第2章 细胞工程（动植物细胞工程）（期中知识清单）高二生物下学期人教版

第2章 细胞工程（动植物细胞工程） 本章内容导览 1.思维导图 2.考点清单（3大考点） 3.素养提升清单（7个易错清单、5个妙招清单、7个术语规范清单） 【考点01】植物细胞工程★★★☆☆ 一、植物细胞工程的基本技术 （一）细胞工程概念： 1．细胞工程是指应用 、 和 等多学科的原理和方法，通过 水平上的操作， 获得特定的 或其产品的一门综合性生物工程。 原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学等 操作水平 细胞水平、细胞器水平或组织水平 目的 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 分类 植物细胞工程和动物细胞工程 2.细胞的全能性 (1)定义：细胞经 后，仍然具有产生 或分化成 的潜能。 (2)在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，这是因为在特定的 条件下，细胞中的基因会 地表达。 （二）植物组织培养技术 1．概念：将 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 的技术。 (1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。 (2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变成 的过程。 (3) ：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。 (4)再分化： 产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出 的过程。 (5)激素的作用：植物激素中 是启动细胞 的关键激素。 (6)由愈伤组织进行细胞分化时，一般要 ，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。 (7)生长素和细胞分裂素用量的比例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 比值高 有利于 的分化，抑制 的形成 比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成 比值适中 促进愈伤组织的形成 （三）、植物体细胞杂交技术 1．概念：将 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 的技术。 2．过程 (1)去壁：用 去除植物细胞壁，获得原生质体。 (2)诱导原生质体融合的方法 ①物理法： 等。 ②化学法： 等。 3．原理 原生质体融合的过程利用了 ，杂种细胞发育成杂种植株利用了 。 4．意义 打破 ，实现 育种。 二、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 技术，也叫作 。 (2)特点： ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖 ②无性繁殖，保持优良品种的遗传特性 ③可实现产业化生产 (3)实例：一些优良的 植物、经济林木、 作物和 等都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。 2．作物脱毒 (1)选材部位：植物顶端 附近的部位(如茎尖)，此部分 。 (2)优点：提高作物的 。 （二）作物新品种的培育 1．单倍体育种 (1)原理：细胞的 和 。 (2)过程：花药(或花粉) 二倍体植株 优良品种。 (3)优点 ①子代是能 的纯合子。 ②极大地缩短了 。 ③进行 育种和研究 的理想材料。 2．突变体的利用 (1)原理：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到 .和 (如射线、化学物质等)的影响而产生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的 ，进而培育成新品种。 (2)过程 (3)利用：筛选出有用的 ，培育新品种。如培育抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。 （三）细胞产物的工厂化生产 1．细胞产物类型 （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，在整个生命过程中一直进行着。初生代谢物是通过初生代谢产生的，自身生长繁殖所必需的物质，如糖类、脂质、蛋白质和核酸等。 （2）次生代谢物：次生代谢 生物 ，一般在特定的 中，并在一定的环境和时间条件下进行，在该过程中产生的一类小分子 就是次生代谢物，如酚类、萜类和含氮化合物等。 2．技术： ，指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 3．过程 4．意义：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。 (1)植物组织培养中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。 (2)脱分化阶段不需要光，再分化阶段需要光。 (3)体内细胞未表现全能性的原因：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。 (4)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于原生质体内的浓度，这样不仅能为原生质体提供营养，还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。 【考点02】动物细胞工程★★★☆☆ 一、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 ，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞 的技术。 2.原理： 。 3.培养过程 4.条件 （1）营养：一般使用 培养基，培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质，通常需要加入 等一些天然成分。 （2）无菌、无毒的环境 ①需要对培养液和所有培养用具进行 处理以及在 环境下进行操作。 ②培养液还需要 ，以便清除代谢物，防止 对细胞自身造成危害。 （3）温度、pH和渗透压 ①哺乳动物细胞培养的温度多以 为宜。 ②多数动物细胞生存的适宜pH为 。 ③渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。 （4）气体环境 ①动物细胞培养所需气体主要有 。O2是 所必需的，CO2的主要作用是 。 ②在进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，并将它们置于 的CO2培养箱中进行培养。 5.相关概念的辨析 （1）悬浮生长：细胞悬浮在培养液中生长增殖。密度过大时，由于 积累和培养液中 等因素，细胞分裂受阻。 （2）细胞贴壁：多数细胞贴附在 上生长。 （3）接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面 时，细胞会 的现象称为细胞的接触抑制。 （4）原代培养：指动物组织经处理后的 （即在出现首次接触抑制之前）。 （5）传代培养：分瓶后的细胞培养。当出现接触抑制，需要传代培养时要先用 等处理，使贴壁生长的细胞从瓶壁上脱离下来，再用 法收集。 6．干细胞培养及其应用 (1)干细胞：动物和人体内保留的具有分裂和分化能力的细胞。干细胞存在于 等多种组织和器官中，包括 和 等。 (2)干细胞的种类和用途 种类 胚胎干细胞 成体干细胞 诱导多能干细胞 来源 特点 能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组织和器官甚至个体 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 治疗小鼠的镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等 二、动物细胞融合技术与单克隆抗体 1．动物细胞融合技术：是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。融合后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。细胞融合的实质是 。 (1)原理：动物细胞融合的基本原理为 。 (2)诱导融合的方法 ①化学方法： 。 ②物理方法： 。 ③生物方法： 。 (2)过程：具有不同遗传信息的两个或多个细胞杂交。 (3)结果：形成单核杂交细胞，具有原来两个或多个细胞的遗传信息，可表现出两个或多个亲本的特点。 (4)意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。 (5)应用 ①成为研究细胞 、细胞 、肿瘤和培育 等的重要手段。 ②用于制造 。 2．单克隆抗体的制备及其应用 （1）传统抗体的获得 ①方法：向动物体内反复注射某种 ，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需 。 ②缺陷： 、纯度低、 。 （2）大量制备单一抗体的思路 ①存在的问题：B淋巴细胞 。 ②解决方案：把一种B淋巴细胞与能在体外大量增殖的 融合，所得到的融合细胞就可能大量增殖，产生足够数量的特定抗体。 ③制备过程 （3）单克隆抗体的优点 ①准确地识别 的细微差异。 ②可以与特定抗原发生 结合。 ③可以 制备。 （4）单克隆抗体的应用 ①用作 ，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 ②运载药物，如ADC（抗体—药物偶联物）。 ③直接用于治疗疾病。 （5）制备单克隆抗体过程中两次筛选的方法及目的 项目 第一次筛选 第二次筛选 筛选原因 诱导融合后得到多种融合细胞，另外还有未融合的细胞 由于小鼠在生活中还受到其他 的刺激，产生分泌其他抗体的淋巴细胞 筛选方法 用特定的 筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长 用96孔板进行 和 （每个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞），经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群 筛选目的 （6）血清抗体与单克隆抗体比较 名称 产生 特点 血清抗体 由 分泌 一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差 单克隆抗体 由 分泌 准确识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.动物细胞核移植技术 （1）概念：将动物一个细胞的 移入去核的 中，使这个重新组合的细胞发育成 ，继而发育成动物个体的技术。 （2）原理： 的全能性。 （3）哺乳动物核移植分类 种类 难易程度 原因 核移植 相对容易 分化程度 ，表现全能性相对容易 体细胞核移植 十分困难 分化程度 ，表现全能性十分困难 （4）非人灵长类动物的体细胞核移植困难的原因 ①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中 。 ②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术 。 2.动物体细胞核移植技术的过程（以克隆高产奶牛为例） 3.结果：克隆动物性状与供体基本相同。 4.体细胞核移植技术的应用前景 （1）畜牧生产方面：加速家畜 进程、促进优良畜群繁育。 （2）医药卫生领域 ①转基因克隆动物作为 ，生产珍贵的 。 ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于 。 ③人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官后，将它们移植给患者时可以避免发生 。反应。 （3）科学研究 ①了解胚胎发育及 。 ②分析 ，研究疾病的 ，开发相应药物。 （4）保护濒危物种方面：保护 ，增加濒危物种的存活数量。 5.体细胞核移植技术存在的问题 （1）成功率非常 ，各个技术环节也有待进一步改进。 （2）绝大多数克隆动物存在 问题，表现出遗传和生理缺陷，如体形过大、异常肥胖、 、脏器缺陷和 等。 （3）相对于技术研究，核移植的 较为滞后，需要与发育生物学、 和 等学科更深层次的理论研究相结合。 1.区分原代培养和传代培养 ①分瓶前，第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理后的培养是原代培养。 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。 2.培养前分散成单个细胞的原因：①分散后细胞的生长与增殖不会被彼此限制；②分散有利于细胞与培养液充分接触，保证O2与营养的供应和代谢物的及时排出。 3.区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。 4.用酶两次处理的目的：第一次使用的目的是使组织细胞分散开；第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续传代培养。 5.接触抑制和细胞贴壁都离不开细胞表面的糖蛋白，涉及基因的选择性表达。 6.与骨髓瘤细胞融合的是混杂细胞（脾脏细胞经离心分离所得，成分复杂，含活化的B细胞及少量浆细胞），单独分离纯化浆细胞技术复杂、成本过高。 7.两次筛选的目的： 第一次是在诱导融合之后，利用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。 第二次是对上述杂交瘤细胞进行筛选，利用96孔板培养，采用专一抗体检测的方法筛选出能产生所需特定抗体的杂交瘤细胞。 易错01 植物组织培养的关键 (1)条件：离体，一定的营养物质，激素(生长素、细胞分裂素)等。 (2)培养基状态：固体培养基(需再分化生根培养基及生芽培养基)。 (3)体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。 (4)光照的应用：脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。 易错02 有关植物体细胞杂交的易错点 (1)误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。 (2)误认为植物体细胞杂交属于有性生殖：植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。 (3)误认为杂种植株的变异类型属于基因重组：杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，所以变异类型为染色体变异。 易错03 杂种植物遗传物质的变化 (1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。 (2)染色体组数 ①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。 ②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体，属于异源多倍体，变异类型属于染色体变异。 ③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。 易错04 植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 易错05 归纳比较植物组织培养与动物细胞培养 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 理论基础 植物细胞全能性 细胞增殖 培 养 基 类型 固体或半固体培养基 液体培养基 成分 水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等 取材 植物幼嫩部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 关键环节 细胞的脱分化和再分化 细胞增殖和癌变 结果 新的组织或植株个体，可以体现全能性 新的细胞系或细胞株，不形成个体，不体现全能性 应用 ①植株快速繁殖 ②脱毒植株的培育 ③制备人工种子 ④生产药物、杀虫剂等 ⑤转基因植物的培育 ①蛋白质生物制品的生产 ②皮肤移植材料的培育 ③检测有毒物质 ④生理、病理、药理学研究 相同点 ①两技术手段培养过程中细胞都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂 ②均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 易错06 关于单克隆抗体制备过程的几点解释 (1)免疫处理：对于提供B淋巴细胞的小鼠，必须先向其体内注射特定的抗原，然后从小鼠的脾内获得能产生特定抗体的B淋巴细胞。 (2)在细胞融合过程中，产生的两两融合细胞一般有3种，即融合的具有同种核的细胞(瘤+瘤、B+B)和融合的杂种细胞(瘤+B)，只有融合的杂种细胞才是需要的目标细胞，故需要筛选。 (3)在小鼠腹腔内培养与在体外培养相比，优点是不需要特定的培养基，不需要严格控制环境条件。 易错07 动物体细胞核移植技术和克隆动物 (1)核移植中供体动物、提供卵母细胞的动物、代孕动物和克隆动物之间的关系：克隆动物绝大部分性状与供体动物相同，少数性状(由线粒体DNA控制的性状)与提供卵母细胞的动物相同，与代孕动物的性状无遗传关系。 (2)核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本可能不同的3个原因： ①克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本，与植物组织培养不同(来自一个亲本)，即克隆动物遗传物质来自两个亲本。 ②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。 ③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。 (3)细胞核移植技术形成重组细胞并发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。 (4)克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。 妙招01 .如何区分植物体细胞杂交和植物有性杂交 植物体细胞杂交：关键词常为“体细胞杂交”、“原生质体融合”、“细胞融合”、“杂种细胞”。 植物有性杂交：关键词常为“杂交育种”、“授粉”、“受精”、“种子”。 妙招02.植物体细胞杂交和动物细胞融合的融合方法区分 相同方法：物理法的电融合法；化学法的PEG融合法。 特有方法：动物细胞融合有生物法，即“灭活病毒诱导法”（如灭活的仙台病毒），此为动物细胞特有标志。 妙招03.原代培养 人们通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养，原代培养时细胞增殖不止一代。 妙招04.动物细胞在培养过程中都具有细胞贴壁的现象？ 体外培养的动物细胞可以分为两大类：一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖，不具有细胞贴壁的现象；另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型。 妙招05.将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合，培养液中融合后的细胞即杂交瘤细胞 将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导后融合的细胞不都是杂交瘤细胞，还有B细胞自身融合的细胞、骨髓瘤细胞自身融合的细胞等，需要进行筛选。 术语01.经植物组织培养技术培育出的脱毒苗可以抗病毒吗？ 错误表述：经植物组织培养技术培育出的幼苗可以抗病毒。 规范表述：经植物组织培养技术培育出的是 。 术语02.植物组织培养技术 错误表述：植物组织培养实验中除外植体需要灭菌外，使用的培养基和所有的器械也都要灭菌 规范表述：植物组织培养实验中除外植体需要 外，使用的培养基和所有的器械也都要灭菌 术语03.愈伤组织的形成 错误表述：愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的 规范表述：愈伤组织是外植体经 过程形成的。 术语04.脱分化和再分化 错误表述：无论脱分化还是再分化，过程中均需提供光照 规范表述：在脱分化阶段一般需要 ，再分化阶段需要光照处理。 术语05.植物体细胞杂交的结果 错误表述：形成杂种细胞就完成了植物体细胞杂交过程 规范表述：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。 预警类别一 动物细胞培养 术语06.动物细胞培养的气体条件 错误表述：将动物细胞置于含有95%O2和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养 规范表述：将动物细胞置于含有95% 和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养 术语07.动物细胞培养的气体条件如何提供氧气 错误表述：在进行细胞培养时，通常采用培养皿或打开培养瓶盖的方式以获取新陈代谢所必需的O2 规范表述：在进行细胞培养时，通常采用培养皿或 的方式以获取新陈代谢所必需的O2 学科网（北京）股份有限公1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2章 细胞工程（动植物细胞工程） 本章内容导览 1.思维导图 2.考点清单（3大考点） 3.素养提升清单（7个易错清单、5个妙招清单、7个术语规范清单） 【考点01】植物细胞工程★★★☆☆ 一、植物细胞工程的基本技术 （一）细胞工程概念： 1．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生物工程。 原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学等 操作水平 细胞水平、细胞器水平或组织水平 目的 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 分类 植物细胞工程和动物细胞工程 2.细胞的全能性 (1)定义：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)在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，这是因为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。 （二）植物组织培养技术 1．概念：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。 (1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。 (2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。 (3)愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。 (4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。 (5)激素的作用：植物激素中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。 (6)由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。 (7)生长素和细胞分裂素用量的比例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 比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成 比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成 比值适中 促进愈伤组织的形成 （三）、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．过程 (1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。 (2)诱导原生质体融合的方法 ①物理法：电融合法、离心法等。 ②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋－高pH融合法等。 3．原理 原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 4．意义 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。 二、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，也叫作微型繁殖技术。 (2)特点： ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖 ②无性繁殖，保持优良品种的遗传特性 ③可实现产业化生产 (3)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等都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。 2．作物脱毒 (1)选材部位：植物顶端分生区附近的部位(如茎尖)，此部分病毒极少,甚至无病毒。 (2)优点：提高作物的产量和品质。 （二）作物新品种的培育 1．单倍体育种 (1)原理：细胞的全能性和染色体变异。 (2)过程：花药(或花粉) 单倍体植株 纯合二倍体植株 优良品种。 (3)优点 ①子代是能稳定遗传的纯合子。 ②极大地缩短了育种的年限。 ③进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 2．突变体的利用 (1)原理：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们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。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 (2)过程 (3)利用：筛选出有用的突变体，培育新品种。如培育抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。 （三）细胞产物的工厂化生产 1．细胞产物类型 （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，在整个生命过程中一直进行着。初生代谢物是通过初生代谢产生的，自身生长繁殖所必需的物质，如糖类、脂质、蛋白质和核酸等。 （2）次生代谢物：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下进行，在该过程中产生的一类小分子有机化合物就是次生代谢物，如酚类、萜类和含氮化合物等。 2．技术：植物细胞培养，指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 3．过程 4．意义：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。 (1)植物组织培养中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。 (2)脱分化阶段不需要光，再分化阶段需要光。 (3)体内细胞未表现全能性的原因：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。 (4)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于原生质体内的浓度，这样不仅能为原生质体提供营养，还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。 【考点02】动物细胞工程★★★☆☆ 一、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.原理：细胞增殖。 3.培养过程 4.条件 （1）营养：一般使用液体培养基，培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质，通常需要加入血清等一些天然成分。 （2）无菌、无毒的环境 ①需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。 ②培养液还需要定期更换，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 （3）温度、pH和渗透压 ①哺乳动物细胞培养的温度多以（36.5±0.5）__℃为宜。 ②多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。 ③渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。 （4）气体环境 ①动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2。O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。 ②在进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，并将它们置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。 5.相关概念的辨析 （1）悬浮生长：细胞悬浮在培养液中生长增殖。密度过大时，由于有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素，细胞分裂受阻。 （2）细胞贴壁：多数细胞贴附在培养瓶的瓶壁上生长。 （3）接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞会停止分裂增殖的现象称为细胞的接触抑制。 （4）原代培养：指动物组织经处理后的初次培养（即在出现首次接触抑制之前）。 （5）传代培养：分瓶后的细胞培养。当出现接触抑制，需要传代培养时要先用胰蛋白酶等处理，使贴壁生长的细胞从瓶壁上脱离下来，再用离心法收集。 6．干细胞培养及其应用 (1)干细胞：动物和人体内保留的具有分裂和分化能力的细胞。干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 (2)干细胞的种类和用途 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、脐带血和外周血 体细胞（如成纤维细胞等） 特点 能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组织和器官甚至个体 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 治疗小鼠的镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等 二、动物细胞融合技术与单克隆抗体 1．动物细胞融合技术：是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。融合后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。细胞融合的实质是核融合。 (1)原理：动物细胞融合的基本原理为细胞膜的流动性。 (2)诱导融合的方法 ①化学方法：PEG融合法。 ②物理方法：电融合法。 ③生物方法：灭活病毒诱导法。 (2)过程：具有不同遗传信息的两个或多个细胞杂交。 (3)结果：形成单核杂交细胞，具有原来两个或多个细胞的遗传信息，可表现出两个或多个亲本的特点。 (4)意义：突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。 (5)应用 ①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。 ②用于制造单克隆抗体。 2．单克隆抗体的制备及其应用 （1）传统抗体的获得 ①方法：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。 ②缺陷：产量低、纯度低、特异性差。 （2）大量制备单一抗体的思路 ①存在的问题：B淋巴细胞不可能无限增殖。 ②解决方案：把一种B淋巴细胞与能在体外大量增殖的骨髓瘤细胞融合，所得到的融合细胞就可能大量增殖，产生足够数量的特定抗体。 ③制备过程 （3）单克隆抗体的优点 ①准确地识别抗原的细微差异。 ②可以与特定抗原发生特异性结合。 ③可以大量制备。 （4）单克隆抗体的应用 ①用作诊断试剂，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 ②运载药物，如ADC（抗体—药物偶联物）。 ③直接用于治疗疾病。 （5）制备单克隆抗体过程中两次筛选的方法及目的 项目 第一次筛选 第二次筛选 筛选原因 诱导融合后得到多种融合细胞，另外还有未融合的细胞 由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，产生分泌其他抗体的淋巴细胞 筛选方法 用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长 用96孔板进行克隆化培养和抗体检测（每个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞），经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群 筛选目的 得到杂交瘤细胞 得到既能分泌所需抗体又能大量增殖的杂交瘤细胞 （6）血清抗体与单克隆抗体比较 名称 产生 特点 血清抗体 由浆细胞分泌 一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差 单克隆抗体 由杂交瘤细胞分泌 准确识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.动物细胞核移植技术 （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。 （2）原理：动物细胞核的全能性。 （3）哺乳动物核移植分类 种类 难易程度 原因 胚胎细胞核移植 相对容易 分化程度低，表现全能性相对容易 体细胞核移植 十分困难 分化程度高，表现全能性十分困难 （4）非人灵长类动物的体细胞核移植困难的原因 ①供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态。 ②对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 2.动物体细胞核移植技术的过程（以克隆高产奶牛为例） 3.结果：克隆动物性状与供体基本相同。 4.体细胞核移植技术的应用前景 （1）畜牧生产方面：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 （2）医药卫生领域 ①转基因克隆动物作为生物反应器，生产珍贵的医用蛋白。 ②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以用于异种移植。 ③人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官后，将它们移植给患者时可以避免发生免疫排斥反应。 （3）科学研究 ①了解胚胎发育及衰老过程。 ②分析致病基因，研究疾病的致病机制，开发相应药物。 （4）保护濒危物种方面：保护濒危物种，增加濒危物种的存活数量。 5.体细胞核移植技术存在的问题 （1）成功率非常低，各个技术环节也有待进一步改进。 （2）绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体形过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。 （3）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。 1.区分原代培养和传代培养 ①分瓶前，第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理后的培养是原代培养。 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。 2.培养前分散成单个细胞的原因：①分散后细胞的生长与增殖不会被彼此限制；②分散有利于细胞与培养液充分接触，保证O2与营养的供应和代谢物的及时排出。 3.区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。 4.用酶两次处理的目的：第一次使用的目的是使组织细胞分散开；第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续传代培养。 5.接触抑制和细胞贴壁都离不开细胞表面的糖蛋白，涉及基因的选择性表达。 6.与骨髓瘤细胞融合的是混杂细胞（脾脏细胞经离心分离所得，成分复杂，含活化的B细胞及少量浆细胞），单独分离纯化浆细胞技术复杂、成本过高。 7.两次筛选的目的： 第一次是在诱导融合之后，利用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。 第二次是对上述杂交瘤细胞进行筛选，利用96孔板培养，采用专一抗体检测的方法筛选出能产生所需特定抗体的杂交瘤细胞。 易错01 植物组织培养的关键 (1)条件：离体，一定的营养物质，激素(生长素、细胞分裂素)等。 (2)培养基状态：固体培养基(需再分化生根培养基及生芽培养基)。 (3)体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。 (4)光照的应用：脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。 易错02 有关植物体细胞杂交的易错点 (1)误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。 (2)误认为植物体细胞杂交属于有性生殖：植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。 (3)误认为杂种植株的变异类型属于基因重组：杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，所以变异类型为染色体变异。 易错03 杂种植物遗传物质的变化 (1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。 (2)染色体组数 ①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。 ②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体，属于异源多倍体，变异类型属于染色体变异。 ③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。 易错04 植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 易错05 归纳比较植物组织培养与动物细胞培养 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 理论基础 植物细胞全能性 细胞增殖 培 养 基 类型 固体或半固体培养基 液体培养基 成分 水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子、动物血清等 取材 植物幼嫩部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 关键环节 细胞的脱分化和再分化 细胞增殖和癌变 结果 新的组织或植株个体，可以体现全能性 新的细胞系或细胞株，不形成个体，不体现全能性 应用 ①植株快速繁殖 ②脱毒植株的培育 ③制备人工种子 ④生产药物、杀虫剂等 ⑤转基因植物的培育 ①蛋白质生物制品的生产 ②皮肤移植材料的培育 ③检测有毒物质 ④生理、病理、药理学研究 相同点 ①两技术手段培养过程中细胞都进行有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂 ②均为无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 易错06 关于单克隆抗体制备过程的几点解释 (1)免疫处理：对于提供B淋巴细胞的小鼠，必须先向其体内注射特定的抗原，然后从小鼠的脾内获得能产生特定抗体的B淋巴细胞。 (2)在细胞融合过程中，产生的两两融合细胞一般有3种，即融合的具有同种核的细胞(瘤+瘤、B+B)和融合的杂种细胞(瘤+B)，只有融合的杂种细胞才是需要的目标细胞，故需要筛选。 (3)在小鼠腹腔内培养与在体外培养相比，优点是不需要特定的培养基，不需要严格控制环境条件。 易错07 动物体细胞核移植技术和克隆动物 (1)核移植中供体动物、提供卵母细胞的动物、代孕动物和克隆动物之间的关系：克隆动物绝大部分性状与供体动物相同，少数性状(由线粒体DNA控制的性状)与提供卵母细胞的动物相同，与代孕动物的性状无遗传关系。 (2)核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本可能不同的3个原因： ①克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本，与植物组织培养不同(来自一个亲本)，即克隆动物遗传物质来自两个亲本。 ②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。 ③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。 (3)细胞核移植技术形成重组细胞并发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。 (4)克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。 妙招01 .如何区分植物体细胞杂交和植物有性杂交 植物体细胞杂交：关键词常为“体细胞杂交”、“原生质体融合”、“细胞融合”、“杂种细胞”。 植物有性杂交：关键词常为“杂交育种”、“授粉”、“受精”、“种子”。 妙招02.植物体细胞杂交和动物细胞融合的融合方法区分 相同方法：物理法的电融合法；化学法的PEG融合法。 特有方法：动物细胞融合有生物法，即“灭活病毒诱导法”（如灭活的仙台病毒），此为动物细胞特有标志。 妙招03.原代培养 人们通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养，原代培养时细胞增殖不止一代。 妙招04.动物细胞在培养过程中都具有细胞贴壁的现象？ 体外培养的动物细胞可以分为两大类：一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖，不具有细胞贴壁的现象；另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型。 妙招05.将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行诱导融合，培养液中融合后的细胞即杂交瘤细胞 将骨髓瘤细胞和B淋巴细胞混合，经诱导后融合的细胞不都是杂交瘤细胞，还有B细胞自身融合的细胞、骨髓瘤细胞自身融合的细胞等，需要进行筛选。 术语01.经植物组织培养技术培育出的脱毒苗可以抗病毒吗？ 错误表述：经植物组织培养技术培育出的幼苗可以抗病毒。 规范表述：经植物组织培养技术培育出的是脱毒苗。 术语02.植物组织培养技术 错误表述：植物组织培养实验中除外植体需要灭菌外，使用的培养基和所有的器械也都要灭菌 规范表述：植物组织培养实验中除外植体需要消毒外，使用的培养基和所有的器械也都要灭菌 术语03.愈伤组织的形成 错误表述：愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的 规范表述：愈伤组织是外植体经脱分化过程形成的。 术语04.脱分化和再分化 错误表述：无论脱分化还是再分化，过程中均需提供光照 规范表述：在脱分化阶段一般需要避光处理，再分化阶段需要光照处理。 术语05.植物体细胞杂交的结果 错误表述：形成杂种细胞就完成了植物体细胞杂交过程 规范表述：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。 预警类别一 动物细胞培养 术语06.动物细胞培养的气体条件 错误表述：将动物细胞置于含有95%O2和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养 规范表述：将动物细胞置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养 术语07.动物细胞培养的气体条件如何提供氧气 错误表述：在进行细胞培养时，通常采用培养皿或打开培养瓶盖的方式以获取新陈代谢所必需的O2 规范表述：在进行细胞培养时，通常采用培养皿或拧松培养瓶盖的方式以获取新陈代谢所必需的O2 学科网（北京）股份有限公1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $