【高中生物】选修3 《现代生物科技专题》专题2 细胞工程

细胞工程的概念：指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。

一、植物细胞工程

1.理论基础（原理）：细胞全能性

(1)内因：每个细胞都含有该物种全部遗传信息。

(2)外因：离体（植物器官、组织、细胞）、一定的营养物质（有机营养和无机营养）、植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）、无菌和适宜的外界条件（如：适宜的温度、PH值、光照）。

（3）细胞分化是指在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。原因是在个体发育过程中，基因的选择性表达。

（4）在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整个体的潜能，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现全能性，而是分化成各种组织和器官。原因是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，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同组织和器官。

（5）细胞全能性大小：受精卵﹥生殖细胞﹥体细胞；   植物细胞﹥动物细胞；

2.植物组织培养技术                        

（1）原理：植物细胞的全能性

    （2）过程：

离体植物的组织或器官（外植体）→脱分化→  愈伤组织 ）→再分化→ 根和芽（或胚状体））→发育→  完整植株。

愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。

（3）用途：植物繁殖的新途径（微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子）；

作物新品种的培育（单倍体育种、 突变体的利用）；

细胞产物的工厂化生产（蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等）。

微型繁殖的特点：①保持优良品种的遗传特性。②高效快速地实现种苗大量繁殖。

作物脱毒：用分生区（如茎尖）的细胞进行组织培养获得脱毒苗。

人工种子的结构：人工薄膜和胚状体或不定芽或顶芽或腋芽组成。

人工种子的特点：

①后代不会发生性状分离。

②不受季节、气候和地域限制。

 ③可以保持杂种优势。

（1）过程：如图

①植物体细胞杂交的原理：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。

②体细胞融合成功后，既有AB型杂种细胞，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还有一个筛选过程。

③去除细胞壁的方法：酶解法。

④植物体细胞杂交完成的标志：新细胞壁的形成。

⑤植物体细胞杂交的最大突破：克服远缘杂交不亲和的障碍。

（2）诱导原生质体融合的方法:物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。（3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。

二、动物细胞工程

 1. 动物细胞培养

（1）原理：细胞增殖

（2）动物细胞培养的流程：取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。

（3）细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。

（4）动物细胞培养需要满足以下条件

①无菌、无毒的环境：培养液应无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。

②营养：合成培养基成分——糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。

③温度、PH：适宜温度：哺乳动物多是36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。

④气体环境：95%空气＋5%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。

（5）动物细胞培养技术的应用：制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质。

2.动物体细胞核移植技术和克隆动物

（1）原理：动物细胞核的全能性

（2）哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植（比较容易）和体细胞核移植（比较难）。

（3）选用去核卵母细胞的原因：卵母细胞的细胞质可使体细胞核的全能性得以表达；

卵母细胞比较大，容易操作；

卵母细胞细胞质多，营养丰富。

3.体细胞核移植的大致过程是：

 (1)取供体体细胞→供体细胞培养。 （取材培养）

(2)从卵巢中采集卵母细胞→在体外培养到减数第二次分裂中期→去核。（取材培养、去核）

(3)将供体细胞注入去核卵母细胞→使两细胞融合→供体核进人受体卵母细胞→构建重组胚胎（融合）

 (4)将胚胎移入受体到代孕母体内→生出与供体遗传物质基本相同的个体。（胚胎移植）

（5）体细胞核移植技术的应用：

①加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育；    

②保护濒危物种，增大存活数量；

③生产珍贵的医用蛋白；                      

④作为异种移植的供体；

⑤用于组织器官的移植等。

4.动物细胞融合

（1）动物细胞融合也称细胞杂交，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。

（2）动物细胞融合原理：细胞膜的流动性。

诱导动物细胞融合的方法：物理法、化学法、生物法（灭活的病毒）。

（3）动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：

5.单克隆抗体
(1) 单克隆抗体过程

（2）杂交瘤细胞的特点：既能无限增殖，又能产生特定的抗体。
（3）单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。
（4）单克隆抗体的作用：作为诊断试剂， 用于治疗疾病，主要用于治疗癌症治疗，可制成“生物导弹”。