细胞工程524页全书电子教案课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,绪 论,绪 论,知识目标：,了解细胞工程的,发展简史,掌握,细胞工程及其相关概念,掌握细胞工程,主要技术,了解细胞工程的,应用,绪 论,细胞工程,应用的原理和方法,细胞生物学和分子生物学,细胞整体水平或细胞器水平,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,概念,分类,植物细胞工程,研究的目的,研究的水平,动物细胞工程,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,是指细胞,融合,和细胞,培养,技术。,包括所有的生物组织、器官及细胞,离体操作与培养,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,一、,细胞工程,（,cell engineering,）定义,是指在,细胞,水平,上的遗传工程，即应用细胞生物学、分子生物学的方法，对细胞进行遗传操作，如,细胞培养、细胞融合、细胞诱变、细胞重组、细胞遗传物质转移和生殖工程,等，以获得所期望遗传组成的细胞或生物体，从而达到改良生物品种或创造新品种，加速繁育动植物个体，或利用细胞培养产生某种有用物质的过程。,细胞工程的核心技术：,细胞培养与繁殖,目的：,获得新性状、新个体、新物质,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,二、细胞工程的分类,、植物细胞工程（,plant cell engineering,）是细胞工程的一个重要的分支，是一门以,植物,组织和细胞,的,离体,操作为基础的,实验性,学科。它是以,植物组织细胞,为基本单位，在,离体,条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而,改良品种或创造新物种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质,的过程,统称为植物细胞工程,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,二、细胞工程的分类,植物细胞工程的任务,（,1,）研究植物器官、组织和细胞在离体培养条件下，所需要的,有机营养、无机营养、植物激素,等培养条件和刺激因素。,（,2,）研究植物器官、组织和细胞，在离体培养条件下，所需的,温度、湿度和光照,等环境条件。,（,3,）研究植物的不同生理年龄、遗传组成（基因型）在,离体培养条件下，形态发生的规律,。,（,4,）研究离体培养条件下再生植株群体的遗传稳定性和变异性。,、,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,二、细胞工程的分类,2,、动物细胞工程（,animal cell engineering,）,是细胞工程的另一个重要的分支，是对,动物,的细胞、组织和器官培养、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移和生殖工程等从细胞水平改变动物细胞的遗传物质，用于生产特定生物制品、培育动物新品种和应用于人类的优生。,就技术范围而言，动物细胞工程包括,:,细胞培养,技术（组织培养、器官培养）；,细胞融合,技术；,胚胎工程,技术（核移植、胚胎分割等）；,克隆,技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆），,这些便是动物细胞工程的主要内容。,绪 论,第一节 细胞工程的基本概念,二、细胞工程的分类,2,、动物细胞工程（,animal cell engineering,）,是细胞工程的另一个重要的分支，是对,动物,的细胞、组织和器官培养、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移和生殖工程等从细胞水平改变动物细胞的遗传物质，用于生产特定生物制品、培育动物新品种和应用于人类的优生。,就技术范围而言，动物细胞工程包括,:,细胞培养,技术（组织培养、器官培养）；,细胞融合,技术；,胚胎工程,技术（核移植、胚胎分割等）；,克隆,技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆），,这些便是动物细胞工程的主要内容。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,一、细胞与组织培养技术,（,cell and tissue culture,）,属,体外,培养（,in vitro culture,），,可分为三个层次的培养：,细胞培养,组织培养,器官培养,细胞培养,是进行细胞工程操作的基本技术和,内容。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,植物细胞与组织培养的基本技术要点,:,取材和消毒,准备培养基,接种,移栽,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,动物细胞培养过程示意图,:,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,细胞与组织培养技术,价值,该技术最显著的价值在于能,快速、大量繁殖一些有价值的苗林、花卉、药材和濒危植物,等，并可以在培养无毒苗、长期贮存种子、细胞和原生质融合以及生产次生代谢产物方面发挥作用。,动物细胞培养技术可生产许多有应用价值的细胞产品，如多种单克隆抗体、疫苗、酶、激素以及免疫调节因子等。其中,单克隆抗体,的生物反应器大规模生产，已经在医药领域产生了极大的社会和经济效益。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,二、,细胞融合技术（,cell fusion,）,又称细胞杂交（,cell hybridization,），是指在,外力（诱导剂或促融剂）,作用下，,两个或两个以上的异源,（种属间）细胞或原生质体融合形成,一个细胞,的过程。是转移异源遗传物质创造新种质或新材料的一种重要细胞工程技术。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,二、细胞融合技术（,cell fusion,）,技术要点,:,原生质体的制备,细胞融合,融合细胞的培养,杂种细胞的筛选,杂种细胞的分化与再生,再生植株的鉴定,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,二、,细胞融合技术（,cell fusion,）,技术价值,:,最大的贡献是,动植物、微生物新品种的培育方面,。应用该技术能把亲缘关系较远，甚至毫无亲缘关系的生物体细胞融合在一起，为,远源杂交,架起了桥梁，是改造细胞遗传物质的有力手段；,动物细胞的融合后形成的杂交瘤主要用来获得单克隆抗体，被成为,“,生物导弹,”,，将为治疗癌症开辟一条新的途径；此外细胞融合技术为携带外源基因的载体（如携带抗病基因的载体,Ti,和,Ri,）进入细胞创造了条件。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,三、,细胞,拆合,技术,(nuclear transplantation),也称为,细胞核,(,包括细胞器,),移植,技术，是用某种方法如利用,显微操作技术,将细胞核和细胞质拆开或者把细胞核从细胞质中吸取出来，或用紫外线等把细胞中的核杀死，然后再把分离的同中或异种细胞核和细胞质重新组合起来，形成一个新细胞或新生物个体，赋予重建的细胞以某种新的功能。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,三、细胞拆合技术,(nuclear transplantation),细胞拆合技术,和,细胞融合技术,汇合，建立了,细胞重组,技术。,细胞重组技术,已成为一种十分重要的现代生物技术。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,四、,染色体工程,(chromosome engineering),按照人们一定的设计，把单个的染色体或染色体组转入或移出受体细胞，从而形成新的染色体组合和遗传构成，达到定向改变遗传性和选育新品种的一种技术。,该技术最大的,价值,是,新品种的培育,。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,四、,染色体工程,(chromosome engineering),主要分为,:,植物,染色体工程,动物,染色体工程,植物染色体工程目前主要是,利用传统的杂交回交等方法,达到改变染色体的目的。,动物染色体工程主要是通过,对染色体显微操作技术,达到转移基因的目的。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,五、,胚胎工程,(embryonic engineering),以,生殖细胞和胚胎细胞,为对象进行的操作，,主要技术包括,体外受精、胚胎切割、胚胎移植,等。,胚胎移植技术是将一个生物体内的胚胎移植到另一个生物体内繁殖的技术，这样可能大量繁殖优良的品种。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,五、胚胎工程,(embryonic engineering),具体操作是：,先注射,雌性激素,在一雌性动物的体内，,促使其,大量排卵,然后在,体外人工受精,后发育成为胚胎,后再植入其它同类动物的子宫内使其发育成为,个体,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,五、胚胎工程,(embryonic engineering),价值,:,一头优良的牛马等动物一年可以产四五十头，大大,提高了繁殖率,，从而可以降低胚胎成本，扩大移植胚的来源，使农畜动物胚胎移植的推广应用成为可能。,优势,:,体外受精可以,准确地确定受精的时间和胚胎发育阶段,，因此，利用体外受精技术进行核移植性别控制和基因导入，可望工厂化生产遗传性稳定生产性能优良的家畜，以加快农畜良种化。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,五、胚胎工程,(embryonic engineering),具体操作是：,先注射,雌性激素,在一雌性动物的体内，,促使其,大量排卵,然后在,体外人工受精,后发育成为胚胎,后再植入其它同类动物的子宫内使其发育成为,个体,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,六、细胞遗传工程,主要包括,细胞克隆,和,转基因技术,。,克隆,是指离体条件下的无性繁殖。,动物克隆技术,主要是指核移植技术。,简单地讲，将发育各个阶段（胚胎、胎儿、幼子、成年）的一个细胞，利用,显微操作技术,，移植到一个去掉了细胞核的成熟的卵母细胞中，在适当的条件下，重新形成一个胚胎，把这个胚胎移植到生殖周期相近的代理母体内，最终发育成一个正常的动物个体,。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,六、细胞遗传工程,转基因技术,即将,目标性状基因分离,出来，构建,重组,DNA,分子,导入,生物体，得到,稳定表达,，并能够,遗传,给后代的技术。目前已成为物种遗传改良的最有效途径。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,七、干细胞与组织工程,干细胞,（,stem cell,）是动物体内具有,分化潜能,，并能,自我更新,的细胞,.,分为,胚胎,干细胞和,组织,干细胞。,胚胎干细胞来自囊胚期的细胞团，属于,全能干细胞,，每个细胞可以发育成为完整的个体。,组织干细胞存在于成体组织中，属,单能或多能干细胞,，可以定向分化为一种或几种不同的组织,。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,七、干细胞与组织工程,组织工程,是在干细胞的基础上发展起来的，将,干细胞,与,材料科学,相结合，将自体或异体的干细胞经,体外扩增,后种植在预先构建好的,聚合物骨架,上，在适宜的生长条件下干细胞沿聚合物骨架迁移铺展生长和分化，最终发育,具有特定形态及功能的工程组织。,绪 论,第二节 细胞工程的主要技术,七、干细胞与组织工程,“,治疗性克隆,”,:,如果能够消除体细胞的,“,记忆,”,，它们就有可能恢复到胚胎细胞的状态,科学家称之为把,细胞,“,重编程,”,。把通过,“,重编程,”,得到的干细胞在不同的环境条件下进行培养，就能得到各种分化细胞。人们通常把这种,利用体细胞制造胚胎干细胞,，,分化后再移植回人体,的技术。,绪 论,第三节 细胞工程的发展历史,一、植物细胞工程的发展简史,大致经历了三个阶段：,（一）,探索,阶段（,1902-1929,）,（二）培养,技术,建立阶段（,1930-1959,）,（三）,应用,研究阶段（,1960-,）,（,1,）原生质体培养和细胞融合。（,2,）微繁技术 （,3,）花药培养技术 （,4,）次生产物生产,绪 论,第三节 细胞工程的发展历史,二,、动物细胞工程发展史,1,、,细胞融合,现象的发现,2,、,动物细胞培养技术,的建立,3,、细胞融合技术的建立和,杂交瘤技术,的诞生,4,、,动物克隆技术,的建立,绪 论,第三节 细胞工程的发展历史,（一）植物细胞工程的应用,1,、脱毒和快速繁殖,2,、细胞工程育种 （,1,）,利用培养变异，筛选优良 突变体。（,2,）利用远缘杂交幼胚培养，获得杂种植株，克服其杂交不亲和性。（,3,）利用细胞融合技术，克服远缘杂交不亲和性。（,4,）倍性育种,3,、离体种质保存,4,、细胞培养生产有用物质,绪 论,第三节 细胞工程的发展历史,（,二）动物细胞工程的应用,1,、动物细胞培养生产医药产品（单克隆,抗体）,2,、新品种培育,3,、试管动物与婴儿,4,、组织工程,5,、珍稀动植物资源的保存与保护,第二章细胞工程基础,第二章细胞工程基础,本章重点回顾与细胞工程相关的,理论背景知识,，尤其是,细胞,生物学和,分子,生物学等方面的知识，为后续章节的学习奠定基础。,第一节,细胞生物学基础,第二节,分子生物学基础,第二章细胞工程基础,知识目标：,掌握原核生物和真核生物的细胞结构与功能,重点掌握与细胞工程相关的细胞生物学及分子生物学的有关理论知识。,能力目标：,能够运用细胞生物学、细胞生物学、分子生物学的相关知识为学习细胞工程打下基础。,第一节 细胞生物学基础,一、细胞的,发现,二、细胞的,分类,三、,细胞器的结构与功能,四、,染色质和染色体,五、细胞,分裂与繁殖,六、细胞,周期,七、细胞,分化,与细胞,全能性,八、细胞,衰老、死亡与癌变,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,一、细胞的,发现,第二章细胞工程基础,1,、构成生物体的结构和功能单位,细胞,2,、,1665,年，英国人罗伯特,胡克观察到死亡细胞的细胞壁，他称之为细胞（,cell,）,1831,年罗伯特,布朗发现兰科植物叶片表皮细胞中的细胞核。,1835,年发现细胞质,-,细胞内含物，于是细胞的基本结构和形态逐渐为人所知。地球上，具有独立生命活动的所有生物均由一个或多个细胞组成。,第一节 细胞生物学基础,一、细胞的,发现,第二章细胞工程基础,3,、,德国植物学家施来登,(Mathias,Schleiden,),和动物学家施旺,(,Theodor,Schwann,),创立了,细胞学说,对细胞的研究在细胞形态、细胞（超微）结构、细胞周期、核型、基因调控、信号转导、细胞分化和凋亡、肿瘤生物学等方面取得了重大进展，,二、细胞的,分类,真核细胞,:,原核细胞,:,有成形的细胞核,(,有核膜包被,),无成形的细胞核,(,无核膜包被,),只有核区,原核细胞,真核细胞,原核生物,真核生物,1,、,根据细胞核结构的分化程度不同，将细胞分为,原核细胞,和,真核细胞,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,第一节 细胞生物学基础,二、细胞的,分类,第二章细胞工程基础,2,、原核细胞与真核细胞的主要特征,见书,16,页,表,2.1,原核细胞与真核细胞的主要特征比较,（一）,原核细胞,种类：细菌、蓝藻、放线菌等,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,1.,细菌,（,1,）细菌的基本结构,是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。,可分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）。,绝大多数细菌的直径在,0.5-5m,之间。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,大肠杆菌,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,淋病球菌,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,肉毒梭菌,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,弧形霍乱菌,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,细胞壁,：,主要成分是肽聚糖，由,N-,乙酰葡糖胺和,N-,乙酰胞壁酸构成双糖单元，以,（,1-4,）,糖苷键连接成大分子。,N-,乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥（革兰氏阳性菌）或肽键（革兰氏阴性菌）桥接起来，形成了肽聚糖片层。革兰氏阳性菌细胞壁厚约,20-80nm,，有,15-50,层肽聚糖片层，每层厚,1nm,，含,20-40,的磷壁酸（,teichoic,acid,。,革兰氏阴性菌细胞壁厚约,10nm,，仅,2-3,层肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,革兰氏阳性菌细胞壁,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,革兰氏阳性菌细胞壁,革兰氏阴性菌细胞壁,第二章细胞工程基础,细胞壁的结构,细胞膜,厚约,8-10nm,，,外侧紧贴细胞壁。一些行光合作用的原核生物，质膜具有与捕光反应有关的内褶。一些革兰氏阳性菌质膜内褶形成小管状结构，称为间体。,mesosome,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,拟核,：,DNA,分子裸露，没有内含子，具有重叠基因,。,大肠杆菌,低电子密度区为拟核,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,核糖体,：,约含,5000-50000,个。,部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。,沉降系数为,70S,。,由大亚单位,(50S),与小亚单位,(30S),组成。,小亚单位对四环素与链霉素敏感，大亚单位对红霉素与氯霉素敏感,。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,质粒,(plasmid),：,除核区,DNA,外，可进行自主复制的遗传因子，是裸露的环状,DNA,分子，所含遗传信息量为,2-200,个基因，能进行自我复制，有时能整合到核,DNA,中去。质粒常用作基因重组与基因转移的载体。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,荚膜（,capsule,）：,细菌最外表的一层多糖类物质。,功能：,抵御不良环境；保护自身不受吞噬；选择性的粘附到特定细胞的表面上。,Negative stained bacteria,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,鞭毛：,细菌的运动器官，由鞭毛蛋白构成,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,菌毛：,是菌体表面极其的蛋白纤细，与细菌运动无关。分为细胞菌毛和性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关，后者为中空管子，与传递遗传物质有关。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,（,2,）繁殖方式,：,以,二分裂,的方式繁殖，某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内生孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。,分裂中的链球菌,分裂中的大肠杆菌,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,（,3,）细菌毒素 细菌产生对机体有毒害作用的化学物质，称为毒素。包括内毒素和外毒素。,特性,外毒素,内毒素,产生细菌,主要是革兰氏阳性菌,主要为革兰氏阴性菌,来源,由活的细菌释放至菌体外,是细菌细胞壁成分，细菌崩解后释放出来,化学成分,蛋白质,多糖,-,磷脂,-,蛋白质复合物,毒性,毒性强，各种细菌的外毒素对某些组织细胞有特殊的亲和力，引起特异性病变。,毒性弱，各种细菌内毒素的毒性作用相似。全身性、致发热、腹泻、呕吐。,抗原性,强，能刺激机体产生抗毒素。经甲醛处理，可脱毒成为类毒素。,弱，不能刺激机体产生抗毒素。不能经甲醛处理成为类毒素。,致热性,对宿主不致热,致热性。常致宿主发热,耐热性,一般不耐热，,60,以上迅速破坏。,耐热，,60,耐热数小时。,第二章细胞工程基础,2.,古细菌,无核膜及内膜系统；,以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、,RNA,聚合酶和真核细胞的相似、具有内含子和组蛋白。,细胞膜中的脂类不可皂化，细胞壁不含肽聚糖。,生活在极端环境中，如：极端嗜热菌、产甲烷菌、极端嗜盐菌、极端嗜热菌。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,海底烟筒附近也具有古细菌,第二章细胞工程基础,地球上在大约,12,亿亿年前才出现真核细胞。真核细胞由原核细胞进化而来，细胞内有核膜包被的真正的细胞核，细胞质内有功能不同的多种细胞器，如线粒体、高尔基体、内质网等。大多数动、植物细胞均为真核细胞。,（二）真核细胞：,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,1.,植物细胞,除简单的藻类植物外，植物细胞都属于真核细胞。高等植物细胞具有最完善的细胞结构,。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,1.,细胞膜,2.,细胞壁,3.,细胞质,4.,叶绿体,5.,高尔基体,6.,核仁,7.,核液,8.,核膜,9.,染色质,10.,核孔,11.,线粒体,12.,内质网,13.,游离的核糖体,14.,液泡,15.,内质网上的核糖体,第二章细胞工程基础,2.,动物细胞,与植物细胞不同，动物细胞没有细胞壁，但具有植物细胞不具有的中心体。,1.,细胞膜,2.,细胞质,3.,高尔基体,4.,核液,5.,染色质,6.,核仁,7.,核膜,8.,内质网,9.,线粒体,10.,核孔,11.,内质网上的核糖体,12.,游离的核糖体,13.,中心体,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,动物细胞与植物细胞的比较,细胞组分,动物细胞,植物细胞,细胞壁,无,有,叶绿体,无,有,液泡,无,有,圆球体,无,有,乙醛酸循环体,无,有,溶酶体,有,有,中心体,有,无,通讯连接方式,间隙连接,胞间连丝,胞质分裂方式,收缩环,细胞板,第二章细胞工程基础,3,真菌,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,真菌不是植物,真菌不含叶绿素，无根、茎、叶的分化。,第二章细胞工程基础,真菌,细菌,细胞,真核细胞,原核细胞,细胞核,有，还有核仁、核膜,拟核，无核仁、核膜,细胞器,有,只有核糖体,细胞壁,无肽聚糖，由多糖（,75%,）与蛋白质（,25%,）,有肽聚糖,对青霉素或头孢菌素敏感,不敏感,敏感,细胞膜,含,固醇,不含固醇,大小，复杂程度,比细菌大几倍至几十倍，结构复杂,小，简单,第二章细胞工程基础,(1),真菌形态结构及类型,单细胞真菌 圆形或卵圆形 酵母菌,(yeast),多细胞真菌 菌丝和孢子，丝状菌,(filamentous fungus),交织成团 或霉菌,(mold),二相性,(dimorphic,),1.,菌丝,hypha,2.,孢子,spore,第二章细胞工程基础,单细胞真菌形态,新生隐球菌,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,第二章细胞工程基础,酵母菌出芽繁殖,第二章细胞工程基础,多细胞真菌,形态,spore,hypha,第二章细胞工程基础,菌丝（,hypha,）,有隔菌丝 多数致病性真菌,无隔菌丝,营养菌丝,气生菌丝,生殖菌丝,在环境适宜情况下由孢子长出芽管，逐渐延长呈丝状，称菌丝,菌丝形态有助于鉴别,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,孢子,spore,孢子,芽胞,作用,真菌繁殖结构,细菌休眠结构，抵御不良环境,抵抗力,不强，加热,6070,短时间即可死亡,强，有的可耐,100,数小时,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,有性孢子,:,同一菌体或不同菌体上的,2,个细胞融合经减数分裂形成,无性孢子,:,菌丝上的细胞分化或出芽生成,病原性真菌大多形成无性孢子,分生孢子,叶状孢子,孢子囊孢子,大分生孢子,大小、细胞数和颜色是鉴定的重要依据,小,分生孢子 真菌都能产生,芽生孢子,假菌丝,厚膜孢子,关节孢子,第二章细胞工程基础,大分生孢子,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,芽生孢子,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,第二章细胞工程基础,假菌丝,第二章细胞工程基础,厚膜孢子,第二章细胞工程基础,关节孢子,第二章细胞工程基础,孢子囊孢子,(2),发酵生产常用的真菌种类,霉菌,酵母菌,啤酒酵母,红曲霉素,假丝酵母,黄曲霉,抗生菌,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,三,、细胞器的结构与功能,（一）主要细胞器,1.,内质网（,endoplasmic reticulum,，,ER,）：,由膜围成一个连续的管道系统。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,内质网和核糖体,内质网是膜连接成的网状结构,是细胞内蛋白质合成和加工,以及脂质合成的,“,车间,”,核糖体有的附着在内质网上,有的游离在细胞质中,是,“,生产蛋白质的机器,”,第二章细胞工程基础,2.,高尔基体：是蛋白质进行加工、分类和包装的,“,车间,”,及,“,发送站,”,，与细胞壁的合成有关,（单层膜）,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,3.,溶酶体：是,“,消化车间,”,，内含多种水解酶，能分解衰老损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒和病菌,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,4.,线粒体,:,细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细胞的,“,动力车间,”,（双层膜）,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,5.,叶绿体,：,植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换器”,（双层膜）,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,6.,中心粒：是动物细胞特有的细胞器，位于动物细胞的中心部位，故名中心粒。它的主要化学成分是微管蛋白。,7.,微体：由单层单位膜围成的小泡状结构，含有多种氧化酶，与分解过氧化氢和乙醛酸循环有关。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,(,二,),、细胞骨架,蛋白质纤维构成的网架结构,与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量交换、信息传递等生命活动密切相关。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,四、,染色质和染色体,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,染色质,是,细胞核内容易被碱性染料染成深色的物质被称为染色质或染色体。,染色质和染色体的主要成分都是,DNA,和蛋白质。它们是同一物质在间期和分裂期的不同形态表现。,染色质出现于分裂间期，呈细长的丝状，并且交织成网状；,染色体出现于分裂期，每条染色质细丝就高度螺旋化，缩短变粗，成为柱状或杆状，且有基本恒定的数目，不同种类的生物有不同数目的染色体，例如人体细胞有染色体,23,对，共计,46,条。,四、,染色质和染色体,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,染色体的四级结构模型,(a)DNA,绕组蛋白形成核小体；（,b,）核小体按一定间隔沿,DNA,构成纤维丝；,（,c,）纤维丝螺旋化构成一个螺线管；（,d,）螺线管进一步螺旋化；（,e,）浓缩构成染色体,五、细胞分裂与繁殖,细胞分裂是生物生长、发育和实现个体繁殖的基础。,单细胞生物：通过细胞分裂进行繁殖。,多细胞生物：由细胞分裂产生新细胞，以补充衰老、死亡的细胞。其生长和发育，实际就是细胞分裂和分化的过程。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,细胞分裂,细胞分裂的方式：,有丝分裂,无丝分裂,体细胞，动植物细胞分裂的主要形式,如：蛙的红血细胞,生殖细胞产生的过程。,减数分裂,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,（一）有丝分裂,有丝分裂的过程,有丝分裂包括两个紧密相连的过程：,核分裂,、,细胞质分裂,。通常有丝分裂主要是指核分裂，特别是在遗传学中更主要讨论细胞核分裂,有丝分裂过程可分为五个时期，即：,间期、前期、中期、后期、末期,应当注意的是：有丝分裂过程本身是一个连续的自然过程。细胞分裂时期是人为划分的，是根据所观察到整个有丝分裂过程中的各种形态、结构和状态的差异而进行的划分；其目的是便于对整个过程进行研究的描述。,第二章细胞工程基础,有丝分裂过程示意图,第二章细胞工程基础,（二）,无丝分裂,过程：非常简单，在分裂过程中不出现染色体和纺锤丝的形成。,细胞的无丝分裂在动、植物体内虽时有发现，但和有丝分裂相比，是少见的。,第二章细胞工程基础,（三）减数分裂,减数分裂是性母细胞成熟时，配子形成过程中所发生的一种,特殊的,有丝分裂，又称成熟分裂。,其结果是产生染色体数目减半的性细胞，所以称为减数分裂。,减数分裂的特殊性表现在：,具有一定的,时间性和空间性,：生物个体性成熟后，动物性腺和植物造孢组织细胞中进行。,连续进行两次分裂,：遗传物质经过一次复制，连续两次分裂，导致染色体数目的减半。,同源染色体在第一次分裂前期,(,前期,I,，,PI),相互配对,(paring),，也称为,联会,(,synapsis,),；并且在同源染色体间发生片段的交换。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,减数分裂的过程,间期,(,前间期,preinterphase,),减数第一分裂,(meiosis I),减数间期,(,interkinesis,),减数第二分裂,(meiosis),前期,I(prophase I,PI),中期,I(metaphase,I,MI),后期,I(anaphase,I,AI),末期,I(telophase,I,TI),前期,II(prophase II,PII),中期,II(metaphase,II,MII),后期,II(anaphase,II,AII),末期,II(telophase,II,TII),前期,I(prophase I,PI),中期,I(metaphase,I,MI),后期,I(anaphase,I,AI),末期,I(telophase,I,TI),第二章细胞工程基础,1.,间期,(,interphase,),性母细胞进入减数分裂前的间期称为前减数分裂间期，也称为,前间期,。,这一时期是为性细胞进入减数分裂作准备。其准备的内容包括：,染色体复制；,有丝分裂向减数分裂转化,.,特征：,持续时间比有丝分裂间期长，特别是合成期较长；,合成期间往往仅有约,99.7%,的,DNA,完成合成，而其余的,0.3%,在偶线期合成。,第二章细胞工程基础,2.,减数第一次分裂,(meiosis I),减数第一次分裂是减数分裂中比较重要的一次分裂，行为复杂，主要是前期的染色体变化多。,(1).,前期,I(prophase,I,P I),；,(2).,中期,I(metaphase,I,M I),；,(3).,后期,I(anaphase,I,A I),；,(4).,末期,I(telephase,I,P I),。,细线期,(,leptotene,，,PI1).,偶线期,(,zygotene,，,PI2).,粗线期,(,pachytene,，,PI3).,双线期,(,diplotene,，,PI4).,终变期,(,diakinesis,，,PI5).,第二章细胞工程基础,（,1,）前期,I(prophase I,PI),这一时期细胞内变化复杂，所经历的时间较长，细胞核比有丝分裂前期核要大些。,根据核内变化特征，可进一步分为五个时期：,细线期,(,leptotene,，,PI,1,).,偶线期,(,zygotene,，,PI,2,).,粗线期,(,pachytene,，,PI,3,).,双线期,(,diplotene,，,PI,4,).,终变期,(,diakinesis,，,PI,5,).,第二章细胞工程基础,细线期,(,leptonene,，,PI,1,),染色体开始螺旋收缩，在光学显微镜下呈细长线状；有时可以较为清楚地计数染色体数目。,这时每个染色体含有两染色单体，由着丝点连接，但在光学显微镜下还不能分辨染色单体。,第二章细胞工程基础,偶线期,(,zygotene,，,PI,2,),同源染色体的对应部位相互,开始,紧密并列，逐渐沿纵向配对在一起，称为,联会现象,(,synapsis,),。,细胞内,2n,条染色体可配对形成,n,对染色体。配对的两条同源染色体称为,二价体,(bivalent),。,细胞内二价体,(n),的数目就是同源染色体的对数。,第二章细胞工程基础,粗线期,(,pachytene,，,PI,3,),随着染色体的进一步螺旋，二价体逐渐缩短加粗，二价体具有四条染色单体，所以又称为,四合体,或,四联体,(tetrad),；联会复合体的结构完全形成；,姊妹染色单体与非姊妹染色单体；,非姊妹染色单体间会形成,交叉,(,chiasmata,),或,交换,(crossing over),现象，导致同源染色体发生片段,交换,(exchange),，最终导致同源染色体间发生遗传物质,重组,(recombination),。,第二章细胞工程基础,粗线期细胞形态图,第二章细胞工程基础,双线期,(,diplotene,，,PI,4,),染色体继续缩短变粗，在光学显微镜下四个染色单体均可见；,非姊妹染色单体之间由于螺旋卷缩而相互排斥，同源染色体局部开始分开；,非姊妹染色单体间的交换部位仍由横丝连接，因而同源染色体间仍由一至二个交叉联结。,第二章细胞工程基础,终变期,(,diakinesis,，,PI,5,),染色体进一步浓缩，缩短变粗；,同源染色体间排斥力更大，的交叉向二价体两端移动，逐渐接近于末端，该过程称为,交叉端化,(,terminalization,),。,二价体在核内分散分布，因而常用以鉴定染色体数目，二价体数目就是同源染色体的对数。,第二章细胞工程基础,（,2,）中期,I(metaphase,I,MI),核仁和核膜消失，纺锤体形成，纺锤丝附着在着丝点上并将二价体拉向赤道板位置。,每个二价体的两同源染色体分布在赤道板的两侧，同源染色体的着丝点分别朝向两极，赤道板位置上是将同源染色体相连交叉部分,(,已经端化,),。,在二价体趋向赤道板的过程中，两条同源染色体的排列方向,(,着丝粒取向,),是随机的。,从纺锤体的极面观察，,n,个二价体分散排在赤道板的附近，因而这也是可用于鉴定染色体数目的重要时期之一。,第二章细胞工程基础,（,3,）后期,I(anaphase,I,AI),纺锤丝牵引染色体向两极运动，使得同源染色体末端脱开，一对同源染色体分别移向两极。,每极具有一对同源染色体中的一条,(,共有,n,条染色体,),，使得子细胞中染色体数目从,2n,减半到,n,。,此过程并不进行着丝粒分裂，没有发生染色单体分离；每条染色体都仍然具有两个染色单体，并且由着丝粒相连。,第二章细胞工程基础,（,4,）末期,I(telophase,I,TI),染色体到达两极之后，松散、伸长、变细,(,但通常并不完全解螺旋,),；,核仁、核膜逐渐形成,(,核分裂完成,),，产生两个子核。,细胞质也随之分裂，两个子细胞形成，称为二分体,(dyad),。,第二章细胞工程基础,3.,减数间期,(,interkinesis,),减数间期是减数分裂的两次分裂之间的一个间歇。,此时期与有丝分裂的间期相比有显著不同：,时间很短暂。在许多动物之中，甚至没有明显的停顿和间歇存在。,不进行,DNA,复制，中间期前后细胞中,DNA,的含量也没有变化。,染色体的螺旋化程度较高。,第二章细胞工程基础,4.,减数第二次分裂,(meiosis),减数第二分裂是第一分裂所产生的两个子细胞继续进行同步分裂，与有丝分裂没有实质区别,仍可分为前、中、后、末四个时期：,(1).,前期,(prophase,P),；,(2).,中期,(metaphase,M),；,(3).,后期,(anaphase,A),；,(4).,末期,(,telephase,P),。,第二章细胞工程基础,第二章细胞工程基础,减数分裂的遗传学意义,1,、精子,(n)+,卵细胞,(n)=2n,染色体数目恒定性、物种相对,稳定性,2,、非姊妹染色单体间交换、后,期,I,同源染色体随机分离,变异、生物进化,第二章细胞工程基础,六、细胞周期,从一次细胞分裂到下一次分裂前的过程。细胞周期包括一个间期和一个有丝分裂期。植物细胞的周期从十几个小时至几十个小时不等。,细胞分裂间期：因有丝分裂是周期性进行的，处于两个分裂期之间称分裂间期，是有丝分裂的准备阶段，细胞表面无明显变化，只是细胞核较一般细胞大，核质中有分散的染色质。包括复制前期（,G1,期）、复制期（,S,期）和复制后期（,G2,期）。,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,第二章细胞工程基础,第一节 细胞生物学基础,细胞周期的各时期特征,时 期,特 征,分,裂,间,期,G1,期,转录大量的,RNA,和合成大量的蛋白质，为,DNA,复制作准备,S,期,DNA,复制，一个,DNA,分子复制出的两个,DNA,分子通过着丝点连在一起，与蛋白质结合形成,2,个姐妹染色单体,G2,期,为进入分裂期作准备,分,裂,期,前期,染色质转变成染色体；核膜解体，核仁消失；纺缍体形成,中期,着丝点排列在赤道板中央；染色体数目最清晰，形态最固定,后期,着丝点分裂，染色单体分裂，在纺缍丝牵引下移向细胞两极,末期,染色质转变成染色体；核膜重建，核仁出现；纺缍体解体；赤道板形成细胞壁（植物细胞）,第二章细胞工程基础,细胞的增殖过程,第二章细胞工程基础,细胞的生长,公式：,dNt/dt,=,Nt,代表群体细胞的比生长速率（,s,1,）,细胞生长曲线,细胞的增殖过程,第二章细胞工程基础,潜伏期：,当细胞接种至合适的培养液中，细胞数不增长或增长很少,对数（生长）期：,细胞随时间呈指数函数形式增长,倍增时间,Td,（,s,）：细胞数量增加,1,倍所需的时间,Td,(ln2)/,细胞的增殖过程,第二章细胞工程基础,稳定期,细胞数量在一定的时间内保持恒定,原因：营养成分的耗尽；细胞代谢废产物的