專題16-細(xì)胞工程-高考生物復(fù)習(xí)核心要點(diǎn)必背知識(shí)清單(答案版)

專題16細(xì)胞工程第2章細(xì)胞工程

第1節(jié)植物細(xì)胞工程(

建議20分鐘)

一、

植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

1.細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科的原理和方法，通過(guò)

細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品的一門綜合性的生物工程。

2.細(xì)胞全能性是指:細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。在生物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，并不是所有的細(xì)胞都表現(xiàn)出全能性，原因是在特定的時(shí)間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會(huì)選擇性地表達(dá)。

3.植物組織培養(yǎng)技術(shù)

(1)概念:是指將離體的植物器官、組織或細(xì)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(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。這些離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細(xì)胞被稱為外植體。

(2)實(shí)例:菊花的組織培養(yǎng)

①實(shí)驗(yàn)原理:植物細(xì)胞一般具有全能性。在一定的激素和營(yíng)養(yǎng)等條件的誘導(dǎo)下，已經(jīng)分化的細(xì)胞可以經(jīng)過(guò)脫分化，即失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞，進(jìn)而形成不定形的薄壁組織團(tuán)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(guò)程稱為再分化。植物激素中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素，它們的濃度、比例等都會(huì)影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。將愈傷組織接種到含有特定激素的培養(yǎng)基上，就可以誘導(dǎo)其再分化成胚狀體，長(zhǎng)出芽和根，進(jìn)而發(fā)育成完整的植株。

②方法步驟

a.用酒精擦拭雙手和超凈工作臺(tái)臺(tái)面。將流水充分沖洗后的外植體(幼嫩的莖段)用酒精消毒30s，然后立即用無(wú)菌水清洗2-3次;再用次氯酸鈉溶液處理30min后，立即用無(wú)菌水清洗2-3次。

b.將消過(guò)毒的外植體置于無(wú)菌的培養(yǎng)皿中，用無(wú)菌濾紙吸去表面的水分。將外植體切成0.5-1cm長(zhǎng)的小段。

c.在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3-1/2插人誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上作好標(biāo)記。d.將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于18-22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在培養(yǎng)過(guò)程中，定期觀察和記錄愈傷組織的生長(zhǎng)情況。

e.培養(yǎng)15-20d后，將生長(zhǎng)良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽(芽、根)的培養(yǎng)基上，長(zhǎng)出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根(芽、根)的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。

f.移裁.

③注意

a.實(shí)驗(yàn)中使用的培養(yǎng)基和所有的器械都要滅菌(消毒、滅菌)。接種操作必須在酒精燈火焰旁進(jìn)行，并且每次使用后的器械都要滅菌(消毒、滅菌)。

b.接種時(shí)注意外植體的方向,不能(能、不能)倒插。

c.誘導(dǎo)愈傷組織期間一般不需要(需要、不需要)光照，在后續(xù)的培養(yǎng)過(guò)程中，

每日需要(需要、不需要)給予適當(dāng)時(shí)間和強(qiáng)度的光照。④結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

4.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

(1)概念:是指將不同來(lái)源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。原因:番茄和馬鈴薯兩種生物之間存在著生殖隔離，不能(能、不能)用傳統(tǒng)的有性雜交的方法得到雜種后代。

(3)過(guò)程:進(jìn)行體細(xì)胞雜交之前，必須先利用纖維素酶和果膠酶去除這層細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)

體。人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法基本可以分為兩大類即物理法和化學(xué)法。物理法包括電融

合法、離心法等;化學(xué)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(xì)胞再經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)可形成愈傷組織，并可進(jìn)一步發(fā)育成完整的雜種植株。意義：打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種等。

(5)“番茄--馬鈴薯”雜種植株沒(méi)有地上結(jié)番茄，地下長(zhǎng)馬鈴薯，可能的原因是基因表達(dá)之間是相互調(diào)控，相互影響的，雜種植物含兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，基因表達(dá)時(shí)受到相互干擾(合理即可)。

二、植物細(xì)胞工程的應(yīng)用

1.植物繁殖的新途徑

(1)快速繁殖：快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)，被人們形象地稱為植物的快速繁殖技術(shù)，也叫作微型繁殖技術(shù)?？焖俜敝车膬?yōu)點(diǎn)是可以高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖，還可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。

(2)作物脫毒：馬鈴薯、草莓和香蕉等通常是用無(wú)性(有性、無(wú)性)繁殖的方式進(jìn)行繁殖的。病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。植物頂端分生區(qū)附近(如(莖尖)的病毒極少，甚至無(wú)病毒，切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒(脫毒、抗病毒)苗。2.作物新品種的培育

(1)單倍體育種：?jiǎn)伪扼w育種可以先通過(guò)花藥(或花粉)培養(yǎng)獲得單倍體植株，然后用秋水仙素或低溫誘導(dǎo)染色體加倍，就能培育出遺傳性狀相對(duì)穩(wěn)定的純合二倍體植株，單倍體育種的優(yōu)點(diǎn)是縮短了育種的年限，節(jié)約人力和物力。在單倍體育種領(lǐng)域，我國(guó)科學(xué)家作出了突出貢獻(xiàn)，成功地培育出世界上第一個(gè)單倍體作物新品種單育1號(hào)煙草。

(2)突變體的利用：在植物的組織培養(yǎng)過(guò)程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此它們?nèi)菀资艿脚囵B(yǎng)條件和誘變因素(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。從產(chǎn)生突變的個(gè)體中可以篩選出對(duì)人們有用的突變體，進(jìn)而培育成新品種(品種、物種)。

3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：(1)初生(初生、次生)代謝是生物生長(zhǎng)和生存所必需的代謝活動(dòng)，在整個(gè)生命過(guò)程中它是(是、

不是)一直進(jìn)行著。糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等屬于初生(初生、次生)代謝物。次生(初生、次生)代謝不是生物生長(zhǎng)所必需的，一般在特定的組織或器官中，并在一定的環(huán)境和時(shí)間條件下才進(jìn)行。(2)植物代謝會(huì)產(chǎn)生一些一般認(rèn)為不是植物基本的生命活動(dòng)所必需的產(chǎn)物即次生(初生、次生)代謝物。次生代謝物是一類小分子(小分子、大分子)有機(jī)化合物，在植物抗病、抗蟲等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來(lái)源。由于植物細(xì)胞的該代謝物含量很低(低、高)，人們期望利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)獲得目標(biāo)產(chǎn)物，這個(gè)過(guò)程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。植物細(xì)胞培養(yǎng)是指在離體條件下對(duì)單個(gè)植物細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。植物細(xì)胞培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)是它不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制，對(duì)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

(3)紫草寧是從紫草細(xì)胞中提取的一種藥物和色素，

具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性。紫杉醇是存在于紅豆杉屬植物體內(nèi)的一種次生(初生、次生)代謝物，具有高抗癌活性，現(xiàn)在已被廣泛用于乳腺癌等癌癥的治療。利用人參細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)生產(chǎn)人參中重要的活性成分--人參皂苷。

第2節(jié)動(dòng)物細(xì)胞工程

(建議60分鐘)

1.動(dòng)物細(xì)胞工程常用的技術(shù)包括動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物細(xì)胞融合和動(dòng)物細(xì)胞核移植等，其中動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是動(dòng)物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)。

2.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)

(1)概念:是指從動(dòng)物體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個(gè)細(xì)胞，然后在適宜的培養(yǎng)條件下，讓這些細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的技術(shù)。

(2）動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的條件

①營(yíng)養(yǎng)：細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)，培養(yǎng)基中應(yīng)含有細(xì)胞所需要的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。將細(xì)胞所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量嚴(yán)格配制而成的培養(yǎng)基，稱為合成(選擇、合成)培養(yǎng)基。由于人們對(duì)細(xì)胞所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)尚未全部研究清楚，因此在使用該培養(yǎng)基時(shí)，通常需要加人血清等一些天然成分。培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞一般使用液體(固體、液體)培養(yǎng)基，也稱為培養(yǎng)液。

②無(wú)菌、無(wú)毒的環(huán)境:在體外培養(yǎng)細(xì)胞時(shí)，即需要對(duì)培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進(jìn)行滅菌(消毒、滅菌)處理以及在無(wú)菌(消毒、無(wú)菌)環(huán)境下進(jìn)行操作。培養(yǎng)液還需要定期更換，目的是清除代謝物，防止細(xì)胞代謝物積累對(duì)細(xì)胞自身造成危害。

③溫度、pH和滲透壓：哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的溫度多以36.5+或-0.5℃為宜。多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞生存的適宜pH為7.2-7.4。此外，滲透壓也是動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中需要考慮的一個(gè)重要環(huán)境參數(shù)。

④氣體環(huán)境:動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)所需氣體主要有02和CO2。O2是細(xì)胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，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混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。(3)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過(guò)程

在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，首先要對(duì)新鮮取材的動(dòng)物組織進(jìn)行處理，或用機(jī)械的方法，或用胰蛋白酶、

膠原蛋白酶等處理一段時(shí)間，將組織分散成單個(gè)細(xì)胞。制成細(xì)胞懸液，再將細(xì)胞懸液放人培養(yǎng)皿或培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)，置于適宜環(huán)境中培養(yǎng)。體外培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞可以分為兩大類:一類細(xì)胞能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長(zhǎng)增殖;另一類則需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長(zhǎng)增殖，大多數(shù)(少數(shù)、大多數(shù))細(xì)胞屬于這種類型，這類細(xì)胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞貼壁。懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞會(huì)因細(xì)胞密度過(guò)大、有代謝物積累和培養(yǎng)液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏等因素而分裂受阻。貼壁細(xì)胞在生長(zhǎng)增殖時(shí)，除受上述因素的影響外，還會(huì)發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象，即當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長(zhǎng)到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞通常會(huì)停止分裂增殖。這時(shí)就需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分瓶培養(yǎng)，讓細(xì)胞繼續(xù)增殖。人們通常將分瓶之前的細(xì)胞培養(yǎng)，即動(dòng)物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)稱為原代(原代、傳代)培養(yǎng)，將分瓶后的細(xì)胞培養(yǎng)稱為傳代(原代、傳代)培養(yǎng)。在進(jìn)行傳代培養(yǎng)時(shí)，懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞直接用離心法收集；貼壁細(xì)胞需要重新用胰蛋白酶等處理，使之分散成單個(gè)細(xì)胞，然后再用離心法收集。之后，將收集的細(xì)胞制成細(xì)胞懸液，分瓶培養(yǎng)。

(4)有關(guān)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的問(wèn)題

①幼齡動(dòng)物的細(xì)胞與老齡動(dòng)物的細(xì)胞比較，分化程度低(低、高)的幼齡細(xì)胞更易于培養(yǎng)，原因是幼齡動(dòng)物細(xì)胞增殖能力強(qiáng)，有絲分裂旺盛，即分化程度越低的細(xì)胞，其增殖能力就越強(qiáng)。

②植物組織培養(yǎng)和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)比較:相同點(diǎn):都需人工條件下的無(wú)菌操作;都需要適宜的溫度、pH等條件;都進(jìn)行有絲分裂。

不同點(diǎn):培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)基的性質(zhì)(植物組織培養(yǎng)是固體培養(yǎng)基，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是液體培養(yǎng)基)、最終結(jié)果不同(植物組織培養(yǎng)最終產(chǎn)生新個(gè)體，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是產(chǎn)生大量的細(xì)胞)。

3.干細(xì)胞培養(yǎng)

(1)干細(xì)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(xì)胞和成體干細(xì)胞等。

(2)

胚胎干細(xì)胞(簡(jiǎn)稱ES細(xì)胞)存在于早期胚胎中，具有分化為成年動(dòng)物體內(nèi)的任何一種類型

的細(xì)胞，并進(jìn)一步形成機(jī)體的所有組織和器官甚至個(gè)體的潛能。ES(胚胎干)細(xì)胞可以在體外分化成心肌細(xì)胞、神經(jīng)元和造血干細(xì)胞等細(xì)胞。成體干細(xì)胞是成體組織或器官內(nèi)的干細(xì)胞，包括骨髓中的造血干細(xì)胞、神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)干細(xì)胞和睪丸中的精原干細(xì)胞等。一般認(rèn)為，成體干細(xì)胞具有組織特異性，只能分化成特定的細(xì)胞或組織，不具有發(fā)育成完整個(gè)體的能力。造血干細(xì)胞是發(fā)現(xiàn)最早、研究最多、應(yīng)用也最為成熟的一類成體干細(xì)胞，主要存在于成體的骨髓、外周血和臍帶血中。干細(xì)胞的應(yīng)用:與組織、器官的發(fā)育、再生和修復(fù)等密切相關(guān)，因而在醫(yī)學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用。

5.胚胎干細(xì)胞必須從胚胎中獲取，這涉及倫理問(wèn)題，因而限制了它在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。2006年，科學(xué)家通過(guò)體外誘導(dǎo)小鼠成纖維細(xì)胞，獲得了類似胚胎干細(xì)胞的種細(xì)胞，將它稱為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(簡(jiǎn)稱iPS細(xì)胞)，并用iPS細(xì)胞治療了小鼠的鐮狀細(xì)胞貧血。因?yàn)檎T導(dǎo)過(guò)程無(wú)須破壞胚胎，而且iPS細(xì)胞可以來(lái)源于病人自身的體細(xì)胞，將它移植回病人體內(nèi)后，理論上可以避免免疫排斥反應(yīng)。

二.動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)與單克隆抗體

1.動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)

(1)概念:就是使兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)物細(xì)胞結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞的技術(shù)。融合后形成的雜交細(xì)胞具有原來(lái)兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的遺傳信息。

(2)方法:誘導(dǎo)動(dòng)物細(xì)胞融合的常用方法有PEG融合法、電融合法和滅活病毒誘導(dǎo)法等。

(3)意義:細(xì)胞融合技術(shù)突破了有性雜交的局限，使遠(yuǎn)緣雜交成為可能。成為研究細(xì)胞遺傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和培育生物新品種等的重要手段，特別是利用雜交瘤技術(shù)，為制造單克隆抗體開辟了新途徑。2.單克隆抗體

(1)局限:早期人們?yōu)榱双@得抗體，就向動(dòng)物體內(nèi)反復(fù)注射某種抗原，使動(dòng)物產(chǎn)生抗體，然后從動(dòng)物血清中分離所需抗體。用這種方法制備的抗體的特點(diǎn)是不僅產(chǎn)量低、純度低，而且特異性差。

(2)設(shè)想:每一個(gè)B淋巴細(xì)胞分泌一種(一種、多種)抗體。把一種B淋巴細(xì)胞與能在體外大量增

殖的骨髓瘤細(xì)胞融合，得到雜交瘤細(xì)胞，該細(xì)胞的特點(diǎn)是既能迅速大量增殖，又能產(chǎn)生足夠數(shù)量的特定抗體。

(3)過(guò)程:用特定的抗原對(duì)小鼠進(jìn)行免疫，并從該小鼠的脾中得到能產(chǎn)生特定抗體的B淋巴細(xì)胞；培養(yǎng)骨髓瘤細(xì)胞；讓多種B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞進(jìn)行融合；用特定的選擇培養(yǎng)基篩選出多種雜交瘤細(xì)胞，在該培養(yǎng)基上未融合的親本細(xì)胞和融合的具有同種核的細(xì)胞都會(huì)死亡，只有融合的多種雜交瘤細(xì)胞才能生長(zhǎng)；經(jīng)選擇雜交瘤細(xì)胞進(jìn)行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測(cè)，經(jīng)多次篩選，就可獲得足夠數(shù)量的能分泌所需抗體的細(xì)胞；將抗體檢測(cè)呈陽(yáng)性的雜交瘤細(xì)胞在體外條件下大規(guī)模培養(yǎng)或注射到小鼠腹腔內(nèi)增殖；從細(xì)胞培養(yǎng)液或小鼠腹水中獲取大量的單克隆抗體。2.(1)(4)單克隆抗體的應(yīng)用

①特點(diǎn):單克隆抗體能準(zhǔn)確地識(shí)別抗原的細(xì)微差異，與特定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，并且可以大量制備，因此被廣泛用作診斷試劑，在多種疾病的診斷和病原體鑒定中發(fā)揮重要的作用。例如，利用同位素或熒光標(biāo)記的單克隆抗體在特定組織中成像的技術(shù)，可定位診斷腫瘤、心血管畸形等疾病。

②用抗人絨毛膜促性腺激素單克隆抗體做成的“早孕診斷試?yán)小?，可以避免平婦在不知道妊派的情況下因服用藥物而對(duì)胎兒造成不利影響，該方法松金測(cè)的準(zhǔn)確率在90%以上。

③抗體-藥物偶聯(lián)物(ADC)通過(guò)將細(xì)胞毒系與能特異性識(shí)別腫瘤抗原的單克隆抗體結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤細(xì)胞的選擇性殺傷。ADC通常由抗體、接頭和藥物(如細(xì)胞毒素)三部分組成，它的作用機(jī)制是ADC被細(xì)胞吞噬進(jìn)人溶酶體中，溶酶體裂解，釋放藥物，細(xì)胞凋亡。除了細(xì)胞毒素，可以作為ADC偶聯(lián)的藥物還有化學(xué)藥物、放射性同位素等。ADC在臨床應(yīng)用上具有能將藥物定向的帶到癌細(xì)胞所在位置，在原位殺死癌細(xì)胞優(yōu)勢(shì)。

④單克隆抗體除了可以運(yùn)載藥物外，本身能(能、不能)用于治療疾病。

3.滅活是指用物理或化學(xué)手段使病毒或細(xì)菌失去感染能力。但并不破壞它們的抗原結(jié)構(gòu)。

滅活病毒誘導(dǎo)細(xì)胞融合的原理是：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能夠與細(xì)胞膜上的糖蛋白發(fā)生作用，使細(xì)胞互相凝聚，細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子和脂質(zhì)分子重新排布，細(xì)胞膜打開，細(xì)胞發(fā)生融合。

三、動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物

1.動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)是指將動(dòng)物一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核移人去核的卵母細(xì)胞中，使這個(gè)重新組合的細(xì)胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動(dòng)物個(gè)體的技術(shù)。

2.哺乳動(dòng)物核移植可以分為胚胎細(xì)胞核移植和體細(xì)胞核移植。其中胚胎細(xì)胞分化程度低，表現(xiàn)全能性相對(duì)容易，動(dòng)物體細(xì)胞核移植中，非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的體細(xì)胞核移植非常困難。主要原因一方面是供體細(xì)胞的細(xì)胞核在去核卵母細(xì)胞中不能完全恢復(fù)其分化前的功能狀態(tài)，這導(dǎo)致了胚胎發(fā)育率低；另一方面是對(duì)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物胚胎進(jìn)行操作的技術(shù)尚不完善。

3.體細(xì)胞核移植的過(guò)程從屠宰場(chǎng)收集牛卵巢，采集卵母細(xì)胞，用該細(xì)胞的原因是體積大，易操作，含有促進(jìn)細(xì)胞核全能性表達(dá)的物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)條件，在體外培養(yǎng)到MII期通過(guò)顯微操作去核。該細(xì)胞中的“核”其實(shí)是紡錘體--染色體復(fù)合物。文中所說(shuō)的“去核”是去除紡錘體--染色體復(fù)合物。

(2)從供體高產(chǎn)奶牛身體上取體細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，將供體細(xì)胞注人去核的卵母細(xì)胞。通過(guò)電融合法使兩細(xì)胞融合，供體核進(jìn)人卵母細(xì)胞，形成重構(gòu)胚。重構(gòu)胚是指人工重新構(gòu)建的胚胎，具有發(fā)育成完整個(gè)體的能力。用物理或化學(xué)方法(如電刺激、Ca2+

載體、乙醇和蛋白酶合成抑制劑等)激活重構(gòu)胚，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程，將胚胎移人受體(代孕)母牛體內(nèi)生出與供體奶牛遺傳物質(zhì)基本(基本、完全)相同的犢牛。

4.有關(guān)體細(xì)胞核移植的問(wèn)題①在將體細(xì)胞的核移植到卵母細(xì)胞之前，先對(duì)卵母細(xì)胞進(jìn)行去核操作的原因是使核移植的胚胎或動(dòng)物的遺傳物質(zhì)幾乎全部來(lái)自有重要利用價(jià)值的供體動(dòng)物提供的體細(xì)胞。

②用上述體細(xì)胞核移植技術(shù)培育的克隆動(dòng)物，不是(是、不是)對(duì)體細(xì)胞供體動(dòng)物進(jìn)行了100%的復(fù)制，原因是核基因來(lái)自于供核動(dòng)物，質(zhì)基因主要來(lái)源于受體細(xì)胞:性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果;克隆動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中可能發(fā)生基因突變，產(chǎn)生供核動(dòng)物沒(méi)有的性狀。5.體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用前景

①在畜牧生產(chǎn)中，利用體細(xì)胞核移植技術(shù)，可以加速家畜遺傳改良進(jìn)程、促進(jìn)優(yōu)良畜群繁育。

②在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域，通過(guò)建立轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞系，再利用體細(xì)胞核移植技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物可以作為生物反應(yīng)器，生產(chǎn)許多珍貴的醫(yī)用蛋白。

③在治療人類疾病時(shí)，轉(zhuǎn)基因克隆動(dòng)物的細(xì)胞、組織或器官可以作為異種移植的供體。

④以患者作為供體培有的人核移植胚胎干細(xì)胞，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)分化能形成相應(yīng)的細(xì)胞、組織或器官，將它們移植給患者時(shí)可以避免免疫排斥反應(yīng)。

6.體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問(wèn)題:該技術(shù)的成功率非常低，各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)也有待進(jìn)一步改進(jìn)。絕大多數(shù)克隆動(dòng)物存在健康問(wèn)題，許多克隆動(dòng)物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷，如體型過(guò)大、異常肥胖、發(fā)育困難、臟器缺陷和免疫失調(diào)等。

7.目前動(dòng)物細(xì)胞核移植技術(shù)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(shí)間照射和化學(xué)物質(zhì)處理等方法。這些方法是在沒(méi)有穿透卵母細(xì)胞透明帶的情況下去核或使其中的DNA變性。

第3節(jié)胚胎工程(建議25分鐘)

一、胚胎工程的理論基礎(chǔ)

1.胚胎工程:是指.對(duì)生殖細(xì)胞、受精卵或早期胚胎細(xì)胞進(jìn)行多種顯微操作和處理，然后將獲得的胚胎移植到雌性動(dòng)物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。胚胎工程技術(shù)包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等。

2.受精:精子與卵子結(jié)合形成合子(即受精卵)的過(guò)程，包括受精前的準(zhǔn)備階段和受精階段。在自然條件下，哺乳動(dòng)物的受精在輸卵管內(nèi)完成。

(1)準(zhǔn)備階段1--精子獲能：精子必須在雌性動(dòng)物的生殖道發(fā)生相應(yīng)的生理變化后，才能獲得受精能力，這一生理現(xiàn)象稱為“精子獲能”。使精子獲能的方法有直接利用雌性動(dòng)物的生殖道使精子獲能;將精子培養(yǎng)在人工配制的獲能液中使其獲能等。其成分因動(dòng)物種類不同而有所差異，常見的有效成分有肝素、Ca2+載體等

(2)準(zhǔn)備階段2--卵子的準(zhǔn)備:動(dòng)物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初級(jí)卵母細(xì)胞，如馬、犬等;有的可能是次級(jí)卵母細(xì)胞，如豬、羊等。但它們都要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，到MII期時(shí)，才具備與精子受精的能力。(3)受精階段:獲能精子與卵子相遇時(shí)，首先它釋放出多種酶，以溶解卵細(xì)胞膜外的一些構(gòu)，同時(shí)借助自身的運(yùn)動(dòng)接觸卵細(xì)胞膜。在精子觸及卵細(xì)胞膜的瞬間，透明帶會(huì)迅速發(fā)生生理反應(yīng)，阻止后來(lái)的精子進(jìn)人透明帶。然后精子人卵，精子人卵后，卵細(xì)胞膜也會(huì)立即發(fā)生生理反應(yīng)，拒絕其他精子再進(jìn)人卵內(nèi)。精子人卵后，尾部脫離，原有的核膜破裂并形成一個(gè)新的核膜，最后形成一個(gè)比原來(lái)精子的核還大的核，叫作雄原核。與此同時(shí)，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。兩核充分發(fā)育后，相向移動(dòng)，彼此靠近，核膜消失。這個(gè)含有兩個(gè)染色體組的合子就是受精卵。

3.胚胎早期發(fā)育:受精卵形成后即在輸卵管內(nèi)進(jìn)行有絲分裂，開始發(fā)育。胚胎發(fā)育早期，有一

段時(shí)間是在透明帶內(nèi)進(jìn)行分裂，細(xì)胞的數(shù)量不斷增加，胚胎的總體積不增加(增加、不增加)，這種受精卵的早期分裂稱為卵裂。

4.根據(jù)胚胎形態(tài)的變化，早期發(fā)育的胚胎分為以下幾個(gè)階段。

①桑葚胚:當(dāng)卵裂產(chǎn)生的子細(xì)胞逐漸形成致密的細(xì)胞團(tuán)，形似桑葚時(shí)，這時(shí)的胚胎稱為桑葚胚。

②囊胚:胚胎進(jìn)一步發(fā)育，細(xì)胞逐漸分化。聚集在胚胎一端的細(xì)胞形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，將來(lái)發(fā)育成胎兒的各種組織；而沿透明帶內(nèi)壁擴(kuò)展和排列的細(xì)胞，稱為滋養(yǎng)層細(xì)胞，它們將來(lái)發(fā)育成胎膜和胎盤。隨著胚胎的進(jìn)一步發(fā)育，胚胎的內(nèi)部出現(xiàn)了含有液體的腔叫囊胚腔，這個(gè)時(shí)期的胚胎叫作囊胚。囊胚進(jìn)一步擴(kuò)大，會(huì)導(dǎo)致透明帶破裂，胚胎從其中伸展出來(lái)，這一過(guò)程叫作孵化。③原腸胚:囊胚孵化后，將發(fā)育形成原腸胚。原腸胚表面的細(xì)胞層為外(內(nèi)、中、外)胚層，向內(nèi)遷移的細(xì)胞形成內(nèi)(內(nèi)、中、外)胚層。隨著發(fā)育的進(jìn)行，一部分細(xì)胞還會(huì)在內(nèi)、外兩個(gè)胚層之間形成中(內(nèi)、中、外)胚層。這三個(gè)胚層將逐漸分化形成各種組織、器官等。

5.多數(shù)哺乳動(dòng)物的第一極體不進(jìn)行減數(shù)分裂II,因而不會(huì)形成兩個(gè)第二極體。在實(shí)際胚胎工程操作中，常以觀察到兩個(gè)極體或者雌、雄原核作為受精的標(biāo)志。

二、胚胎工程技術(shù)及其應(yīng)用

1.體外受精:試管動(dòng)物是通過(guò)人工操作使卵子在體外受精，經(jīng)培養(yǎng)發(fā)育為早期胚胎后，再進(jìn)行移植產(chǎn)生的個(gè)體。哺乳動(dòng)物的體外受精技術(shù)主要包括卵母細(xì)胞的采集、精子的獲取和受精等步驟。采集到的卵母細(xì)胞和精子，要分別在體外進(jìn)行成熟培養(yǎng)和獲能處理，然后才能用于體外受精。體外受精技術(shù)是提高動(dòng)物繁殖能力的有效措施，還可以為胚胎移植提供可用的胚胎。

2.胚胎移植:是指將通過(guò)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(dòng)物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個(gè)體的技術(shù)。其中提供胚胎的個(gè)體稱為“供體”，接受胚胎的個(gè)體叫“受體”。通過(guò)任何.項(xiàng)技術(shù)(如轉(zhuǎn)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。牛的胚胎移植技術(shù)較為成熟，羊的胚胎移植效率比奶牛還要高。以家畜的胚胎移植為例，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。

優(yōu)良供體母牛(__①）受體母牛（②）

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↓進(jìn)行③處理↓

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用___④激素進(jìn)行⑤處理受體發(fā)情

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