植物细胞工程

细胞工程

指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿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。第1页/共30页第一页，共31页。细胞工程应用的原理和方法研究的水平研究的目的细胞生物学和分子生物学细胞整体水平或细胞器水平按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品概念分类植物细胞工程动物细胞工程理论基础细胞的全能性第2页/共30页第二页，共31页。主要技术植物组织培养植物体细胞杂交动物细胞培养动物细胞融合单克隆抗体技术胚胎移植核移植植物细胞工程技术动物细胞工程技术第3页/共30页第三页，共31页。异种植物细胞杂种细胞转基因植物异种动物细胞动物细胞群重组细胞体细胞细胞核早期胚胎受精卵去核卵细胞克隆动物试管婴儿动物细胞融合植物体细胞杂交植物组织培养动物细胞培养核移植胚胎移植体外受精第4页/共30页第四页，共31页。所采用技术的理论基础

植物细胞工程通常采用的技术手段

植物组织培养

植物体细胞杂交植物细胞的全能性第5页/共30页第五页，共31页。（一）细胞的全能性1、定义：

生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。

2、原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。

3、差异：

（1）受精卵的全能性最高

（2）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。

植物细胞的全能性受精卵生殖细胞体细胞＞＞4、大小第6页/共30页第六页，共31页。例一：非洲爪蟾实验突变型蝌蚪肠上皮细胞

野生型未受精卵细胞 紫外线破坏细胞核

取出细胞核无核的未受精卵（含有一个核仁）

“重组细胞”

囊胚

囊胚

蝌蚪

成蛙（细胞核含一个核仁）

移入发育发育发育已经分化的动物细胞可以发育成为一个动物体5.细胞表现出全能性的条件离体状态有一定营养物质、激素和其他外界条件第7页/共30页第七页，共31页。蜜蜂（2N=32）减数分裂卵细胞(N=16)

发育雄蜂(N=16)卵细胞可以直接发育成为一个新个体例二：第8页/共30页第八页，共31页。

思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？

基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。第9页/共30页第九页，共31页。植物组织培养关键词：外植体、脱分化、再分化、愈伤组织细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件必要条件：第10页/共30页第十页，共31页。植物组织培养外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等）2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上3）切取所需的外植体4）将外植体接种于培养容器的培养基上整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织第11页/共30页第十一页，共31页。植物组织培养的培养基定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有机营养成分①含N物质：包括维生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖③琼脂：起支持作用④生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0第12页/共30页第十二页，共31页。试管苗大规模培养第13页/共30页第十三页，共31页。第14页/共30页第十四页，共31页。过程离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体脱分化植物激素：细胞分裂素、生长素再分化植物组织培养植物组织培养条件：

含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。第15页/共30页第十五页，共31页。（三）植物体细胞杂交1、定义：

用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。2、优势：（与有性杂交方法比较）

打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。植物体细胞杂交第16页/共30页第十六页，共31页。去壁去壁纤维素酶果胶酶原生质体植物细胞原生质体融合离心、振动、电刺激、聚乙二醇再生细胞壁杂种细胞去分化愈伤组织杂种植株激素筛选等量激素再分化植物体细胞杂交过程示意图第17页/共30页第十七页，共31页。植物A细胞植物B细胞去壁原生质体A原生质体B原生质体融合融合体再生壁杂种细胞细胞分裂愈伤组织杂种植株去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）

原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）植物体细胞杂交过程示意图第18页/共30页第十八页，共31页。制备原生质体：酶解法去掉细胞壁

诱导融会

新的原生质体

生出细胞壁

杂种细胞

组织培养

杂种植株意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种植物体细胞杂交方法及意义第19页/共30页第十九页，共31页。几个概念：愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。第20页/共30页第二十页，共31页。植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。第21页/共30页第二十一页，共31页。植物细胞工程的实际应用第22页/共30页第二十二页，共31页。一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖

(1)微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.(2)特点:

保持优良品种的遗传特性;

高效快速地实现种苗的大量繁殖.第23页/共30页第二十三页，共31页。第24页/共30页第二十四页，共31页。2.作物脱毒

(1)材料:无病毒的茎尖

(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得第25页/共30页第二十五页，共31页。3.神奇的人工种子

(1)特点:

后代无形状分离不受气候,季节和地域限制

(2)技术:植物组织培养.(3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.第26页/共30页第二十六页，共31页。二、作物新品种的培育1.单倍体育种

(1)方法:花药的离体培养

(2)优点:

后代稳定遗传,都是纯合体;

明显缩短育种年限.第27页/共30页第二十七页，共31页。2.突变体的利用

(1)产生:植物组织培养

(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种三、细胞产物的工厂化生产1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.2.技术:植物的组织培养.第28页/共30页第二十八页，共31页。第29页/共30页第二十九页，共31页。感谢您的观看。第30页/共30页第三十页，共31页。内容总结细胞工程。细胞整体水平或细胞器水平。