(二)细胞工程的综合复习
细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法,通过某种工程学手段,在细胞整体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技术科学。
1.细胞培养技术一条件:无菌操作
(1)植物组织培养
①愈伤组织特点:排列疏松无规则、高度液泡化、无定形的未分化的薄壁细胞。
②组织培养优点:取材少、培养周期短、繁殖率高、便于自动化管理。
③组织培养用途:快速繁殖名贵的花卉和果树;培育无病毒植物(采用根尖、茎尖组织);获得植物细胞产品;制成人工种子以及转基因植物的培育等。
④植物细胞培养的原理/理论基础:细胞的全能性,属于无性繁殖。
(2)动物细胞培养
①培养液的成分:葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清(类似于内环境成分)。
②动物细胞生长特点:贴壁生长直至贴满即停止分裂,大部分死亡、少部分生存。
③细胞培养用途:生产蛋白制品(如疫苗、干扰素、单抗等);再造烧伤病人的皮肤;检测毒物毒性;研究病理和药理。
④动物细胞培养的原理/理论基础:细胞增殖。
⑤原代培养、传代培养、细胞株、细胞系及其关系
原代培养:可用有两种表述:①细胞悬浮液第一次在瓶中培养,没有分瓶培养之前的细胞培养;②第1代细胞的培养与传10代以内的细胞培养统称为原代培养。两种表述没有本质区别。
传代培养:同样有两种表述:①细胞悬浮液培养一段时间后,分瓶再进行的细胞培养;②传10代以后的细胞培养,统称为传代培养。
细胞株:原代培养的细胞一般传至10代左右会出现生长停滞,衰老死亡,少数度过“危机”的细胞能传40-50代,形成细胞株。细胞株的遗传物质并没有发生改变。
细胞系:细胞株传至50代以后,会出现第二次危机,少数度过第二次危机的细胞能够无限制传下去,形成细胞系。细胞系的遗传物质发生了改变,带有癌变细胞的特点。
(3)动、植物细胞培养的对比
|
项 目 |
理论基础/原理 |
培养基 |
结果 |
用途 |
|
|
区别 |
植物组织培养 |
细胞的全能性 |
固体或半固体培养基;植物激素 |
子代植株 |
见上述 |
|
动物细胞培养 |
细胞增殖 |
液体培养基;动物血清 |
细胞株或细胞系 |
见上述 |
|
|
联系 |
都需要人工条件下的无菌操作 |
2.细胞融合技术
植物体细胞杂交操作过程
(1)原生质体制备:选取烟草植株上的幼嫩叶片细胞和培养好的大豆根尖细胞,用酶解法制备原生质体。烟草的原生质体呈绿色,大豆是无色,在显微镜下很容易区别开来。
(2)原生质体融合:取等量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黏集在一起。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,使其再生出细胞壁。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方法。
(4)杂种植株的再生与鉴定:杂种植株再生是指以愈伤组织培养出杂种植株的过程。由于烟草和大豆分别属于茄科和豆科植物,二者的原生质体融合后,至今只能长成杂种愈伤组织,还不能分化,更谈不上杂种植株的再生与鉴定。对于能够再生出杂种植株的烟草-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。
单克隆抗体
(1)单克隆抗体的概念:单克隆抗体是相对血清抗体而言的。血清抗体是将抗原反复注射到动物体内,然后从血清中获得抗体,其特点为:产量低,特异性差,纯度低,不灵敏。而单克隆抗体则是由效应B淋巴细胞产生的化学性质单一、特异性强的抗体。
(2)操作过程:
①取材:反复将特定抗原注入小鼠体内,取出小鼠的脾脏,制成B淋巴细胞悬浮液,同样将取出的骨髓瘤细胞也制作成细胞悬浮液。
②细胞融合:将两种悬浮液混合,加入灭活的仙台病毒或聚乙二醇诱导融合。
③选出杂交瘤细胞:在特定的选择性培养基中进行筛选,筛选出B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞。
④选出能够产生所需抗体的细胞群:对杂交瘤细胞进行培养,在从中挑选出能够产生所需抗体的细胞群。
⑤生产单克隆抗体:培养上述选出的细胞群,在获得足够数量的细胞后,将细胞在体外条件下大规模培养或注射到小鼠腹腔内增殖,再从培养液或小鼠的腹水中提取大量的单克隆抗体。两者区别如下:
|
|
植物细胞杂交(番茄马铃薯植侏) |
动物细胞融合(单克隆抗体制备) |
|
|
过 程 |
第1步 |
原生质体的制备(酶解法) |
正常小鼠的处理(注射灭活抗原) |
|
第2步 |
原生质体的融合(物化法) |
动物细胞融合(物化生法) |
|
|
第3步 |
杂种细胞的筛选和培养 |
杂交瘤细胞的筛选和培养 |
|
|
第4步 |
杂种植株鉴定 |
提纯单克隆抗体(特异性强、灵敏度高) |
|
|
原理/理论基础 |
细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 |
细胞膜的流动性、细胞增殖 |
|
|
融合前处理 |
酶解法除去细胞壁:纤维素酶、果胶酶 |
注射特定抗原法免疫处理正常小鼠 |
|
|
促融因子 |
物理法:电刺激、离心、振动 化学法:聚乙二醇 |
物化法:与植物相同 生物法:灭活的仙台病毒 |
|
|
意义和用途 |
(1)克服有性远缘杂交不亲和性障碍 (2)培育作物新品种 |
有助于疾病的诊断、治疗、预防 |
3.胚胎(分割)移植技术--试管动物的繁育
(1)用于解决动物和人的不育问题;
(2)提高良种家畜的繁殖力;
(3)繁殖试管动物原理:细胞的全能性,属于有性生殖。
4.细胞拆合技术-细胞核移植技术/动物克隆技术
(1)细胞拆合的原理/理论基础:细胞核的全能性,属于无性繁殖。
(2)两种重要技术:细胞核移植、胚胎移植。
(3)受体细胞用去核卵细胞的原因:
①体积较大,便于操作;②使细胞核的全能性易表达。
(4)用途:快速繁殖良种、特异、濒危的动物;改良动物品种。
(5)局限性:克隆动物的细胞核基因型未变,因此只能繁殖单一性别的动物(后代也具有双亲遗传特性)。
5.总结
(1)细胞工程的理论基础和繁殖方法的比较
|
类别 项目 |
植物细胞工程 |
动物细胞工程 |
||||
|
细胞培养 |
体细胞杂交 |
细胞核移动 |
胚胎(分割)移植 |
细胞培养 |
细胞融合 |
|
|
繁殖方式 |
无性繁殖 |
有性繁殖 |
|
|||
|
原理/理论基础 |
细胞的全能性 |
细胞增殖 |
细胞膜的流动性 |
|||
(2)植物部分育种方式的比较
|
项目 |
自然种子 |
人工种子 |
植物体细胞杂交 |
转基因植物 |
|
繁殖方式 |
有性繁殖 |
无性繁殖 |
||
|
原理/理论基础 |
细胞的全能性 |
6.细胞工程的应用
(1) 采用植物组织培养技术可快速繁殖名贵的花卉和果树;培育无病毒植物(采用根尖、茎尖组织);获得植物细胞产品;制成人工种子以及转基因植物的培育等。另外花药离体培养即利用植物的花粉进行离体培养形成单倍体也属于组织培养。(繁殖方式属于有性生殖,技术手段属于无性繁殖过程)。
(2)植物体细胞杂交在克服有性远缘杂交不亲和性障碍和培育作物新品种方面取得重大突破。
(3)动物细胞培养用途:生产蛋白制品(如疫苗、干扰素、单抗等);再造烧伤病人的皮肤;检测毒物毒性;研究病理和药理
(4)单克隆抗体在疾病的诊断、治疗和预防方面优势很明显。
(5)胚胎(分割)移植技术:试管动物(婴儿)解决不育问题;提高良种家畜的繁殖力
(6)克隆动物 克隆技术在快速繁殖良种、治疗人类遗传病、抢救濒危物种和保护生物多样性等方面有广阔的应用前景。
|
内 容 |
说 明 |
能级要求 |
||
|
A |
B |
C |
||
|
1.基因工程简介 |
|
|
|
|
|
基因操作的工具 |
|
|
√ |
|
|
基因操作的基本步骤 |
|
|
√ |
|
|
基因工程的成果与发展前景 |
|
√ |
|
|
|
2.细胞工程 |
|
|
|
|
|
(1)植物细胞工程 |
|
|
|
|
|
植物细胞的全能性 |
|
|
√ |
|
|
植物组织培养 |
|
|
|
√ |
|
植物体细胞杂交 |
|
|
√ |
|
|
(2)动物细胞工程 |
|
|
|
|
|
动物细胞培养 |
|
|
√ |
|
|
动物细胞融合 |
|
|
√ |
|
|
单克隆抗体 |
|
|
√ |
|
|
3.发酵工程简介 |
|
|
|
|
|
应用发酵工程的生产实例 |
酶工程简介不作要求 |
|
√ |
|
|
发酵工程的概念和内容 |
以谷氨酸的发酵生产为例 |
√ |
|
|
|
发酵工程的应用 |
|
|
√ |
|