生物选修3第二章复习.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,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,并通过,体外DNA重组技术,和,转基因,等技术,赋予生物以,新的遗传特性,从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，是在,DNA分子水平,进行设计和施工的一门综合科学技术。,什么叫基因工程？,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,细胞水平,或,细胞器水平,上的操作，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。,什么叫细胞工程？包括哪两大领域？,细胞工程,应用的原理和方法,研究的水平,研究的目的,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,动物细胞工程,理论基础,细胞的全能性,也是,定向,改变,2.1植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,植物组织培养,一、植物组织培养技术,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,二、植物体细胞杂交技术,植物组织培养就是在_和_条件下，将离体的植物_、_、_，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的_，诱导其产生_、_，最终形成完整的_。,一、植物组织培养,1、概念,无菌,人工控制,器官,组织细胞,培养条件,愈伤组织,丛芽,植株,切取,形成层,无菌接种,诱导愈伤组织,的形成,试管苗的形成,培养室,移栽,脱分化,再分化,避光,适当见光,强调几个概念,：,愈伤组织：,脱分化后形成的,薄壁细胞,，具有分生能力。,植物细胞的,脱分化,：,由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称,去分化,。,脱分化的实质和结果分别是什么？,实质是恢复细胞的全能性过程。,结果是形成愈伤组织。,植物细胞的,再分化,：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。,1在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的,无菌,操作？,植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的,各种杂菌不但会和培养物,争夺,营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。,造成培养基污染的因素有很多，一般包括：,外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等,。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。,2、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？,在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。,能力提高,3、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？,植物激素,4,、植物组织培养有何优点？,取材少、培养周期短、繁殖率高、便于自动化管理。,因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。,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。,二、植物体细胞杂交技术,这幅番茄马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？,1972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。,背景资料,1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“Potamato”。,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,的新品系或育种上有用的新材料。,植物体细胞杂交技术过程图,杂种植株,融合的原生质体AB,再生出细胞壁,脱分化,愈伤组织,再分化,1、过程,植物细胞的融合,植物组织培养,植物细胞A,原生质体B,原生质体A,杂种细胞AB,去 壁,去 壁,人,工,诱,导,方法？,促进融合的方法？,融合完成的,标志,植物细胞B,二、植物体细胞杂交技术,去壁,去壁,纤维素酶果胶酶,原生质体,植物细胞,原生质体融合,离心、振动、电刺激、,聚乙二醇,再生细胞壁,杂种细胞,去分化,愈伤组织,杂种植株,激素,筛选,等量,激素,再分化,植物体细胞杂交,过程示意图,2、概念,将不同种的植物,体细胞,，在一定条件下融合成,杂种细胞,，并把杂种细胞培育成,新的植物体,的技术。,3、优势和未解决的问题,优势,（,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,（或说克服了远缘杂交不亲合的障碍），大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。,未解决的问题：未能让,所有的,杂种植物都按照人们 的需要表现出亲代的优良。,1.为什么“番茄马铃薯”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？,马铃薯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：,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，,所以马铃薯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、地下结马铃薯就是很自然的了。,植物繁殖的新途径,作物新品种的培育,微型繁殖,作物脱毒,人工种子,植物细胞工程的实际应用,单倍体育种,突变体的利用,细胞产物的工厂化生产,2.1.2植物细胞工程的实际应用,概念：,应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫,快速繁殖,技术）,（1）微型繁殖,1、植物繁殖的新途径,繁殖速度快，繁殖率高，可,大批量,生产；,“保持优良品种的遗传特性,”（因为是无性繁殖，没有基因重组,）；,不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。,取材少，培养周期短，便于自动化管理。,优点：,作物脱毒材料:,作物脱毒方法:,作物脱毒结果:,（2）作物脱毒（脱毒苗）,1、植物繁殖的新途径,分生区的细胞,进行组织培养,脱毒苗,（3）人工种子,b.结构：,人工薄膜,+,胚状体,（,不定芽、顶芽、腋芽,）,c.优点：,不受气候、季节、地域的限制,后代无性状分离，保留优良性状,时间短，占地少,1、植物繁殖的新途径,（1）由已脱分化的外植体直接产生；,（2）由愈伤组织产生；,a.产生途径：,胚状体：,在离体植物细胞、组织或器官培养过程中，由一个或一些体细胞，经过胚胎发生和发育过程，形成的与,合子胚,相类似的结构。胚状体一般专指在,组织培养,条件下产生的非合子胚以区别于自然发生的珠心胚及其他通过无融合生殖和由合子胚分裂产生的胚（见多胚现象）,胚状体是分化了还是未分化？,已分化！,花药,花粉细胞培养,接种,脱分化,愈伤,组织,分化出,小植物,再分化,单倍体,植株,移栽,正常,植株,染色体加倍,（a）单倍体育种实验流程,2、作物新品种的培育,（1）单倍体育种,（1）单倍体育种,2、作物新品种的培育,长得弱小，而且高度不育,b.单倍体植株的特点：,c.优点：,大大缩短了育种年限,后代稳定遗传.,单倍体育种只需两年即可得到纯合新品种,d.单倍体的例子:,蜜蜂,中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体.,多数植物都可通过花药或花粉来获得单倍体,（2）突变体的利用,利用,组织培养时,，分裂状态的细胞易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而,产生突变,（基因突变或染色体突变）,的原理，诱导并,筛选,出对人类有用的突变体。,2、作物新品种的培育,突变育种的原理为：诱变育种的原理为：,基因突变,注意：,突变,细胞产物的工厂化生产,红豆杉与紫杉醇,人参皂甙的生产,3、细胞产物的工厂化生产,动物细胞工程,单克隆抗体制备,细胞融合,细胞培养,胚胎移植,核 移 植,动物细胞培养,技术是其他动物细胞工程技术的基础,2.2.1动物细胞培养和核移植技术,动物细胞培养,动物细胞培养就是从动物机体中,取出,相关的组织，将它,分散,成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中让这些细胞,生长,和,增殖,。,原理：,细胞增殖,动物,胚胎,或,幼龄,动物的组织、器官,细胞悬浮液,10代细胞,50代细胞,传代培养,无限传代,单个细胞,加培养液,（分解弹性纤维）,原代培养,胰蛋白酶,剪碎,过程：,细胞株,细胞系,动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织和器官。,遗传物质未改变,遗传物质已改变,动物细胞培养的条件,4.气体环境,1.无菌无毒的环境,（添加抗生素；定期更换培养液）,2.营养,（合成培养基；通常加入,血浆、血清,）,3.温度和pH,（哺乳动物：36.50.5，pH为7.27.4）,（通常置于含95%空气+5%,CO,2,混合气体中培养）,动物细胞培养技术的应用,蛋白质生物制品的生产,：,病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体,为基因工程提供受体细胞,健康细胞培养,培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植,检测有毒物质,用于生理、病理研究,细胞的全能性,细胞株、细胞系,植物体或组织,培养结果,获得细胞,或细胞分泌蛋白,快速繁殖、培育无病毒植株等,培养目的,葡萄糖,、动物血清,蔗糖,、植物激素,培养基特有成分,液体培养基,固体培养基,培养基性质,细胞增殖,原理,动物细胞培养,植物组织培养,比较项目,比较,动物细胞核移植,将动物的一个细胞的细胞核,移入,一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其,重组,并,发育,成一个新的,胚胎这个新的胚胎最终发育为动物个体。,胚胎细胞核移植,体细胞核移植,克隆动物,：,用核移植的方法得到的动物。,胚胎细胞核移植,体细胞核移植,思考题,1、在进行体细胞核移植之前，为何要去掉受体卵母细胞的核？,卵母细胞的细胞质可使体细胞核的全能性得以表达；卵母细胞体积比较大，容易操作；卵母细胞的细胞质多，营养丰富，能为早期胚胎的形成提供营养。,2、为什么选卵母细胞作核移植的受体细胞？,为使核移植动物的遗传物质全部来自有利用价值的动物提供的体细胞。,3.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，为什么？,培养的动物细胞一般传代至1050代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般保持正常二倍体的核型，,未突变,.,思考题,核型,：,细胞,有丝分裂中期,的全套染色体图像，按大小、形态成对排列成的系列。具有种的特异性。,是染色体数目、大小、形态特征的总和,2.体细胞核移植技术的应用前景,核移植技术的应用,（1）在畜牧业中，加速优良种畜改良进程。,（2）保护濒危物种。,（3）克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白。,（4）用于组织、器官移植。,1,.许多克隆动物表现出,遗传和生理缺陷,，如体型过大，异常肥胖，发育困难，免疫失调等。,2,.,成功率非常低,及克隆动物食品的安全性问题。,核移植技术存在的问题,2.2.2 动物细胞融合与,单克隆抗体,1、过程：,动物细胞A 动物细胞B,诱导，融合,2个完整的杂交细胞AB,有丝分裂,（膜融合、,诱导方法,质融合、,核融合）,单核细胞,一、动物细胞融合,1、概念：,指,两个或多个,动物细胞结合形成,一个,细胞的过程。,2、结果：,形成单核的,杂交细胞,3、原理：,细胞膜的流动性,4、,过程：,5、意义：突破了有性杂交方法的局限，使,远缘杂交,（种间、属间、科间、动植物之间）成为可能。,6、应用：成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段。,特别是利用杂交瘤技术制造单克隆抗体,形成杂种细胞,获得杂种植株,结果,物理、化学方法,生物方法,（灭活的病毒）,物理（离心、振荡、电刺激）,化学（聚乙二醇）,诱导方法,细胞膜的流动性,细胞膜的流动性、,植物细胞全能性,原 理,动物细胞融合,植物体细胞杂交,比较项目,1、植物、动物细胞融合的比较,课堂,小结,融合前处理,用纤维素酶、,果胶酶去壁,用胰蛋白酶,使细胞分散,2、什么是抗体？,二、单克隆抗体,回顾,3、抗体的分布？,抗体是机体受抗原刺激后产生的、并能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。,主要分布在血清中。,1、什么是克隆？,“克隆”从英文“clone”音译而来，是指从一个共同祖先，通过,无性繁殖,的方法产生出来的一群,遗传特性相同,的DNA分子，细胞或个体。在细胞水平指,动物细胞培养.,产量少、纯度低、特异性差,单克隆抗体,5、传统制备抗体的缺点是？如何改进？,4、传统制备抗体的方法是？,向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从血清中分离所需抗体。,B淋巴细胞,注射特定抗原蛋白,骨髓瘤细胞,培养骨髓瘤细胞,融合,（只考虑两两融合）培养液中细胞有几种类型？融合细胞几种,类型,？,骨髓瘤细胞-骨髓瘤细胞,B淋巴细胞-B淋巴细胞,B淋巴细胞-,骨髓瘤细胞,多种,杂交细胞,在具有筛选作用的培养基上培养,专一抗体检验阳性,克隆上述杂交细胞,分开不同杂交细胞，克隆专一抗体，,检验阳性细胞,单克隆抗体,注射到小鼠体内,体外培养,2、单克隆抗体的制备过程,第1次筛选目的：得到杂交瘤细胞（多种）。,第2次筛选目的：在杂交瘤细胞中筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。,该细胞继承,双亲细胞,的遗传特性，既能,产生专一抗体,又能,无限增殖,。,杂交瘤细胞有何特点？,特异性强，灵敏度高,做为诊断试剂,（识别作用，如同位素标记单克隆抗体，可诊断肿瘤、心血管畸形等）,单克隆抗体的应用,优点：,准确、高效、简易、快速,用于治疗疾病和运载药物（,主要用于癌症治疗，也可运载药物，如“生物导弹”）,（,导向作用，,作为载体，,生物导弹=单克隆抗体+药物，,治疗肿瘤）,（位置准确、疗效高、副作用小）,