专题四 细胞工程（期末复习课件）高二生物下学期沪科版

专题四 细胞工程 01 植物细胞工程 定义：离体的植物细胞在合适的条件下能够发育成为完整的植株。 ②物质基础：细胞中具有本生物的全套遗传信息 ③表达条件：含有全套遗传信息的活细胞，处以离体状态，提供适宜的营养和环境条件。 ④全能性大小： 1.1 植物组织培养技术 1、植物体细胞的全能性 1.1 植物组织培养技术 2、植物组织培养过程 外植体 愈伤组织 完整植株 脱分化 再分化 芽、根 植物的根、茎、叶或花的一部分组织 一团没有特定结构和功能的分生状态的细胞。 （高度分化） 思考：为什么植物体细胞可以发育成完整个体？ 植物细胞具有全能性 1.1 植物组织培养技术 3、影响脱分化和再分化的因素 （1）多种内部因素（如植物遗传性状和生理状况等） （2）外部因素（如营养和环境条件等） 植物激素的浓度控制： ①生长素的浓度＞细胞分裂素，有利于诱导植物根的生成； ②生长素的浓度＜细胞分裂素，有利于诱导植物芽的生成； ③生长素的浓度=细胞分裂素且都较高时，有利于愈伤组织的形成。 1.1 植物组织培养技术 4、植物组织培养技术的应用 （1）植物快速繁殖　 将优良植株的茎尖或叶片等器官进行离体培养，在短时间内可以获得大量遗传性状一致的植株，这种技术称为植物快速繁殖技术。 原理：植物细胞的全能性 实质：植物组织培养 特点：无性繁殖，保持优良品质的优良性状；高效、快速地实现种苗的大量繁殖；可实现工厂化生产。 1.1 植物组织培养技术 4、植物组织培养技术的应用 （2）植物脱毒 植物脱毒：降低或去除病毒对植株的感染。 选材部位：珠心组织培养、茎尖 选材原因：绝大多数的病毒是通过植物体内的维管组织传播的，而位于种子植物胚珠中央的珠心组织与周围其他组织没有维管联系。 1.1 植物组织培养技术 4、植物组织培养技术的应用 （3）单倍体育种 离体培养 人工诱导染色体加倍 选择优良品种 将植物组织培养技术用于花药或花粉的离体培养，可以实现单倍体育种。 原理：染色体变异、植物细胞的全能性 优点：稳定遗传、明显缩短育种年限 1.1 植物组织培养技术 4、植物组织培养技术的应用 （4）生产次生代谢产物 植物细胞在生物反应器里进行大规模的悬浮培养，用于生产重要的植物次生代谢产物。次生代谢产物是一类细胞生命活动非必需的小分子有机化合物。 通过剥树皮来提取紫杉醇 1.2 植物体细胞杂交 1、概念 植物体细胞杂交又称为植物原生质体融合，是指将不同来源的植物细胞在一定条件下融合形成杂合细胞，并使之分化再生，最终形成新植物体的技术。 1.2 植物体细胞杂交 2、过程和原理 原理：细胞膜一定的流动性、植物细胞的全能性 意义：克服生殖隔离，产生新物种 过程： 植物体细胞杂交 植物细胞融合 植物组织培养 植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 名称 植物组织培养 植物体细胞杂交 原理 选材 技术操作 关系 植物细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性 选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化 不同植物细胞融合后形成的杂种细胞 脱分化、再分化等 除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合 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 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 14 02 动物细胞培养 2 动物细胞培养 1.概念： 指从动物体内取出组织或细胞，在体外模拟体内的生理条件，使之得以生存和生长并维持其结构与功能的技术 2.目的： 获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体 3.原理： 细胞增殖（有丝分裂） 那么，动物细胞的培养需要哪些条件呢？ 动物体 组织 单个细胞 细胞生长和增殖 取出 分散 适宜条件 2 动物细胞培养 1.概念： 指从动物体内取出组织或细胞，在体外模拟体内的生理条件，使之得以生存和生长并维持其结构与功能的技术 2.目的： 获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体 3.原理： 细胞增殖（有丝分裂） 那么，动物细胞的培养需要哪些条件呢？ 动物体 组织 单个细胞 细胞生长和增殖 取出 分散 适宜条件 2 动物细胞培养 动物细胞培养的条件 营养物质 其他条件 < < 糖类 氨基酸 无机盐 维生素 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 4.动物细胞培养的条件 2 动物细胞培养 动物细胞培养的条件 营养物质 其他条件 < < 糖类 氨基酸 无机盐 维生素 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 4.动物细胞培养的条件 2 动物细胞培养 4.动物细胞培养的条件 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等 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置而成的培养基） 液体培养基 （培养液） 含有多种未知的促细胞生长因子及其他活性物质，可以补充合成培养基中缺乏的物质 (1)营养 2 动物细胞培养 4.动物细胞培养的条件 (2)无菌、无毒的环境 无菌 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 定期更换培养液，以便清除代谢物 无毒 超净工作台 2 动物细胞培养 4.动物细胞培养的条件 (3)适宜的温度、pH和渗透压 哺乳动物多以（36.5±0.5）℃ 温度： pH： 多数细胞生存的适宜pH在7.2-7.4 渗透压： 需要考虑的一个重要环境参数 O2: 细胞代谢所必需 CO2： 维持培养液的pH （95%空气和5% CO2 ） CO2 培养箱 微生物培养中的作用不同（为自养型微生物提供碳源） (4)气体环境 2 动物细胞培养 5.动物细胞培养的过程 2 动物细胞培养 5.动物细胞培养的过程 2 动物细胞培养 5.动物细胞培养的过程 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养基 培养基特有成分 过程 结果 相同点 固体培养基 葡萄糖、动物血清 液体培养基 细胞增殖 植物细胞的全能性 许多细胞 蔗糖、植物激素 ①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 新的植株 外植体 ↓脱分化 愈伤组织 　 ↓再分化 芽、根或胚状体 ↓生长发育 植物体 动物的组织 　　　　　 ↓ 机械法或胰蛋白酶、 ↓ 胶原蛋白酶处理 细胞悬液 ↓ 原代培养 ↓ 细胞悬液 ↓ 传代培养 植物组织培养与动物细胞培养比较 03 细胞核移植技术 3 细胞核移植技术是克隆动物的关键技术 克隆：指分子、细胞或个体的无性繁殖系。 从一个分子复制成一组分子称为分子克隆； 从一个细胞分裂生成一群细胞称为细胞克隆； 动植物个体的无性繁殖就是个体克隆。 3 细胞核移植技术是克隆动物的关键技术 体细胞克隆猴“中中”和“华华”诞生的技术路线 3 细胞核移植技术是克隆动物的关键技术 1、繁殖方式： 无性繁殖 2、原理： 动物细胞核的全能性 3、哺乳动物核移植的类型及特点 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 较容易 较难 分化程度低，全能性易表现 分化程度高，全能性难表现 显微注射法 透明带 卵母细胞 供体细胞注入卵母细胞透明带下 电脉冲使两细胞融合，供体核进入卵母细胞 将供体细胞或供体核直接注射到胞质内 3 细胞核移植技术是克隆动物的关键技术 4、核移植的方法 除了多利羊培育时使用的电脉冲，还可以用显微注射法进行核移植。事实上随着显微技术的发展，显微注射法已经成为细胞核移植技术的常用方法。 3 细胞核移植技术是克隆动物的关键技术 5、克隆动物的过程 3 细胞核移植技术是克隆动物的关键技术 5、克隆动物的现存的问题 ①体细胞核移植技术成功率非常低； ②核移植的理论研究较为滞后； ③绝大多数克隆动物存在健康问题，许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷。 存在问题 04 动物细胞融合技术 4 动物细胞融合技术 2、动物细胞融合的方法 与植物原生质体融合的方法相同 ①物理方法： 电融合法、离心法 ②化学方法： 聚乙二醇（PEG）法 ③生物方法： 灭活病毒诱导法 ——动物细胞融合特有 1、原理 细胞膜的流动性 4 动物细胞融合技术 3、过程 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 动物细胞融合实质及完成的标志 4 动物细胞融合技术 4、单克隆抗体的制备 4 动物细胞融合技术 4、单克隆抗体的制备 浆细胞 骨髓瘤细胞 杂交瘤细胞 细胞融合 病毒 （筛选） 杂交瘤 细胞群 （筛选） 抗体 4 动物细胞融合技术 4、单克隆抗体的制备 05 干细胞技术 5 干细胞技术是组织或器官修复和再生的主导技术 1、概念： 具有自我更新和增殖、分化能力的细胞 2、分类 胚胎干细胞 成体干细胞 多能干细胞： 单能干细胞： 造血干细胞 皮肤基底层干细胞 神经干细胞 （具全能性） （不具全能性） 5 干细胞技术是组织或器官修复和再生的主导技术 2、分类 胚胎干细胞的功能特点： ①能在体外进行培养和传代，并在一定条件下保持分化的全能性。 ②能够分化出所有的细胞类型。 胚胎干细胞来源： 囊胚的内细胞团或是胎儿的原始生殖细胞。 （1）胚胎干细胞 5 干细胞技术是组织或器官修复和再生的主导技术 2、分类 （1）胚胎干细胞 诱导性多能干细胞（iPS 细胞）： 以通过多种技术手段将体细胞诱导形成的具有与胚胎干细胞类似分裂和分化能力的干细胞。 诱导多能干细胞分化成中脑多巴胺能前体细胞治疗帕金森 治疗性克隆与iPS细胞治疗 治疗性克隆 iPS细胞治疗 患者 iPS细胞 各种细胞 各种组织、器官 各种细胞 体细胞 取出 体细胞 取出 去核卵母细胞 核移植 克隆胚胎 胚胎干细胞 转入相关因子 诱导 细胞发生转化 诱导 取出 组织工程形成 组织工程形成 44 5 干细胞技术是组织或器官修复和再生的主导技术 2、分类 （2）成体干细胞 定义：成体干细胞是分布在成体组织中尚未分化的、具有自我更新潜能的干细胞，在组织或系统的修复和再生中起着关键作用。 5 干细胞技术是组织或器官修复和再生的主导技术 2、分类 （2）成体干细胞 多能干细胞： 单能干细胞： 造血干细胞 皮肤干细胞 胰岛干细胞 神经干细胞 5 干细胞技术是组织或器官修复和再生的主导技术 3、应用 脐血干细胞移植治疗血液系统疾病。具有无来源限制、对人类白细胞抗原配型要求较低、不易受到病毒或肿瘤的污染等优点； 胰岛干细胞治疗糖尿病。将胰岛干细胞经体外诱导分化成产胰岛素的胰岛β细胞并移植给糖尿病小鼠，接受移植的小鼠血糖浓度控制良好； 皮肤干细胞治疗烧伤。皮肤干细胞是一种成体干细胞。我国科学家发现，在一定的药物诱导下，皮肤干细胞能使烧伤处的皮肤原位再生。 06 胚胎工程 6 胚胎工程 1、胚胎发育 6 胚胎工程 2、体外受精 6 胚胎工程 3、胚胎移植 对供体、受体母畜进行选择，并进行同期发情处理 对供体母畜进行超数排卵 配种或人工受精 收集胚胎 对胚胎检查、培养或保存 胚胎移植 对受体母畜进行妊娠检查 产生具有优良性状的后代 （1）过程 6 胚胎工程 3、胚胎移植 （2）理论基础 6 胚胎工程 4、胚胎分割 做DNA分析 鉴定性别 进行DNA分析的目的是进行遗传病筛查，以防止产生的后代具有严重的遗传病；进行性别鉴定，是为了人工筛选后代动物的性别。 6 胚胎工程 4、胚胎分割——意义 a.提高胚胎利用率，促进优良动物品种的繁殖。 b.产生遗传性状相同的后代，作为遗传学研究的宝贵材料。 c.胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查，对于人工控制动物性别，繁育健康动物后代具有重要意义。 $$