高考生物三轮复习回归教材 ：选择性必修3之细胞工程

高考生物三轮复习回归教材：选择性必修3之细胞工程

细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。植物细胞工程：植物组织培养、植物体细胞杂交

动物细胞工程：动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植

第1节植物细胞工程

一、植物组织培养

（一）原理

1、细胞的全能性：

①定义：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。②在植物体内，细胞只能表现出分化现象，不能表现出全能性。③细胞分化的根本原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。④细胞表现出全能性的根本原因：细胞中含有一种生物的全部遗传物质。

2、植物激素的调节

植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。

（二）过程

1、植物组织培养的一般的过程

离体的植物器官、组织、细胞

脱分化（失去其特有的结构和功能、转变成未分化的细胞的过程）

再分化（先诱导生芽；再诱导生根）

试管苗

移栽

植株

2、菊花的组织培养过程

菊花的幼茎段（外植体）：消毒（①流水冲洗②酒精消毒（30s）③无菌水冲洗④次氯酸钠溶液（30min）⑤无菌水冲洗）、切段、接种（不要倒插，形态学上端在上）、封瓶口脱分化（脱分化培养基；18~22℃；避光）

再分化（先诱导生芽；再诱导生根）；每日适当时间和强度的光照

植株

二、植物体细胞杂交

（一）原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性

（二）过程

制备原生质体（纤维素酶和果胶酶）、诱导原生质体融合（物理法：电融合法、离心法；化学法：聚乙二醇（PEG）融合法高Ca2+-高pH融合法）、再生出细胞壁、把杂种细胞培育成杂种植物、选择与移栽（三）意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种

三、植物细胞工程的应用

（一）植物繁殖的新途径

1、快速繁殖：又叫微型繁殖技术。①高效、快速地实现种苗的大量繁殖，②保持优良品种的遗传特性

2、作物脱毒

原理：植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒

（二）作物新品种的培育

1、单倍体育种

做法：花药离体培养，用秋水仙素处理单倍体幼苗使染色体数加倍

优点：①极大地缩短了育种的年限。②由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。

2、突变体的利用

对组织培养细胞进行诱变处理，从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。（三）细胞产物的工厂化生产

初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。

次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。次生代谢物是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等），在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。例如：紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。

第2节动物细胞工程

一、动物细胞培养

1.概念：动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术

2.条件

营养：细胞在体外培养时，培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质。将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基，称为合成培养基。由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚，因此在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分。培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。

无菌、无毒的环境：无菌：对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。无毒：还需要定期更换培养液，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。

温度、pH和渗透压：哺乳动物细胞培养：36.5±0.5℃为宜。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。

气体环境：动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2。O2是细胞代谢所必需的。CO2的主要作用是维持培养液的pH。（置于含有95%空气和5% CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养）

3.过程

动物组织

用机械方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理

细胞悬液

CO2培养箱，初次培养

原代培养

用胰蛋白酶处理后，分瓶培养

传代培养

细胞贴壁：多数细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，因此，贴附在培养瓶的瓶壁上

（另一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖）

接触抑制：贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖

①多数细胞有细胞贴壁现象，少数能悬浮在培养液中生长

②正常细胞都会停止分裂：悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素的影响外，还会发生接触抑制现象

③细胞的收集：悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养