细胞工程知识系统表解.doc

专题2细胞工程知识系统表解黑龙江省安达市田家炳高级中学翟贵君【专题总系统】【专题分系统】2.1植物细胞工程植物细胞工程的基本技术理论基础细胞的全能性含义理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。原因某种生物的任何一个细胞都具有该生物的全部遗传信息未表现而分化的原因在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。技术手段组织培养含义在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。步骤详见图解2-1-1实验详见表2-1-1体细胞杂交设想“番茄马铃薯”植株（因不同的两种生物之间存在着生殖隔离，用传统的有性杂交方法不可能得到二者的杂种后代。）步骤去除细胞壁，获得原生质体原因细胞壁阻碍着细胞间的杂交。方法利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。诱导融合方法物理法包括离心、振动、电激等 化学法般用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂来诱导细胞融合。原理膜的流动性再生细胞壁，得到杂种细胞组织培养，获得杂种植株。含义将不同种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的植物体的技术。意义克服不同生物远缘杂交的障碍成果培育出烟草海岛烟草、胡萝卜羊角芹、白菜甘蓝等种间或属间杂种。问题目前还不能让杂种细胞完全按人们的需要表达亲代优良性状。植物细胞工程的实际应用植物繁殖微型繁殖技术含义把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，叫做植物的微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。特点可保持优良品种的遗传特性，高效快速地实现种苗的大量繁殖。成果详见教材相关内容作物脱毒产生原因马铃薯和草莓等无性繁殖的作物感染的病毒易传播给后代，经逐年积累，会导致产量降低，品质变差。方法植物分生区附近（如茎尖）病毒极少，甚至无病毒。切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。特点用脱毒苗进行繁殖，种植的作物不会或极少感染病毒。成果在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等主要经济作物上获得成功。培育出的马铃薯增产约50以上。人工种子产生原因不少树木需要生长数年后才能结出种子；一些作物优良杂种的后代会发生性状分离；常规种子的生产会受到季节、气候和地域的限制，且占用大量土地来实现制种。含义就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。成果详见教材相关内容作物新品种的培育单倍体育种常规育种的局限常规选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种，一般要经过56年的连续筛选。方法通过花药培养获得单倍体植株染色体加倍后当年便可得到稳定遗传的优良品种特点极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力物力。成果详见教材相关内容突变体的利用突变体产生原因组织培养的细胞一直处于不断的分生状态，易受培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）影响而产生突变。应用从这些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。成果详见教材相关内容细胞产物的工厂化生产细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。成果人参皂甙干粉的大量生产；三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。研究方向目前正在研究是否可以通过组织培养技术来大量生产抗癌物质紫杉醇。图2-1-1 组织培养的流程：表2-1-1 【实验】胡萝卜的组织培养：实验原理 植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成愈伤组织。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。植物组织培养的全过程，证明了分化的植物细胞，仍具有形成完整植株所需要的全部基因。实验目的1尝试进行植物的组织培养。2了解植物组织培养的基本原理。材料用具 胡萝卜根（或烟草叶片、小麦花药、菊花花瓣等）、经过灭菌的培养基、体积分数为70的酒精、体积分数为20的次氯酸钠溶液、无菌水、50mL锥形瓶或大试管、烧杯、酒精灯、恒温箱、超净工作台（或接种箱）、高压灭菌锅（或普通高压锅）、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿（或瓷砖）、解剖刀、镊子等。方法步骤材料处理取材将胡萝卜根用自来水充分洗净，削去外皮，并切成段（约10cm）。用酒精棉球擦手消毒。消毒在超净工作台（或接种箱）上将胡萝卜段用酒精溶液消毒30s后，立即用无菌水清洗23次，再用次氯酸钠溶液处理30min后，立即用无菌水清洗23次。制作外植体用无菌的滤纸吸去胡萝卜段表面的水分。然后，在消毒瓷砖上，用无菌的解剖刀将胡萝卜段切成1 cm厚的横切片，再选取有形成层的部位，切取1cm3左右的小块。接种将胡萝卜组织块接种到培养基上，用锡箔纸封盖瓶口，并用橡皮筋扎紧。然后，在培养瓶上贴上标签，写明材料名称、接种日期和小组号。培养去分化形成愈伤组织将接种后的胡萝卜组织块，放在2326恒温避光条件下培养。4d后，检查培养材料的污染情况；14d后，观察愈伤组织的生长状况。然后，在恒温箱中继续避光培养。在培养过程中，注意定期观察和记录愈伤组织的生长情况。再分化形成试管苗培养一段时间后，将生长良好的愈伤组织转接到分化培养基上，培养一段时间后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出试管苗。移栽将试管苗移栽到大田，培养成正常植株。讨论1在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作?2在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗?3请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图，并与同学交流。2.2动物细胞工程动物细胞培养含义就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。过程详见图解2-2-1条件无菌、无毒的环境无菌对培养液和所有培养用具进行无菌处理；在细胞培养液中添加一定量的抗生素。无毒定期更换培养液，防止细胞代谢产物积累对自身造成危害。营养(培养基)成分所需营养物质与体内基本相同，例如需要有糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，还需加入血清、血浆等天然成分。类型合成培养基（将细胞所需的营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基）温度哺乳动物多以36.50.5为宜pH多数细胞生存的适宜pH为7.27.4气体环境种类O2是细胞代谢所必需的CO2主要作用是维持培养液的pH方法通常采用培养皿或松盖培养瓶，将其置于含95空气加5CO2的混合气体的培养箱中进行培养。应用生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。基因工程中受体细胞的培养。用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性。科学家培养正常或各种病变的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研究，如用于筛选抗癌药物等，为治疗和预防癌症及其他疾病提供理论依据。体细胞核移植技术含义将动物的一个细胞的细胞核，移入去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，最终发育为动物个体。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。类型胚胎细胞核移植难易度体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。原因胚胎细胞分化程度低，动物体细胞分化程度高。体细胞核移植过程教材图2-21应用前景畜牧业可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育保护濒危物种可望利用体细胞核移植技术增加濒危动物的存活数量。医药卫生转基因克隆动物可作为生物反应器，生产珍贵医用蛋白；转基因克隆动物细胞、组织和器官可作为异种移植的供体；人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可用于组织器官的移植。其他领域研究克隆动物和克隆细胞可使人类深入了解胚胎发育及衰老过程；用克隆动物做疾病模型能使人们更好追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。存在问题成功率低，克隆技术的各个环节有待进一步改进。绝大多数克隆动物还存在健康问题，许多克隆动物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、免疫失调等；对克隆动物食品的安全性问题也存有争议。动物细胞融合含义也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程，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。原理与植物原生质体融合的基本原理相同，都是膜的流动性。方法与植物原生质体融合的方法也类似，常用的诱导因素有：化学法：聚乙二醇（PEG）；生物法：灭活的病毒；物理法：电激等。发展简史详见教材小字部分。意义突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能。成果种间、属间、科间甚至动植物间的细胞融合；成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段；为制造单克隆抗体开辟了新途径。单克隆抗体传统生产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。缺点产量低、纯度低，特异性差。制备过程详见教材图2-24优点特异性强、灵敏度高，并可能大量制备。应用作为诊断试剂特点单克隆抗体在诊断应用上具有准确、高效、简易、快速的优点。成果在多种人类疾病及动植物病害的诊断和病原鉴定中发挥着重要的作用，如利用同位素标记的单克隆抗体，在特定的组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。用于治疗疾病和运载药物应用癌症治疗(主要)方法把抗癌细胞的单克隆抗体跟放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成“生物导弹”，注入体内，借助单克隆抗体的导向作用，能将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。特点不损伤正常细胞，减少用药剂量。其他疾病的治疗（少量）使用方法单抗药物剂型种类繁多，有单独使用的，也有与同位素、毒素、药物结合使用的。图解2-2-1 动物细胞培养的过程：