第2章細胞工程-備戰(zhàn)2023年高考生物一輪復習知識清單

第2章細胞工程細胞工程的發(fā)展歷程1．1960年，科金用真菌的纖維素酶分解番茄根的細胞壁，成功獲得了原生質體。（P32）2．1971年，卡爾森誘導煙草種間原生質體融合，獲得了第一株體細胞種間雜種植株。（P32）3．1974年，土壤農桿菌的Ti質粒被發(fā)現(xiàn)。之后，該質粒應用于植物分子生物學領域，促進了植物細胞工程與分子生物學技術緊密結合。（P32）4．1951年，張明覺等發(fā)現(xiàn)了哺乳動物精子的獲能現(xiàn)象。（P33）5．1958年，格登用非洲爪蟾進行體細胞核移植實驗，成功培育出性成熟個體。同一時期，我國科學家童第周等開展了魚類細胞核移植工作。（P33）6．1975年，米爾斯坦和科勒等創(chuàng)立了單克隆抗體技術。（P33）7．2017年，我國科學家首次培育了體細胞克隆猴。（P33）8．細胞工程是指應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學等多學科的原理和方法，通過細胞器、細胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產品的一門綜合性的生物工程。（P31）第1節(jié)植物細胞工程一、植物細胞工程的基本技術1．細胞經分裂和分化后，仍然具有產生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能，即細胞具有全能性。但是，在生物的生長發(fā)育過程中，并不是所有的細胞都表現(xiàn)出全能性，比如，芽原基的細胞只能發(fā)育為芽，葉原基的細胞只能發(fā)育為葉。這是因為在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會選擇性地表達。（P34）2．植物組織培養(yǎng)是指將離體的植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其形成完整植株的技術（如圖）。（P35）植物組織培養(yǎng)流程圖3．植物細胞一般具有全能性。在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導下，已經分化的細胞可以經過脫分化，即失去其特有的結構和功能，轉變成未分化細胞，進而形成不定形的薄壁組織團塊，這稱為愈傷組織。愈傷組織能重新分化成芽、根等器官，該過程稱為再分化。植物激素中生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素，它們的濃度、比例等都會影響植物細胞的發(fā)育方向。（P35“探究·實踐”）4．誘導愈傷組織期間一般不需要光照，在后續(xù)的培養(yǎng)過程中，每日需要給予適當時間和強度的光照。（P36“探究·實踐”）5．在進行體細胞雜交之前，必須先利用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，獲得原生質體。（P37）6．人工誘導原生質體融合的方法基本可以分為兩大類——物理法和化學法。物理法包括電融合法、離心法等；化學法包括聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2＋—高pH融合法等，融合后得到的雜種細胞再經過誘導可形成愈傷組織，并可進一步發(fā)育成完整的雜種植株（如圖）。（P37～38）植物體細胞雜交技術流程圖7．植物體細胞雜交技術在打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，培育植物新品種等方面展示出獨特的優(yōu)勢。（P38）二、植物細胞工程的應用1．用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術，被人們形象地稱為植物的快速繁殖技術，也叫作微型繁殖技術。它不僅可以高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖，還可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。（P39）2．單倍體育種可以先通過花藥（或花粉）培養(yǎng)獲得單倍體植株，然后經過誘導染色體加倍，當年就能培育出遺傳性狀相對穩(wěn)定的純合二倍體植株，這極大地縮短了育種的年限，節(jié)約了大量的人力和物力。（P40）3．植物細胞培養(yǎng)是指在離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其增殖的技術。（P41）第2節(jié)動物細胞工程一、動物細胞培養(yǎng)1．動物細胞培養(yǎng)是指從動物體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后在適宜的培養(yǎng)條件下，讓這些細胞生長和增殖的技術。（P43）2．一般來說，動物細胞培養(yǎng)需要滿足以下條件。（P43）3．在體外培養(yǎng)細胞時，必須保證環(huán)境是無菌、無毒的，即需要對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行滅菌處理以及在無菌環(huán)境下進行操作。培養(yǎng)液還需要定期更換，以便清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害。（P44）4．動物細胞培養(yǎng)所需氣體主要有O2和CO2。O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。在進行細胞培養(yǎng)時，通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶，并將它們置于含有95%空氣和5%CO2的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。（P44）5．動物細胞培養(yǎng)時細胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上，這種現(xiàn)象稱為細胞貼壁。懸浮培養(yǎng)的細胞會因細胞密度過大、有害代謝物積累和培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質缺乏等因素而分裂受阻。貼壁細胞在生長增殖時，除受上述因素的影響外，還會發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象，即當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞通常會停止分裂增殖。（P44）6．人們通常將分瓶之前的細胞培養(yǎng)，即動物組織經處理后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)，將分瓶后的細胞培養(yǎng)稱為傳代培養(yǎng)。在進行傳代培養(yǎng)時，懸浮培養(yǎng)的細胞直接用離心法收集；貼壁細胞需要重新用胰蛋白酶等處理，使之分散成單個細胞，然后再用離心法收集。之后，將收集的細胞制成細胞懸液，分瓶培養(yǎng)（如圖）。（P45）動物細胞培養(yǎng)過程示意圖7．在一定條件下，干細胞可以分化成其他類型的細胞。干細胞存在于早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中，包括胚胎干細胞和成體干細胞等。（P46）8．2006年，科學家通過體外誘導小鼠成纖維細胞，獲得了類似胚胎干細胞的一種細胞，將它稱為誘導多能干細胞（簡稱iPS細胞），并用iPS細胞治療了小鼠的鐮狀細胞貧血。（P46）9．科學家已嘗試采用多種方法來制備iPS細胞，包括借助載體將特定基因導入細胞中，直接將特定蛋白導入細胞中或者用小分子化合物等來誘導形成iPS細胞。iPS細胞最初是由成纖維細胞轉化而來的，后來發(fā)現(xiàn)已分化的T細胞、B細胞等也能被誘導為iPS細胞。（P46“相關信息”）iPS細胞用于治療人類疾病示意圖抽默3：1．細胞工程：指應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學等多學科的原理和方法，通過水平上的操作，有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產品的一門綜合性的生物工程。2．植物組織培養(yǎng)：是指將的植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其形成完整植株的技術。3．全能性：細胞經分裂和分化后，仍然具有產生或分化成其他的潛能。4．脫分化：在一定的和營養(yǎng)條件的誘導下，使已經分化的細胞失去其特有的結構和功能，轉變成未分化的細胞的過程。5．動物組織經處理后的初次培養(yǎng)稱為培養(yǎng)，將分瓶后的細胞培養(yǎng)稱為培養(yǎng)。6．在生物的生長發(fā)育過程中，并不是所有的細胞都表現(xiàn)出全能性，這是因為在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會。7．在進行體細胞雜交之前，必須先利用酶和酶去除細胞壁，獲得原生質體。8．人工誘導原生質體融合的方法基本可以分為兩大類——物理法和化學法。物理法包括、等；化學法包括融合法、高Ca2＋—高pH融合法等，融合后得到的雜種細胞再經過誘導可形成愈傷組織，并可進一步發(fā)育成完整的雜種植株。9．在體外培養(yǎng)細胞時，必須保證環(huán)境是的，即需要對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行滅菌處理以及在無菌環(huán)境下進行操作。培養(yǎng)液還需要定期更換，以便清除，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害。10．動物細胞培養(yǎng)所需氣體主要有O2和CO2。O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是。在進行細胞培養(yǎng)時，通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶，并將它們置于含有的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。抽默3答案：1．細胞器、細胞或組織2.離體3.完整生物各種細胞4.激素5.原代傳代6.選擇性地表達7.纖維素果膠8.電融合法離心法聚乙二醇(PEG)9.無菌、無毒代謝物10.維持培養(yǎng)液的pH95%空氣和5%CO2二、動物細胞融合技術與單抗隆抗體1．動物細胞融合技術（cellfusiontechnique）就是使兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的技術。融合后形成的雜交細胞具有原來兩個或多個細胞的遺傳信息。（P48）2．動物細胞融合與植物原生質體融合的基本原理相同。誘導動物細胞融合的常用方法有PEG融合法、電融合法和滅活病毒誘導法等。（P48）3．細胞融合技術突破了有性雜交的局限，使遠緣雜交成為可能。（P48）4．制備單克隆抗體需要的技術手段：動物細胞融合和動物細胞培養(yǎng)。制備單克隆抗體的原理：細胞膜的流動性和細胞增殖。（P49）5．單克隆抗體制備過程示意圖。（P49）米爾斯坦和科勒制備單克隆抗體過程的示意圖6．第一次篩選的目的是篩選出雜交瘤細胞，方法是用特定的選擇性培養(yǎng)基培養(yǎng)。經過篩選后未融合的細胞或者融合后具有同種核型的細胞都會死亡，只有融合的雜交瘤細胞才能生長。（P49）7．第二次篩選的目的是篩選出能產生所需抗體的雜交瘤細胞，方法是專一抗體檢驗。（P49）8．抗體——藥物偶聯(lián)物（ADC）通過將細胞毒素與能特異性識別腫瘤抗原的單克隆抗體結合，實現(xiàn)了對腫瘤細胞的選擇性殺傷。（P50“思考·討論”）三、動物體細胞核移植技術和克隆動物1．動物細胞核移植技術是將動物一個細胞的細胞核移入去核的卵母細胞中，并使這個重新組合的細胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體的技術。（P52）2．減數(shù)分裂Ⅱ中期（MⅡ期）卵母細胞中的“核”其實是紡錘體—染色體復合物。文中所說的“去核”是去除該復合物。（P52“相關信息”）3．哺乳動物核移植可以分為胚胎細胞核移植和體細胞核移植。由于動物胚胎細胞分化程度低，表現(xiàn)全能性相對容易，而動物體細胞分化程度高，表現(xiàn)全能性十分困難，因此動物體細胞核移植的難度明顯高于胚胎細胞核移植。（P52）4．下面以克隆高產奶牛為例，來說明體細胞核移植的大致過程（如圖）。（P53）5．目前動物細胞核移植技術中普遍使用的去核方法是顯微操作法。也有人采用梯度離心、紫外線短時間照射和化學物質處理等方法。這些方法是在沒有穿透卵母細胞透明帶的情況下去核或使其中的DNA變性。（P54“相關信息”）抽默4：1．動物細胞融合與植物原生質體融合的基本原理相同。誘導動物細胞融合的常用方法有法、電融合法和法等。2．細胞融合技術突破了有性雜交的局限，使雜交成為可能。3．制備單克隆抗體需要的技術手段：動物細胞融合和動物細胞培養(yǎng)。制備單克隆抗體的原理：和細胞增殖。4．一種B淋巴細胞只能分泌一種抗體，B淋巴細胞在體外（填“能”或“不能”）無限增殖；骨髓瘤細胞能；B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合得到的細胞，既能迅速大量增殖，又能產生專一的抗體。5．單克隆抗體的制備過程：6．單克隆抗體的優(yōu)點：_______________________________________________________________________________________________________________________________7．制備單克隆抗體過程中，若僅考慮細胞的兩兩融合，B淋巴細胞和骨髓瘤細胞經細胞融合后產生的細胞有3種類型，出現(xiàn)不同種類型是因為。8．雜交瘤細胞的特點是________________________________________________________________________________________________________________________。9．體細胞核移植過程10．核移植技術中必須先去掉受體卵母細胞的細胞核的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。抽默4答案：1．PEG融合滅活病毒誘導2.遠緣3.細胞膜的流動性4．不能無限增殖雜交瘤5.雜交瘤細胞能產生所需抗體6.能準確地識別抗原的細微差異，與特定抗原發(fā)生特異性結合，并且可以大量制備7.B細胞自身融合、骨髓瘤細胞自身融合、雜交瘤細胞細胞融合是隨機的8.既能迅速大量增殖，又能產生專一的抗體9.MⅡ顯微操作電融合重構胚重構胚完成細胞分裂和發(fā)育進程基本相同10.保證核移植動物的核遺傳物質全部來自供體細胞第3節(jié)胚胎工程一、胚胎工程的理論基礎1．胚胎工程是指對生殖細胞、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內生產后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。（P56）2．在自然條件下，哺乳動物的受精在輸卵管內完成。（P56）3．掌握哺乳動物受精的過程（下圖）（P57）4．在精子觸及卵細胞膜的瞬間，卵細胞膜外的透明帶會迅速發(fā)生生理反應，阻止后來的精子進入透明帶。然后，精子入卵。精子入卵后，卵細胞膜也會立即發(fā)生生理反應，拒絕其他精子再進入卵內。（P57）5．精子入卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個新的核膜，最后形成一個比原來精子的核還大的核，叫作雄原核。與此同時，精子入卵后被激活的卵子完成減數(shù)分裂Ⅱ，排出第二極體后，形成雌原核。（P57）6．多數(shù)哺乳動物的第一極體不進行減數(shù)分裂Ⅱ，因而不會形成兩個第二極體。在實際胚胎工程操作中，常以觀察到兩個極體或者雌、雄原核作為受精的標志。（P58“相關信息”）7．聚集在胚胎一端的細胞形成內細胞團，將來發(fā)育成胎兒的各種組織；而沿透明帶內壁擴展和排列的細胞，稱為滋養(yǎng)層細胞，它們將來發(fā)育成胎膜和胎盤。（P58）二、胚胎工程技術及其應用1．哺乳動物的體外受精技術主要包括卵母細胞的采集、精子的獲能和受精等步驟。（P60）2．采集到的卵母細胞和精子，要分別對它們進行成熟培養(yǎng)和獲能處理，然后才能用于體外受精。（P60）3．胚胎移植是指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的雌性動物體內，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。其中提供胚胎的個體稱為“供體”，接受胚胎的個體叫“受體”。通過任何一項技術（如轉基因、核移植和體外受精等）獲得的胚胎，都必須移植給受體才能獲得后代。（P61）4．以牛的胚胎移植為例，胚胎移植主要包括供體、受體的選擇和處理，配種或人工授精，胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存，胚胎的移植，以及移植后的檢查等步驟（下圖）。（P61）5．胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉移。（P62“思考·討論”）6．進行胚胎移植的優(yōu)勢是可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。（62）7．超數(shù)排卵是指應用外源促性腺激素，誘發(fā)卵巢排出比自然情況下更多的成熟卵子。（P62“相關信息”）8．胚胎分割所需要的主要儀器設備為體視顯微鏡和顯微操作儀。在進行胚胎分割時，應選擇發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑葚胚或囊胚，將它移入盛有操作液的培養(yǎng)皿中，然后在顯微鏡下用分割針或分割刀分割。在分割囊胚階段的胚胎時，要注意將內細胞團均等分割。（P62）9．牛胚胎性別鑒定和分割示意圖。（P63）抽默5：1．胚胎工程：指對、受精卵或早期胚胎細胞進行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動物體內生產后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術包括、胚胎移植和等。2．受精是精子與卵子結合形成合子（即受精卵）的過程，包括受精前的準備階段和受精階段。在自然條件下，哺乳動物的受精在內完成。3．受精過程：4．胚胎早期發(fā)育的過程受精卵形成后即在輸卵管內進行，開始發(fā)育。根據(jù)胚胎形態(tài)的變化可將早期發(fā)育的胚胎分為幾個階段。5．哺乳動物的體外受精技術主要包括卵母細胞的采集、和受精等步驟。6．胚胎移植指將通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到的、相同的雌性動物體內，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。7．胚胎移植的過程（以牛的胚胎移植為例）