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1、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。应用的原理和方法研究的水平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或细胞器细胞或细胞器水平水平按照人们的意愿来改变按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获细胞内的遗传物质或获得细胞产品得细胞产品(定向改造）定向改造）第1页/共49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核移植植物细胞工程动物细胞工程第2页/共49页一、植物组织培养1、生物学原理：细胞的全能性第3页/
2、共49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。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，生物体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个体的每一个活细胞都应该具有全能性。都应该具有全能性。3、差异：（1 1）受精卵的全能性受精卵的全能性最高 （2 2）受精卵分化后的细胞中，体细胞受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的的全能性比生殖细胞的低。4、大小
3、受精卵胚胎干细胞生殖细胞体细胞植物细胞动物细胞第4页/共49页 思考讨论：为什么体内细胞没有表现出思考讨论：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？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基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同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。质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。第5页/共49页(二)、植物组织培养1、植物组织培养的条件：离体的细胞、组织或器
4、官适宜的外界环境条件，如无菌、适宜的温度、湿度、光照等培养基（一定的营养物质，激素）第6页/共49页2、植物组织培养的培养基、植物组织培养的培养基无机营养成分：无机盐离子有机营养成分：含N物质：包括维生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖溶液，调节渗透压 琼脂：起支持作用 激素：生长素，细胞分裂素PH值：5.06.0第7页/共49页植物组织培养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、茎尖、嫩芽、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
5、在培养基上生长后，会形成愈伤组织第8页/共49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。脱分化脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组：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。织的过程，又称去分化。再分化再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根：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。或芽等器官的过程。第9页/共49页试管苗大规模培养第10页/共49页第11页/共49页离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤
6、组织愈伤组织根、芽植物体外植体脱分化脱分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素再分化再分化植物组织培养的过程植物组织培养条件植物组织培养条件：含有全部营养成分的含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的气、无菌环境、适合的PHPH、适时、适时光照光照等。等。第12页/共49页植物组织培养（试管苗的形成）植物组织培养（试管苗的形成）第13页/共49页试管苗大规模培养第14页/共49页移栽移栽经过炼经过炼苗的小苗的小苗，可苗，可以和一以和一般植物般植物一样进一样进行大规行大规模栽培模栽培第15页/共49页第16页/共49页第17页/共49
7、页能力训练：1、下列不能作为植物组织培养的材料是：A、秋海棠的叶 B、马铃薯的块茎C、成熟的花粉 D、木质部中的导管细胞D第18页/共49页第19页/共49页一一、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径 1.微型繁殖(属无性繁殖)(1)微型繁殖技术（快速繁殖技术）: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20页/共49页2.培育脱毒作物 (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21页/共49页二二、作物新品种的培育作物新品种的培育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;
8、明显缩短育种年限.第22页/共49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,进而培育新品种三三、细胞产物的工厂化生产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23页/共49页植物组织培养大量生产紫草素 现现在在已已有有胡胡萝萝卜卜、芹芹菜菜、柑柑橘橘、咖咖啡啡、棉棉花花、玉玉米米、水水稻稻、橡橡胶胶等等几几十十种种植植物物的的人人工工种种子子试试种种成成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。紫草紫草紫草素紫草素 愈伤组织愈伤组织第24页/共49页第25页/共
9、49页4.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49页人工种子植物组织培养的方法，诱导离体的植物组织植物组织培养的方法，诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构，包裹上形成具有生根发芽能力的胚状结构，包裹上人造种皮，制成人工种子。人造种皮，制成人工种子。把胚状体包裹在胶囊内形成球把胚状体包裹在胶囊内形成球状结构。状结构。胶质化合物薄膜胶质化合物薄膜种皮（气种皮（气体、人工胚乳、机械抗压）体、人工胚乳、机械抗压）营养成分和植物激素营养成分和植物激素人工人工胚乳胚乳胚状体胚
10、状体新植物的幼体新植物的幼体优点：快速繁殖，解决作物繁殖能优点：快速繁殖，解决作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。力差、结子困难或发芽率低等问题。固定固定杂种优势杂种优势。第27页/共49页第28页/共49页细胞的全能性细胞的全能性细胞株、细胞系细胞株、细胞系植物体或组织植物体或组织培养结果培养结果获得细胞获得细胞或细胞分泌蛋白或细胞分泌蛋白快速繁殖、培育快速繁殖、培育无病毒植株等无病毒植株等培养目的培养目的葡萄糖、动物血清葡萄糖、动物血清蔗糖、植物激素蔗糖、植物激素培养基特有成分培养基特有成分液体培养基液体培养基固体培养基固体培养基培养基性质培养基性质细胞增殖细胞增殖原理原理动物细胞培
11、养动物细胞培养植物组织培养植物组织培养比较项目比较项目第29页/共49页第30页/共49页1在生物体内细胞并没有表现出全能性的原因基因在特定的时间和空间条件下选择性表达，细胞分化为不同的组织、器官。2全能性的大小全能性的大小植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞(动物细胞中的细胞核具有全能性动物细胞中的细胞核具有全能性)受精卵生殖细胞受精卵生殖细胞(配子、精子、卵细胞配子、精子、卵细胞)体细胞体细胞体细胞：分化程度低的分化程度高的体细胞：分化程度低的分化程度高的幼嫩的衰老的幼嫩的衰老的细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的第31页/共49页1概念利用植物体的离体器官、组织或
12、细胞，无菌条件下在含有营养物质的培养基上，给予适宜的光照、温度、湿度等环境条件进行人工培养，使其增殖、生长、发育而形成完整的植株。第32页/共49页2过程3原理：植物细胞的全能性第33页/共49页(4)脱分化和再分化的比较比较内容比较内容脱分化脱分化再分化再分化过程过程外植体外植体愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织幼苗幼苗形成体特点形成体特点排列疏松、高度液泡化排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞的薄壁细胞有根、芽有根、芽需要条件需要条件a.离体离体b.适宜的营养适宜的营养c.生长素和细胞分裂素生长素和细胞分裂素a.离体离体b.适宜的营养适宜的营养c.生长素和细胞分生长素和细胞分裂素裂素d.光照光照第
13、34页/共49页5.影响脱分化、再分化的因素影响脱分化、再分化的重要因素为植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈的促进愈伤组织的形成，两者不同浓度的配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素的浓度比高时，有利于芽的产生；浓度比低时，有利于根的产生。第35页/共49页6.植物组织培养与动物细胞培养的比较技术技术内容内容项目项目植物组织培养植物组织培养动物细胞培养动物细胞培养原理原理细胞的全能性细胞的全能性细胞的增殖细胞的增殖培养基培养基成分成分矿质元素、矿质元素、蔗糖蔗糖、维生素、维生素、植物激素植物激素和有机添加剂和有机添加剂(如如甘氨酸、琼脂等甘氨酸
14、、琼脂等)，属于固，属于固体培养基体培养基葡萄糖葡萄糖、氨基酸、无机盐、氨基酸、无机盐、维生素、维生素、动物血清动物血清等，属等，属于液体培养基于液体培养基取材取材较幼嫩的细胞、组织、器较幼嫩的细胞、组织、器官官动物胚胎或出生不久的幼动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织龄动物的器官或组织第36页/共49页培养过程培养过程第37页/共49页培养结果培养结果可以获得植株，也可以可以获得植株，也可以获得大量细胞获得大量细胞只能获得大量细胞，不只能获得大量细胞，不能得到生物个体能得到生物个体应用应用植物快速繁殖与脱毒植物快速繁殖与脱毒植物培养植物培养生产细胞产品生产细胞产品制造人工种子制造人工种子
15、用于转基因植物的培用于转基因植物的培育育生产生物制品生产生物制品培养皮肤移植的材料培养皮肤移植的材料检测有毒物质检测有毒物质用于生理、病理、药用于生理、病理、药理学的研究理学的研究相同点相同点都需人工条件下的无菌操作都需人工条件下的无菌操作都是合成培养基都是合成培养基都需适宜的温度、都需适宜的温度、pH等条件等条件第38页/共49页特别提醒：植物组织培养需要生长素和细胞分裂素，其中生长素可诱导愈伤组织生根，细胞分裂素可促进愈伤组织生芽。在动物细胞的传代培养中，细胞可能癌变。两种技术手段培养过程中都进行了有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂。植物组织培养最终产生新个体，体现了细胞
16、的全能性；动物细胞培养产生大量细胞，不形成新个体，故不能体现细胞的全能性。第39页/共49页4下列有关植物组织培养的叙述中，错误的是()A花药、胚不能作为组织培养的材料B植物细胞具有全能性C外植体是指用于培养的离体植物组织或器官D外植体可诱导出愈伤组织第40页/共49页【例1】(2009上海卷)回答下列有关植物组织培养的问题。(1)用于植物组织培养的植物材料称为_。(2)组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为_。第41页/共49页(3)在再分化阶段所用培养基中，含有植物激素X和植物激素Y。逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如图所示。据图指出两种激素的
17、不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系：第42页/共49页当植物激素X与植物激素Y的浓度比等于1时，_；_；_。第43页/共49页(4)若植物激素Y是生长素，在植物组织培养中其主要作用是_；则植物激素X的名称是_。(5)生产上用试管苗保存植物的优良性状，其原因是_。第44页/共49页答案：(1)外植体(2)去分化(或脱分化)(3)未分化细胞群经分裂形成愈伤组织当植物激素X与植物激素Y的浓度比大于1时，未分化细胞群分化形成芽当植物激素X与植物激素Y的浓度比小于1时，未分化细胞群分化形成根(4)促进细胞的生长(伸长)、分裂和分化细胞分裂素(5)组织培养形成试管苗的过程属于无性生殖，后代不发生性状分
18、离第45页/共49页【知识链接】植物组织培养基中的两类激素细胞分裂素和生长素生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。生长素主要被用于诱导愈伤组织形成、诱导根的分化和促进细胞伸长生长；细胞分裂素有诱导芽的分化、促进侧芽萌发生长、促进细胞分裂、抑制根的分化等作用。生长素与细胞分裂素的比例决定着愈伤组织发育的方向，如图1所示。第46页/共49页第47页/共49页题后反思：本题易做错第(3)小题，错误的原因是不能正确理解图中所示植物激素X的浓度和植物激素Y的浓度之间的关系。本题实际是命题者有意违背一般人的看图习惯，根据图示植物激素X的浓度越高，对应于坐标图中的位置应该越向右；植物激素Y的浓度越高，对应于坐标图中的位置应该越向上。其他类似图形如图2、图3所示。第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页