的卵母细胞，可以对雌性动物进行怎样的处理？ 体外受精与试管动物培育 ①对雌性动物进行超数排卵 ②从屠宰动物的卵巢中提取 方式：用外源促性腺激素 在进行体外受精操作之前，还要对卵母细胞和精子进行怎样的处理？ 如何要最大限度地发挥雌性优良个体的繁殖潜力？ ①卵母细胞要培养到MII期 ②精子要先获能处理 ①让雌性优良个体超数排卵，不承担孕育工作以延长排卵时间 ②将优良胚胎移植到雌性普通个体的子宫 ③通过胚胎分割技术增加优良胚胎的数量 考点七：胚胎工程 胚胎工程的技术与应用 考点七：胚胎工程 胚胎工程的技术与应用 比较项目 试管动物 克隆动物（核移植技术） 发育起点 技术基础 生殖类型 后代性状 的继承特点 遗传规律 体外受精、体外胚胎培养、胚胎移植 动物细胞培养、动物体细胞核移植、体外胚胎培养、胚胎移植 有性生殖 无性生殖 继承双亲的的特性 与核供体基本一样 受精卵 重组细胞 遵循 不遵循 考点七：胚胎工程 胚胎工程的技术与应用 胚胎移植技术 是指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植的同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。 （一）概念： （二）实质： 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。 （三）胚胎来源： 人工受精、核移植技术、胚胎分割等方式得到的胚胎 供体： 提供胚胎的个体 受体： 接受胚胎的个体 遗传性状优良，生产能力强 产生具有优良遗传特性的胚胎 选择标准： 职能： 选择标准： 职能： 有健康体质和正常的繁殖能力 承担繁重而漫长的妊娠和育崽任务 考点七：胚胎工程 胚胎工程的技术与应用 （四）操作流程： 优良供体母牛 受体母牛 进行同期发情处理 一般用孕激素 超数排卵处理 优良公牛 发情配种或人工授精 收集胚胎并检查 移植胚胎 对受体进行 妊娠检查 具有优良性状的后代 正常繁殖或两三个月后，进行另一次移植 考点七：胚胎工程 胚胎工程的技术与应用 该过程中两次使用激素处理： 第一次对受、供体进行同期发情处理——孕激素； 第二次用于供体的超数排卵——外源促性腺激素。 胚胎移植技术 胚胎移植操作过程相关内容总结： 第一次对收集的胚胎进行检查； 第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。 该过程中两次检查： 同期发情的作用：哺乳动物发情排卵后,不管是否妊娠，在一段时间内生殖器官的生理变化是相同的，此时它们的子宫具有相同的生理环境。 （五）意义： 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力；缩短供体繁殖周期,增加繁殖后代数量 考点七：胚胎工程 胚胎工程的技术与应用 胚胎移植技术 思考： ①胚胎被移植到代孕动物体内后，其遗传特性会被影响吗？ 由于遗传物质未发生改变，遗传特性不受影响 ②检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗？ 不一定都能，必须移植到同种的、生理状态相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育 ③受体会对外来胚胎发生免疫排斥反应吗？ 基本不会 胚胎工程的技术与应用 胚胎分割技术 考点七：胚胎工程 1、概念：采用机械方法将胚胎分割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。 2、生殖方式： 无性生殖 3、原理： 细胞的全能性 4、操作对象： 发育良好，形态正常的桑葚胚或囊胚 注意：在分割囊胚时，注意要将内细胞团均等分割。 5、意义： 提高了优良胚胎的利用率，还能进行性别鉴定与遗传病筛查 6、胚胎分割后的去向： 可直接移植给受体，也可进行体外培养后再移植 思考：分割次数越多越好？ 不是，胚胎分割的份数越多，技术难度越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率越低 胚胎工程的技术与应用 胚胎分割技术 考点七：胚胎工程 比较自然受精、人工授精和体外受精 项目 自然受精 人工授精 体外受精 不同点 过程不同 雌雄动物交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内，完成受精 人工获取精子、卵子，在体外培养液中完成受精过程 场所不同 雌性动物输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中 相同点 (1)精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程： (2)都是有性生殖 $$