3细胞工程(第一次课).ppt

第三章 细胞工程第一第一节 细胞工程概述胞工程概述第二第二节 细胞工程的基本技胞工程的基本技术第三第三节 植物植物细胞工程胞工程第四第四节 动物物细胞工程胞工程第五第五节 细胞工程的胞工程的应用用1.第一节 细胞工程概述一、细胞工程概念 细胞工程是指以胞工程是指以细胞作胞作为研究研究对象，象，应用用细胞胞生物学和分子生物学的原理与方法，在生物学和分子生物学的原理与方法，在细胞水胞水平上平上进行的操作，按照人行的操作，按照人们的意志的意志设计改造改造细胞的某些胞的某些遗传性状，从而培育出新的生物改良性状，从而培育出新的生物改良品种或通品种或通过细胞培养胞培养获得自然界中得自然界中难以以获得的得的珍珍贵产品的新品的新兴生物技生物技术。2.二、二、细胞工程胞工程发展史上的主要事件展史上的主要事件1902年，年，Haherlandt预言了植物言了植物细胞的全能性；胞的全能性；1907，美国，美国Harrison培养了蛙胚神培养了蛙胚神经组织；1934，荷，荷兰温特温特发现生生长素；素；1960，英国，英国诺丁汗大学科金教授使用丁汗大学科金教授使用酶解方法从番解方法从番茄幼苗根部制茄幼苗根部制备得到大量原生得到大量原生质体；体；1972，美国卡，美国卡尔森等用森等用NaNO3为融合融合诱导剂，将，将来自不同种的烟草原生来自不同种的烟草原生质体体进行融合，行融合，获得世界上得世界上第一个体第一个体细胞胞杂种植株；种植株；1977，英国胚胎工程技，英国胚胎工程技术，首例，首例试管管婴儿；儿；1997，多莉克隆羊；，多莉克隆羊；2001，首例克隆猪，首例克隆猪3.4.5.1927-2002赛瑟米尔斯坦 Csar Milstein Georges Khler1946-1995乔治可雷尔 6.第二第二节细胞工程的基本技胞工程的基本技术细胞工程的分类按按遗传操作的操作的对象象结构构层次分次分细胞胞工程工程染色体工程染色体组工程细胞质工程细胞融合工程7.根据研究根据研究对象不同象不同植物植物细胞工程胞工程动物物细胞工程胞工程微生物微生物细胞工程胞工程8.一、细胞培养技术1.1.概念概念 细胞培养是将生物体内的某一胞培养是将生物体内的某一块组织取出，在体取出，在体外外经过表面消毒表面消毒处理后，用理后，用酶消化法将消化法将组织块分分散成散成单个的个的细胞，然后放置在人工配制的培养基胞，然后放置在人工配制的培养基中中进行培养，并使它行培养，并使它们在体外生在体外生长繁殖的技繁殖的技术。9.2.2.细胞生胞生长所需的培养条件所需的培养条件必必须供供给足足够的的营养主要包括养主要包括 糖、氨基酸、糖、氨基酸、维生素、无机生素、无机盐等；等；必必须保保证一定的生一定的生长环境，如合适境，如合适的温度、的温度、pH值以及无菌条件。以及无菌条件。10.11.12.13.14.15.16.17.二、二、细胞融合技胞融合技术1.1.概念概念 细胞融合又称胞融合又称为体体细胞胞杂交，由法国的交，由法国的Barski等于等于1960年首先年首先创立。它是指立。它是指在离体条件下用人工方法在离体条件下用人工方法将两个或多个不同种的将两个或多个不同种的细胞通胞通过无性方式融合成一无性方式融合成一个个杂合合细胞的胞的过程。融合程。融合后的后的细胞含有两个或多个胞含有两个或多个不同的不同的细胞核，称胞核，称为异核异核体。体。18.融合的过程19.1 1、病毒、病毒诱导融合：仙台病毒、腺病毒等融合：仙台病毒、腺病毒等2 2、化学、化学诱导融合：融合：PEGPEG、聚、聚赖氨酸等氨酸等3 3、物理、物理诱导融合：融合：电场脉冲、激光等脉冲、激光等细胞融合的方法胞融合的方法20.细胞融合仪电诱导原生质体融合21.三、三、细胞重胞重组技技术细胞重胞重组就是在体外条件下运用一定的就是在体外条件下运用一定的实验技技术从活从活细胞中分离出各种胞中分离出各种细胞的胞的结构或构或组成成“部件部件”，再把它，再把它们在不同的在不同的细胞之胞之间重重新新进行装配，从而得到新的生物活性行装配，从而得到新的生物活性细胞。胞。22.1.核移植技术核移植技术是借助显微操作仪，利用微吸管将一个细胞的细胞核吸出并移植到另一个去核的细胞中，从而可能创造出新生物品种的一项技术。2.细胞器移植细胞器种类很多，分离与纯化也比较容易，不过研究较多的是叶绿体和线粒体的移植。23.第三节 植物细胞工程1植物组织培养技术2植物细胞培养与次生代谢产物生产3植物原生质体培养4植物原生质体融合技术5人工种子6单倍体植物的诱发与利用7体细胞遗传变异及其利用24.一、植物组织培养技术1.概念植物细胞全能性细胞分化和脱分化植物细胞和组织培养外植体愈伤组织形态发生25.细胞全能性指植物体的每个细胞在离体条件下都具有诱导生长分化形成完整植株的潜在能力，这是因为每个细胞都具有一套完整的基因组。细胞的全能性是植物细胞和组织培养的主要依据。细胞全能性26.细胞分化（differentiationdifferentiation），是指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。细胞脱分化(dedifferentiationdedifferentiation)培养条件下使一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程。细胞分化和脱分化27.植物细胞和组织培养植物细胞和组织培养是指将植物的器官、组织、细胞或细胞器进行离体、无菌的培养，并重新生成细胞或植物的过程。植物器官培养植物细胞培养离体胚胎培养原生质体培养花粉培养28.外植体植物组织培养中，作为离体培养材料的器官或组织的片段统称为外植体（explant)，如植物的根、茎、叶、花、果、穗、胚珠、胚乳、花药、花粉等均可作为外植体。外植体的脱分化因植物种类、器官来源及其生理状况的不同而有很大差别。例如，烟草、胡萝卜等植物的脱分化比较容易，禾本科植物的脱分化比较难；花的脱分化比较容易，茎、叶的脱分化比较难；幼嫩组织的脱分化比较容易，成熟的老组织脱分化比较难。外植体选取合理与否，不仅影响培养的难易，而且有时甚至影响分化的程度和器官类型。29.愈伤组织 外植体经过培养所形成的脱分化的植物细胞团称为愈伤组织。在植物组织培养中，主要目标是诱导愈伤组织形成和形态发生，使一个离体的细胞、一块组织或一个器官的细胞，通过脱分化形成愈伤组织，并由愈伤组织再分化形成植物体。30.形态发生植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根、不定芽等器官的过程。植物的离体体细胞胚胎发生指各种外植体、培养细胞、原生质体在培养条件下形成胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞统称为体细胞胚或胚状体）的过程。31.2.植物细胞全能性的实现条件与过程条件：使植物细胞处于体外条件下（解除植株其余部分的影响）一定的营养物质和培养条件，适当的刺激32.外植体愈伤组织生长点根、芽或胚状体小植株脱分化再分化器官发生营养生长过程胚胎发生33.3.植物组织/细胞培养的营养要求和培养条件（1）培养基成分无机盐碳源和能源维生素氮源生长调节剂诱导子34.MS组成配制1升（1000毫升）培养基硝酸铵1.65克 硝酸钾1.9克氯化钙0.44克 硫酸镁0.37克磷酸二氢钾0.17克 碘化钾0.83毫克硼酸5.2毫克 硫酸镁22.3毫克硫酸锌3.6毫克 钼酸钠0.25毫克硫酸铜0.025毫克 氯化钴0.025毫克硫酸铁27.8毫克 蔗糖30克琼脂7克。其他生长调节物质要根据花卉的种类和培养目的而确定35.（2）培养条件要求n光照：强度、光质和光周期n湿度：容器内的湿度几乎是100%的相对湿度，二是环境的相对湿度一般要求7080%。n温度：通常24-28npH值：5.6-6.0之间n气体n渗透压36.4.植物组织培养五阶段预备阶段：培养室、培养容器、接种工具的准备，培养基制备，选择合适的外植体、表面杀菌。诱导去分化阶段：接种，外植体在含有生长素类激素的培养基中形成愈伤组织（光照非必需）继代增殖阶段：将愈伤组织移植到含有细胞分裂素的培养基中，愈伤组织细胞数大大扩增生根发芽阶段：将愈伤组织移植到含有细胞分裂素的培养基中，使其重新分化成胚状体，继而长成小植株（光照必需）移栽成活阶段37.38.5.植物组织培养技术的应用（1）植物脱毒植物脱毒：马铃薯、大蒜、甘薯、草莓及许多果树和花卉，由于多代营养繁殖，植株体内积累了大量的病毒，种性退化严重，表现为作物生长受到抑制，形态畸变，产量下降，品质变劣等；而利用茎尖组织培养辅以化学或高温处理，可以较好地起到植株脱毒作用，培养出来的种苗称作脱毒苗。39.大田作物：马铃薯、甘薯、甘蔗、烟草蔬 菜：白菜、大蒜、葱、番茄、萝卜。果 树：柑橘、苹果、草莓、香蕉。花 卉：香石竹、各种菊花、天竹葵、紫罗兰等大 蒜：留种量占产量的五到八分之一。马铃薯：留种量占产量的十分之一。贝 母：留种量占产量的三分之一。40.脱毒技术在感染病毒的植株中，病毒的分布是不一在感染病毒的植株中，病毒的分布是不一致的。在老叶片及成熟致的。在老叶片及成熟组织和器官中，病毒和器官中，病毒含量含量较高，但幼嫩的和未成熟的植物部位，高，但幼嫩的和未成熟的植物部位，病毒的含量病毒的含量较低，而在生低，而在生长点点约0.11 毫米毫米时，则几乎不含病毒几乎不含病毒颗粒。粒。这是由于病毒的是由于病毒的繁殖运繁殖运输速度与茎尖速度与茎尖细胞生胞生长速度不同所致。速度不同所致。在茎尖分生在茎尖分生组织中，中，细胞繁殖十分迅速，病胞繁殖十分迅速，病毒毒还来不及侵入，因此就成来不及侵入，因此就成为植物体相植物体相对无无病毒病毒的特殊区域。的特殊区域。41.植物的去病毒技植物的去病毒技术，实质上就是采取上就是采取不含病毒不含病毒颗粒或病毒粒或病毒颗粒含量甚少的粒含量甚少的0.10.5 毫米毫米带12 个叶原基的茎尖个叶原基的茎尖作作为外植体，外植体，进行微繁殖，使其培养行微繁殖，使其培养成完整的无病毒小植株的技成完整的无病毒小植株的技术。由于。由于所取的外植体很小，分离所取的外植体很小，分离难度大，一度大，一般在解剖般在解剖镜下操作。培养无病毒所用下操作。培养无病毒所用的器具必的器具必须严格消毒，克服培养中的格消毒，克服培养中的污染也是成染也是成败的关的关键。42.脱毒效果检测指示植物鉴定(test plants)所谓指示植物是指具有能够辨别某种病毒的专化性症状的寄主植物。血清鉴定(serologic test)试管沉淀反应；免疫双扩散；酶联免疫吸附测定(ELISA)。43.（2）快速繁殖技术快速繁殖技术：植物的一个细胞或很小的一块组织通过组织培养就可以长成一株幼苗。因这些幼苗多在试管里形成，人们又常常称它们为“试管苗”。培育出的幼苗还可以继续切割再次进行培养，这样一变十，十变百，就可繁殖出大量的幼苗。44.用于加速某些难繁殖或繁殖速度很低的植物，或某些需要需要加速繁殖的特殊基因型，如名贵花卉、优良资源、果树芽变分离、工程植株等等。用于自然繁殖极易感染病毒的植物，如马铃薯、甘薯、甘蔗、香蕉、石竹、百合等。用于有性繁殖变异范围过大而自然条件下又不易无性繁殖的植物，如非洲菊、花竹、紫罗兰等。适用范围45.46.47.48.49.50.51.复习题1.动物细胞工程技术有哪些应用？2.52.EndThanks!53.