细胞工程的原理及其应用
2024届高三生物一轮复习课件第35讲+植物细胞工程
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
考点二 植物体细胞杂交技术
SzLwh
1 概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并 把杂种细胞培育成新植物体的技术。
2 原理： 细胞膜的流动性（原生质体融合） 植物细胞具有全能性（杂种细胞培养成杂种植株）
3 意义： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育新品种等
SzLwh
归纳
拓展
植物体细胞杂交和有性杂交的
辨析
SzLwh
考点三 植物细胞工程的应用 1 植物繁殖的新途径
又叫微型繁殖技术
实例：甘蔗、桉树和 铁皮石斛等的生产
SzLwh
SzLwh
高效、快速地实现种苗的大量繁殖 保持优良品种的遗传特性
作物脱毒≠能抗病毒
实例：马铃薯、香蕉、 草莓等的培养
SzLwh
SzLwh
接种外植体
再分化
失去其特有的结构和 功能，转变成未分化 的细胞，进而形成不 定型的薄壁组织团块 的过程。
再分化
诱导生芽
诱导愈伤组织 不定形的薄壁组织团块
诱导生根
移栽成活
SzLwh
SzLwh
探究实践
菊花的组织培养
（1）原理：_植__物__细_胞__的__全_能__性_____ （2）操作步骤：
①用流水充分冲洗外植体(幼嫩的茎段)；酒精擦拭双手和超净工作台；②外植 取材、体的消毒：用酒精消毒30 s，然后立即用无菌水清洗2～3次；再用 消毒 次氯酸钠溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次；③用解剖刀将外植体
考向突破
SzLwh
落实必备知识 强化关键能力 SzLwh
2．(2022·菏泽二模)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示，
细胞工程知识点
细胞工程知识点1、细胞工程：以细胞为对象，应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传性状，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术。
2、细胞工程的应用：1)动植物快速繁殖技术：植物组织培养、人工种子、试管动物、克隆动物2)新品种的培育：细胞融合、细胞水平的重组3)细胞工程生物制品：单克隆抗体制备、疫苗生产4)细胞疗法与组织修复：2细胞工程理论基础1、细胞全能性：每个活的体细胞都具有像胚性细胞那样，经过诱导能分化发育成为一个新个体的潜在能力，并且具有母体的全部的遗传信息。
2、细胞分化：指细胞在形态、结构和功能上发生差异的过程。
3、细胞的脱分化：在一定营养和刺激因素作用下,具有特定结构与功能的植物组织的细胞被诱导而改变原来的发育途径,逐步失去原来的分化状态,细胞特性消失,转变为具有分生机能的细胞,并进行活跃的细胞分裂,这一过程称为去分化。
3细胞工程技术1、实验室条件：组成：准备室、无菌间、操作间、培养室、分析室。
2、无菌技术、显微技术、细胞观察与分析、细胞分离、细胞保存与复苏（1）细胞保存方法传代培养保存法低温冷冻保存法(低温、超低温保存)液体固化的方式（形成冰晶、形成无定型的玻璃化状态）玻璃化指液体转变为非晶态（玻璃态）的固定化过程，在此状态时，水分子没有发生重排，不产生结构和体积的变化，因此不会由于机械或溶液效应造成组织和细胞伤害，化冻后的细胞仍有活力。
冷冻方法（缓慢冷冻法、快速冷冻法预冷冻法包括逐级冷冻和两部冷冻）细胞复苏按一定复温速度将细胞悬液由冻存状态恢复到常温的过程。
复苏细胞一般采用快速融化法。
以保证细胞外结晶快速融化，以避免慢速融化水分渗入细胞内，再次形成胞内结晶损伤细胞。
细胞培养和代谢调控：1、细胞培养：模拟机体内生理条件，将细胞从机体中取出，在人工条件下使其生存、生长、繁殖和传代，进行细胞生命过程、细胞癌变、细胞工程等问题的研究。
2、细胞培养的操作方式：分批式培养、流加式培养、半连续式培养、连续式培养、灌流式培养。
陕师大细胞工程实验报告
一、实验目的1. 掌握细胞工程的基本原理和实验技术。
2. 学习细胞培养、细胞融合、基因工程等细胞工程技术的操作方法。
3. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
二、实验原理细胞工程是利用现代生物技术手段，对细胞进行改造、培养和应用的一门新兴学科。
本实验主要涉及以下原理：1. 细胞培养：在适宜的培养条件下，使细胞在体外生长、繁殖，为后续实验提供细胞材料。
2. 细胞融合：将两个或多个细胞合并成一个细胞的过程，可用于基因转移、细胞治疗等。
3. 基因工程：通过分子生物学技术对基因进行改造，实现特定性状的表达。
三、实验材料、试剂和仪器设备1. 实验材料：人胚胎肾细胞（HEK293）、小鼠成纤维细胞（NIH3T3）、小鼠血清、胰蛋白酶、DMSO等。
2. 试剂：DMEM培养基、胎牛血清、青霉素、链霉素、Hoechst 33342染料等。
3. 仪器设备：细胞培养箱、倒置显微镜、离心机、PCR仪、凝胶成像系统等。
四、实验步骤1. 细胞培养（1）将HEK293和NIH3T3细胞分别接种于培养瓶中，置于细胞培养箱中培养。
（2）待细胞长满瓶底后，用胰蛋白酶消化细胞，按1:1的比例将两种细胞混合。
（3）将混合细胞接种于新的培养瓶中，继续培养。
2. 细胞融合（1）将混合细胞培养至对数生长期，加入适量的聚乙二醇（PEG）诱导细胞融合。
（2）将融合细胞接种于新的培养瓶中，继续培养。
（3）用Hoechst 33342染料检测融合细胞。
3. 基因工程（1）设计并合成目的基因的引物，进行PCR扩增。
（2）将扩增的目的基因克隆到载体上。
（3）将重组质粒转化到HEK293细胞中。
（4）用荧光素酶报告基因检测目的基因的表达。
五、实验结果与分析1. 细胞培养HEK293和NIH3T3细胞在培养过程中生长良好，细胞形态规则，细胞活力较高。
2. 细胞融合Hoechst 33342染料检测结果显示，部分细胞核融合，表明细胞融合实验成功。
3. 基因工程荧光素酶报告基因检测结果显示，目的基因在HEK293细胞中成功表达。
利用细胞工程的原理和技术,解决人类疾病治疗中所面临的难题
利用细胞工程的原理和技术，解决人类疾病治疗中所面临的难题细胞工程培养更多干细胞用于各种人类疾病的治疗，就治疗视网膜疾病、找到干细胞治疗癌症、用于研制胰升血糖素肽、癌细胞的单克隆抗体、化疗药物的研制五个方面做一论述。
1．治疗视网膜疾病。
科学家发现，神经系统中有3个区域的神经先驱细胞或干细胞在成年生命体中可再生神经细胞。
这3个区域分别是视网膜、喙状前脑中的迁移细胞和嗅觉系统的基细胞。
将胚胎干细胞以及成体干细胞等通过体外培养，定向分化出组织所需要的细胞再整合到视网膜上，然后分化出视杆细胞、视网膜色素上皮(RPE)细胞和神经节细胞等目的细胞，来达到重建视网膜功能。
2．找到干细胞治疗癌症。
癌症免疫治疗的新策略——KRN7000:用于癌症治疗的树突状细胞激活剂树突状细胞在免疫系统中的作用,即在初次免疫反应中DC是最具潜能的抗原递呈细胞(APC),并可激活T细胞,在人类,DC由造血干细胞分化而来,在抗原特异性免疫反应中起着重要作用. KRN7000是由KIRIN公司研制和开发的一种藻类衍生物，是具有抗肿瘤活性的调节物，源自由海绵分离的藻类，KRN7000则是这种初始化合物经修饰而形成的合成物，KRN7000没有细胞毒性，但在动物模型以及转移性肿瘤模型的治疗中，具有潜在的抗瘤活性。
3．用于研制胰升血糖素肽胰升血糖素肽-1（GLP-1）是迄今所知作用最强的促进胰岛素分泌的激素，其作用机制是通过与一种位于B细胞表面的特异性受体结合，从而刺激胰岛素分泌。
GLP-1可改善胰岛素敏感性，减少1型糖尿病患者的胰岛素用量，对2型糖尿病患者，则有促进胰岛素分泌，降低血糖作用，并能降低血浆甘油三酯和极低密度脂蛋白水平。
GLP-1是治疗2型糖尿病的一种新途径，但是由于其半衰期短，易降解，并且因为它是一种肽类而需要注射，限制了它的应用，研制GLP-1类似物及受体兴奋剂可能解决此缺点。
4．癌细胞的单克隆抗体利用单克隆抗体技术，制备针对癌细胞的单克隆抗体，在上面加上能杀伤细胞的药物，从而可以特异性的杀伤癌细胞，避免对正常细胞的损伤。
细胞工程技术的基本原理
细胞工程技术的基本原理细胞工程技术是一种利用细胞的生物学特性和功能，通过体外培养和操控细胞的方法，实现对细胞的改造和应用的技术。
其基本原理包括细胞培养、细胞操控和细胞应用三个方面。
细胞培养是细胞工程技术的基础，它是指将细胞从体内或体外的组织中分离出来，通过培养基提供的适宜环境，使细胞在体外继续生长和繁殖。
细胞培养的关键是培养基的配方和培养条件的控制。
培养基是一种含有营养物质和生长因子的液体或凝胶，可以提供细胞生长所需的营养物质和环境。
培养条件包括温度、湿度、气体成分和pH值等，这些条件对细胞的生长和分化起着重要的影响。
通过优化培养基的配方和培养条件的控制，可以实现对细胞的大规模培养和扩增。
细胞操控是指通过物理、化学或生物学手段对细胞进行操作和改造，以实现对细胞的特定功能的调控。
物理手段包括细胞离心、过滤、电击和超声波等，可以用于细胞的分离、纯化和聚集等。
化学手段包括细胞培养基的成分调整、细胞外基质的改造和细胞内信号通路的调控等，可以影响细胞的生长、分化和功能表达。
生物学手段包括基因工程技术和细胞融合技术等，可以实现对细胞基因组的改造和细胞的融合，从而产生具有特定功能的细胞。
细胞应用是细胞工程技术的最终目标，它是指将经过培养和操控的细胞应用于医学、农业和工业等领域，以实现特定的应用效果。
在医学领域，细胞工程技术可以用于组织工程、再生医学和药物筛选等方面。
组织工程是指利用细胞和支架材料构建人工组织或器官，以替代受损组织或器官的功能。
再生医学是指利用细胞和生物材料促进组织和器官的自我修复和再生。
药物筛选是指利用细胞模型和高通量技术，对药物的效果和毒性进行评估和筛选。
在农业领域，细胞工程技术可以用于植物育种和农作物改良等方面。
植物育种是指利用细胞和基因工程技术改良植物的性状和产量。
农作物改良是指利用细胞和基因工程技术改良农作物的抗病性和适应性。
在工业领域，细胞工程技术可以用于生物制药和生物能源等方面。
生物制药是指利用细胞表达和分泌特定蛋白质，生产药物和生物制剂。
植物细胞工程的应用
抗毒苗：是把某抗病基因导入到受体植 株中，并通过一定的方法培养形成的，属于 基因工程的范畴。
【实例2】如何利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt品种培育
矮杆抗病ddTT品种？
杂交育种
单倍体育种
P 高杆抗病 ×矮杆感病
DDTT ↓ ddtt
1第 年PFra bibliotek高杆抗病× 矮杆感病
DDTT ↓ ddtt
1
第 年
F1
高杆抗病 DdTt
↓×
F2 D_T_
D_tt ddT_
矮抗
第 F1
2
年
ddtt
配子
高杆抗病
DdTt
↓
DT Dt dT
↓ 花药离体培养→
第单倍体幼苗DT
↓
Dt
↓
dT
dt
↓
dt
2
第 年
3~6
×
ddTT
↑
矮抗品种
年 ↓ 秋水仙素→ ↓ ↓ ↓
3、实例 教材P39
（二）作物脱毒
1.作物脱毒的原因: 长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的
病毒，导致产量降低，品质变差
2.作物脱毒的材料:分生区细胞 3.作物脱毒的方法:植物组织培养 4.作物脱毒的结果：获得脱毒苗 5.作物脱毒的优点：提高作物的产量和品质。
• [思维激活] 脱毒苗与抗毒苗有何区别？
三、细胞产物的工厂化生产
1、细胞产物类型 P41 相关信息
2、过程
脱分化
外植体
愈伤组织
分散开 细胞悬液
发酵、 细胞 提取 产物
3、优点 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。
2019新人教版高中生物选择性必修三第二章重点知识点归纳总结(细胞工程)
第二章细胞工程第一节植物细胞工程细胞工程：细胞工程是指应用细胞生物学、分子生和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生物工程。
1.原理和方法：细胞生物学和分子生物学。
2.操作水平：细水平或细胞器水平。
3.目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品一、植物细胞工程的基本技术1.细胞的全能性：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.细胞具有全能性的原因(物质基础)生物体的细胞中都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部遗传信息1.生物体生长发育过程中细胞不表现全能性的原因(不离体的细胞无法表现出全能性的原因) 在特定的时间时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达2.全能性大小比较(1)受精卵、体细胞、生殖细胞受精卵〉生殖细胞＞体细胞(2)分化程度高的细胞、分化程度低的细胞分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞(3)分裂能力强的细胞、分裂能力弱的细胞分裂能力强的细胞〉分裂能力弱的细胞(4)植物细胞、动物细胞植物细胞＞动物细胞(5)幼嫩的细胞、衰老的细胞幼嫩的细胞〉衰老的细胞(一)植物组织培养技术1.概念：植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞(称为外植体)等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成整植株的技术。
2,原理：植物细胞的全能性3.生殖方式：无性生殖4.分裂方式：有丝分裂5.过程：|外植体|―—化|愈伤组织|—2|胚状体或丛芽|—育-［植株脱分化：在一定的—激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞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：愈彳^组织能重新分化成芽、根等器官的过程。
探究.实践：菊花的组织培养(1)原理口植物细胞一般具有全能性；口在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化和再分化,形成胚状体长出—芽和根_,进而发育成_完整的植株_；口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_、比等都会影响植物细胞的发育方向。
细胞工程育种的原理
细胞工程育种的原理
细胞工程育种是一种通过改变植物或动物的基因来实现育种的
技术，它的原理主要是利用细胞和分子生物学的方法来改变目标生物的遗传特征。
细胞工程育种的关键步骤是基因编辑，通常使用基因剪切技术来删除、插入或替换目标基因。
这种技术可以通过使用不同的酶来进行，例如CRISPR-Cas9，TALEN和ZFN等。
一旦目标基因被编辑，就需要对其进行筛选和评估。
这通常涉及到对转基因生物进行多种测试，例如生长速度、营养含量、耐旱性和抗病性等等。
通过评估转基因生物的各种特征，可以确定哪些特征被成功编辑，哪些需要进一步优化。
细胞工程育种技术已经被广泛应用于许多领域，例如农业、医学和工业生产等。
它不仅可以提高农作物的产量和品质，还可以开发新型疫苗和药物，并提高工业生产的效率。
然而，尽管细胞工程育种有很多潜在的优势，但也存在着一些风险和争议。
例如，一些人认为转基因生物可能对环境和人类健康造成潜在的风险，因此需要更多的研究来评估这些风险。
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细胞工程的原理及其应用
原理
细胞工程是一种基于生物学和工程学的新兴技术，通过对细胞的操作和调控，改变其功能和性质，以实现人类的特定需求。
基因编辑
基因编辑是细胞工程的核心技术之一，它通过修改细胞的基因组，实现对细胞功能的精确调控。
•基因敲除：通过引入特定的DNA修饰酶，将目标基因的序列删除或破坏，实现基因敲除。
这种方法常用于研究基因功能的影响和细胞内相互作用的研究。
•基因敲入：通过引入外源的DNA片段，将目标基因的序列替换或插入，实现基因敲入。
这种方法常用于修复遗传缺陷或增强细胞的特定功能。
•基因编辑：通过精确修饰目标基因的特定序列，如点突变或插入/缺失特定的碱基，实现基因编辑。
这种方法常用于研究基因突变对细胞功能的影响或开发基因治疗方法。
细胞重编程
细胞重编程是细胞工程中的另一个重要技术，它可以将一种细胞类型转变为另一种细胞类型，以实现特定功能或治疗疾病。
•诱导多能干细胞 (iPSCs)：通过引入一组特定的基因，将成体细胞重新编程为与胚胎干细胞类似的多能干细胞。
iPSCs具有与胚胎干细胞相似的潜能，可以分化为体内任何细胞类型，为研究疾病机制和开发新型治疗方法提供了一个重要的工具。
•直接转化：通过控制细胞环境和生长因子的供应，将一种细胞类型直接转化为另一种细胞类型。
这种方法可以避免使用多能干细胞和胚胎，有望用于组织再生和器官修复等领域。
应用
细胞工程在医学、生命科学和工业生产中有着广泛的应用。
医学应用
•基因治疗：通过细胞工程技术修复患者体内缺陷基因的功能或增加特定蛋白的产生，以治疗遗传性疾病或癌症等疾病。
•细胞治疗：通过培养大量的特定细胞类型，并将其移植到患者体内，以替代受损细胞或修复组织器官功能。
•药物筛选：利用细胞工程技术构建疾病模型，研发新药和药物筛选平台，加速药物研发过程。
生命科学研究
•细胞信号传导：通过编辑细胞的信号通路，研究细胞间的相互作用和信号传导机制，深入理解细胞生物学过程和分子基础。
•基因功能研究：通过基因编辑技术敲除或编辑特定基因，研究其对细胞功能和疾病发生机制的影响，揭示基因与疾病的关联。
•器官发育与重建：利用细胞重编程和再分化技术研究器官发育过程和组织修复机制，为再生医学提供基础知识和技术支持。
工业生产
细胞工程技术也被广泛应用于工业生产中，包括食品、酒精、药物和生物燃料等领域。
•酶工程：通过基因编辑技术改造细胞内的酶活性和产量，提高酶工程产业的效率和经济性。
•微生物发酵：通过细胞工程技术调整微生物代谢途径，实现高效产酒精、药物和其他有机物的微生物发酵过程。
•细胞培养：利用细胞工程技术培养大量高产细胞株，用于生物制药、工业酶和其他生物产品的生产。
通过细胞工程的原理和应用研究，我们可以更好地理解细胞的生物学特性，开发新的治疗方法，提高生物工程和医学领域的生产效率和经济效益。
随着技术的不断进步，细胞工程有望在更多领域发挥重要作用，并为人们的生活带来更多福祉。