细胞工程(第一次课).ppt

1 第三章细胞工程 第一节细胞工程概述第二节细胞工程的基本技术第三节植物细胞工程第四节动物细胞工程第五节细胞工程的应用 2 第一节细胞工程概述 一 细胞工程概念细胞工程是指以细胞作为研究对象 应用细胞生物学和分子生物学的原理与方法 在细胞水平上进行的操作 按照人们的意志设计改造细胞的某些遗传性状 从而培育出新的生物改良品种或通过细胞培养获得自然界中难以获得的珍贵产品的新兴生物技术 3 二 细胞工程发展史上的主要事件1902年 Haherlandt预言了植物细胞的全能性 1907 美国Harrison培养了蛙胚神经组织 1934 荷兰温特发现生长素 1960 英国诺丁汗大学科金教授使用酶解方法从番茄幼苗根部制备得到大量原生质体 1972 美国卡尔森等用NaNO3为融合诱导剂 将来自不同种的烟草原生质体进行融合 获得世界上第一个体细胞杂种植株 1977 英国胚胎工程技术 首例试管婴儿 1997 多莉克隆羊 2001 首例克隆猪 4 5 6 1927 2002赛瑟 米尔斯坦 C sarMilstein GeorgesK hler1946 1995 乔治 可雷尔 7 第二节细胞工程的基本技术 细胞工程的分类 按遗传操作的对象结构层次分 8 根据研究对象不同植物细胞工程动物细胞工程微生物细胞工程 9 一 细胞培养技术1 概念细胞培养是将生物体内的某一块组织取出 在体外经过表面消毒处理后 用酶消化法将组织块分散成单个的细胞 然后放置在人工配制的培养基中进行培养 并使它们在体外生长繁殖的技术 10 2 细胞生长所需的培养条件必须供给足够的营养主要包括糖 氨基酸 维生素 无机盐等 必须保证一定的生长环境 如合适的温度 pH值以及无菌条件 11 12 13 14 15 16 17 18 二 细胞融合技术 1 概念细胞融合又称为体细胞杂交 由法国的Barski等于1960年首先创立 它是指在离体条件下用人工方法将两个或多个不同种的细胞通过无性方式融合成一个杂合细胞的过程 融合后的细胞含有两个或多个不同的细胞核 称为异核体 19 融合的过程 20 1 病毒诱导融合 仙台病毒 腺病毒等2 化学诱导融合 PEG 聚赖氨酸等3 物理诱导融合 电场脉冲 激光等 细胞融合的方法 21 细胞融合仪 电诱导原生质体融合 22 三 细胞重组技术 细胞重组就是在体外条件下运用一定的实验技术从活细胞中分离出各种细胞的结构或组成 部件 再把它们在不同的细胞之间重新进行装配 从而得到新的生物活性细胞 23 1 核移植技术核移植技术是借助显微操作仪 利用微吸管将一个细胞的细胞核吸出并移植到另一个去核的细胞中 从而可能创造出新生物品种的一项技术 2 细胞器移植细胞器种类很多 分离与纯化也比较容易 不过研究较多的是叶绿体和线粒体的移植 24 第三节植物细胞工程 植物组织培养技术植物细胞培养与次生代谢产物生产植物原生质体培养植物原生质体融合技术人工种子单倍体植物的诱发与利用体细胞遗传变异及其利用 25 一 植物组织培养技术 1 概念植物细胞全能性细胞分化和脱分化植物细胞和组织培养外植体愈伤组织形态发生 26 细胞全能性指植物体的每个细胞在离体条件下都具有诱导生长分化形成完整植株的潜在能力 这是因为每个细胞都具有一套完整的基因组 细胞的全能性是植物细胞和组织培养的主要依据 细胞全能性 27 细胞分化 differentiation 是指导致细胞形成不同结构 引起功能改变或潜在发育方式改变的过程 细胞脱分化 dedifferentiation 培养条件下使一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程 细胞分化和脱分化 28 植物细胞和组织培养 植物细胞和组织培养是指将植物的器官 组织 细胞或细胞器进行离体 无菌的培养 并重新生成细胞或植物的过程 植物器官培养植物细胞培养离体胚胎培养原生质体培养花粉培养 29 外植体 植物组织培养中 作为离体培养材料的器官或组织的片段统称为外植体 explant 如植物的根 茎 叶 花 果 穗 胚珠 胚乳 花药 花粉等均可作为外植体 外植体的脱分化因植物种类 器官来源及其生理状况的不同而有很大差别 例如 烟草 胡萝卜等植物的脱分化比较容易 禾本科植物的脱分化比较难 花的脱分化比较容易 茎 叶的脱分化比较难 幼嫩组织的脱分化比较容易 成熟的老组织脱分化比较难 外植体选取合理与否 不仅影响培养的难易 而且有时甚至影响分化的程度和器官类型 30 愈伤组织 外植体经过培养所形成的脱分化的植物细胞团称为愈伤组织 在植物组织培养中 主要目标是诱导愈伤组织形成和形态发生 使一个离体的细胞 一块组织或一个器官的细胞 通过脱分化形成愈伤组织 并由愈伤组织再分化形成植物体 31 形态发生 植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或细胞团 愈伤组织 分化形成不定根 不定芽等器官的过程 植物的离体体细胞胚胎发生指各种外植体 培养细胞 原生质体在培养条件下形成胚的类似物 不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞统称为体细胞胚或胚状体 的过程 32 2 植物细胞全能性的实现条件与过程 条件 使植物细胞处于体外条件下 解除植株其余部分的影响 一定的营养物质和培养条件 适当的刺激 33 外植体 愈伤组织 生长点 根 芽或胚状体 小植株 脱分化 再分化 器官发生 营养生长 过程 胚胎发生 34 3 植物组织 细胞培养的营养要求和培养条件 1 培养基成分无机盐碳源和能源维生素氮源生长调节剂诱导子 35 MS组成配制1升 1000毫升 培养基硝酸铵1 65克硝酸钾1 9克氯化钙0 44克硫酸镁0 37克磷酸二氢钾0 17克碘化钾0 83毫克硼酸5 2毫克硫酸镁22 3毫克硫酸锌3 6毫克钼酸钠0 25毫克硫酸铜0 025毫克氯化钴0 025毫克硫酸铁27 8毫克蔗糖30克琼脂7克 其他生长调节物质要根据花卉的种类和培养目的而确定 36 2 培养条件要求光照 强度 光质和光周期湿度 容器内的湿度几乎是100 的相对湿度 二是环境的相对湿度一般要求70 80 温度 通常24 28 pH值 5 6 6 0之间气体渗透压 37 4 植物组织培养五阶段 预备阶段 培养室 培养容器 接种工具的准备 培养基制备 选择合适的外植体 表面杀菌 诱导去分化阶段 接种 外植体在含有生长素类激素的培养基中形成愈伤组织 光照非必需 继代增殖阶段 将愈伤组织移植到含有细胞分裂素的培养基中 愈伤组织细胞数大大扩增生根发芽阶段 将愈伤组织移植到含有细胞分裂素的培养基中 使其重新分化成胚状体 继而长成小植株 光照必需 移栽成活阶段 38 39 5 植物组织培养技术的应用 1 植物脱毒植物脱毒 马铃薯 大蒜 甘薯 草莓及许多果树和花卉 由于多代营养繁殖 植株体内积累了大量的病毒 种性退化严重 表现为作物生长受到抑制 形态畸变 产量下降 品质变劣等 而利用茎尖组织培养辅以化学或高温处理 可以较好地起到植株脱毒作用 培养出来的种苗称作脱毒苗 40 大田作物 马铃薯 甘薯 甘蔗 烟草蔬菜 白菜 大蒜 葱 番茄 萝卜 果树 柑橘 苹果 草莓 香蕉 花卉 香石竹 各种菊花 天竹葵 紫罗兰等 大蒜 留种量占产量的五到八分之一 马铃薯 留种量占产量的十分之一 贝母 留种量占产量的三分之一 41 脱毒技术 在感染病毒的植株中 病毒的分布是不一致的 在老叶片及成熟组织和器官中 病毒含量较高 但幼嫩的和未成熟的植物部位 病毒的含量较低 而在生长点约0 1 1毫米时 则几乎不含病毒颗粒 这是由于病毒的繁殖运输速度与茎尖细胞生长速度不同所致 在茎尖分生组织中 细胞繁殖十分迅速 病毒还来不及侵入 因此就成为植物体相对无病毒 的特殊区域 42 植物的去病毒技术 实质上就是采取不含病毒颗粒或病毒颗粒含量甚少的0 1 0 5毫米带1 2个叶原基的茎尖作为外植体 进行微繁殖 使其培养成完整的无病毒小植株的技术 由于所取的外植体很小 分离难度大 一般在解剖镜下操作 培养无病毒所用的器具必须严格消毒 克服培养中的污染也是成败的关键 43 脱毒效果检测指示植物鉴定 testplants 所谓指示植物是指具有能够辨别某种病毒的专化性症状的寄主植物 血清鉴定 serologictest 试管沉淀反应 免疫双扩散 酶联免疫吸附测定 ELISA 44 2 快速繁殖技术快速繁殖技术 植物的一个细胞或很小的一块组织通过组织培养就可以长成一株幼苗 因这些幼苗多在试管里形成 人们又常常称它们为 试管苗 培育出的幼苗还可以继续切割再次进行培养 这样一变十 十变百 就可繁殖出大量的幼苗 45 用于加速某些难繁殖或繁殖速度很低的植物 或某些需要需要加速繁殖的特殊基因型 如名贵花卉 优良资源 果树芽变分离 工程植株等等