2.1细胞工程专题培训课件.ppt

1996 1996年年7 7月月5 5日日,世界上第一只体细胞克隆动世界上第一只体细胞克隆动物物-克隆羊克隆羊多利多利诞生于英国诞生于英国,标志着一种新标志着一种新的生物技术的生物技术-动物体细胞克隆技术面世动物体细胞克隆技术面世,也揭也揭开细胞工程更深层次发展的序幕开细胞工程更深层次发展的序幕!细胞工程是指应用细胞生物学和细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过分子生物学的原理和方法，通过细胞细胞水平水平或或细胞器水平细胞器水平上的操作，按照人上的操作，按照人们的意愿来们的意愿来改变改变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。什么叫细胞工程？包括哪两什么叫细胞工程？包括哪两大领域？大领域？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或细胞器水平细胞整体水平或细胞器水平按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质变细胞内的遗传物质或获得细胞产品或获得细胞产品概念概念植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程理论基础理论基础细胞的全能性细胞的全能性分类分类主主要要技技术术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胚胎移植胚胎移植核移植核移植植物植物细胞细胞工程工程技术技术动物动物细胞细胞工程工程技术技术2.1.1 2.1.1 植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术所采用技术的理论基础 植植物物细细胞胞工工程程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植物细胞的全能性植物细胞的全能性通常采用的技术手段 细胞的全能性细胞的全能性1 1、定义、定义:2 2、原理、原理:3 3、差异、差异:4 4、大小：、大小：5 5、潜在全能性的原因、潜在全能性的原因: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。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活细胞都应该具有全能性。都应该具有全能性。受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全受精卵分化后的细胞中，体细胞的全 能性比生殖细胞的能性比生殖细胞的低低。基因的选择性表达基因的选择性表达受精卵生殖细胞体细胞受精卵生殖细胞体细胞 植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 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基因在特定空间和时间条件下选择性表达选择性表达的的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位结果。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。一样，从而形成了不同的组织和器官。Schwann Schwann在在1839 1839 年明确的指出：年明确的指出：“如果具有如果具有与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独立生活和发展立生活和发展”。德国著名植物学家德国著名植物学家G.HaberlandtG.Haberlandt在细胞学说在细胞学说的基础上于的基础上于19021902年提出了细胞全能性学说。他认年提出了细胞全能性学说。他认为，高等植物的组织、器官可以不断分割，直到为，高等植物的组织、器官可以不断分割，直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个质和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。细胞发育成为一个新个体。植物组织培养的发展简史 探索阶段探索阶段（1919世纪初世纪初3030年代中）年代中）德国植物生理学家德国植物生理学家HaHerlandtHaHerlandt首次进行了植物细胞培养首次进行了植物细胞培养实验实验 奠基阶段奠基阶段（30305050年代）年代）1934 1934年，年，WhiteWhite培养番茄离体根尖成功培养番茄离体根尖成功 1939 1939年，年，GautheretGautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成功连续培养胡萝卜根形成层首次成功 White:White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培烟草种间杂种的瘤组织进行组培 Nobecourt Nobecourt：胡萝卜进行组培：胡萝卜进行组培 以上三人是植物组织培养的奠基人以上三人是植物组织培养的奠基人 迅速发展阶段迅速发展阶段（6060年代后）年代后）原生质体，花药，快繁技术迅速发展原生质体，花药，快繁技术迅速发展植物组织培养的发展简史19581958年年StewardSteward和和ReinertReinert用胡萝卜根的愈伤用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整植株。植株。科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。植物组织培养。植物组织培养（实现全能性必要条件）：植物组织培养（实现全能性必要条件）：离体状态离体状态有一定营养物质、激素和其他外界条件（如有一定营养物质、激素和其他外界条件（如无菌、无菌、pH等）等）关键词：关键词：外植体、脱分化、再分化、愈伤组织外植体、脱分化、再分化、愈伤组织一、植物组织培养一、植物组织培养植物组织培养外植体：外植体：从活植物体上切下进行培养的从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官那部分组织或器官（条件一：离体）（条件一：离体）外植体：外植体：1 1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等）种子、花粉等）2 2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上 3 3）切取所需的外植体）切取所需的外植体 4 4）将外植体接种于培养容器的培养基上）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！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，会外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织形成愈伤组织切取接种植物组织培养定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质长的基质矿质元素：大量元素及微量元素矿质元素：大量元素及微量元素有机营养成分有机营养成分 含含N物质：包括维生素和某些有机添加物物质：包括维生素和某些有机添加物 碳源：蔗糖碳源：蔗糖 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 植物激素：生长素、细胞分裂素等植物激素：生长素、细胞分裂素等愈伤组织的形成愈伤组织：愈伤组织：在人工培养基在人工培养基上由外植体长上由外植体长出来的一团无出来的一团无序生长的薄壁序生长的薄壁细胞（细胞排细胞（细胞排列疏松、无规列疏松、无规则、高度液泡则、高度液泡化的无定形的化的无定形的薄壁细胞）。薄壁细胞）。愈伤组织的形成接种植物组织培养（试管苗的形成）培养室试管苗大规模培养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过程过程离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体外植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、适时光照等。适时光照等。请同学们讨论如何实现请同学们讨论如何实现?于是，这些科学家试图用这两种植物的于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术这幅番茄这幅番茄马铃薯图利用马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现传统有性杂交方法能实现吗？为什么？吗？为什么？因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。能做到这一点的。19721972年卡尔森等通过两个烟草品种之间年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。1978 1978年梅尔彻斯年梅尔彻斯(Melchers)(Melchers)等首次获得等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“Potamato”“Potamato”。目前，已得到栽培烟草与野生烟目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。新品系或育种上有用的新材料。1 1、定义：、定义：用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂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。种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。2 2、优势、优势（与有性杂交方法比较）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。扩展了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细胞植物细胞A A植物细胞植物细胞B B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正在融合的正在融合的原生质体原生质体再生出细胞壁再生出细胞壁杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株去细胞壁去细胞壁纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶物理方法物理方法化学方法：化学方法：离心离心振动振动电刺激电刺激聚乙二醇聚乙二醇细胞分裂细胞分裂植植物物组组织织培培养养植植物物细细胞胞融融合合酶解法酶解法人工诱人工诱导方法导方法3 3、过程、过程4 4、成果和尚未解决的问题：、成果和尚未解决的问题：成成 果：果：克服不同生物远缘杂交的障碍，克服不同生物远缘杂交的障碍，出现自然界没有的新品种。出现自然界没有的新品种。未解决问题：未解决问题：尚未让杂种植物按照人们的需要尚未让杂种植物按照人们的需要 表现出亲代的优良性状表现出亲代的优良性状杂种细胞杂种细胞AAAAA AA A杂种细胞杂种细胞BBBBB BB BA AB B杂种细胞杂种细胞ABAB白菜白菜白菜白菜甘蓝甘蓝甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如科超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？马铃薯马铃薯番茄没有像人们预想的那样地上长番番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因的表达生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯所以马铃薯番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。铃薯就是很自然的了。2.2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，说明植物的细眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。1.1.对细胞全能性的表述正确的是对细胞全能性的表述正确的是A.A.非离体植物细胞能够表现出全能性非离体植物细胞能够表现出全能性B.B.动物细胞融合标志着动物细胞全能性的实现动物细胞融合标志着动物细胞全能性的实现C.C.单克隆抗体的制备原理依据是细胞的全能性单克隆抗体的制备原理依据是细胞的全能性D.D.花粉培育成单倍体是细胞全能性的体现花粉培育成单倍体是细胞全能性的体现2.2.植物细胞表现出全能性的必要条件是植物细胞表现出全能性的必要条件是A.A.给予适宜的营养和外界条件给予适宜的营养和外界条件B.B.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件C.C.导入其他植物细胞的基因导入其他植物细胞的基因D.D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内 3.3.在生物体的所有细胞中，全能性最高的是在生物体的所有细胞中，全能性最高的是A A卵细胞卵细胞 B B 植物花粉植物花粉 C C体细胞体细胞 D.D.受精卵受精卵4.4.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为：化为不同的组织、器官，是因为：A.A.细胞丧失了全能性细胞丧失了全能性 B.B.基因的表达有选择性基因的表达有选择性 C.C.不同的细胞内基因不完全相同不同的细胞内基因不完全相同 D.D.在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化变化 5.5.植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是诱导的植物激素分别是细胞的全能性细胞的全能性 离体植物器官，组织或细胞离体植物器官，组织或细胞 根，芽根，芽生长素和细胞分裂素生长素和细胞分裂素 生长素和乙烯生长素和乙烯 愈伤组织愈伤组织再分化再分化 脱分化脱分化 植物体植物体A A和和 B B和和C C和和 D D和和 6.6.植物组织培养可以形成愈伤组织，下列有关愈植物组织培养可以形成愈伤组织，下列有关愈伤组织的叙述错误的是伤组织的叙述错误的是A.A.愈伤组织是离体细胞经过脱分化形成的愈伤组织是离体细胞经过脱分化形成的B.B.形成愈伤组织的培养基不需含有机分子形成愈伤组织的培养基不需含有机分子C.C.愈伤组织可以形成具有生根能力的胚状结构愈伤组织可以形成具有生根能力的胚状结构D.D.愈伤组织细胞的线粒体和核糖体可能发生碱基愈伤组织细胞的线粒体和核糖体可能发生碱基互补配对互补配对7.7.能刺激愈伤组织形成的诱导剂是能刺激愈伤组织形成的诱导剂是A.A.细胞分裂素和生长素细胞分裂素和生长素 B.B.赤霉素赤霉素 C.C.生长素和赤霉素生长素和赤霉素 D.D.细胞分裂素和乙烯细胞分裂素和乙烯 8.8.将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是件中不需要的是A A、具有完整细胞核的细胞、具有完整细胞核的细胞 B B、一定的营养物质和植物激素、一定的营养物质和植物激素C C、离体状态、离体状态 D D、导入指定基因、导入指定基因 9.9.（多选）植物体细胞的组织培养常被用于保（多选）植物体细胞的组织培养常被用于保留杂种优势。因为植物组织培养的过程留杂种优势。因为植物组织培养的过程 A.A.不可能发生基因突变不可能发生基因突变 B.B.生殖方式属于无性生殖生殖方式属于无性生殖C.C.子代不发生性状分离子代不发生性状分离 D.D.体细胞内不存在等位基因体细胞内不存在等位基因 10.10.植物体细胞杂交的目的是植物体细胞杂交的目的是A.A.用酶解法去掉细胞壁分离出有活力的原生质体用酶解法去掉细胞壁分离出有活力的原生质体B.B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合C.C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株植株D.D.通过以上三者来完成通过以上三者来完成 11.11.在细胞工程在细胞工程 原生质体融合育种技术中，、原生质体融合育种技术中，、其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除心去，其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除心去，通常是采用纤维素酶的酶解破壁法处理。如将去掉通常是采用纤维素酶的酶解破壁法处理。如将去掉了细胞壁的成熟植物细胞置于清水中，细胞最终将了细胞壁的成熟植物细胞置于清水中，细胞最终将 A.A.皱缩皱缩 B.B.胀破胀破 C.C.呈球形呈球形 D.D.保持原状保持原状 12.(12.(多选多选)有关原生质体的下列叙述中，正确的是有关原生质体的下列叙述中，正确的是A.A.组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸 B.B.原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的原原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的原生质生质 C.C.被脱掉细胞壁的植物裸露细胞是原生质体被脱掉细胞壁的植物裸露细胞是原生质体D.D.原生质体只能用于植物细胞工程原生质体只能用于植物细胞工程 13.200613.2006年普通高等学校招生全国统一考试理科年普通高等学校招生全国统一考试理科综合能力测试（北京卷）以下不能说明细胞全能综合能力测试（北京卷）以下不能说明细胞全能性的实验是性的实验是A.A.胡萝卜韧皮部细胞培育出植株胡萝卜韧皮部细胞培育出植株B.B.紫色糯性王米种子培育出植株紫色糯性王米种子培育出植株 C.C.转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株D.D.番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株 已分化的细胞，在一定的条件下，重已分化的细胞，在一定的条件下，重新回复到原始的未分化状态，也就是新回复到原始的未分化状态，也就是由高由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的组织的过程，称为植物细胞的脱分化脱分化。脱分化产生的愈伤组织继续培养又可脱分化产生的愈伤组织继续培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物细胞的为植物细胞的再分化再分化。返返 回回