植物细胞工程(上课)

1、专题2 细胞工程2.1植物细胞工程 细细胞胞工工程程应用的原理和方法应用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学细胞水平或细细胞水平或细胞器水平胞器水平按照人们的意愿按照人们的意愿来改变细胞内的来改变细胞内的遗传物质或获得遗传物质或获得细胞产品细胞产品概念概念分类分类植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程的理论基础是：植物细胞工程的理论基础是： 植物细胞的全能植物细胞的全能性性植物细胞工程的基本技术是植物细胞工程的基本技术是 植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交植物体细胞杂交概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有发

2、育成完整个概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有发育成完整个体的潜能。体的潜能。原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质。遗传物质。 全能性高低：全能性高低： 受精卵生殖细胞体细胞受精卵生殖细胞体细胞植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞2.1.1植物细胞工程常用的技术植物组织培养 1、概念概念 植物组织培养就是植物组织培养就是在无菌和人工控制条件在无菌和人工控制条件下，将下，将 离体离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工的植物器官、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，诱导其产配制的培养基上，给予适宜的培养条件

3、，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株完整的植株。 2、植物组织培养的条件植物组织培养的条件 1）离体离体细胞、组织或器官细胞、组织或器官 2）适宜的外界环境条件，例如适宜的外界环境条件，例如无菌无菌、适宜的温度、适宜的温度、湿度、光照等湿度、光照等 3）培养基）培养基（一定的营养物质，激素一定的营养物质，激素） 植物组织培养的培养基无机营养成分：无机盐离子无机营养成分：无机盐离子有机营养成分：有机营养成分： 含含N N物质：包括维生素和氨基酸物质：包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%5%2%5%的蔗糖溶液，调节渗透压的蔗糖溶液，调节渗透压 琼脂：起支持作用琼

4、脂：起支持作用 激素：生长素、细胞分裂素，激素：生长素、细胞分裂素，两者比例不同影两者比例不同影响根和芽的分化响根和芽的分化PHPH值：值：5.05.06.06.0植物组织培养的过程离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞（外植体）（外植体）脱分化（又叫去分化）：避光脱分化（又叫去分化）：避光愈伤组织愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）化的呈无定形状态的薄壁细胞）再分化再分化根或芽等器官根或芽等器官植物体植物体光照光照形成层形成层定义：定义： 将两个来自不同植物的体细胞融合成将两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂

5、种细胞培育成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的过程。新的植物体的过程。 植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物植物A A细胞细胞植物植物B B细胞细胞去壁去壁原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B原生质体融合原生质体融合融合体融合体再生壁再生壁( (融合成融合成功的标志功的标志) )杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融合方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG） 植物体细

6、胞杂交植物体细胞杂交原理：细胞膜的流动性和细胞的全能性原理：细胞膜的流动性和细胞的全能性优势：优势：克服了远缘杂交不亲和的障碍克服了远缘杂交不亲和的障碍.1、下列围绕有关细胞全能性的叙述，正确的、下列围绕有关细胞全能性的叙述，正确的是是()A植物体只有体细胞才具有发育成完整个体植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因所必需的全套基因B高度分化的植物细胞只有处于离体状态时高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性才有可能表现出全能性C植物体内某些体细胞没有表现出全能性，植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同其原因是所含基因不同D紫色糯性玉米种子培育成植

7、株，这反映植紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性物种子具有全能性B2.(2010荆州模拟荆州模拟)在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形 成愈伤组织的过程中，下列各项中为非必要条件的是成愈伤组织的过程中，下列各项中为非必要条件的是() A.培养基需消毒灭菌培养基需消毒灭菌 B.给予适宜的温度给予适宜的温度 C.给予充足的光照给予充足的光照 D.给予适宜的养料和激素给予适宜的养料和激素 C3.下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述错误的是下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述错误的是 () A.属于无性生殖属于无性生殖 B.主要理论依

8、据是植物细胞具有全能性主要理论依据是植物细胞具有全能性 C.培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能 发育成完整植株发育成完整植株 D.人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包 括矿质元素、糖、维生素等括矿质元素、糖、维生素等C4、如图为植物组织培养过程，有关说法不正确、如图为植物组织培养过程，有关说法不正确的是的是()。AB试管中细胞全能性最高试管中细胞全能性最高BD试管中培育出的个体都是纯合子试管中培育出的个体都是纯合子CAB的过程不需要光照的过程不需要光照DAD的细胞分裂都是有

9、丝分裂的细胞分裂都是有丝分裂B2.1.2植物细胞工程的实际应用 繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径微型育种微型育种作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子 育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体 细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产概念：概念：应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术）快速繁殖技术）原理：原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性优点：优点：繁殖率高，可大批量生产繁殖率高，可大批量生产 取材少取材少 培养周期短培养周期短 保持优良性状保持优良性状微型繁殖作物脱毒 病毒在作物体内逐年积累，会导致作物病毒在作物体内逐年积累，会

10、导致作物产量降低，品质变差产量降低，品质变差 分生区附近（分生区附近（茎尖茎尖）的病毒极少，甚至）的病毒极少，甚至没有没有 采用茎尖进行组织培养采用茎尖进行组织培养人工种子人工种子 结构：结构：人工薄膜人工薄膜+ +胚状体胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）（不定芽、顶芽、腋芽） 优点：优点：不受气候、季节、地域的限制不受气候、季节、地域的限制保留优良性状保留优良性状时间短，占地少时间短，占地少 技术：技术：组织培养组织培养 原理：原理：细胞全能性细胞全能性单倍体育种 方法：方法：花药离体培养花药离体培养 技术：技术：组织培养获得单倍体组织培养获得单倍体秋水仙素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍秋水仙素处

11、理单倍体的幼苗，使染色体加倍 优点：优点：明显缩短了育种年限明显缩短了育种年限后代稳定遗传后代稳定遗传突变体的利用 利用组织培养时，利用组织培养时，愈伤组织愈伤组织处于不断分处于不断分裂状态，易受培养条件和外界压力（如裂状态，易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变射线，化学物质等）的影响而产生突变的原理，诱导并筛选出对人类有用的突的原理，诱导并筛选出对人类有用的突变体。变体。细胞产物的工厂化生产红豆杉与紫杉醇红豆杉与紫杉醇人参皂甘的生产人参皂甘的生产一般培养到愈伤组织阶段一般培养到愈伤组织阶段 练习：练习：下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：下图是植物组织培养的简略表

12、示。据此回答：（1）表示表示 ，它能被培养成为，它能被培养成为 的根本原因是的根本原因是。（2）表示表示，它与，它与相比分化程度相比分化程度，全能性，全能性。（3）若想制作人工种子，应该选用（填编号）若想制作人工种子，应该选用（填编号）。（4）若）若是花药，则是花药，则是是 ，继续对其使用，继续对其使用_ 处理可获得处理可获得正常植株，该过程称为正常植株，该过程称为。（5）若）若是胡萝卜根尖细胞，则培养成的是胡萝卜根尖细胞，则培养成的的叶片的颜色是的叶片的颜色是 ，这说明根尖细胞，这说明根尖细胞 。离体的器官、组织或细胞离体的器官、组织或细胞植物细胞的全能性植物细胞的全能性。愈伤组织愈伤组织低

13、低高高单倍体植株单倍体植株秋水仙素秋水仙素纯合纯合单倍体育种单倍体育种绿色绿色含有叶绿体形成相关的基因含有叶绿体形成相关的基因2.2动物细胞培养动物细胞培养动物细胞融合动物细胞融合单克隆抗体技术单克隆抗体技术核移植核移植动物动物细胞细胞工程工程常用常用技术技术1.1.动物细胞培养的概念：动物细胞培养的概念： 动物细胞培养就是从动物有机体中取动物细胞培养就是从动物有机体中取出相关的出相关的组织组织, ,将它分散成将它分散成单个单个细胞细胞, ,然后然后, ,放在适宜的放在适宜的培养基培养基中中, ,让这些细胞让这些细胞生长和增生长和增殖殖. .2、动物细胞培养过程：、动物细胞培养过程：取动物组织

14、块取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物胚胎或幼龄 动物的组织、器官动物的组织、器官)细胞悬浮液细胞悬浮液胰蛋白酶胰蛋白酶10代细胞代细胞原代培养原代培养50代细胞代细胞传代培养传代培养细胞株细胞株无限传代无限传代细胞系细胞系分散成单个细胞分散成单个细胞加培养液加培养液遗传物质遗传物质未改变未改变遗传物质遗传物质已改变已改变原理：细胞增殖原理：细胞增殖3.动物细胞培养的条件：动物细胞培养的条件：无菌、无毒的环境无菌、无毒的环境培养液和所有培养用具进行无菌处理培养液和所有培养用具进行无菌处理措施：培养液中加抗生素，定期更换培养液措施：培养液中加抗生素，定期更换培养液营养营养糖、氨基酸、无机盐、微量元素

15、、促生长因子（维生素、糖、氨基酸、无机盐、微量元素、促生长因子（维生素、激素等）和激素等）和动物血清动物血清温度和温度和PH 36.50.5 7.2-7.4气体环境气体环境 O2 CO2 95空气空气 5的的CO24.4.动物细胞培养技术的应用动物细胞培养技术的应用: : 1.1.蛋白质生物制品的生产蛋白质生物制品的生产 如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体 2.2.健康细胞培养健康细胞培养 培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植 3.3.细胞的生理、药理、病理研究细胞的生理、药理、病理研究 4.4.检测有毒物质（根据变异细胞占全部培检测有毒物

16、质（根据变异细胞占全部培养细胞的比例来判断该物质的毒性）养细胞的比例来判断该物质的毒性） 1.1.用于动物细胞培养的组织和细胞大都取自胚胎或出生不久的用于动物细胞培养的组织和细胞大都取自胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织，其主要原因是这样的组织细胞幼龄动物的器官或组织，其主要原因是这样的组织细胞 ( )( )A.A.容易产生各种变异容易产生各种变异 B.B.具有更强的全能性具有更强的全能性 C.C.取材十分方便取材十分方便 D.D.分裂增殖的能力强分裂增殖的能力强2.2.关于动物细胞培养的错误叙述是关于动物细胞培养的错误叙述是 ( ) ( ) A.A.用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器

17、官或组织用于培养的细胞大都取自胚胎或幼龄动物的器官或组织B.B.将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理使其分散成单个细胞C.C.在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离，制成悬在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离，制成悬浮液浮液D.D.动物细胞培养只能传动物细胞培养只能传5050代左右，所培育的细胞会衰老死亡代左右，所培育的细胞会衰老死亡3.3.在动物细胞培养过程中，使用胰蛋白酶的作用是在动物细胞培养过程中，使用胰蛋白酶的作用是 ( )( )A.A.使组织分散为单个细胞或使细胞从培养瓶壁上脱落使组织分散为单个细胞或使细胞从培养瓶壁上脱

18、落B.B.促进蛋白质水解，为细胞分裂和生长提供多肽营养促进蛋白质水解，为细胞分裂和生长提供多肽营养C.C.去掉细胞膜上的糖被，有利于细胞融合去掉细胞膜上的糖被，有利于细胞融合D.D.去掉细胞膜，保证两种细胞的细胞质和细胞核融合去掉细胞膜，保证两种细胞的细胞质和细胞核融合4.4.动物细胞培养需要控制的条件有动物细胞培养需要控制的条件有 （ ）无菌、无毒的环境；无菌、无毒的环境；营养；营养；温度和温度和pHpH；气体环境气体环境A.A.B.B.C.C.D.D.5.5.培养的哺乳动物细胞时，温度和培养的哺乳动物细胞时，温度和pHpH大多以大多以_为宜。为宜。 ( )( )A.36A.360.50.5

19、；Ph=7.2Ph=7.27.47.4B. 36.5B. 36.50.50.5；Ph=7.0Ph=7.07.27.2C.36.5C.36.50.50.5；Ph=7.2Ph=7.27.47.4D.36D.360.50.5；Ph=7.0Ph=7.07.27.26.6.关于动物细胞培养技术的应用的说法不正确的是关于动物细胞培养技术的应用的说法不正确的是 （ ）A.A.大规模生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单大规模生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等克隆抗体等B.B.动物细胞是基因工程技术中常用的受体细胞，基因工程也离不动物细胞是基因工程技术中常用的受体细胞，基因工

20、程也离不开动物细胞的培养开动物细胞的培养C.C.可以用于检测有毒物质，只能判断某种物质是否有毒，不能判可以用于检测有毒物质，只能判断某种物质是否有毒，不能判断毒性的大小断毒性的大小D.D.科学家培养正常或各种病变的细胞，用于生理、病理、药理等科学家培养正常或各种病变的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研究方面的研究7.7.贴壁细胞的分裂方式属于贴壁细胞的分裂方式属于 ( )( )A.A.无丝分裂无丝分裂 B.B.有丝分裂有丝分裂 C.C.减数分裂减数分裂 D.D.增殖增殖8.8.（2006 2006 年江苏）下列不属于动物细胞工程应用的是年江苏）下列不属于动物细胞工程应用的是（ ）A.A.大规

21、模生产干扰素，用于抵抗病毒引起的感染大规模生产干扰素，用于抵抗病毒引起的感染 B.B.为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞C.C.大规模生产食品添加剂、香料等大规模生产食品添加剂、香料等 D.D.利用胚胎移植技术，加快优良种畜的繁殖利用胚胎移植技术，加快优良种畜的繁殖9、离体的植物组织或细胞在适当培养条件下发育成完整的、离体的植物组织或细胞在适当培养条件下发育成完整的植株，离体动物体细胞却没有发育成动物的成熟个体，原因是植株，离体动物体细胞却没有发育成动物的成熟个体，原因是（）（）A、动物细胞内没有成套的遗传物质、动物细胞内没有成套的遗传物质B、动物细胞的全

22、能性随分化程度提高而受到限制，分化潜、动物细胞的全能性随分化程度提高而受到限制，分化潜能变弱能变弱C、动物细胞的细胞核太小、动物细胞的细胞核太小 D、动物细胞的全能性低于植物细胞、动物细胞的全能性低于植物细胞二、动物体细胞核移植技术和克隆动物二、动物体细胞核移植技术和克隆动物 动物核移植是将动物的一个细胞的动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核细胞核,移入一个已经移入一个已经去掉细胞核去掉细胞核的的卵母细胞卵母细胞中中.使其使其重组重组并发育成一个新的胚胎并发育成一个新的胚胎,这个新的胚胎最这个新的胚胎最终发育为终发育为动物个体动物个体.（克隆动物）（克隆动物）核移植技术核移植技术1.克隆羊培育

23、过程克隆羊培育过程黑面绵羊去黑面绵羊去核卵细胞核卵细胞白面绵羊乳白面绵羊乳腺细胞核腺细胞核细胞核移植细胞核移植重组细胞重组细胞电脉冲刺激电脉冲刺激早期胚胎早期胚胎胚胎移植胚胎移植另一头绵羊的子宫另一头绵羊的子宫妊娠、出生妊娠、出生克隆羊多利克隆羊多利体细胞核移植技术的应用前景体细胞核移植技术的应用前景畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛应用前畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛应用前景景1加速加速家畜遗传改良家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育进程，促进优良畜群繁育2保护濒危物种，增加动物保护濒危物种，增加动物 的存活数量的存活数量3可作为生物反应器，生产医用蛋白可作为生物反应器，生产医用蛋白克

24、隆动物细胞、组织、器官可作为移植的供体克隆动物细胞、组织、器官可作为移植的供体了解胚胎发育及衰老过程、做疾病模型等了解胚胎发育及衰老过程、做疾病模型等体细胞核移植技术存在的问题体细胞核移植技术存在的问题 胚胎移植动物幼体产出胚胎移植动物幼体产出 概率概率10 克隆动物存在着健康问题克隆动物存在着健康问题 克隆动物的食品安全性问题存在争议克隆动物的食品安全性问题存在争议2.2.2一、动物细胞融合一、动物细胞融合 细胞融合是正常的生命活动细胞融合是正常的生命活动两个细胞正在融合两个细胞正在融合 受精作用受精作用1、动物细胞融合（细胞杂交）、动物细胞融合（细胞杂交）2个或多个或多个动物细胞结合形成一

25、个细胞的过程个动物细胞结合形成一个细胞的过程细胞细胞A细胞细胞B杂种细胞杂种细胞灭活的病毒灭活的病毒物理法物理法化学法化学法仙台病毒仙台病毒疱疹病毒疱疹病毒新城鸡瘟病毒新城鸡瘟病毒用做诱导剂的病毒为什么必须事先灭活？用做诱导剂的病毒为什么必须事先灭活？植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较比较项目比较项目植物体细胞杂交植物体细胞杂交动物细胞融合动物细胞融合细胞融合原理细胞融合原理细胞膜的流动性、细胞膜的流动性、 细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞融合的方法细胞融合的方法 去除细胞壁后诱导去除细胞壁后诱导原生质体融合原生质体融合使细胞分散后诱使细胞分散后诱导细胞融合导

26、细胞融合诱导方法诱导方法物理（离心、振荡、物理（离心、振荡、电刺激）电刺激）化学（聚乙二醇）化学（聚乙二醇）物理、化学方法物理、化学方法（同左）（同左）灭活的病毒灭活的病毒用途用途获得杂种植株获得杂种植株制备单克隆抗体制备单克隆抗体单克隆抗体单克隆抗体 由单个由单个B B淋巴细胞经过无性繁殖淋巴细胞经过无性繁殖（克隆），形成基因型相同的细胞群，（克隆），形成基因型相同的细胞群，这一细胞群所产生的化学性质单一、特这一细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。异性强的抗体称为单克隆抗体。 特点：特点： 特异性强、灵敏度高特异性强、灵敏度高 如何大量生产单克隆抗体？如何大量生产单克隆抗体？ 利用淋巴细胞产生抗体的功能利用淋巴细胞产生抗体的功能 利用肿瘤细胞无限增殖的特性利用肿瘤细胞无限增殖的特性 利用细胞融合的技术将利用细胞融合的技术将两种细胞融两种细胞融合合获得具有淋巴细胞和肿瘤细胞特获得具有淋巴细胞和肿瘤细胞特性的性的杂交瘤细胞杂交瘤细胞 利用动物细胞培养技术大量培养杂利用动物细胞培养技术大量培养杂交瘤细胞交瘤细胞2.2.制备过程：制备过程：诱导其融合的方法有哪些？诱导其融合的方法有哪些？融合后培养液中有几种细胞融合后培养液中有几种细胞怎样筛选出杂交瘤细胞，