专题二 细胞工程
细胞工程：是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按着人的意志来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
根据操作对象的不同，可以分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。
2.1 植物细胞工程
1、植物细胞工程的理论基础(原理)：细胞的全能性，即，具有某种生命全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。这也是为什么植物的一瓣花瓣就可培育出完整的植株的原因。
理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。但是，在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。这是因为，在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。
全能性表达的难易程度：受精卵>生殖细胞>干细胞>体细胞;植物细胞>动物细胞
2、植物细胞工程的基本技术：植物组织培养技术
3、植物组织培养技术
(1)概念：植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。
(2)过程：离体的植物器官、组织或细胞 ―――→愈伤组织 ―――→试管苗 ――→植物体
(3)用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。
A、植物繁殖的新途径：
u 微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖
u 作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒(因为植物分生区附近的病毒极少或没有)
u 人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制;方便储藏和运输
B、作物新品种培育
u 单倍体育种：
l a过程：植株(AaBb)通过减数分裂得到花粉(AB、Ab、aB、ab四种类型);对花粉进行花药离体培养(技术是植物组织培养);得到单倍体植株;对其幼苗时期进行秋水仙素处理;得到了正常的纯合二倍体植株(AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型)。
l b优点：明显缩短育种年限
u 突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种(如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体)
u 细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。
(4)地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。
3、植物体细胞杂交技术
(1)概念：植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞，在一定条件下，融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
(2)过程：如下图，其中，①去壁;②融合;③再生细胞壁;④脱分化;⑤再分化
(3)诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电激等。化学法一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。
(4)意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。
2.2 动物细胞工程
动物细胞工程常用的技术手段：动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等。其中，动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。
1、动物细胞培养
(1)概念：就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖。
(2)流程：取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。
(3)细胞贴壁和接触抑制：悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
(4)需要满足以下条件
①无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
②营养：合成培养基成分：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。
③温度：适宜温度：哺乳动物多是36.5℃+0.5℃;pH：7.2～7.4。
④气体环境：95%空气+5%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。
(5)技术应用：制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。
2、动物体细胞核移植技术和克隆动物
(1)概念：
l 动物体细胞核移植：是将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新胚胎最终发育为动物个体。
l 克隆动物：用核移植的方法得到的动物，称为克隆动物。
(2)哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植(比较容易)和体细胞核移植(比较难)。
(3)选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作;卵(母)细胞细胞质多，营养丰富。细胞质不会抑制细胞核全能性的表达
(4)体细胞核移植的大致过程是(奶牛克隆为例)：
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①高产奶牛(提供体细胞)进行细胞培养;②同时采集卵母细胞，在体外培养到减数第二次分裂中期的卵母细胞，去核(显微操作);
③将供体细胞注入去核卵母细胞;
④通过电刺激使两细胞融合，供体核进入受体卵母细胞，构建重组胚胎;
⑤将胚胎移入受体(代孕)母牛体内;
⑥生出与供体奶牛遗传基因相同的犊牛
(5)体细胞核移植技术的应用：
①加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育;②保护濒危物种，增大存活数量;③生产珍贵的医用蛋白;④作为异种移植的供体;⑤用于组织器官的移植等。
(6)体细胞核移植技术存在的问题：克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。
3、动物细胞融合
(1)概念：动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。
(2)动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电激等。
(3)动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育的重要手段。
(4)动物细胞融合与植物体细胞杂交的对比：
4.单克隆抗体
(1)概念：简称单抗，单克隆抗体是指由杂交瘤细胞产生的、只针对复合抗原分子上某一单个抗原决定簇的特异性抗体。单克隆抗体是仅由一种类型的细胞制造出来的抗体，对应于多克隆抗体/多株抗体——由多种类型的细胞制造出来的一种抗体。
(2)抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。从血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差。
(3)单克隆抗体的制备过程：(如下图)
① 对免疫小鼠注射特定的抗原蛋白(目的使小鼠产生B淋巴细胞);
② 提取B淋巴细胞;
③ 同时用动物细胞培养的方法培养骨髓瘤细胞并提取;
① 细胞融合[注：融合的结果是有很多不符合要求的;如有2个B淋巴细胞融合的细胞等，所以要进行筛选];
② 在特定的选择培养基上筛选出融合的杂种细胞[特点是能迅速大量增殖，又能产生专一的抗体];
③ 然后对它进行克隆化培养和抗体检测[筛选出能够分泌所需抗体的杂种细胞];
④ 最后将杂交瘤细胞在体外做大规模培养或注射入小鼠腹腔内增殖，从细胞培养液或小鼠腹水中可得到大量的单克隆抗体。
(4)杂交瘤细胞的特点：既能大量繁殖，又能产生专一的抗体。
(5)单克隆抗体的优点：
特异性强，灵敏度高，并能大量制备。
(6)单克隆抗体的应用：
l 作为诊断试剂：准确识别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性结合，准确、高效、简易、快速。
l 用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗癌症治疗，可制成“生物导弹 ”，也有少量用于治疗其它疾病。