《期末知识串讲及分类汇编》是针对高一高二期末复习制作的专辑；帮助学生在期末阶段复习重点知识，构建知识体系，强化重点难点训练，有效提高期末成绩。
专题3 细胞工程（含胚胎工程）
一、植物细胞工程
（一）植物细胞工程的基本技术
1．理论基础：细胞具有全能性。
2．植物组织培养技术
（1）植物组织培养：将 离体的 植物器官、组织或细胞等，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 完整植株 的技术。
（2）外植体：离体培养的植物 器官、组织或细胞 被称为外植体。
（3）菊花的组织培养
①实验原理
a．植物细胞一般 具有全能性 。
b．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 ，即失去其特有的结构和功能，转变成 未分化 的细胞，进而形成不定形的 薄壁 组织团块，这称为 愈伤组织 。
c．愈伤组织能重新分化成 芽、根 等器官，该过程称为 再分化 。
d．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 。
e．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。
②方法步骤
a．用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的 外植体 （幼嫩的茎段）用酒精消毒30 s，然后立即用 无菌水 清洗2～3次；再用次氯酸钠溶液处理30 min后，立即用 无菌水 清洗2～3次。
b．将消过毒的外植体置于 无菌 的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植体切成0.5～1 cm长的小段。
c．在 酒精灯火焰旁 ，将外植体的 1/3～1/2 插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。
d．将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于 18～22 ℃ 的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录 愈伤组织 的生长情况。
e．培养15～20 d后，将生长良好的愈伤组织转接到 诱导生芽 的培养基上。长出芽后，再将其转接到 诱导生根 的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
f．移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用 流水 清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
3．植物体细胞杂交技术
（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）过程
①去壁：用 纤维素酶和果胶酶 去除植物细胞壁，获得原生质体。
②诱导原生质体融合的方法
a．物理法： 电融合法 、离心法等。
b．化学法：用 聚乙二醇（PEG） 融合法、 高Ca2＋－高pH 融合法等。
（3）意义
植物体细胞杂交技术在打破 生殖隔离 ，实现 远缘杂交 育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
（二）植物细胞工程的应用
1．植物繁殖的新途径
（1）快速繁殖
①概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，被人们形象地称为植物的快速繁殖技术，也叫作 微型 繁殖技术。
②优点
a．保持优良品种的 遗传特性 。
b． 高效、快速 地实现种苗的大量繁殖。
（2）作物脱毒
①选材部位：植物顶端 分生区 附近。
②选材原因：病毒 极少 ，甚至 无病毒 。
③操作过程：切取一定大小的茎尖进行 组织培养 ，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得 脱毒苗 。
2．作物新品种的培育
（1）单倍体育种
①原理：细胞的 全能性 和 染色体变异 。
②过程
③常规育种的缺点：常规选育出一个可以 稳定遗传 的作物优良品种，一般要经过5～6年的连续筛选。
④单倍体育种的优点：极大地 缩短了育种的年限 ，节约了大量的人力和物力。
⑤单倍体的应用
a．单倍体育种已成为作物育种的一条有效途径。
b．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
①突变体的产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到 培养条件 和 诱变因素 （如射线、化学物质等）的影响而产生突变。
②突变体的利用：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。
3．细胞产物的工厂化生产
（1）次生代谢物
①概念：植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本生命活动 所必需 的产物。
②本质：一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。
④缺点：
a．植物细胞的次生代谢物含量 很低 。
b．有些产物不能或难以通过 化学合成途径 得到。
（2）细胞产物的工厂化生产：利用植物细胞培养来获得 目标产物 就是细胞产物的工厂化生产。
（3）植物细胞培养
①概念：在离体条件下对 单个植物细胞 或 细胞团 进行培养使其增殖的技术。
②优点：不占用耕地，几乎不受 季节 、 天气 等的限制。
③意义：对于社会、经济、 环境保护 具有重要意义。
④成功实例：紫草宁、人参皂苷等。
二、动物细胞工程
（一）动物细胞培养
1．动物细胞培养的条件
（1）动物细胞培养的概念
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
①营养
a．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 。
b．合成培养基：指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。
c．在使用合成培养基时，通常需要加入 血清 等一些天然成分。
d．培养动物细胞一般使用 液体 培养基，也称为培养液。
②无菌、无毒的环境
a．需要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。
b．培养液还需要 定期更换 ，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。
③温度、pH和渗透压
a．哺乳动物细胞培养的温度多以 36.5±0.5 ℃ 为宜。
b．多数动物细胞生存的适宜pH为 7.2～7.4 。
c． 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。
④气体环境
a．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 。
b．在进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，并将它们置于含有95% 空气 和 5%CO2的混合气体的 CO2培养箱 中进行培养。
2．动物细胞培养的过程
（1）过程
①首先要对新鲜取材的动物组织进行处理，或用机械的方法，或用 胰蛋白酶、胶原蛋白酶 等处理一段时间，将组织分散成单个细胞。
②然后，用培养液将细胞制成 细胞悬液 ，再将细胞悬液放入 培养皿或培养瓶 内，置于适宜环境中培养。
（2）体外培养的动物细胞类型
①细胞能够 悬浮 在培养液中生长繁殖。
②需要贴附于某些 基质表面 才能生长繁殖。
（3）细胞贴壁：需要贴附于某些 基质表面 才能生长繁殖的细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上的现象称为 细胞贴壁 。
（4）接触抑制：当 贴壁细胞 分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会 停止 分裂增殖的现象。
（5）原代培养：人们通常将 分瓶之前 的细胞培养，即动物组织经处理后的 初次培养 称为原代培养。
（6）传代培养
①概念：人们通常将 分瓶后 的细胞培养称为传代培养。
②过程
a．细胞收集：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。
b．将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。
3．干细胞培养及其应用
（1）分布：存在于 早期胚胎 、骨髓和 脐带血 等多种组织和器官中。
（2）类型：胚胎干细胞和成体干细胞等。
（3）胚胎干细胞：简称 ES 细胞，存在于 早期胚胎 中，具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至 个体 的潜能。
（4）成体干细胞
①分布： 成体组织 或器官内。
②类型：骨髓中的 造血 干细胞、神经系统中的 神经 干细胞和睾丸中的 精原 干细胞等。
③特性：一般认为，成体干细胞具有 组织特异性 ，只能分化成 特定的 细胞或组织， 不具有 发育成完整个体的能力。
（5）应用
①有着 自我更新 能力及 分化潜能 的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关，因而在医学上有着广泛的应用。
②胚胎干细胞必须从 胚胎 中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。
③诱导多能干细胞
a．概念：通过体外诱导 成纤维 细胞，所获得的类似胚胎干细胞的一种细胞，简称 iPS细胞 。
b．优点：不涉及伦理问题；理论上可以 避免 免疫排斥反应。
（二）动物细胞融合技术与单克隆抗体
1．动物细胞融合技术
（1）概念： 两个或多个动物细胞 结合形成一个细胞的技术。
（2）诱导原理和结果
①诱导原理： 细胞膜的流动性 。
②诱导结果：形成 杂交 细胞。
（3）诱导方法： PEG 融合法、 电 融合法和 灭活病毒 诱导法等。
（4）意义：突破了 有性杂交 的局限，使 远缘杂交 成为可能。
（5）动物细胞融合技术的应用
①成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种的重要手段。
②为 制造单克隆抗体 开辟了新途径。
2．单克隆抗体及其应用
（1）制备原理
①B淋巴细胞特点：一种B淋巴细胞只分泌 一种特异性 抗体。
②骨髓瘤细胞特点：能在体外大量 增殖 。
③杂交瘤细胞特点：既能 迅速大量增殖 ，又能产生 抗体 。
（2）制备过程
（3）单克隆抗体的应用
①单克隆抗体能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以 大量制备 ，因此被广泛用作 诊断试剂 ，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。
②除可以运载药物外，也能用于 治疗疾病 。
3．动物体细胞核移植技术和克隆动物
①供体：动物的一个细胞的 细胞核 。
②受体：去核的 卵母细胞 。
③结果：重新组合的细胞发育成 新胚胎 ，继而发育成 动物个体 。
（2）类型： 胚胎细胞 核移植和 体细胞 核移植。后者的难度明显高于前者。
（3）非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难的主要原因
①一方面是 供体细胞 的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态，这导致了胚胎发育率低。
②另一方面是对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术 尚不完善 。
（4）体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
①应用前景
a．畜牧生产方面：加速家畜 遗传改良 进程，促进优良畜群繁育。
b．保护濒危物种方面：保护 濒危物种 ，增加濒危物种的存活数量。
c．医药卫生领域。
d．了解胚胎发育及衰老过程。
e．用克隆动物做 疾病模型 ，使人们更好地研究疾病的发展过程和治疗疾病。
②存在问题
a．体细胞核移植技术的 成功率 非常低。
b．克隆动物存在健康问题，表现出 遗传和生理 缺陷等。
c．克隆动物食品的 安全性 问题存在争议。
三、胚胎工程
（一）胚胎工程的理论基础
1．胚胎工程的概念与技术
（1）概念：胚胎工程是指对 生殖细胞 、受精卵或 早期胚胎细胞 进行多种 显微操作 和处理，然后将获得的胚胎移植到 雌性 动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。
（2）胚胎工程技术包括 体外受精 、 胚胎移植 和 胚胎分割 等。
2．受精
（1）概念：受精是 精子 与 卵子 结合形成合子（即受精卵）的过程，包括受精前的 准备 阶段和 受精 阶段。
（2）场所：在自然条件下，哺乳动物的受精在 输卵管 内完成。
（3）准备阶段1——精子获能
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在 雌性动物的生殖道 发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“ 精子获能 ”。
（4）准备阶段2——卵子的准备
卵子要在输卵管内进一步成熟，到 MⅡ期 时，才具备与精子受精的能力。
（5）受精阶段
①精子入卵
a．获能后的精子与卵子相遇时，首先它释放出多种酶，以溶解卵细胞膜外的一些结构，同时借助 自身的运动 接触卵细胞膜。
b．在精子触及卵细胞膜的瞬间，卵细胞膜外的 透明带 会迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入 透明带 。然后，精子入卵。
c．精子入卵后， 卵细胞膜 也会立即发生生理反应，拒绝 其他精子 再进入卵内。
②雌、雄原核形成
精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核，叫作 雄原核 。与此同时，精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出 第二极体 后，形成 雌原核 。
③受精卵的形成
雄、雌原核充分发育后， 相向移动 ，彼此靠近， 核膜 消失。这个含有 两个 染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。
3．胚胎早期发育
（1）卵裂：胚胎发育早期，有一段时间是在 透明带 内进行分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的 总体积 并不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。
（2）桑葚胚：当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的 细胞团 ，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚。
（3）囊胚
①内细胞团：将来发育成胎儿的 各种组织 。
②滋养层细胞：将来发育成 胎膜 和 胎盘 。
③囊胚腔：囊胚期的 胚胎的内部 出现了含有 液体 的腔，称为囊胚腔。
④孵化：囊胚进一步扩大，导致 透明带 破裂， 胚胎 从其中伸展出来的过程叫作 孵化 。
（4）原肠胚：分内、中、外三个胚层，将逐渐分化形成各种组织、器官等。
（二）胚胎工程技术及其应用
1．体外受精
（1）试管动物：指通过人工操作使卵子在 体外 受精，经培养发育为 早期胚胎 后，再进行移植产生的个体。
（2）体外受精技术
①主要步骤： 卵母细胞 的采集、精子的 获取 和 受精 等。
②体外受精过程
a．采集到的卵母细胞和精子，要分别在体外进行 成熟培养 和 获能处理 ，然后才能用于体外受精。
b．一般情况下，可以将 获能的精子 和 培养成熟 的卵子置于适当的 培养液 中共同培养一段时间，来促使它们完成受精。
③意义
a．是提高动物 繁殖能力 的有效措施。
b．可以为胚胎移植提供可用的胚胎。
2．胚胎移植
（1）概念
胚胎移植是指将通过 体外受精 及其他方式得到的胚胎，移植到 同种的、生理状态相同 的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。
（2）供体
①定义： 提供胚胎 的个体称为供体。
②主要职能：产生具有 优良遗传特性 的胚胎。
（3）受体
①定义： 接受胚胎 的个体。
②主要职能： 妊娠 和育仔。
（4）胚胎移植的主要步骤（以牛为例）
①供体、受体的选择和处理
a．供体母牛：遗传性状 优良 、生产能力 强 。
b．受体母牛：有健康的体质和 正常 繁殖能力。
c．对供体母牛和受体母牛要进行 同期发情 处理。
②配种或人工授精。
③胚胎的收集、 检查 、培养或保存。
④胚胎的 移植 。
⑤移植后的检查等：如对受体进行 妊娠 检查。
（5）进行胚胎移植的优势：可以 充分发挥雌性优良个体 的繁殖潜力。
3．胚胎分割
（1）概念
胚胎分割是指采用 机械方法 将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得 同卵双胎 或 多胎 的技术。
（2）主要仪器设备： 体视 显微镜和 显微操作仪 。
（3）操作程序
①选择胚胎：在进行胚胎分割时，应选择 发育良好 、形态正常的 桑葚胚 或 囊胚 ，将它移入盛有操作液的培养皿中。
②分割胚胎：在显微镜下用 分割针 或 分割刀 分割。
③分割后的胚胎移植：可以直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。
（4）分割要求
①在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将 内细胞团 均等分割。
②对于不同发育阶段的胚胎，分割的具体操作 不完全 相同。
（5）意义
①可以促进 优良 动物品种的繁殖，产生的遗传性状 相同 的后代是进行遗传学研究的宝贵材料。
②在胚胎移植前，进行 性别鉴定 、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义。
1．植物组织培养的关键
（1）条件：离体，一定的营养物质，激素（生长素、细胞分裂素）等。
（2）培养基状态：固体培养基（需再分化生根培养基及生芽培养基）。
（3）体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。
（4）光照的应用：脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。
2．在植物组织培养过程中激素比例与细胞分裂、细胞分化的关系
（1）适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。
（2）适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。
（3）比例适中诱导产生愈伤组织。如图所示：
3．杂种植物遗传物质的变化
（1）遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。
（2）染色体组数
①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。
②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体，属于异源多倍体，变异类型属于染色体变异。
③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为（2x＋2y）条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
4．植物组织培养与动物细胞培养的比较
5．植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
6．动物体细胞核移植技术和克隆动物
（1）核移植中供体动物、提供卵母细胞的动物、代孕动物和克隆动物之间的关系：克隆动物绝大部分性状与供体动物相同，少数性状（由线粒体DNA控制的性状）与提供卵母细胞的动物相同，与代孕动物的性状无遗传关系。
（2）核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本可能不同的3个原因：
②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。
③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。
（3）细胞核移植技术形成重组细胞并发育成一个新个体，体现了细胞核的全能性而非动物细胞的全能性。
（4）克隆属于无性繁殖，产生新个体的性别、绝大多数性状与供核亲本一致。
7．单克隆抗体制备过程中两次筛选分析
8．受精过程中的“三大反应”“两道屏障”
9．明晰胚胎移植的三个易错点
（1）排卵和冲卵不同：排卵是指卵子从卵泡中排出，冲卵是把供体母牛子宫内的早期胚胎冲洗出来。
（3）供体牛和受体牛的选择标准：供体是遗传性能和生产性能优秀的个体，受体是健康、有繁殖能力的个体，且二者必须是同一物种。
10．试管动物与克隆动物的比较
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