学术讨论—第四章细胞工程介绍.ppt

第四章第四章 细胞工程细胞工程 第一页，共九十八页。第第四四章章细细胞胞工工程程教学重点教学重点(zhngdin)(zhngdin)、难点、学、难点、学时时一、概述一、概述二、不同对象的细胞工程二、不同对象的细胞工程（一）微生物细胞工程（一）微生物细胞工程（二）植物（二）植物(zhw)(zhw)细胞工程细胞工程（三）动物细胞工程（三）动物细胞工程三、细胞工程在环境方面的应用三、细胞工程在环境方面的应用第二页，共九十八页。1 1、要点要点细胞工程基础知识、微生物细胞工程、植物细胞工程基础知识、微生物细胞工程、植物(zhw)(zhw)细胞工程、细胞工程、动物细胞工程、利用细胞融合技术构建环境工程菌、抗污染型动物细胞工程、利用细胞融合技术构建环境工程菌、抗污染型植物植物(zhw)(zhw)2 2、重点、重点细胞工程的定义、微生物细胞融合、植物组织培养、植细胞工程的定义、微生物细胞融合、植物组织培养、植物原生质体制备、培养和融合、动物细胞融合、单克隆抗体物原生质体制备、培养和融合、动物细胞融合、单克隆抗体的制备、细胞拆合的制备、细胞拆合教教学学(j ji i o o x xu u)要要点点、重重点点、学学时时第三页，共九十八页。一一、概概述述(i i s sh h)（一）细胞工程相关名词（一）细胞工程相关名词1 1、细胞是生物体的基本结构单位和功能单位，单细胞生物，一细胞是生物体的基本结构单位和功能单位，单细胞生物，一个细胞就是一个个体，而多细胞生物则由许多细胞成一个个体。个细胞就是一个个体，而多细胞生物则由许多细胞成一个个体。2 2、细胞工程：是指在细胞水平上的遗传操作，即通过细胞、细胞工程：是指在细胞水平上的遗传操作，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种(wzhng)(wzhng)的技术。的技术。3 3、细胞融合：是用自然或人工的方法使两个或几个不同细胞融合：是用自然或人工的方法使两个或几个不同细胞融合的为一个细胞（含有原来两个细胞的染色体）的过程。细胞融合的为一个细胞（含有原来两个细胞的染色体）的过程。第四页，共九十八页。4 4、细胞亚结构移植是指将细胞的亚结构（如细胞核、染色体等）、细胞亚结构移植是指将细胞的亚结构（如细胞核、染色体等）移植到另一个细胞中，从而改变细胞的遗传性状。主要有细胞拆合、移植到另一个细胞中，从而改变细胞的遗传性状。主要有细胞拆合、染色体工程和染色体组工程。染色体工程和染色体组工程。5 5、细胞拆合：即细胞换核技术。是通过物理或化学方法将细胞、细胞拆合：即细胞换核技术。是通过物理或化学方法将细胞质与细胞核分开，再进行不同细胞间核质的重新组合，重建成新细胞。质与细胞核分开，再进行不同细胞间核质的重新组合，重建成新细胞。6 6、染色体工程、染色体工程:染色体工程是按人们染色体工程是按人们(rn men)(rn men)需要来添加或削需要来添加或削减一种生物的染色体，或用别的生物的染色体来替换。减一种生物的染色体，或用别的生物的染色体来替换。7 7、染色体组工程、染色体组工程:染色体组工程是整个改变染色体组数的技术。染色体组工程是整个改变染色体组数的技术。自从自从19371937年秋水仙素用于生物学后，多倍体的工作得到了迅速发展，年秋水仙素用于生物学后，多倍体的工作得到了迅速发展，例如得到四倍体小麦，八倍体小黑麦等。三倍体西瓜是无籽西瓜，但例如得到四倍体小麦，八倍体小黑麦等。三倍体西瓜是无籽西瓜，但没有后代。没有后代。一一、概概述述(i i s sh h)第五页，共九十八页。8 8、杂交瘤细胞：现代免疫学早已查明，一种抗体是由一、杂交瘤细胞：现代免疫学早已查明，一种抗体是由一种种B B淋巴细胞产生的，人体内约有一亿种不同的淋巴细胞产生的，人体内约有一亿种不同的B B淋巴细淋巴细胞，可产生一亿种不同的抗体。依据这种事实，胞，可产生一亿种不同的抗体。依据这种事实，19751975年，著名免疫学家米尔斯坦和同事勒尔在英国剑桥大年，著名免疫学家米尔斯坦和同事勒尔在英国剑桥大学分子实验室内巧妙地把学分子实验室内巧妙地把B B淋巴细胞和能无限生长的骨淋巴细胞和能无限生长的骨髓细胞合并成一个杂交瘤细胞。杂交瘤细胞因而髓细胞合并成一个杂交瘤细胞。杂交瘤细胞因而(yn r)(yn r)具具备了双重特性：既能无限生长，又能产生备了双重特性：既能无限生长，又能产生B B淋巴细胞的抗淋巴细胞的抗体。体。9 9、单克隆抗体、单克隆抗体 ：被人们誉为对付癌症的：被人们誉为对付癌症的“生物导弹生物导弹”。如果能选出一个制造一种专一抗体的细胞进行培养，就可。如果能选出一个制造一种专一抗体的细胞进行培养，就可得到由单细胞经分裂增殖而形成细胞群，即得到由单细胞经分裂增殖而形成细胞群，即单克隆单克隆。单克隆。单克隆细胞将合成一种决定簇的抗体，称为单克隆抗体。细胞将合成一种决定簇的抗体，称为单克隆抗体。一一、概概述述(i i s sh h)第六页，共九十八页。1010、干细胞是一种具有多项分化潜能和自我复制能力的原始、干细胞是一种具有多项分化潜能和自我复制能力的原始未分化细胞，是形成哺乳类各种组织器官的祖宗细胞。根据来源未分化细胞，是形成哺乳类各种组织器官的祖宗细胞。根据来源和个体发育过程中先后次序不同，干细胞可分为胚胎干细胞和成和个体发育过程中先后次序不同，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞组织干细胞。体干细胞组织干细胞。1111、虚拟细胞：是一个模拟的细胞。从短期来说，虚拟细胞、虚拟细胞：是一个模拟的细胞。从短期来说，虚拟细胞可用于设计新的药物可用于设计新的药物(yow)(yow)和治疗方法。人们可以利用模拟技术和治疗方法。人们可以利用模拟技术测试不同的治疗方法，以发现最佳方案，并研究每种方案可能产测试不同的治疗方法，以发现最佳方案，并研究每种方案可能产生的副反应。从长期来说，虚拟细胞可被用于设计更好的生物学生的副反应。从长期来说，虚拟细胞可被用于设计更好的生物学系统，甚至创造全新的系统。另外，模拟技术还可用于测试不同系统，甚至创造全新的系统。另外，模拟技术还可用于测试不同的变异，以找出表现最好的那些生物性状。的变异，以找出表现最好的那些生物性状。一一、概概述述(i i s sh h)第七页，共九十八页。1212、愈伤组织、愈伤组织(zzh)(zzh)：是指植物组织：是指植物组织(zzh)(zzh)地离体状态下，地离体状态下，给以一定条件，使已经分化并停止生长的细胞重新分裂生给以一定条件，使已经分化并停止生长的细胞重新分裂生长而形成的没有组织长而形成的没有组织(zzh)(zzh)结构的细胞团。结构的细胞团。13、细胞学说：一切动物和植物都是细胞的集合体，、细胞学说：一切动物和植物都是细胞的集合体，细胞是生命的基本单位，动物和植物都是在细胞的繁细胞是生命的基本单位，动物和植物都是在细胞的繁殖和分化中发育起来的。这一认识被称为细胞学说。殖和分化中发育起来的。这一认识被称为细胞学说。14、植物细胞全能假说：植物体的每一个细胞，包括体细、植物细胞全能假说：植物体的每一个细胞，包括体细胞，都具有发育成整个个体的潜能。胞，都具有发育成整个个体的潜能。一一、概概述述(i i s sh h)第八页，共九十八页。（二）细胞工程的分类（二）细胞工程的分类 1 1、按研究对象中需要改造的遗传物质不同，将细胞工程分、按研究对象中需要改造的遗传物质不同，将细胞工程分为基因工程（为基因工程（gene engineeringgene engineering）、）、染色体工程（染色体工程（chromosome chromosome engineeringengineering）、）、染色体组工程（染色体组工程（genome engineeringgenome engineering）、）、细胞细胞质工程（质工程（cytoplasm engineeringcytoplasm engineering）和细胞融合等五个方面和细胞融合等五个方面(fngmin)(fngmin)。这个范围相当广泛，几乎包括了所有的细胞操作和。这个范围相当广泛，几乎包括了所有的细胞操作和遗传操作。遗传操作。2 2、细胞工程按其对象不同，也可分为微生物细胞工程、植物细胞、细胞工程按其对象不同，也可分为微生物细胞工程、植物细胞工程和动物细胞工程。本章将主要介绍动物细胞工程。工程和动物细胞工程。本章将主要介绍动物细胞工程。一一、概概述述(i i s sh h)第九页，共九十八页。（三（三）细胞细胞 1 1、细胞的大小、细胞的大小(dxio)(dxio)与形态与形态一一、概概述述(i i s sh h)各类细胞各类细胞(xbo)(xbo)大小的比较大小的比较第十页，共九十八页。一一、概概述述(i i s sh h)体内最大的细胞体内最大的细胞 体内最大的细胞有各种体内最大的细胞有各种(zhn)(zhn)说法：（说法：（1）按细胞直径而）按细胞直径而言，要数卵细胞，其直径约言，要数卵细胞，其直径约200微米（微米（1微米微米1/1000毫米）。毫米）。（2）以细胞长度来说，当之为骨骼肌细胞，长的可超过）以细胞长度来说，当之为骨骼肌细胞，长的可超过4厘米。（厘米。（3）而以细胞突出的长度来划分，当之无愧的是神经细胞（也称）而以细胞突出的长度来划分，当之无愧的是神经细胞（也称神经元）。神经元的轴突长的可达神经元）。神经元的轴突长的可达1米以上。故神经元可称之米以上。故神经元可称之为体内最大的细胞了。它们的活动受机体神经体液因素的调为体内最大的细胞了。它们的活动受机体神经体液因素的调节。节。第十一页，共九十八页。线粒体最多的细胞线粒体最多的细胞：人体内线粒体最多的细胞是肝脏的肝细人体内线粒体最多的细胞是肝脏的肝细胞。每一个肝细胞内约有胞。每一个肝细胞内约有2000个线粒体。个线粒体。溶酶体最多的细胞：最多要数巨噬细胞，溶酶体内含有溶酶体最多的细胞：最多要数巨噬细胞，溶酶体内含有(hn(hn yu)yu)50多种水解酶。多种水解酶。内质网最多的细胞内质网最多的细胞：浆细胞是含有内质网最多的细胞。浆细胞浆细胞是含有内质网最多的细胞。浆细胞是由是由B淋巴细胞在抗原刺激下分化增生而来的，是一种不再具有增淋巴细胞在抗原刺激下分化增生而来的，是一种不再具有增殖分化能力的终末细胞。殖分化能力的终末细胞。寿命最长的细胞寿命最长的细胞：神经细胞的寿命最长。神经细胞的寿命最长。第十二页，共九十八页。细胞细胞(xbo)形态的多样性形态的多样性酵母菌酵母菌植物纤维植物纤维(zhwxinwi)细胞细胞植物植物(zhw)表皮细胞表皮细胞动物精子动物精子第十三页，共九十八页。一一、概概述述(i i s sh h)2 2、细胞的结构、细胞的结构无论各种细胞的大小和形态有多大的差异，它们都由一层具有一无论各种细胞的大小和形态有多大的差异，它们都由一层具有一定生物学功能的细胞膜包裹在细胞外层。定生物学功能的细胞膜包裹在细胞外层。根据细胞的内部结构，可将根据细胞的内部结构，可将生物界的细胞分为生物界的细胞分为(fn wi)(fn wi)两两大类：大类：原核细胞和真核细胞原核细胞和真核细胞 细菌、蓝藻和放线菌等由原核细胞构成的有机体称为细菌、蓝藻和放线菌等由原核细胞构成的有机体称为原核原核生物生物，几乎所有的原核生物都由单个原核细胞构成，而由几乎所有的原核生物都由单个原核细胞构成，而由真核细胞构成的有机体则称为真核细胞构成的有机体则称为真核生物。真核生物。第十四页，共九十八页。(1)(1)原核细胞的形态结构原核细胞的形态结构(jigu)(jigu)基本特点基本特点：A.主染色体为一个环状裸露主染色体为一个环状裸露DNAB.无核膜无核膜C.无膜系构造细胞器无膜系构造细胞器D.以无丝分裂繁殖以无丝分裂繁殖主要代表主要代表：细菌、蓝藻等一一、概概述述(i i s sh h)第十五页，共九十八页。纤毛纤毛(xinmo)细胞壁细胞壁拟核拟核鞭毛鞭毛(binmo)核糖体核糖体质膜质膜内含内含(nihn)物物细菌结构模式图细菌结构模式图一一、概概述述第十六页，共九十八页。(2)(2)真核细胞的形态结构真核细胞的形态结构 三大结构体系：三大结构体系：生物膜系统生物膜系统质膜、内膜系统（细胞器）质膜、内膜系统（细胞器）遗传信息表达遗传信息表达(biod)系统系统染色质染色质(体体)、核糖体、核糖体、mRNA、tRNA等等细胞骨架系统细胞骨架系统胞质骨架、核骨架胞质骨架、核骨架一一、概概述述(i i s sh h)第十七页，共九十八页。微微丝丝叶绿体叶绿体线粒体线粒体质质膜膜液液泡泡细胞核细胞核内质网内质网微微管管细胞壁细胞壁高尔基体高尔基体植物植物(zhw)(zhw)细胞模式图细胞模式图第十八页，共九十八页。动物细胞模式图动物细胞模式图微微丝丝微微管管质质膜膜线粒体线粒体中心中心(zhngxn)体体细胞核细胞核溶酶体溶酶体内质网内质网高尔基体高尔基体第十九页，共九十八页。(1)无丝分裂无丝分裂无纺锤丝出现无纺锤丝出现(chxin)，染色体（，染色体（DNA）复制后直接复制后直接移到两个仔细胞中。移到两个仔细胞中。(2)细胞增殖细胞增殖(zngzh)周期（有丝分裂）周期（有丝分裂）G0期：期：休眠期休眠期G1期：期：DNA合成前期合成前期S期：期：DNA合成期合成期G2期期:DNA合成后期合成后期(huq)M期：期：有丝分裂期有丝分裂期3、细胞的分裂和分化、细胞的分裂和分化第二十页，共九十八页。细胞分裂间期细胞分裂间期 有丝分裂有丝分裂(yu s fn li)(yu s fn li)期期前期前期(qinq)中期中期(zhngq)后期后期末期末期子细胞子细胞分为分为G G1 1期、期、S S期和期和G G2 2期三个阶段。期三个阶段。新生细胞的去向：重新进入细胞周期、新生细胞的去向：重新进入细胞周期、细胞分化细胞分化 成为成为GoGo期细胞期细胞第二十一页，共九十八页。(3)细胞分化细胞分化多细胞生物体是由各种各样形态和功能都不同的细胞群所多细胞生物体是由各种各样形态和功能都不同的细胞群所组成。高等动、植物由受精卵细胞开始的胚胎发生过程组成。高等动、植物由受精卵细胞开始的胚胎发生过程(guchng)随着细胞分裂次数的增加而使得早期胚胎的细胞数量也增加许随着细胞分裂次数的增加而使得早期胚胎的细胞数量也增加许多。其中有些细胞在形态、结构和功能上逐渐发生了差异，这多。其中有些细胞在形态、结构和功能上逐渐发生了差异，这种细胞之间差异的发生过程种细胞之间差异的发生过程(guchng)就是细胞分化。个体发育的就是细胞分化。个体发育的过程过程(guchng)就是细胞分化的过程就是细胞分化的过程(guchng)，个体的各种器官和，个体的各种器官和组织都是通过细胞分化形成的。组织都是通过细胞分化形成的。一一、概概述述(i i s sh h)第二十二页，共九十八页。4、癌细胞癌细胞癌细胞的主要癌细胞的主要(zhyo)特征特征1.1.脱分化：已分化细胞失去分化后的特性脱分化：已分化细胞失去分化后的特性(txng)(txng)，恢，恢复分裂增殖能力。复分裂增殖能力。2.2.无限增殖无限增殖 3.3.失去接触抑制现象失去接触抑制现象 4.4.细胞表面和粘附性质改变细胞表面和粘附性质改变 5.5.细胞骨架紊乱细胞骨架紊乱 6.6.对生长因子需求降低对生长因子需求降低 一一、概概述述(i i s sh h)第二十三页，共九十八页。二二、不不同同(b b t t n n)对对象象的的细细胞胞工工程程（一）微生物细胞工程（一）微生物细胞工程1、定义：微生物细胞工程应用微生物进行细胞定义：微生物细胞工程应用微生物进行细胞水平的研究与生产水平的研究与生产(shngchn)，具体内容包括各种微生，具体内容包括各种微生物细胞的培养、遗传性状的改造、微生物细胞的直接物细胞的培养、遗传性状的改造、微生物细胞的直接利用或获得细胞代谢产物等。利用或获得细胞代谢产物等。2、细胞融合基本过程细胞融合基本过程原生质体的制备原生质体的制备融合重组融合重组原生质体再生成原生质体再生成细胞细胞融合重组的测定融合重组的测定第二十四页，共九十八页。（1）原生质体的制备）原生质体的制备酶解法酶解法质生质体的形成率原生质体数质生质体的形成率原生质体数/未经酶处理的未经酶处理的总菌数。总菌数。革兰氏阳性菌：溶菌酶，肽聚糖中革兰氏阳性菌：溶菌酶，肽聚糖中N乙酰胞壁乙酰胞壁酸与酸与N乙酰葡萄糖胺之间的乙酰葡萄糖胺之间的1,4糖苷键糖苷键革兰氏阴性菌：溶菌酶革兰氏阴性菌：溶菌酶+(数分钟后）数分钟后）0.1mol/L的的EDTA共同作用共同作用(zuyng)1520min，则可使则可使90%以上以上的革兰氏阴性菌转变为可供细胞融合用的球状体。的革兰氏阴性菌转变为可供细胞融合用的球状体。真核细胞：消解酶、蜗牛酶、纤维素酶、几真核细胞：消解酶、蜗牛酶、纤维素酶、几丁质酶等处理，原生质体得率在丁质酶等处理，原生质体得率在90%以上。以上。二二、不不同同(b b t t n n)对对象象的的细细胞胞工工程程第二十五页，共九十八页。注意：原生质体制备后必须注意：原生质体制备后必须(bx)用渗透压稳定剂维持用渗透压稳定剂维持其稳定性。其稳定性。（2）融合重组融合重组p146图图46注意：原生质体融合重组作为基因声称的一种有效注意：原生质体融合重组作为基因声称的一种有效方法，需经历三个主要阶段：细胞融合形成异核体、不方法，需经历三个主要阶段：细胞融合形成异核体、不同核融合产生二倍体、融合核交换和重组生成重组体同核融合产生二倍体、融合核交换和重组生成重组体（3）原生质体再生成细胞）原生质体再生成细胞二二、不不同同(b b t t n n)对对象象的的细细胞胞工工程程第二十六页，共九十八页。置于高渗再手固体培养基中。置于高渗再手固体培养基中。再生频率（原生质体再生细胞数再生频率（原生质体再生细胞数/总菌落数）总菌落数）100%(主要是利用原生质体对渗透压的敏感性）主要是利用原生质体对渗透压的敏感性）（4）融合重组的测定融合重组的测定直接法：不补充直接法：不补充(bchng)两亲株生长所需营养物或两亲株生长所需营养物或补充补充(bchng)两种药物两种药物间接法间接法:亲株和重组子都再生，然后用影印法复亲株和重组子都再生，然后用影印法复制到选择培养基上以检出重组子。制到选择培养基上以检出重组子。融合频率融合子数融合频率融合子数/再生的原生质体数再生的原生质体数二二、不不同同(b b t t n n)对对象象的的细细胞胞工工程程第二十七页，共九十八页。二二、不不同同(b b t t n n)对对象象的的细细胞胞工工程程（二）植物细胞工程（二）植物细胞工程1、定义、定义:以植物细胞为基本单位在体外条件下进行培养、繁殖和人为操作，改变细胞的某些生物学特性，从而改良品种加速繁育植物个体或获得有用(yu yn)物质的技术。2、植物组织培养植物组织培养（1）植物组织培养：是一种将植物组织、器官或细胞在适当的培养基上进行无）植物组织培养：是一种将植物组织、器官或细胞在适当的培养基上进行无菌培养，并重新再生细胞或植株的技术，包括植物培养、胚胎培养、器官培养、菌培养，并重新再生细胞或植株的技术，包括植物培养、胚胎培养、器官培养、悬浮培养悬浮培养第二十八页，共九十八页。外植体外植体愈伤组织愈伤组织新植株新植株植物植物(zhw)组织培养组织培养第二十九页，共九十八页。二二、不不同同(b b t t n n)对对象象的的细细胞胞工工程程(2)进行植物组织培养，一般要经历以下五个阶段：进行植物组织培养，一般要经历以下五个阶段：a外植体的选择及培养外植体的选择及培养。b诱导去分化阶段诱导去分化阶段。c继代增殖阶段继代增殖阶段。d诱导分化生根成芽阶段诱导分化生根成芽阶段。e移栽移栽(yzi)成活阶段成活阶段。第三十页，共九十八页。3、植物、植物(zhw)细胞培养细胞培养二二、不不同同(b b t t n n)对对象象的的细细胞胞工工程程单个单个细胞细胞(xbo)营养培养基营养培养基克隆植株克隆植株工业化植物细胞培养系统主要有两大类：工业化植物细胞培养系统主要有两大类：悬浮细胞培养系统和固定化细胞培养系统悬浮细胞培养系统和固定化细胞培养系统第三十一页，共九十八页。4、植物植物(zhw)细胞杂交细胞杂交1960年英国诺丁汉大学年英国诺丁汉大学Cocking教授领导的小教授领导的小组率先利用真菌纤维素酶，成功地制备出了大量具组率先利用真菌纤维素酶，成功地制备出了大量具有高度有高度(god)活性可再生的番茄幼根细胞原生质体活性可再生的番茄幼根细胞原生质体,开辟了原生质体融合研究的新阶段。开辟了原生质体融合研究的新阶段。植物细胞杂交的主要过程如下：植物细胞杂交的主要过程如下：(1)原生质体的制备：机械法与酶法原生质体的制备：机械法与酶法(2)原生质体的融合原生质体的融合：物理方法与化学法：物理方法与化学法；膜；膜融合与核融合融合与核融合二二、不不同同(b b t t n n)对对象象的的细细胞胞工工程程第三十二页，共九十八页。(3)杂合体的鉴别与筛选杂合体的鉴别与筛选：显微镜、互补法、：显微镜、互补法、细胞与分子生物学法细胞与分子生物学法注：原生质体培养过程注：原生质体培养过程(guchng)：脱去细胞壁的：脱去细胞壁的原生质体原生质体细胞壁再生细胞壁再生细胞分裂形成细胞团细胞分裂形成细胞团愈伤组织愈伤组织分化形成芽和根分化形成芽和根完整植株完整植株二二、不不同同(b b t t n n)对对象象的的细细胞胞工工程程第三十三页，共九十八页。细胞育种细胞育种 诱导突变诱导突变(tbin)(tbin)，筛选新品系、新品种，筛选新品系、新品种次生次生(cshng)(cshng)代谢产物生成代谢产物生成 从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物。从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物。优点 比栽培原料作物更易控制最佳生产条件；培养物为无菌、无虫材料，能保证产品质量；工艺操作较为简单，可减少劳动费用，提高 生产率。5、植物、植物(zhw)细胞工程的应用细胞工程的应用第三十四页，共九十八页。植物植物(zhw)细胞工程的实际应用细胞工程的实际应用江苏省宜兴中学江苏省宜兴中学(zhngxu)(zhngxu)赵家飞赵家飞第三十五页，共九十八页。探究：1、回忆植物组织培养技术的基、回忆植物组织培养技术的基本原理和过程本原理和过程(guchng)(guchng)？2、思考利用这项技术能做哪些、思考利用这项技术能做哪些工作？工作？第三十六页，共九十八页。植物植物(zhw)繁殖的新途径繁殖的新途径、微型繁殖、微型繁殖(fnzh)(fnzh)技术技术概念概念:是快速高效实现种苗繁植培育优良植物品种是快速高效实现种苗繁植培育优良植物品种(pnzhng)(pnzhng)的植物组织培养技术的植物组织培养技术第三十七页，共九十八页。优点优点(yudin):繁殖速度快；繁殖速度快；“高保真高保真”（因为（因为(ynwi)(ynwi)是无性繁殖）；是无性繁殖）；不受自然生长季节的不受自然生长季节的限制（因为在具有一限制（因为在具有一定人工设施的室内生定人工设施的室内生产）。产）。第三十八页，共九十八页。1.人们人们(rnmen)(rnmen)利用植物的微型繁殖技术来进行工厂利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？提示：植物提示：植物“微型微型”繁殖技术具有高效性和繁殖技术具有高效性和可以可以(ky)(ky)保持种苗的优良遗传特性的优势。保持种苗的优良遗传特性的优势。工厂化大规模育苗生产正是利用了植物工厂化大规模育苗生产正是利用了植物“微微型型”繁殖技术的这两方面优势。利用植物繁殖技术的这两方面优势。利用植物“微型微型”繁殖技术我们可以繁殖技术我们可以(ky)(ky)在短时间中获在短时间中获得大量的优质种苗。得大量的优质种苗。第三十九页，共九十八页。2、作物、作物(zuw)脱毒脱毒作物脱毒的原因作物脱毒的原因:长期进行无性繁殖的作物，易积累感长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，染的病毒，导致产量降低，品质变差，而植物的而植物的分生区分生区一般一般(ybn)(ybn)不会感染病毒，不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗得到大量的脱毒苗。第四十页，共九十八页。n n作物脱毒材料作物脱毒材料:n n作物脱毒方法作物脱毒方法(fngf)(fngf):n n结果结果:分生区（如茎尖）的细胞分生区（如茎尖）的细胞(xbo)(xbo)进行进行(jnxng)(jnxng)组织培养组织培养脱毒苗脱毒苗第四十一页，共九十八页。3、人工、人工(rngng)种子种子概念概念(ginin)(ginin)：产生途径：产生途径：为什么要造人工种子？（天然种子为什么要造人工种子？（天然种子的缺陷的缺陷(quxin)(quxin)有哪些？）有哪些？）探究：探究：通过植物组织培养得到的通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋胚状体、不定芽、顶芽和腋芽芽等为材料，经过等为材料，经过人工薄膜包装人工薄膜包装得到的种子。在适得到的种子。在适宜的条件下宜的条件下可以发芽成苗可以发芽成苗。（1 1）由已脱分化的外植体直接产生；）由已脱分化的外植体直接产生；（2 2）由愈伤组织产生；）由愈伤组织产生；第四十二页，共九十八页。探究探究(tnji)：人工种子具有哪些人工种子具有哪些(nxi)(nxi)优点？优点？（1 1）不受季节）不受季节(jji)(jji)的限制。的限制。（2 2）可以很方便的储藏和运输。）可以很方便的储藏和运输。（3 3）不会造成遗传性状的改变。）不会造成遗传性状的改变。第四十三页，共九十八页。作物作物(zuw)新品种的培育新品种的培育1、传统方法、传统方法(fngf)(fngf)原理原理:基因基因(jyn)(jyn)的自由组合定律，优良基因的自由组合定律，优良基因(jyn)(jyn)的自的自由组合。由组合。杂交育种杂交育种第四十四页，共九十八页。第四十五页，共九十八页。第四十六页，共九十八页。n n结果结果:n n通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中一后代中 n n缺点缺点:要不断进行要不断进行(多年多年)纯化和选择，才得到纯化和选择，才得到(d(ddo)do)一种符合理想要求的新品种一种符合理想要求的新品种第四十七页，共九十八页。单倍体育种单倍体育种(yzhng)1、单倍体的概念(ginin)(ginin):2、单倍体的例子:由配子由配子(piz)(piz)发育成的个体发育成的个体蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体倍体 .多数植物都可通过花药或花粉来获得单多数植物都可通过花药或花粉来获得单倍体倍体 第四十八页，共九十八页。花药离体培养花药离体培养(piyng)过程:第四十九页，共九十八页。2、突变体的利用、突变体的利用(lyng)n n突变体产生突变体产生:n n植物组织培养植物组织培养n n突变体的利用突变体的利用:筛选对人有利筛选对人有利(yul)(yul)的突变体培育的突变体培育新品种新品种第五十页，共九十八页。3、细胞、细胞(xbo)产物的工厂化生产产物的工厂化生产1)、种类、种类(zhngli)(zhngli):2)、利用的枝术、利用的枝术:组织培养组织培养3)、过程、过程:第五十一页，共九十八页。案例(n l)紫杉醇(Paclitaxel)(Paclitaxel)是继阿霉素和铂类抗癌药之后本是继阿霉素和铂类抗癌药之后本世纪后期世纪后期(huq)(huq)最受人们重视的一种抗癌新药，是一最受人们重视的一种抗癌新药，是一新发现的有丝分裂抑制剂，其作用机理在于阻止微新发现的有丝分裂抑制剂，其作用机理在于阻止微管正常生理聚集，抑制癌细胞的有丝分裂和纺锤体管正常生理聚集，抑制癌细胞的有丝分裂和纺锤体的形成，从而使癌细胞的复制受到阻断而凋亡。的形成，从而使癌细胞的复制受到阻断而凋亡。19671967年美国化学家年美国化学家Wall和和WaniWani等首先从太平洋紫等首先从太平洋紫 杉杉（短叶红豆杉，（短叶红豆杉，Taxus.brevifolia）树皮中提取出来。该药于19901990年进入年进入期临床试验，19921992年底获美国年底获美国FDA批准上市。第五十二页，共九十八页。紫杉醇存在于红豆杉属紫杉醇存在于红豆杉属植物的树皮、叶及茎中，植物的树皮、叶及茎中，其中树皮中的含量最高，其中树皮中的含量最高，大约从大约从1200012000株成年(chngnin)(chngnin)紫杉树中才能提取1KG1KG的紫杉醇，而且紫的紫杉醇，而且紫杉的生长周期很长，在世杉的生长周期很长，在世界分布很少。界分布很少。紫杉醇的国际市场价格紫杉醇的国际市场价格为为450美元美元/g/g 第五十三页，共九十八页。Ketchum从6 6种紫杉醇属植物中进行愈伤组织的诱导，获种紫杉醇属植物中进行愈伤组织的诱导，获得了产生紫杉醇的高产得了产生紫杉醇的高产(o chn)(o chn)细胞株，在悬浮培养下，细细胞株，在悬浮培养下，细胞内的紫杉醇含量超过了胞内的紫杉醇含量超过了20mg/L20mg/L。清华大学化工系生物化工研究所通过固液两步培养清华大学化工系生物化工研究所通过固液两步培养法可以在法可以在4 4周内获得周内获得20g/L20g/L干物质，利用代谢调控技术干物质，利用代谢调控技术在在2323天内将紫杉醇的含量提高到天内将紫杉醇的含量提高到0.063%0.063%左右。左右。第五十四页，共九十八页。紫草宁可用作创伤、烧伤以及痔疮紫草宁可用作创伤、烧伤以及痔疮的治疗药物，同时又因为其漂的治疗药物，同时又因为其漂亮的紫红色而作为高级色素使亮的紫红色而作为高级色素使用。用。紫草宁产生于亚洲的多年生紫草宁产生于亚洲的多年生 植物植物紫草的根部紫草的根部 。但紫草资源严重。但紫草资源严重不足，在日本，紫草已濒临灭不足，在日本，紫草已濒临灭绝，在我国，紫草（绝，在我国，紫草（Arnebia Arnebia euchroma)euchroma)列入了国际列入了国际(guj)(guj)二二级保护植物级保护植物利用植物细胞培养生产天然色素典型(dinxng)(dinxng)案例紫草宁第五十五页，共九十八页。紫草的人工栽培成活率低，而且紫草的人工栽培成活率低，而且直接提取直接提取(tq)(tq)紫草宁的无法满紫草宁的无法满足市场需求。足市场需求。化学合成紫草宁的工艺非常复化学合成紫草宁的工艺非常复杂，且最终产率只有杂，且最终产率只有0.7，生产成本昂贵。生产成本昂贵。紫草宁在国际市场上售价高达紫草宁在国际市场上售价高达70007000美元美元/kg/kg第五十六页，共九十八页。n n19741974年年TabataTabata等就研究了用于培养紫草细胞的培养基。等就研究了用于培养紫草细胞的培养基。1 1n n19811981年年TabataTabata和和FujitaFujita等又用大的培养容器进行细胞等又用大的培养容器进行细胞悬浮悬浮(xunf)(xunf)培养并获培养并获 得了紫草宁衍生物。得了紫草宁衍生物。n n日本在日本在19831983年进行紫草细胞大规模培养来生产紫草年进行紫草细胞大规模培养来生产紫草宁。宁。n n我我 国南京大学等从国南京大学等从1986年开始对该项目进行研究，年开始对该项目进行研究，在进行大量的研究之后得出，在进行大量的研究之后得出，在适当的条件下，培在适当的条件下，培养的紫草细胞悬浮物中紫草宁含量占干重的养的紫草细胞悬浮物中紫草宁含量占干重的14%14%，比紫草根中比紫草根中 的含量高的含量高1010倍。第五十七页，共九十八页。转基因植物(zhw)（一）、转基因生物的概念（二）、转基因植物的构建方法(fngf)(fngf)（三）、转基因植物的应用（四）、转基因植物的安全性略略略略略略(ll)(ll)略略略略(ll)(ll)略略第五十八页，共九十八页。（一）、转基因生物(shngw)的概念转基因生物：将一种生物的基因导入另一种生物,定向改造生物,定向改造生物,使之向着有利于人类需要的方向发展。世界第一例转基因植物烟草1983年在美国问世(wnsh)(wnsh)。1986年,首批转基因植物抗虫和抗除草剂棉花进入田间试验。1992年中国成为世界上第一个转基因植物商品化种植的国家，开创了转基因植物商品化应用的先河；当时种植的是一种抗黄瓜花叶病毒和烟草花叶病毒双价转基因烟草。略略略略(ll)(ll)略略略略(ll)(ll)略略第五十九页，共九十八页。（二）、转基因植物构建(u jin)方法1 1 农杆菌导入法农杆菌导入法对象：双子叶植物、部分裸子植物和少数单子叶植物。对象：双子叶植物、部分裸子植物和少数单子叶植物。过程：先将带有目的基因的质粒整合到农杆菌基因组中，再将此过程：先将带有目的基因的质粒整合到农杆菌基因组中，再将此农杆菌与植物细胞共同培养农杆菌与植物细胞共同培养363648h48h，转化植物细胞，然后分离，转化植物细胞，然后分离洗涤去菌后通过组织培养获得转基因植物或形成冠瘿瘤和发状根洗涤去菌后通过组织培养获得转基因植物或形成冠瘿瘤和发状根等组织，这些等组织，这些(zhxi)(zhxi)组织也就是一种天然的选择标记。组织也就是一种天然的选择标记。略略略略(ll)(ll)略略略略(ll)(ll)略略第六十页，共九十八页。2 2 基因枪法：金属微粒表面附着含有目的基因的基因枪法：金属微粒表面附着含有目的基因的DNA分子分子(fnz)(fnz)，经过加速处理，轰击植物细胞，将，经过加速处理，轰击植物细胞，将DNADNA直接注射直接注射入植物细胞，转化率可达入植物细胞，转化率可达810。3 3 花粉管花粉管通道法：将目的基因整合后，在植株开花时利用花粉管通道直接导入受体植株。4 原生质融合法：原生质融合法：去细胞壁植物细胞而得原生质体，然后用带有目的基因的去细胞壁植物细胞而得原生质体，然后用带有目的基因的载体去转化此原生质体，再通过筛选，得到转基因植物。载体去转化此原生质体，再通过筛选，得到转基因植物。略略略略(ll)(ll)略略略略(ll)(ll)略略第六十一页，共九十八页。（三）、转基因植物(zhw)的应用1、转基因植物在农业上的应用转基因植物在农业上的应用就是利用生物(shngw)(shngw)技术将某些外源生物(shngw)(shngw)的基因转移到农作物中去，改造生物(shngw)(shngw)的遗传物质，使其在性状、营养品质、消费品质等方面符合人类所需要的方向转变。如果以转基因植物得到的产品为直接食品或原料加工生产的食品就是转基因食品。略略略略(ll)(ll)略略略略(ll)(ll)略略第六十二页，共九十八页。对于农作物本身，目前直接提高产量还比较困难，主要是构建那些具有抗病、抗虫、抗病毒和抗 除莠剂能力的转基因植物。因为抗性都是有单个基因所控制的。另外，还可改变农产品的质量，比如提高蛋白质中必需氨基酸含量(hnling)(hnling)，改变油脂的组成，延长果品的保险期等。略略略略(ll)(ll)略略略略(ll)(ll)略略第六十三页，共九十八页。1）抗除草剂基因工程。将具有除草将具有除草(ch co)(ch co)作用的酶和蛋白质转进植物，使其拷作用的酶和蛋白质转进植物，使其拷贝大大增加贝大大增加以除草剂为底物的酶的基因转移到植物中以除草剂为底物的酶的基因转移到植物中利用基因突变技术使除草剂识别和作用特定位点的氨利用基因突变技术使除草剂识别和作用特定位点的氨基酸基因位点突变基酸基因位点突变2 2）抗虫基因工程：根据抗虫基因的来源，可从细菌中、植物组织中和动物体内分离出相关抗性基因，再转入植物中去。3 3）抗逆基因工程：包括抗旱、抗寒、抗热和抗盐等方面）抗逆基因工程：