复习动物植物细胞工程.docx

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复习动物植物细胞工程

动物植物细胞工程

一.教学内容：

复习细胞工程

二.学习内容：

本周复习细胞工程，掌握动物细胞工程、植物细胞工程的操作过程。

植物组织培养是植物细胞工程的基础，植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础。

掌握动物细胞培养，单克隆抗体的制备，知道动物细胞在培养过程中的基本操作及其特点，单克隆抗体的概念，以及利用杂交瘤细胞制备单克隆抗体的基本原理。

三.学习重点：

1.植物细胞工程的主要技术——植物组织培养、植物体细胞杂交

2.动物细胞培养与植物细胞培养的比较

3.单克隆抗体制备及其原理和应用

四.学习难点：

1.细胞全能性在细胞培养中的表现

2.细胞杂交的原理

3.动物细胞培养与单克隆抗体

五.学习过程：

（一）细胞工程：

细胞工程

植物细胞工程

动物细胞工程

基本原理

细胞生物学和分子生物学的原理和方法，工程学手段改造细胞

操作水平

细胞整体水平、细胞器水平操作

实质内容

改变遗传物质、产生新的性状，获得细胞产品

技术手段

植物细胞杂交技术

植物细胞融合技术

植物组织培养技术

动物细胞培养

动物细胞融合、单克隆抗体制备技术

胚胎移植、核移植等

理论基础

植物细胞全能性

细胞增值

诱导手段

物理法离心、振动、电刺激

化学法聚乙二醇

物理电刺激

化学聚乙二醇

生物灭活病毒（灭活仙台病毒）

诱导过程

1.去细胞壁纤维素酶、果胶酶

2.原生质体融合获得杂种原生质体

3.植物细胞培养植株或用于发酵

1.获得分离的单个动物细胞胰蛋白酶处理

2.诱导融合杂种原生质体

3.动物细胞培养细胞产品

应用

白菜—甘兰等杂交植物

单克隆抗体的制备（杂交瘤细胞）

（二）植物细胞工程

1.细胞全能性

概念：

生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能

原因：

每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因

外延：

每一个活细胞都因该具有全能性

受精卵的全能性最高

生殖细胞分化程度很高，但仍然具有全能性——孤雌生殖

体细胞的全能性比生殖细胞的全能性低的多

生物体内细胞并没有表现出全能性，而是表现出基因的选择性表达

表现：

孤雌生殖：

有一个卵细胞分化形成各种类型细胞，如：

雄蜂、雄蚁

离体组织：

外界条件（营养、激素、其他条件）适宜形成小植株，表现出全能性

2.植物组织培养

（1）培养基：

成分

主要内容

作用

水

水（H2O）

为细胞代谢提供条件，参与细胞代谢

无机盐

大量元素：

N、P、S、K、Ca、Mg

微量元素：

Fe、Mn、Mo、B、Cu、Zn

满足植物对各矿质元素的需求，参与各种物质合成、代谢调节，生长必需

碳源

蔗糖

重要营养成分：

愈伤组织不光合，利用蔗糖异养生活

大气CO2

重要碳源：

完成组织分化，形成营养器官后，叶片能进行光合自养

氮原

NH4+、NO3—

合成核酸、蛋白质、辅酶、核苷酸等

生长因子

细胞分裂素、生长素

必不可少的调节物质：

诱导脱分化形成愈伤组织，诱导愈伤组织再分化成植株

维生素

明显促进离体组织的生长

状态

固体培养基或半固体培养基

形成植物地上、地下部分，利于生长

培养要求

无菌操作条件

常温培养

光照条件

更换培养基

细菌繁殖速度快，会产生污染

植物细胞在常温下生长正常

满足愈伤组织，及植株的光照需求

防止代谢废物积累，满足营养需求

（2）过程：

脱分化：

高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程

再分化：

愈伤组织继续培养，重新分化成根或芽等器官的过程

愈伤组织：

排列疏松、无规则，高度液泡化的无定型状态的薄壁细胞

激素使用：

①能强烈刺激愈伤组织的形成（细胞分裂素、生长素共同使用）

②影响再分化过程中根和芽的发生

细胞分裂素、生长素浓度比

应用：

<1>快速繁殖、培育无病毒植株

<2>细胞培养生产药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂（发酵罐中诱导分离的愈伤组织）

<3>人工种子：

胚状体+人工种皮

<4>转基因植物的培育

3.3.      植物体细胞杂交

概念：

（1）来自两个不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞（植物细胞融合）

（2）把杂种细胞培育成植株（植物组织培养）

过程：

4.植物细胞杂交与传统细胞杂交比较：

传统杂交

细胞杂交

依据

杂种优势

细胞全能性、原生质体融合

过程

自然发生，在母体完成胚发育

人工诱导融合，需组织培养

本质

精、卵两种生殖细胞结合，完成遗传物质的重新组合

不同生物的体细胞融合，完成和遗传物质的融合

优点

杂种第一代生长整齐、植株健壮、产量高、抗虫抗病能力强

克服远源杂交不亲和障碍，实现不同种间的杂交

缺点

存在生殖隔离；杂种第二代会出现生长不齐、产量下降等现象

很多理论、技术问题未解决，距离推广应用有一定差距

目的

获得杂种优势，提高产量

获得优良性状

意义

自然发生、方便生产

扩展了用于杂交的亲本组合

应用范围

种内

种内、种间均可

（三）动物细胞工程：

A.动物细胞培养

1.培养基：

状态液体培养液动物细胞生活的液体环境

成分葡萄糖满足能量需求、作为细胞碳源

  氨基酸合成蛋白质

  无机盐重要的细胞组成物质

  维生素、动物血清等生长调节作用

条件恒温动物细胞生长温度

  无菌条件防止微生物污染

2.2.      过程：

幼龄动物组织

剪碎组织

胰蛋白酶处理

细胞培养（培养瓶）

3.概念：

原代培养：

将动物组织用胰蛋白酶处理成单个细胞，配制成一定浓度的悬浮液，放入培养瓶中在培养箱中培养的过程

传代培养：

培养瓶中的细胞越来越多，用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来，配制成悬浮液，分瓶培养的过程

细胞株：

原代培养细胞传至10代左右就不容易传下去，细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞能存活传到40~50代，这部分细胞称为细胞株

细胞系：

细胞株传到50左右不能再继续传代，部分细胞遗传物质改变，具有癌变细胞的特点，可以在培养条件下无限制的传代下去，这部分细胞称为细胞系

4.生长特点：

（1）贴壁生长：

培养瓶中的悬浮液细胞，紧贴培养瓶内壁才能生长

（2）接触抑制：

当培养瓶中内壁生长细胞彼此紧密接触时，细胞不再分裂

5.应用：

（1）生产有重要价值的蛋白质产品分泌性的蛋白质产品

（2）培养皮肤细胞用于移植形成组织

（3）检测有毒物质致癌致畸引起染色体数目和结构改变

（4）理论研究培养正常或异常细胞用于生理、病理、药理研究

B.单克隆抗体

概念：

单个B淋巴细胞进行无性繁殖获得的细胞群，产生化学性质单一，物质特异性强的抗体

基本原理：

（1）一种淋巴细胞克隆只产生一种特异性抗体

（2）细胞融合技术产生的杂交瘤细胞可以保持亲代双方的特性

（3）杂交瘤细胞的筛选，体外培养大量增殖，获得所需抗体

优点：

项目

分泌

特点

生产

单克隆抗体

杂交瘤细胞

特异性强、灵敏度高

产量高，易纯化分离

常规抗体

各淋巴B细胞

特异性差、灵敏度低

产量低，分离困难

细胞来源：

B淋巴细胞能产生特异性强抗体，在体外不能无限繁殖

骨髓瘤细胞不产生专一性强抗体，体外能无限繁殖

制备过程：

应用：

（1）理论研究中具有重要意义

（2）用于疾病的诊断、治疗、预防

单抗诊断试剂盒简单、快速、准确

生物导弹定向消灭癌细胞，不损伤健康细胞

C.哺乳动物胚胎移植，核移植

胚胎移植：

动物

排卵

体外受精

胚胎

母牛子宫

试管牛

（激素处理）（激素处理）

核移植：

克隆动物

鲤鲫（兼有鲤鱼、鲫鱼特点，具有正常生殖能力）

D.动物细胞培养、植物细胞培养比较：

动物细胞培养

植物细胞培养

原理

细胞的增殖

细胞的全能性

细胞来源

胚胎或幼龄动物组织或器官

离体植物器官、组织或细胞

培养

基

状态

液体

固体

成分

天然培养基

合成培养基

组成

葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清

矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加物

器皿

培养瓶

锥形瓶

过程

原代生长，传代生长

更换培养基，细胞增值分化

生长特点

贴壁生长，细胞增值不分化

诱导形成愈伤组织，细胞增值分化

细胞进行异养需氧代谢

接种前处理

灭菌、用胰蛋白酶使组织分散成单个细胞

灭菌

培养条件

恒温、无菌、无需光照

常温、无菌、光照条件

培养目的

1.生产蛋白质生物制品

2.获取大量细胞

3.检测有毒物质

1.1.      快速繁育无病毒植株

2.2.      生产药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等

培养结果

细胞株→细胞系

愈伤组织→植株

六.六.  学习指导：

1.植物组织培养培养基含有植物生长发育所需要的各种营养物质（各种无机盐、有机成分，维生素、植物激素等），这些营养成分同时也是细菌等微生物的营养，但细菌生长、繁殖更快，在培养过程中要求消毒、灭菌，保持无菌状态

2.植物细胞融合是用酶解法去掉细胞壁，植物细胞被诱导膜融合后，在第一次分裂时才进行核融合，形成新的细胞壁是成为完整的融合杂种细胞

3.植物细胞的全能性是植物组织培养的基础，受精卵的全能性最高，生殖细胞的全能性比体细胞的全能性高；形成层细胞具有分裂能力，通常切取有形成层的部分作为外植体培养，容易成功

4.伤组织的形成和形态发生是植物组培的主要目标，愈伤组织的形成需要有外界刺激因素和激素诱导

5.植物的种类不同、器官的来源及生理状况不同外植体脱分化的难易程度不同；愈伤组织特点：

细胞分裂快，结构疏松、颜色浅、透明、高度液泡化的薄壁细胞；愈伤组织细胞在一定的外界条件下才会再分化，产生芽和根，进而发育成植株

6.动物细胞工程的技术基础是动物细胞培养，通常用动物细胞培养获取分泌型蛋白

7.体内的每一种B淋巴细胞只能产生一种抗体，一个B淋巴细胞不能在体外培养条件下无限繁殖，在进行淋巴B细胞筛选时首先要对动物进行免疫，使其产生相应的B淋巴细胞

8.骨髓瘤细胞在体外条件下可以无限繁殖，能产生抗体在但是特异性差，结合能力差；杂交瘤细胞既能产生特异性抗体，在体外条件下可以无限繁殖，具备B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的特点，用于单克隆抗体的生产

9.哺乳动物的胚胎移植，在体外完成受精作用和早期的胚胎发育，然后将早期的胚胎转移到母体的子宫发育，试管动物是指的体外受精和早期胚胎发育生物

10.核移植动物是动物克隆技术的基础，克隆羊供移植的核来自高度分化的体细胞

【模拟试题】

1.下列细胞中培养过程中存在细胞分化的是（）

A.单克隆抗体的制备B.紫草细胞发酵获得紫草素

C.培养皮肤细胞D.乳酸发酵

2.下列操作中涉及到遗传物质的改变的是（）

A.单克隆抗体B.克隆牛产生C.鲤鲫的培育D.胚胎移植

3.有关愈伤组织的说法中说法错误的是（）

A.愈伤组织是进行异养生活，有氧代谢

B.愈伤组织细胞再诱导后才进行分化

C.愈伤组织细胞可以用作质壁分离实验材料

D.愈伤组织不能产生变异，是一个无性繁殖体系

4.动物细胞融合的说法不正确的是（）

A.细胞融合首先用酶解法分散成单个细胞

B.细胞融合是个细胞识别过程

C.融合细胞能表现出两个亲本的特点

D.原生质体自然条件下常自发融合

5.植物细胞培养通常用于生产的产品有

A.无病毒植株B.中草药有效成分C.人工种子D.果酱

6.动物细胞培养中说法错误的是（）

A.正常细胞体外条件下不能无限传代

B.细胞在培养瓶中进行有丝分裂，一般不分化

C.细胞遗传物质稳定，不会发生变异现象

D.细胞常用于分泌性蛋白的生产

7.单克隆抗体的生产方法中错误的是（）

A.发酵罐中培养B.小鼠的腹腔繁殖

C.培养成组织移植到动物体内D.牛的体腔培养

8.单克隆抗体的制备操作至少要进行几次细胞筛选（）

A.1次B.2次C.3次D.4次

9.不能人工诱导原生质体融合的方法是（）

A.振动　B.电刺激　C.PEG试剂D.重压

10.植物组织培养是指（）

A.离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织

B.愈伤组织培育成植株

C.离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体

D.愈伤组织形成高度液泡化组织

11.植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是（）

A.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁

B.细胞壁使原生质体失去活力

C.细胞壁阻碍了原生质体的融合 

D.细胞壁不是原生质的组成部分

12.植物体细胞杂交的结果是（）

A.产生杂种植株　B.产生杂种细胞

C.原生质体融合D.形成愈伤组织

13.植物体细胞杂交的目的中错误的是（）

A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上

B.获得杂种植株

C.克服远源杂交不亲和的障碍

D.实现原生质体的融合

14.植物组织培养的用途中不正确的是（）

A.快速繁殖　　B.生产新品种C.生产杀虫剂D.生产白细胞介素－2

15.植物细胞表现出全能性的必要条件是（）

A.给予适宜的营养和外界条件

B.导入其他植物细胞的基因

C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件

D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内

16.下列有关细胞工程的叙述不正确的是（）

A.在细胞整体水平上定向改变遗传物质

B.在细胞器水平上定向改变遗传物质

C.在细胞器水平上定向改变细胞核的遗传物质

D.在细胞整体水平上获得细胞产品

17.植物细胞融合常用的诱导剂是（）

A.PEP　B.PEG　C.ATP　D.大肠杆菌质粒

18.细胞具有全能性的原因是（）

A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能

B.生物体的每一个细胞都具有全能性

C.生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因

D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的

19.植物组织培养过程中的脱分化是指（）

A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞

B.未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程

C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程

D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程

20.下列植物细胞全能性最高的是（）

A.形成层细胞　B.韧皮部细胞　　C.木质部细胞　　D.叶肉细胞

21.生物体内细胞没有表现出全能性，原因是（）

A.细胞丧失了全能性　　B.基因的表达有选择性

C.基因发生了变化　　　D.不同细胞基因不同

二.填空：

1.下图是植物组织培养的简略表示。

据此回答：

（1）①表示　　　　　，它能被培养成为④的根本原因是　　　　　　　　。

（2）②表示　　　　，它与①相比分化程度　　　　　，全能性　　　　　。

（3）若想制作人工种子，应该选用（填编号）　　　　。

（4）若①是花药，则④是　　　　，继续对其使用　　　　　处理可获得　　　　　正常植株，该过程称为　　　　　。

（5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜色是　　　，这说明根尖细胞　

　　　　　　　　　。

（6）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到（填编号）　

　　　　　　。

2.下图为植物体细胞杂交过程示意图。

据图回答：

（1）步骤①是　　　　　　　　　　　，最常用的方法是　　　　　　　　。

（2）步骤③一般常用的化学试剂是　　　　，目的是　　　　　　　　。

（3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是　　　　　　　，其中步骤④相当于　　　　　　　　，步骤⑤相当于　　　　。

（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。

使　　　　　　　　能够在新的植物体上有所表现，其根本原因　　　　　　　。

（5）若远源杂交亲本A和B都是二倍体，则杂种植株为　　　　　　　倍体。

（6）从理论上讲，杂种植株的育性为　　　。

若运用传统有性杂交方法能否实现？

　　　　　。

并说明现由　　　　　。

因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于　　　　　　。

（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？

为什么？

　　　　　　　。

【试题答案】

一.选择题：

1.D2.A3.D4.D5.D6.C7.C8.B

9.D10.C11.C12.A13.D14.D15.C16.C

17.B18.C19.C20.B21.B

二.填空题：

1.

（1）离体的植物器官；组织或细胞植物细胞的全能性

（2）愈伤组织；低；高

（3）③

（4）单倍体植株；秋水仙素；纯合；单倍体植株

（5）绿色；含有与叶绿体形成相关的基因

（6）②

2.

（1）去掉细胞壁分离出有活力的原生质体；酶解法

（2）聚乙二醇（PEG）；诱导不同植物体细胞的原生质融合

（3）植物组织培养；脱分化再分化

（4）远缘杂交亲本的遗传特征杂种植株；获得双亲的遗传物质

（5）四

（6）可育；不能因为不同生物物种之间存在生殖隔离；克服远缘杂交的不亲和的障碍，大大扩展了用于杂交的亲本组合范围

（7）不遵循。

因为在生物进行有性生殖的过程中，才遵循孟德尔的遗传规律，而植物细胞杂交育种的过程不属于有性生殖。