2023年高考復(fù)習(xí)第2章 細(xì)胞工程 期末復(fù)習(xí)知識點(diǎn)總結(jié)【新教材】人教版高中生物選擇性必修三

第2章細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程1、植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)（原理）：細(xì)胞的全能性，即，具有某種生命全部遺傳信息的任何一個細(xì)胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。這也是為什么植物的一瓣花瓣就可培育出完整的植株的原因。理論上，生物的任何一個細(xì)胞都具有發(fā)育成完整植株的潛力。但是，在生物的生長發(fā)育過程中，細(xì)胞并不會表現(xiàn)出全能性，而是分化成各種組織和器官。這是因為，在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會有選擇性地表達(dá)出各種蛋白質(zhì)，從而構(gòu)成生物體的不同組織和器官。全能性表達(dá)的難易程度：受精卵＞生殖細(xì)胞＞干細(xì)胞＞體細(xì)胞；植物細(xì)胞＞動物細(xì)胞2、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)：植物組織培養(yǎng)技術(shù)3、植物組織培養(yǎng)技術(shù)（1）概念：植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，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)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。（2）過程：離體的植物器官、組織或細(xì)胞―――→愈傷組織―――→試管苗――→植物體（3）用途：微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。A、植物繁殖的新途徑：微型繁殖：可以高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖作物脫毒：采用莖尖組織培養(yǎng)來除去病毒（因為植物分生區(qū)附近的病毒極少或沒有）人工種子：以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)人工薄膜包裝得到的種子。優(yōu)點(diǎn)：完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性，不受季節(jié)的限制；方便儲藏和運(yùn)輸B、作物新品種培育單倍體育種：a過程：植株（AaBb）通過減數(shù)分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四種類型）；對花粉進(jìn)行花藥離體培養(yǎng)（技術(shù)是植物組織培養(yǎng)）；得到單倍體植株；對其幼苗時期進(jìn)行秋水仙素處理；得到了正常的純合二倍體植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四種類型）。b優(yōu)點(diǎn)：明顯縮短育種年限突變體利用：在組織培養(yǎng)中會出現(xiàn)突變體，通過從有用的突變體中選育出新品種（如篩選抗病、抗鹽、含高蛋白的突變體）細(xì)胞產(chǎn)物的生產(chǎn)：通過能夠產(chǎn)生對人們有利的產(chǎn)物的細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)，從而讓它們能夠產(chǎn)生大量的細(xì)胞產(chǎn)物。（4）地位：是培育轉(zhuǎn)基因植物、植物體細(xì)胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。3、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)（1）概念：植物體細(xì)胞雜交就是將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下，融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。（2）過程：如下圖，其中，①去壁；②融合；③再生細(xì)胞壁；④脫分化；⑤再分化（3）誘導(dǎo)融合的方法：物理法包括離心、振動、電刺激等?；瘜W(xué)法一般是用聚乙二醇（PEG）作為誘導(dǎo)劑。（4）意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。動物細(xì)胞工程動物細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段：動物細(xì)胞培養(yǎng)、動物細(xì)胞核移植、動物細(xì)胞融合、生產(chǎn)單克隆抗體等。其中，動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是其他動物細(xì)胞工程技術(shù)的基礎(chǔ)。1、動物細(xì)胞培養(yǎng)（1）概念：就是從動物機(jī)體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細(xì)胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細(xì)胞生長和繁殖。（2）流程：取動物組織塊（動物胚胎或幼齡動物的器官或組織）→剪碎→用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細(xì)胞→制成細(xì)胞懸液→轉(zhuǎn)入培養(yǎng)瓶中進(jìn)行原代培養(yǎng)→貼滿瓶壁的細(xì)胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細(xì)胞繼續(xù)傳代培養(yǎng)。（3）細(xì)胞貼壁和接觸抑制：懸液中分散的細(xì)胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細(xì)胞貼壁。細(xì)胞數(shù)目不斷增多，當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互抑制時，細(xì)胞會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制。（4）需要滿足以下條件①無菌、無毒的環(huán)境：培養(yǎng)液應(yīng)進(jìn)行無菌處理。通常還要在培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，以防培養(yǎng)過程中的污染。此外，應(yīng)定期更換培養(yǎng)液，防止代謝產(chǎn)物積累對細(xì)胞自身造成危害。②營養(yǎng)：合成培養(yǎng)基成分：糖、氨基酸、促生長因子、無機(jī)鹽、微量元素等。通常需加入血清、血漿等天然成分。③溫度：適宜溫度：哺乳動物多是36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。④氣體環(huán)境：95%空氣＋5%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。（5）技術(shù)應(yīng)用：制備病毒疫苗、制備單克隆抗體、檢測有毒物質(zhì)、培養(yǎng)醫(yī)學(xué)研究的各種細(xì)胞。2、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動物（1）概念：動物體細(xì)胞核移植：是將動物的一個細(xì)胞的細(xì)胞核，移入一個已經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中，使其重組并發(fā)育成一個新的胚胎，這個新胚胎最終發(fā)育為動物個體?？寺游铮河煤艘浦驳姆椒ǖ玫降膭游?，稱為克隆動物。（2）哺乳動物核移植可以分為胚胎細(xì)胞核移植（比較容易）和體細(xì)胞核移植（比較難）。（3）選用去核卵(母)細(xì)胞的原因：卵(母)細(xì)胞比較大，容易操作；卵(母)細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)多，營養(yǎng)豐富。細(xì)胞質(zhì)不會抑制細(xì)胞核全能性的表達(dá)克隆綿羊多利的體細(xì)胞核移植過程圖（4）體細(xì)胞核移植的大致過程是（奶牛克隆為例）：克隆綿羊多利的體細(xì)胞核移植過程圖①高產(chǎn)奶牛（提供體細(xì)胞）進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)；②同時采集卵母細(xì)胞，在體外培養(yǎng)到減二分裂中期的卵母細(xì)胞，去核（顯微操作）；③將供體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞；④通過電刺激使兩細(xì)胞融合，供體核進(jìn)入受體卵母細(xì)胞，構(gòu)建重組胚胎；⑤將胚胎移入受體（代孕）母牛體內(nèi)；⑥生出與供體奶牛遺傳基因相同的犢牛（5）體細(xì)胞核移植技術(shù)的應(yīng)用：①加速家畜遺傳改良進(jìn)程，促進(jìn)良畜群繁育；②保護(hù)瀕危物種，增大存活數(shù)量；③生產(chǎn)珍貴的醫(yī)用蛋白；④作為異種移植的供體；⑤用于組織器官的移植等。（6）體細(xì)胞核移植技術(shù)存在的問題：克隆動物存在著健康問題、表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷等。3、動物細(xì)胞融合（1）概念：動物細(xì)胞融合也稱細(xì)胞雜交，是指兩個或多個動物細(xì)胞結(jié)合形成一個細(xì)胞的過程。融合后形成的具有原來兩個或多個細(xì)胞遺傳信息的單核細(xì)胞，稱為雜交細(xì)胞。（2）動物細(xì)胞融合與植物原生質(zhì)體融合的原理基本相同，誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合的方法與植物原生質(zhì)體融合的方法類似，常用的誘導(dǎo)因素有聚乙二醇、滅活的病毒、電刺激等。（3）動物細(xì)胞融合的意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交的不親和性，成為研究細(xì)胞遺傳、細(xì)胞免疫、腫瘤和生物生物新品種培育的重要手段。（4）動物細(xì)胞融合與植物體細(xì)胞雜交的對比：細(xì)胞工程植物體細(xì)胞雜交動物細(xì)胞融合理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能性、細(xì)胞膜的流動性細(xì)胞增殖、細(xì)胞膜的流動性融合前處理酶解法去除細(xì)胞壁（纖維素酶、果膠酶）注射特定抗原，免疫處理正常小鼠融合方法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合使細(xì)胞分散后誘導(dǎo)細(xì)胞融合誘導(dǎo)手段物理法：離心、振動、電激化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）物理法：離心、振動、電激化學(xué)法：聚乙二醇生物法：滅活的病毒（滅活的仙臺病毒）誘導(dǎo)過程第①步：原生質(zhì)體的制備（酶解法）第②步：原生質(zhì)體融合（物、化法）第③步：雜種細(xì)胞的篩選和培養(yǎng)第④步：雜種植株的誘導(dǎo)與鑒定①正常小鼠免疫處理②動物細(xì)胞的融合（物、化、生法）③雜交瘤細(xì)胞的篩選與培養(yǎng)④專一抗體檢驗陽性細(xì)胞培養(yǎng)⑤單克隆抗體的提純應(yīng)用克服遠(yuǎn)緣雜交的不親和障礙，大大擴(kuò)展雜交的親本組合范圍應(yīng)用：白菜-甘藍(lán)等雜種植株制備單克隆抗體診斷、治療、預(yù)防疾病，例如“生物導(dǎo)彈”治療癌癥4.單克隆抗體（1）概念：簡稱單抗，單克隆抗體是指由淋巴B細(xì)胞雜交瘤產(chǎn)生的、只針對復(fù)合抗原分子上某一單個抗原決定簇的特異性抗體。單克隆抗體是僅由一種類型的\o"細(xì)胞"細(xì)胞制造出來的\o"抗體"抗體，對應(yīng)于多克隆抗體／多株抗體——由多種類型的細(xì)胞制造出來的一種抗體。（2）抗體：一個B淋巴細(xì)胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體產(chǎn)量低、純度低、特異性差。（3）單克隆抗體的制備過程：(如下圖)對免疫小鼠注射特定的抗原蛋白（目的使小鼠產(chǎn)生了效應(yīng)B細(xì)胞）；提取B淋巴細(xì)胞；同時用動物細(xì)胞培養(yǎng)的方法培養(yǎng)骨髓瘤細(xì)胞并提?。淮偈顾鼈兗?xì)胞融合[注：融合的結(jié)果是有很多不符合要求的；如有2個B淋巴細(xì)胞融合的細(xì)胞等，所以要進(jìn)行篩選]；在特定的選擇培養(yǎng)基上篩選出融合的雜種細(xì)胞[特點(diǎn)是能迅速大量增殖，又能產(chǎn)生專一的抗體]；然后對它進(jìn)行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測[篩選出能夠分泌所需抗體的雜種細(xì)胞]；最后將雜交瘤細(xì)胞在體外做大規(guī)模培養(yǎng)或注射入小鼠腹腔內(nèi)增殖，從細(xì)胞培養(yǎng)液或小鼠腹水中可得到大量的單克隆抗體。細(xì)胞融合細(xì)胞融合細(xì)胞培養(yǎng)注入小鼠培養(yǎng)基從培養(yǎng)液中提取從腹水中提取分離抗原注入小鼠體內(nèi)B淋巴細(xì)胞骨髓瘤細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞選擇培養(yǎng)細(xì)胞體外培養(yǎng)體內(nèi)培養(yǎng)單克隆抗體（4）雜交瘤細(xì)胞的特點(diǎn)：既能大量繁殖，又能產(chǎn)生專一的抗體。（5）單克隆抗體的優(yōu)點(diǎn)：特異性強(qiáng)，靈敏度高，并能大量制備。（6）單克隆抗體的應(yīng)用：作為診斷試劑：準(zhǔn)確識別各種抗原物質(zhì)的細(xì)微差異，并跟一定抗原發(fā)生特異性結(jié)合，準(zhǔn)確、高效、簡易、快速。用于治療疾病和運(yùn)載藥物：主要用于治療癌癥治療，可制成“生物導(dǎo)彈”，也有少量用于治療其它疾病。胚胎工程1、胚胎工程（1）概念：對動物早期胚胎或配子所進(jìn)行的多種顯微操作和處理技術(shù)。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。（2）主要的技術(shù)手段：如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)。3.1體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育2、哺乳動物受精和胚胎發(fā)育的基本過程（1）精子的發(fā)生：在睪丸內(nèi)完成的。第一階段：精原細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，染色體復(fù)制，形成初級精母細(xì)胞；第二階段：初級精母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂，產(chǎn)生含單倍染色體的精子細(xì)胞；第三階段：圓形精子細(xì)胞變形成為精子（變形過程中，細(xì)胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發(fā)育為頂體，中心體演變?yōu)榫拥奈?，線粒體在尾基部形成線粒體鞘膜，其他物質(zhì)濃縮為原生質(zhì)滴直至脫落）。[線粒體為精子運(yùn)動提供能量]（2）卵子的發(fā)生：在雌性動物的卵巢內(nèi)完成。在胎兒時期，卵原細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂演變成初級卵母細(xì)胞（被卵泡細(xì)胞包圍）；初級卵母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂形成成熟的卵子（減一分裂在排卵前后完成，形成次級卵母細(xì)胞和第一極體，并進(jìn)入輸卵管準(zhǔn)備受精；減二分裂是在受精過程中完成的，次級卵母細(xì)胞分裂產(chǎn)生一個成熟卵子和第二極體。當(dāng)在卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體時，說明卵子已經(jīng)完成了受精，這是判斷卵子是否受精的重要標(biāo)志。哺乳動物卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲備，是在出生前（即胎兒時期）完成的。這是精子與卵子在發(fā)生上的重要區(qū)別。（3）受精：是精子與卵子結(jié)合形成（即受精卵）的過程。包括受精前的準(zhǔn)備階段和受精階段。準(zhǔn)備階段1：精子獲能（在雌性動物生殖道內(nèi)）；準(zhǔn)備階段2：卵子的準(zhǔn)備(排出的卵子要在輸卵管中進(jìn)一步成熟到減二中期才具備受精能力)受精階段：精子穿越放射冠和透明帶，進(jìn)入卵黃膜，原核形成和配子結(jié)合。具體過程如下：[卵子周圍的結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)：放射冠、透明帶、卵黃膜]a）頂體反應(yīng)：精子釋放頂體酶溶解卵丘細(xì)胞之間的物質(zhì)，穿越放射冠。b）透明帶反應(yīng)：頂體酶可將透明帶溶出孔道，精子穿入，在精子觸及卵黃膜的瞬間阻止后來精子進(jìn)入透明帶的生理反應(yīng)[它是防止多精子入卵受精的第一道屏障]；c）卵黃膜的封閉作用：精子外膜和卵黃膜融合，精子入卵后，卵黃膜會拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)的過程[它是防止多精子入卵受精的第二道屏障]；精子尾部脫落，原有核膜破裂形成雄原核，同時卵子完成減二分裂，形成雌原核注意：受精標(biāo)志是第二極體的形成；受精完成標(biāo)志是雌雄原核融合成合子]。自然條件下，受精是在母體的輸卵管上段完成的。（4）胚胎發(fā)育：a卵裂期：受精卵細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，數(shù)量增加，胚胎總體積不增加，或略有減小。；b桑椹胚：胚胎細(xì)胞數(shù)目達(dá)32個左右時，胚胎形成致密的細(xì)胞團(tuán)，形似桑椹。是全能細(xì)胞。c囊胚：細(xì)胞開始分化（該時期細(xì)胞的全能性仍比較高），其中聚集在胚胎一端個體較大的細(xì)胞叫內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，將來可發(fā)育成胎兒的各種組織；而滋養(yǎng)層細(xì)胞將來發(fā)育成胎膜和胎盤；胚胎內(nèi)部的空腔稱為囊胚腔。（注：囊胚的擴(kuò)大會導(dǎo)致透明帶的破裂，胚胎伸展出來，這一過程叫孵化）；d原腸胚：有了三胚層的分化，內(nèi)細(xì)胞團(tuán)表層形成外胚層，下方細(xì)胞形成內(nèi)胚層，由內(nèi)胚層包圍的囊腔叫原腸腔。[細(xì)胞分化在胚胎期達(dá)到最大限度]3.2體外受精和胚胎的早期培養(yǎng)3、體外受精：哺乳動物的體外受精：主要包括卵母細(xì)胞的采集、精子的獲取和受精等步驟。屬于有性生殖過程。（1）卵母細(xì)胞的采集和培養(yǎng)：對體型小的動物用促性腺激素處理，使其排出更多的卵子，從輸卵管沖取卵子（可直接與獲能的精子在體外受精）；對體型大的動物從卵巢中直接或間接（借助超聲波探測儀、腹腔鏡等）采集卵母細(xì)胞。（卵母細(xì)胞要在體外人工培養(yǎng)成熟后，才能與獲能的精子受精）。（2）精子的采集和獲能：假陰道法、手握法和電刺激法；獲能：對嚙齒動物、兔、豬等的精子用培養(yǎng)法（放入人工配制的獲能液中）；對牛、羊等精子用化學(xué)法（放在肝素或鈣離子載體溶液中）；在體外受精前，要對精子進(jìn)行獲能處理。精子獲能的方法有：培養(yǎng)法和化學(xué)誘導(dǎo)法兩種。（3）受精：獲能的精子和培養(yǎng)成熟的卵子，一般情況下都可以在獲能溶液或?qū)Ｓ檬芫芤褐型瓿墒芫^程。4、胚胎的早期培養(yǎng)：精子與卵子在體外受精后，應(yīng)將受精卵移入發(fā)育培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，以檢查受精狀況和受精卵的發(fā)育能力。a）培養(yǎng)液成分：無機(jī)鹽、有機(jī)鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等[注意與動物細(xì)胞培養(yǎng)液成分的比較]；b）胚胎發(fā)育到適宜階段時，可將培養(yǎng)的胚胎取出，向受體移植或冷凍保存。不同動物胚胎移植的時間不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進(jìn)行移植；小鼠、家兔等實驗動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在4個細(xì)胞階段移植。)3.3胚胎工程的應(yīng)用目前，胚胎工程應(yīng)用較多的是家畜的胚胎移植、胚胎分隔、體外生產(chǎn)胚胎技術(shù)。5、胚胎移植：（1）概念：將雌性動物的早期胚胎移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。其中提供胚胎的個體稱為“供體”，接受胚胎的個體稱為“受體”。（供體為優(yōu)良品種，作為受體的雌性動物應(yīng)為常見或存量大的品種。）是生產(chǎn)胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程，通過轉(zhuǎn)基因、核移植、體外受精獲得的胚胎必須移植給受體才能獲得后代。是胚胎工程的最后一道“工序”。（2）優(yōu)勢：可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力，縮短供體本身的繁殖周期。（3）胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)：同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的[對供體和受體進(jìn)行同期發(fā)情處理]；早期胚胎形成后處于游離狀態(tài)，為胚胎的收集提供可能；受體對移入子宮的外來胚胎基本不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，為胚胎在受體的存活提供了可能；供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯(lián)系，移入受體的供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。（4）胚胎移植的程序：對供、受體母牛進(jìn)行選擇，選擇遺傳特性和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的供體，有健康的體質(zhì)和正常繁殖能力的受體，供體和受體是同一物種。用激素進(jìn)行同期發(fā)情處理；對供體母牛用促性腺激素做超數(shù)排卵處理；選同種優(yōu)秀公牛配種或人工授精[有性生殖過程]；對胚胎的收集、檢查、培養(yǎng)或保存。配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內(nèi)的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。對胚胎進(jìn)行質(zhì)量檢查，此時的胚胎應(yīng)發(fā)育到桑椹或胚囊胚階段。直接向受體進(jìn)行胚胎移植或放入－196℃的液氮中保存。胚胎移植；移植后的檢查。對受體母牛進(jìn)行是否妊娠的檢查。產(chǎn)下胚胎移植的犢牛。6、胚胎分割：（1）概念：用機(jī)械方法將早期胚胎切割成2、4、8等分等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的