细胞工程专题复习

细胞工程专题复习细胞工程专题复习 撰稿教师李文强责编陈莉 章节概述章节概述 本专题包括植物细胞工程、动物细胞工程。本专题的内容和必修一的 知识联系密切，需要学生提高对于知识的综合运用能力。细胞工程是生物工程的重 要内容，将有关的学科知识置于细胞工程科研成果的背景材料中，来考察学生分析 综合问题的能力，如克隆、动物细胞的培养、单克隆抗体的制备、植物组织培养等 知识点要高度重视。 目标认知目标认知 学习目标学习目标 植物的组织培养；动物的细胞培养与体细胞克隆；细胞融合与单克隆抗体 重点重点 动物细胞培养与体细胞克隆；植物的组织培养 难点难点 单克隆抗体的制备 知识要点梳理知识要点梳理 知识网络图知识网络图 知识链接知识链接 植物细胞工程植物细胞工程 介绍植物细胞工程的基本原理和技术，并通过一些实例让学生了解它的实际应 用 动物细胞工程动物细胞工程 本节内容包括动物细胞的培养、动物体细胞核移植及克隆动物、细胞融合和单 克隆抗体四部分内容 知识结构梳理知识结构梳理 细胞的全能性细胞的全能性 细胞全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育的潜能，大量科学实验证明， 高度分化的植物细胞仍然有发育为完整植株的能力。例如，1958 年曾有美国科学家 将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养，而最终发育成完整的新植物，体现了细胞的 全能性。细胞全能性的原因是，由于体细胞一般是通过有丝分裂繁殖而来的，一般 已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的染色体，携带有本物种相同的DNA 分子。 因此，分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。在合适的条件下，有些分化的细 胞具有恢复分裂、重新分化发育成完整新个体的能力。高度特化的动物细胞，从整 个细胞来说，它的细胞全能性受到限制，主要是细胞质内的遗传物质有所变化，但 是它的细胞核仍然保持着全能性，这是因为细胞核内含有保持物种遗传性所需要的 全套遗传物质。可以说，任何一个具有完整结构的体细胞都可以在一定条件下发育 成一个完整的生物体的能力。现代克隆技术的理论基础就是细胞的全能性。 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 近年来研究正热的细胞杂交技术是对细胞全能性更高层次的利用，植物细胞融 合技术在植物育种上有重大的应用价值，它不仅打破了常规有性杂交育种的不亲和 性障碍，而且为实现“超远缘杂交”提供了可能。 植物体细胞杂交的过程包括原生 质体的制备，原生质体融合的诱导，杂种细胞的筛选和培养，以及杂种植株的再生 与鉴定等环节。下面以烟草和大豆的体细胞杂交为例，简要介绍植物体细胞杂交的 过程。 ①原生质体制备选取烟草植株上的幼嫩叶片和培养好的大豆细胞，用酶解法制 备原生质体。烟草的原生质呈绿色，大豆为无色，在显微镜下很容易区别开来。 ②原生质体融合取等量的烟草和大豆的原生质体混合后，加入聚乙二醇溶液。 在显微镜下观察，可以看到原生质体相互粘集在一起。隔一段时间后，加入高钙、 高 pH 的溶液，这时原生质体才开始融合。原生质体融合包括膜融合和核融合两个过 程。诱导融合只能诱导细胞膜的融合，两个核的融合是在杂种细胞第一次有丝分裂 时进行的。 ③杂种细胞的筛选和培养。烟草与大豆的原生质体融合后，将原生质体转移到 适当的培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁。这时，在细胞混合物中，不仅有 烟草大豆杂种细胞，还有烟草细胞、大豆细胞、烟草烟草细胞、大豆 大豆细胞。杂种细胞的筛选，可以用机械方法，也可以用生理学或遗传学的方法。 以机械方法为例，根据两种亲本细胞在形态、色泽上的差异，将细胞分别接种在带 有小格的培养皿中，每个小格中约放1～3 个细胞。在显微镜下找出杂种细胞，并且 标定位置。等杂种细胞分裂成细胞团时，转移到培养皿中，培养成愈伤组织。 ④杂种植物的再生与鉴定。杂种植株的再生是指从愈伤组织培养出杂种植株的 过程。由于烟草和大豆分属于茄科和豆科，二者的原生质体融合后，只能长成杂种 愈伤组织，还不能分化，因此谈不上杂种植株的再生和鉴定。对于 能够再生出杂种 植株的，如烟草海岛烟草、白菜甘 蓝、胡萝卜羊角芹等，长出的植株 究竟是不是杂种，还需要经过鉴定才能确定下来。杂种植株的鉴定方法有形态 学方 法、生化方法如电泳、细胞学方法如染色体组型分 析、分子生物学方法如分 子杂交等。 人工种子人工种子 人工种子是指通过植物组织培养的方法获得的具有正常发育能力的材料，外面 包被着特定的物质，在适宜的条件下可以发芽成苗的植物幼体。人工种子的概念中 包含的“具有正常发育能力的材料”通常是指胚状体（目前国外有使用不定芽、顶 芽和腋芽的），它可以由三种途径产生（1）由已脱分化的外植体直接产生； （2）由愈伤组织产生；（3）由悬浮细胞培养产生。对胚状体的基本要求是①播 种后能快速出苗；②根和芽几乎同时生长，不产生愈伤组织；③同步化程度高；④ 活力强；⑤形成的幼苗的形态与生长要正常。“外面包被着特定的物质”是指人工 种皮，制作人工种皮的材料有海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等。对人工种 皮的要求是能保持胚状体的活力，有利于贮藏运输和萌发。选取的材料要有韧 性，耐压，对胚状体无毒害，含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素，还应 含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害。人工种子目前还存在不少问题。例如，现 有重要经济价值的植物产生胚状体能力弱，难以形成同步化的有强活力的胚状体； 成本较高；运输贮藏以及机械化播种问题也未解决。因此，现在很少有人以生产为 目的进行人工种子的研制。 试管动物与克隆动物试管动物与克隆动物 试管动物（婴儿）通过体外受精和胚胎移植技术而产生的动物或婴儿。在这一 技术过程中，精子和卵子从动物（人）体内取出来，在人工提供的生活条件下（通 常是在试管中）进行受精，并让体外受精的受精卵在试管中发育，再把发育到一定 阶段的胚胎移植到“代理母亲”动物（人）的子宫内继续发育直到诞生。试管婴儿 主要是在夫妻间进行的，其目的是解决不育问题。 克隆动物一般是指通过无性繁殖形成动物后代。1997 年，英国生物学家首次 用羊的体细胞成功地克隆了一只小母羊，即多利绵羊。克隆是指无性繁殖系，具体 地说，是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同 的 DNA 分子、细胞或个体。克隆也可指无性繁殖的过程。多利绵羊的培育过程是 将一只母羊A 羊卵细胞的细胞核中所有的染色体吸出，得到不含遗传物质的卵细 胞。然后将实验室里培养的另一只母羊（B 羊）的乳腺上皮细胞的细胞核注入到无细 胞核的卵细胞中，并进行电激融合，这样就形成了一个含有新的遗传物质的卵细 胞。融合后的卵细胞开始卵裂，形成早期的胚胎。然后，把这个胚胎移植到第三只 母（C 羊）的子宫内，让它继续发育。胚胎发育成熟后，C 羊就产下了小母羊多利。 如图 14-2 所示。这只小母羊的遗传性状与B 羊的完全相同，简直就是B 羊的复制 品。在这之前，我国生物学家曾用胚胎细胞作为供核细胞，培育出了克隆牛和克隆 兔。但是，多利羊在技术上的突破之处在于供核细胞是体细胞。这说明高度分化的 动物体细胞的细胞核，仍然具有全能性，在合适的条件下，就可能发育成新的个 体。克隆技术在繁育优良品种、治疗人类遗传病、抢救