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1、细胞工程【本章知识框架】（1）过程如下：（2）应用举例：A快速繁殖；培养无病毒植株；制成人工种子；培育转基因植物；生产其他生物制品B改良作物新品种C生产生物制品；皮肤移植；检测有毒物质D哺乳类经济动物的经济价值，良种家畜的快速繁育。E制备单克隆抗体F克隆动物（鲤鲫移核鱼，克隆羊“多利”）G疾病的诊断、治疗和预防。【疑难精讲】1有关细胞的全能性问题（1）理论上：是生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能特性。指已经分化的细胞仍然具有发育的潜能。细胞全能性是细胞工程的理论基础。（2）表现上：一方面植物细胞中，高度分化的组织仍具有发育成完整植株的能力，也就是说仍保持着全能性。而动物细胞的全能性随
2、着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，分化潜能较窄，可是高度分化动物细胞的细胞核仍具有全能性。要想让体细胞的细胞核表现出全能性，需将核取出，放入去核的卵细胞中，构成重组细胞，然后重组细胞全能性表达得以实现。另一方面，就同一生物的不同细胞，细胞全能性也不同，受精卵全能性最高，其次是生殖细胞而体细胞全能性较低。（3）物质基础：生物体的每一个细胞都含有本物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。（4）细胞来源：生物体的细胞来源是通过有丝分裂形成的。有丝分裂的意义所在就是使子细胞（体细胞）与母细胞（受精卵）核内的基因相同。（5）实现条件：生物体内已分化的细胞并没有表达出全能性来，是
3、因为在生物体内基因的特异性表达。在个体发育的不同时期，不同部位的细胞基因的表达不同，只有脱离了原来的生物体而处于离体状态时，再供给一定的营养物质、激素及其他适宜条件，才可能表现出全能性。（6）应用举例：植物组织培养技术用于快速繁殖试管苗、培养无病毒植株、制人工种子等。花药离体培养用于单倍体育种，使育种质量与进程大大提高。2植物组织培养与动物细胞培养组织（或细胞）培养是将组织（或细胞）从生物体内取出，然后接种在特制的培养容器内，并给予必要的生长条件，使它们在体外继续生长和繁殖，甚至进一步分化发育成新个体。（1）植物组织培养是依据细胞的全能性原理，对离体的器官、组织或细胞脱分化和再分化从而培养成一
4、新植物体。在这个过程中通过细胞的增殖进而发生细胞的分化逐步产生不同的组织和器官，逐渐形成具有根、茎、叶的植物体。而动物细胞培养，依据的是细胞增殖原理，对动物胚胎或出生不久的幼龄动物器官或组织先进行分散处理，再进行细胞培养，从而培养成细胞株或细胞系，从而获得细胞的产品或细胞，而非动物体本身。（2）植物组织培养一般用固体培养基，培养基中包含植物生长和发育所需要的全部营养成分，如矿质元素、蔗糖、维生素及植物激素等，保证和促进离体组织生长，其中植物激素中有生长素和细胞分裂素等可很好的调节植物细胞的脱分化和再分化。一些有机添加剂如甘氨酸可促进细胞的再分化，琼脂则形成固体培养基利于生长。而动物细胞培养用液
5、体培养基，培养基中成分保证细胞的增殖和生长，其中含有葡萄糖、氨基酸、维生素、无机盐和动物血清等。总之，植物组织培养和动物细胞培养成功的关键取决于两个因素：一是营养，包括糖、氨基酸、维生素等。二是生长环境，如一定的温度，培养液的酸碱度和无菌条件等。（3）植物组织培养的主要目的是获得再生植株，实际应用大体有如下方面：无性生殖。广泛用于名贵花卉、蔬菜、树木和中草药的繁殖，是进行快速繁殖的有效手段。消除病害。用于从感染病毒的植物中获得无毒苗，从而达到增产的效果。合成次级代谢产物。有的植物可以合成有价值的化合物，象发酵工程那样利用工业反应器培养植物组织来制取一些次级代谢产物，可以创造很大的经济效益，如从
6、紫草愈伤组织中提取的紫草素。制成人工种子。人工种子是植物胚状体，可用以代替天然种子进行繁殖，解决了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低的问题，适用于工业化生产，胚状体中营养物质和激素等利于幼苗生长，提高作物产量。而高等动物的体细胞与植物细胞不同，在分化过程中逐渐失去了全能性，因此无法通过细胞培养产生新个体。目前动物细胞培养主要用于通过细胞培养获得细胞产品或细胞。利用动物细胞培养技术可生产疫苗、干扰素、激素及其他免疫试剂等细胞产品。还可以应用于临床医学，如通过对皮肤健康细胞进行细胞培养来获得大量的皮肤细胞用于大面积烧伤病人的皮肤移植等。现列表把主要区别进行比较：项目主要原理培养基结果培养目
7、的植物组织培养细胞全能性固体：营养物质、激素培育成植株快速繁殖培育无病毒植株动物细胞培养细胞增殖液体：营养物质、动物血清培育成细胞株或细胞系获得细胞或细胞产品等3植物体细胞杂交与动物细胞融合植物体细胞杂交与动物细胞的融合，都是在一定的条件下，将两个或多个细胞融合为一个细胞。该过程称细胞融合又称细胞杂交。两个细胞的融合过程可表示如下：（1）植物体细胞杂交是用两种不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培养成新植物体的方法。它是在原生质体培养技术的基础上，借用动物细胞融合方法发展起来的一门新型生物技术。植物体细胞的杂交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
8、种植株的再生与鉴定等环节。（2）植物体细胞杂交必须先脱去细胞壁而成为原生质体，有利于利用实验手段进行细胞杂交以及细胞器移植和大分子物质的引入。原生质体在培养中不能进行细胞分裂，只有再生出新的细胞壁后可持续分裂，形成愈伤组织进一步分化成具有根、茎、叶等器官的植物体。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，膜融合是细胞融合的关键，两个核的融合则是在杂种细胞第一次有丝分裂时进行的，而植物体细胞融合完成的标志是产生出新的细胞壁。（3）动物细胞融合与植物体细胞杂交的基本原理和方法类似但有所不同，诱导手段也不尽相同。动物细胞的融合过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合，在
9、这里细胞膜的融合仍是先导。因无细胞壁，经过不同方法诱导总是先诱导膜的融合。像诱导剂聚乙二醇能够有效的促进植物原生质体及动物细胞的融合，它的作用是强烈的吸水使蛋白质凝聚和沉淀。而灭活的病毒也常用于诱导动物细胞融合，其作用是使细胞发生集聚，在两个细胞间的病毒会同时感染两个细胞，使两个细胞间有了一个通道，细胞膜的融合也就开始了。就两者的有关区别列表比较：项目原理方法手段用途植物体细胞杂交细胞膜的流动性去细胞壁后诱导原生质体融合离心、振动、电刺激、聚乙二醇诱导获得杂种植株动物细胞融合细胞膜的流动性使细胞分散后诱导细胞融合（同上）再加上灭活的病毒诱导制备单克隆抗体4克隆技术的几个问题（1）何为克隆技术？
10、由英文“clone”音译而来，在生物学领域中克隆有分子、细胞、个体三个水平的不同含义。我们一般研究生物个体的克隆，该过程是一个完全的无性繁殖过程。（2）克隆体细胞的方法有哪些？方法一：利用细胞核移植技术，即将一个体细胞的细胞核与一个未受精的去核卵细胞结合，从理论上讲需要多少数量就可以克隆出多少数量的动物。不过该技术也有明显的弱点，如抽空的细胞内很可能尚存在某些不相关的物质，因此得到的克隆动物可能不是纯种（体现细胞核和细胞质共同作用的结果）。同时由于克隆动物携带的是成年动物的遗传物质，所以有可能未老先衰，如“多利”已于2003年2月被执行了安乐死，只有6岁，经检查它所患的多为老年羊的病（如肺病、
11、关节炎等）。另一方法就是胚胎分裂技术，也就是人造双胚胎技术。1999年底美国科学家应用此技术克隆出了灵长类动物恒河猴泰特拉。（3）克隆的意义又何在？在农业上，利用克隆技术培育出优质高产品种；在畜牧业利用家畜胚胎移植提高家畜产仔数和产奶量；在保护生物多样性方面利于保存和发展具有优良性状的生物，特别抢救濒危动物，通过体细胞移植来再现物种；在医学上，借助克隆技术“制造”人体的组织和器官供医学临床使用。（4）克隆面临的问题如何解决？利用“克隆人”作器官供体合不合乎人道？是否合法？经济是否合算？克隆人与被克隆人实质是存在年龄差的同胞胎，如何应付这种伦理关系等等。面对难以预料的社会、经济、伦理、道德后果，
12、需要相应的约束机制以保证克隆技术为人类服务。【学法指导】本部分内容需要3课时。1教材分析及学法指导本部分知识涉及的内容很广，主要以细胞（或组织）培养和细胞融合为技术手段，分别介绍了植物细胞工程和动物细胞工程的基本内容。综合性强，与农林业生产、花卉栽培、医疗卫生及与当代科学技术发展相结合。复习时，（1）要把握住重点。如植物组织培养、植物体细胞杂交和单克隆抗体等内容。（2）明确各知识间的联系。如植物体细胞杂交是在植物组织培养技术的基础上，借助动物细胞融合的方法发展起来的。动物细胞培养是其他动物细胞工程技术（如单克隆抗体、胚胎移植、核移植等）的基础，其价值更多的是通过其他技术成果来体现的，而动物细胞
13、融合技术目前较为成熟的最重要的用途便是制备单克隆抗体，那么单克隆抗体技术应属较高层次的动物细胞工程技术。（3）注意发挥教材的多功能性。深刻发掘教材的内涵，以知识学习为载体，培养知识迁移能力。课本上学习的一些技术手段取得的进展和尚未解决的问题，都会激发探索生命科学奥秘的兴趣，要认识到随着人们视野的不断拓宽，认识的不断加深，科学技术呈现出日臻完善的发展趋势。在复习过程中也要用发展的眼光看待问题、分析问题，不要拘泥于原有知识的限制，适度拓宽复习内容，扩大学生的知识面，开发学生的思维空间。2教学程序设计首先要复习细胞工程的基本原理，然后复习细胞工程的应用，再进一步精心设计有关问题，有意识地创设问题情境
14、，在探索中加深对该部分知识的理解和掌握。有关细胞工程的基本原理的复习可选择性总结如下：（1）细胞（或组织）培养：联系细胞的分化和无性生殖，复习细胞的全能性（概念、原因、条件等）比较植物细胞培养（原生质体培养、花药离体培养等）与动物细胞培养（从原理、培养基、培养目的等）（2）细胞融合：联系细胞膜的结构特点，细胞融合的关键等。比较植物体细胞杂交与动物细胞融合（从原理、融合方法等）（3）细胞重组：通过胚胎移植、核移植等内容，体会细胞重组的实质（无核细胞与核体融合后构成质核重组细胞）有关细胞工程的应用的复习可着重复习如下内容：（1）植物组织培养：回顾具体培养过程及该技术的应用。思考一些问题：如植物细胞
15、表现出全能性的必要条件是什么？愈伤组织有何特点？人工种子与普通种子的结构比较有哪些优点？单倍体育种的思路等。（2）植物体细胞杂交：图示并描述植物体细胞杂交过程。思考如下问题：本过程体现了哪些技术手段？融合后的杂种细胞内染色体组成有何特点？如何说明两细胞已经开始融合或融合完成？试找出该过程在哪些环节用到了植物组织培养技术？为什么融合细胞要筛选出其中的杂种细胞？植物体细胞杂交与有性杂交相比在育种方面有何优点等等。（3）单克隆抗体技术：表述单克隆抗体的制备过程。思考如下问题：本技术利用了哪些原理？（免疫原理、细胞融合原理及动物细胞培养原理）；什么是单克隆？（一个细胞进行多次繁殖形成的一个细胞群）；单克隆抗体与常规抗体相比有何优势？B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合前后各有什么作用？单克隆抗体的实验成功的意义何在？（4）胚胎移植技术与核移植技术：试管动物（婴儿）的培养过程。（略）克隆动物的过程。（略）【典型例题精讲】例1（2002年全国高考题）一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能A有选择地繁殖某一性别的家畜B繁殖家畜中的优秀个体C用于保存物种D改变
