2026届高三一轮复习生物：细胞培养技术与工程课件

高考一轮复习 《细胞培养技术与工程》 考点一 《微生物的基本培养技术》 1、培养基 （1）概念： 人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质，用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢产物。 （2）种类： 伊红和美蓝培养基鉴别大肠杆菌 筛选原理：人为提供有利于目的菌生长的条件（包括营养、温度和pH等），同时抑制或阻止其他微生物的生长。 方法 特点 举例 利用营养缺陷型选择培养基进行的选择培养 通过控制培养基的营养成分， 使营养缺陷型微生物不能正常生长 缺乏氮源的培养基 可筛选自生固氮微生物 利用某种化学物质 进行的选择培养 在培养基中加入某种化学物质，抑制某些微生物，同时选择所需的微生物 加入青霉素的培养基 可抑制细菌，分离出真菌 利用培养条件 进行的选择培养 改变微生物的培养条件 将培养基放在高温环境中培养，可分离出耐高温的微生物 碳源 无机碳源： CO2、CO32-、HCO3- 有机碳源： 葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨等 氮源 无机氮源： NH4＋、NO3-、NH3等 有机氮源： 牛肉膏、蛋白胨、尿素、氨基酸等 无机盐：可分为大量元素和微量元素 来源于动物，含有糖、维生素和有机氮、有机碳等营养物质 牛肉膏、蛋白胨： （3）营养组成： ①一般都含水、碳源、氮源和无机盐等。 ②需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。 2、无菌技术 （1）概念：在培养微生物的操作中，所有防止杂菌污染的方法。 （2）常用方法： ① 消毒：使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。 ② 灭菌：使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。 消毒和灭菌的实质都是使微生物的蛋白质或核酸变性 消毒方法及适用对象 灭菌方法及适用对象 菌落：分散的微生物(单一个体)在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体。 获得单菌落的方法： ①平板划线法 ②稀释涂布平板法 3、酵母菌纯培养 （1）纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体； 纯培养：获得纯培养物的过程； 纯培养步骤： 配制培养基 灭菌 接种 分离 培养 倒平板 培养基需要经高压蒸汽灭菌 ①温度：50℃左右 ②操作：在酒精灯火焰附近 ③冷凝后平板倒置 防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。 ①灼烧接种环，直至接种环金属丝烧红 ②在火焰旁冷却接种环，拔出酵母菌培养液试管的棉塞 ④在火焰附近用接种环蘸取一环菌液 ⑥将皿盖打开一条缝隙，将沾有菌种的接种环迅速伸入平板内，划3-5条平行线，盖上皿盖。 ⑤试管口通过火焰，并塞上棉塞 ③试管口通过火焰 ⑦灼烧接种环，待其冷却后，从第一次划线的末端开始作第二次划线。重复以上操作，作第三、四、五次划线。 分区划线法 1 2 3 4 5 ①接种环只蘸一次菌液,但要在培养基不同位置连续划线多次； ②划线首尾不能相接； ③每次划线前接种环进行灭菌；划线结束后也需要进行灼烧； ④划线后,培养皿倒置培养； 平板划线法注意事项: 划线后，线条末端细菌的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。 稀释涂布平板法： 将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。 稀释度足够高时，能在培养基表面形成单个菌落。 3.涂布平板操作： ①取0.1mL 菌液滴加到培养基表面 1×107 移液枪 ②将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中 ③将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再进行涂布 ④用涂布器将菌液均匀地涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀 课堂练习 绿色通道 P352 选择题3、4、5 课时作业 P518 选择题2、12、 考点二 《植物细胞工程》 一、植物组织培养技术 概念： 指离体的植物器官、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，诱导其分化为完整植株的技术。 植物细胞的全能性 外植体：在植物组织培养过程中，从植物体上被分离下来的， 接种在培养基上供培养用的原生质体、细胞、组织、器官等。 原理： 细胞的全能性： （1）概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 （2）细胞全能性的原因： （3）生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。 一般来说，生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传信息。 细胞表现全能性的条件： ①离体状态 ②无菌操作 ③种类齐全、比例适合的营养物质 ④植物激素诱导和调节 （主要是生长素和细胞分裂素） ⑤适宜的外界条件 （温度、pH、光照等） 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 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 脱分化 再分化 再分化 已分化状态 未分化状态 3、脱分化： （1）概念：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程； （2）结果：形成愈伤组织 （3）愈伤组织的特点：不定形的薄壁组织团块 （4）分裂方式：有丝分裂 （5）光照条件：一般不需要光照 （6）过程中涉及的生命活动：只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化 4、再分化： （1）概念：愈伤组织能重新分化成芽、根等器官的过程； （2）结果：再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株； （3）实质：基因的选择性表达； （4）光照条件：需要给予适当时间和强度的光照 诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用 （6）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 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 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 决定植物脱分化、再分化的关键因素 二、植物体细胞杂交技术 （1）概念：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： ① 体细胞杂交利用了细胞膜的流动性， ② 杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 （3）生殖方式：无性生殖 （4）过程： 原生质体：指的是脱去细胞壁的细胞。 植物细胞融合 植物组织培养 （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）标志 （6）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。 在此过程中活跃的细胞器是 。 线粒体和高尔基体 体细胞融合后，培养基中共有 种细胞类型( )，其中融合细胞类型有3种 ( )，而真正符合要求的是AB。因此要 对融合细胞进行筛选。 问题：细胞融合后，会出现哪几种类型的细胞？实现融合细胞有几种？符合要求的是哪种？ A B 5 A、B、AA、BB、AB AA、BB、AB 说明成功率不高！ 4．植物细胞工程的应用 (1)植物繁殖的新途径 ①快速繁殖 ②作物脱毒 (2)作物新品种的培育 (3)细胞产物的工厂化生产 （2）生殖方式： （3）原理： 一般为无性生殖 植物细胞的全能性 （4）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。 ③不受自然生长季节的限制，培养周期短。 ④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。 其细胞分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。 快速繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 马铃薯 作物病毒积累 草莓 香蕉 感染的病毒很容易传给后代 无性繁殖 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 脱毒方法 取材：顶端分生区（如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无毒） 组培 脱毒苗 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。 优点：明显提高农作物的产量和品质 作物新品种的培育 (3)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： 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。如：小分子有机物(酚类、萜类和含氮类化合物) 应用：药物、香料、色素 直接获取困难 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 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 红豆杉→紫杉醇 细胞产物的工厂化生产 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 优势 不占用耕地、不受季节、天气的限制，对社会、经济、环保具有重要意义。 课堂练习 绿色通道 P359 判断题 P360 选择题2、3、4、5 课时作业 P521 选择题2、3、4 考点三 《动物细胞工程》 1、动物细胞培养 （1）概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的 培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 （2）取材：一般动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 （细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养） （3）原理：细胞增殖（有丝分裂） （4）地位：动物细胞工程常用的技术手段有： 动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植等。 其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。 2、动物细胞培养条件（一般使用液体培养基） （1）营养条件：糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养物质， 此外通常还需血清等一些天然成分。 动物血清：含人类未知、细胞生长增殖所必需的物质。 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。 2.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可根据实际情况适量添加抗生素 无菌 清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 无毒 ④定期更换培养液 3.温度、pH和渗透压 一般与动物体内相同 ①适宜的温度： ②适宜的pH： 多数动物细胞生存的适宜pH为 。 7.2-7.4 ③适宜的渗透压： 维持细胞正常的形态和功能。 4.气体环境 ①气体的组成及作用 95%空气 5%CO2 ②培养装置: 哺乳动物细胞培养的温度多以 为宜。 36.5±0.5℃ 培养皿或松盖培养瓶 CO2培养箱 置于 维持培养液的pH 细胞代谢所必需 体外培养的动物细胞可以分为两大类： 悬浮培养瓶 第1类：悬浮生长细胞(培养过程中需要摇动) 细胞能够悬浮在培养液中生长增殖 第2类：贴壁生长细胞(培养过程中需要静置) 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) 过程： 1.取材： 2.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。 说明细胞间的连接物质主要是蛋白质。 原因: a.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； b.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: 原代培养：分瓶之前的细胞培养，即动物细胞经处理后的初次培养。 取动物组织 制成细胞悬液 原代培养 放入CO2培养箱中培养 转入培养液中进行 动物组织经过处理后的初次培养称为原代培养。 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。 此时瓶内情况： 1、细胞密度过大 2、有害代谢物积累 3、培养基中营养物质缺乏 细胞分裂受阻 过程： 制成细胞悬液 分瓶培养 传代培养 将分瓶后的细胞培养称为传代培养 胰蛋白酶处理 干细胞的培养及其应用 （1）干细胞 ① 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。 在一定条件下可以分化成其他类型细胞的细胞。 ② 分布：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。 种类 胚胎干细胞 成体干细胞 诱导多能干细胞 来源 早期胚胎 骨髓、脐带血等 体细胞（如成纤维细胞等） 特点 能分化成任何一种细胞、组织或器官，甚至成为个体 分化成特定的细胞或组织 能诱导分化成类似胚胎干细胞的一种细胞 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 治疗镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等 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（iPS细胞） 通过体外诱导成纤维细胞，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。 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 制备方法： b. iPS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； a. 诱导过程无须破坏胚胎，不涉 及伦理问题； 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 优点： 课堂练习 绿色通道 P362 判断题 P363 选择题2、3 考点四 《动物细胞融合技术与单克隆抗体》 （1）概念：指两个或多个动物细胞结合成一个细胞的技术。 （2）结果：形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。 （3）原理（结构基础）：细胞膜的流动性 （4）诱导方法： ① 化学法：PEG（聚乙二醇）融合法； ② 物理法：电融合法； ③ 生物法：灭活病毒诱导法；动物细胞融合所特有的融合方式。 1、动物细胞融合技术 灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构。 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。 构建动物细胞融合模型： 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 （5）意义 ① 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。 ② 成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段，为制备单克隆抗体开辟了新途径。 把一种B淋巴细胞与能在体外大量增殖的骨髓瘤细胞进行融合，所得到的融合细胞就能大量增殖，产生足够数量的特定抗体。 单克隆抗体制备的基本思路： 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 单克隆抗体：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。 既能迅速大量增殖，又能产生抗体 第一次筛选 细胞融合情况： 未融合细胞：B细胞、骨髓瘤细胞 自身融合细胞：BB、 瘤瘤 杂交细胞：B瘤 得到杂交瘤细胞 第二次筛选 经过第一次筛选后得到的的杂交瘤细胞，并不一定都能分泌抗体。 得到能大量分泌抗体的杂交瘤细胞。 将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个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，称为动物体细胞核移植技术 动物体细胞核移植技术 原理： 动物细胞核的全能性 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？ 此时卵母细胞已发育成熟，细胞质中具有激活重构胚以及早期胚胎发育的必需因子。含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件 1.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。 2.卵母细胞去核的方法 显微操作去核法 实际上是去除纺锤体-染色体复合物 3.去的“核”是指什么? 将供体细胞注射入去核的卵母细胞 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。 直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内 在实际操作时，很多时候直接将供体细胞整个注入去核卵母细胞中 将胚胎移入受体 (代孕)母牛体内 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。 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 新生个体的细胞核基因：全都来自供体细胞核； 细胞质基因：一部分来自去核卵母细胞，一部分来自供体细胞。 课堂练习 绿色通道 P365 判断题 P366 选择题1、2、3 课时作业 P522 选择题6、7、9、14 考点五 《胚胎工程》 胚胎工程： 是指对生殖细胞、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。 胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 受精： （1）概念：精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。 （2）场所：自然条件下，在雌性动物的输卵管内。 （3）体内受精过程。 ① 准备阶段1——精子获能：正常情况下在雌性动物的生殖道内完成。 ② 准备阶段2——卵子的准备：在输卵管内发育到MⅡ期。 ③ 受精阶段。 第1步：精子穿越卵细胞膜外结构 第2步：透明带反应 在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外面的透明带会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带。 阻止多精入卵的第一道屏障 第3步：精子入卵 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。 阻止多精入卵的第二道屏障 第4步：卵细胞膜发生生理反应 精子外膜与卵细胞膜融合，精子入卵。 第5步：雌雄原核的形成 雄原核的形成： 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，形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核。 雌原核的形成： 精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核。 第6步：雌、雄原核融合，受精卵形成 受精的标志: 观察到两个极体或者雌、雄原核。 受精完成的标志： 雌雄原核形成合子 胚胎早期发育 （1）场所：输卵管和子宫。 内细胞团细胞具有全能性。可以作为胚胎干细胞的来源。 体外受精 (1)过程 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，因此在一般情况下，精液中的精子无法获能。精子获能前进行离心处理，目的是除去精浆以利于精子获能。 (2)意义：①提高动物繁殖能力；②为胚胎移植提供可用的胚胎。 胚胎移植 概念：指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、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。 供体： 受体： 接受胚胎的个体。 提供胚胎的个体。 （产生具有优良遗传特性的胚胎） （繁重而漫长的妊娠和育仔任务） 过程 1.什么是同期发情处理？ 利用某些激素（一般用孕激素）人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程，使之在预定时间内集中发情。 过程 2.同期发情处理的目的是什么？ 使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致，供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。 过程 3.超数排卵的目的是什么？ 使一头母畜一次排出比自然情况下多许多的成熟卵子，用于配种或者人工授精，可获得多枚胚胎 ，经胚胎移植可得到多个后代。 过程 4.如何进行超数排卵？ 用外源促性腺激素处理供体母牛，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，大大缩短了供体本身的繁殖周期。 a.缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵和胚胎移植 可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代 b.可在短期内大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量， 迅速扩大良种畜群，加速育种和品种改良。 胚胎移植的意义： 1.概念 采用机械方法将早期胚胎切割成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。 ①理论依据 ②特点 早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。 后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。 ③主要仪器设备 体视显微镜和显微操作仪 胚胎分割技术 2.操作程序 对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团。 选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚， 移入盛有操作液的培养皿中。 分割后的胚胎可直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。 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。 (4)意义 ①促进优良动物品种的繁殖，产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。 ②在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。 课堂练习 绿色通道 P370 判断题 P372 判断题 P373 选择题1、2、4 课时作业 P524 选择题3、5 $$