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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整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细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：植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞工程常用的技术是植物细胞工程常用的技术是 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
2、具有使后代细胞形成概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。完整个体的潜能。原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗原因：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及发育为完整个体所必需的全部基因。传物质及发育为完整个体所必需的全部基因。全能性高低：全能性高低：受精卵受精卵胚胎干细胞胚胎干细胞生殖细胞体细胞生殖细胞体细胞植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞植物细胞工程常用的技术植物组织培养 1、概念概念 植物组织培养就是在无菌和人工控制条件植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将下，将 离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工离体的植物器官、组织、细
3、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。愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。2、植物组织培养的条件植物组织培养的条件1）离体细胞、组织或器官）离体细胞、组织或器官2）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、适宜的外界环境条件，例如无菌、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：
4、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：起支持作用琼脂：起支持作用 激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素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、组织或细胞脱分化（又叫去分化）脱分化（又叫去分化）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1 1、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，且把杂种
5、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。2 2、优势、优势：（与有性杂交与有性杂交方法比较方法比较）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，拓展了，拓展了可用于杂交的亲本组合范围可用于杂交的亲本组合范围。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再生生壁壁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
6、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）植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图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
7、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，会导致作物产病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差量降低，品质变差分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少，分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少，甚至没有甚至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（不定芽、顶芽、腋芽）胚状体（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
8、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素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍秋水素处理单倍体的幼苗，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，分裂状态的细胞易受利用组织培养时，分裂状态的细胞易受培养条件和外界压力（如射线，化学物培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变的原理，诱导质等）的影响而产生突变的原理，诱导并筛选出对人类有用的突变体。并筛选出对人类有用的突变体。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2.2动物细胞培养动物细胞培养动物细胞融
9、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组织出相关的组织,将它分散成单个细胞将它分散成单个细胞,然后然后,放在适宜的培养基中放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增让这些细胞生长和增殖殖.2、动物细胞培养过程：、动物细胞培养过程：动物胚胎或幼龄动动物胚胎或幼龄动物的组织、器官物的组织、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
10、系单个细胞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动物组织细胞间隙中动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤含有一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞维等蛋白质，将细胞网络起来形成具有一网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织定弹性和韧性的组织和器官。和器官。（分解弹性纤维）（分解弹性纤维）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、促生长因子（维生素、糖、氨基
11、酸、无机盐、微量元素、促生长因子（维生素、激素等）和动物血清激素等）和动物血清温度和温度和PH 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 植物组织培养和动物细胞培养的比较植物组织培养和动物细胞培养的比较比较项目比较项目植物组织培养植物组织培养动物细胞培养动物细
12、胞培养原理原理细胞的全能性细胞的全能性细胞增殖细胞增殖培养基性质培养基性质固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基培养基特有成分培养基特有成分蔗糖蔗糖 植物激素植物激素葡萄糖葡萄糖 动物血清动物血清培养结果培养结果植物体植物体细胞株、细胞系细胞株、细胞系培养目的培养目的快速繁殖、培育快速繁殖、培育无病毒植株无病毒植株获得细胞或细胞获得细胞或细胞分泌蛋白分泌蛋白二、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细胞动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核核,移如入一个已经去掉细胞核的卵母细胞移如入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中中.使其重组并发育成一个
13、新的胚胎使其重组并发育成一个新的胚胎,这个这个新的胚胎最终发育为动物个体新的胚胎最终发育为动物个体.核移植技术核移植技术1.克隆羊培育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景畜牧业、医药卫生以及其他领域有着广泛应用前景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
14、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
15、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
16、融合使细胞分散后诱使细胞分散后诱导细胞融合导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
17、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 单克隆抗体制备过程单克隆抗体制备过程 注射抗原注射抗原B淋巴细胞淋巴细胞骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞细胞融合、筛选细胞融合、筛选杂交瘤细胞杂交瘤细胞细胞培养细胞培养筛选，继续培养筛选，继续培养足够数量的、能产生足够数量的、能产生特定
18、抗体的细胞群特定抗体的细胞群体外培养体外培养注射到小鼠腹腔注射到小鼠腹腔单克隆抗体单克隆抗体单克隆抗体的应用单克隆抗体的应用与常规抗体相比，单克隆抗体产量高，特异与常规抗体相比，单克隆抗体产量高，特异性强，灵敏度高，优越性十分明显。性强，灵敏度高，优越性十分明显。应用主要有：应用主要有：1 1、临床诊断、临床诊断2 2、作为载体，运载抗癌药物，形成、作为载体，运载抗癌药物，形成“生物导弹生物导弹”治疗肿瘤治疗肿瘤 下图为某同学根据杂交瘤技术的方法，设计的生产破伤下图为某同学根据杂交瘤技术的方法，设计的生产破伤风杆菌的实验方案风杆菌的实验方案2、该方案能达到预期效果吗？为什么？、该方案能达到预期
19、效果吗？为什么？4、图中、图中B为为_过程，常用过程，常用_作为诱导剂，该细胞继作为诱导剂，该细胞继承承_的遗传特性，既能的遗传特性，既能_,又能又能_。1、该实验方案的目的是、该实验方案的目的是_3、A是从小鼠的脾脏中取得是从小鼠的脾脏中取得_,该细胞能够产生该细胞能够产生_5、C过程指细胞培养，该过程包括过程指细胞培养，该过程包括_培养和培养和_培养两个阶段，其培养两个阶段，其中中_代以内的的细胞属于细胞株。代以内的的细胞属于细胞株。制备单克隆抗体制备单克隆抗体B细胞细胞抗体抗体细胞融合细胞融合灭活病毒灭活病毒双亲细胞双亲细胞分泌抗体分泌抗体无限增殖无限增殖原代原代传代传代50B体外培养体外培养骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞杂交瘤细胞杂交瘤细胞足够数量的细胞群足够数量的细胞群注射到注射到小鼠腹腔小鼠腹腔AC