細胞工程概述

1、細胞工程概述課件,,細胞工程的發(fā)展,,,1907年，美國哈里森，培養(yǎng)蛙胚神經(jīng)細胞并存活數(shù)周，開創(chuàng)了動物細胞培養(yǎng)的先河,1937年，法國特里特等培養(yǎng)了胡蘿卜組織，并使細胞增殖。,1972年，美國卡爾遜等成功培育第一個體細胞雜交植株,1997年，英國伊恩.維爾穆特克隆出綿羊“多利”,細胞工程的概念,應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過某種工程學(xué)手段，在細胞整體水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞

2、產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。,,操作水平：操作環(huán)境：結(jié) 果：應(yīng) 用：,細胞或細胞器水平,體外無菌,按人的意愿使用細胞某些生物學(xué)特性發(fā)生改變,概念要點,細胞工程的技術(shù)及分類,植物細胞與組織培養(yǎng),在無菌條件下對植物離體組織或細胞培養(yǎng)，形成新的組織、器官或個體,采用自然或人工的方法使兩個或多個不同細胞融合成一個細胞,細胞融合技術(shù),注意：植物細胞要用纖維素酶等先去除細胞壁,細胞核,病毒顆粒,細胞核,,滅活的病毒顆

3、粒黏附在細胞表面,細胞膜被病毒顆粒穿過,,細胞膜連接,,細胞融合，形成雜種細胞,細胞融合技術(shù)過程,病毒顆粒經(jīng)過處理后喪失感染細胞的能力，但表面抗原沒有被破壞，可以黏附與細胞表面，使細胞緊密凝集，直至融合。,細胞融合技術(shù),植物體細胞雜交過程,植物細胞 A（番茄）,植物細胞 B（馬鈴薯）,去除細胞壁,原生質(zhì)體 A,原生質(zhì)體 B,原生質(zhì)體融合,正在融合的原生質(zhì)體,再生出細胞壁,雜種細胞,細胞分裂,愈傷組織,雜種植株(番茄馬鈴薯),,,細胞核移

4、植技術(shù),將有一個細胞的細胞核轉(zhuǎn)移到另一個去除細胞核的細胞中區(qū)，從而是受體細胞獲得新的遺傳信息，產(chǎn)生新的生命現(xiàn)象,細胞質(zhì),細胞核,細胞核移植,多莉羊的培育過程,染色體工程,按設(shè)計有計劃削減、添加和代換同種或異種染色體的方法和技術(shù)。也稱為染色體操作。,細胞工程的應(yīng)用,馬鈴薯瘡痂病),脫毒苗,脫毒馬鈴薯,,,脫毒技術(shù),藻類植物,氫能汽車,高產(chǎn)奶牛,瀕危動物,,1、細胞工程的發(fā)展2、細胞工程的基本技術(shù)植物細胞與組織培養(yǎng)細胞融合細胞核移植

5、染色體工程3、細胞工程的應(yīng)用快速培養(yǎng)花卉及瀕危植物獲得無病毒作物開發(fā)潔凈能源減少環(huán)境污染繁殖優(yōu)良家畜品種及瀕危動物,練習(xí),1、下列技術(shù)中，一般來說不屬于細胞工程范圍的是（ ） A、組織培養(yǎng) B、細胞核移植 C、基因芯片的應(yīng)用 D、細胞融合,2、下列與細胞工程無關(guān)的技術(shù)是( ) A、克隆羊“多利”的產(chǎn)生

6、 B、2種煙草體細胞雜交獲得新植株 C、葡萄的嫁接 D、利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育郁金香,3、下列細胞工程技術(shù)中，不涉及遺傳物質(zhì)改變的是（ ） A、植物組織培養(yǎng) B、動物細胞融合 C、細胞核移植 D、染色體替換,C,C,A,一、 植物細胞工程,（一）細胞的全能性1、概念：生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能，細胞的這種特性叫做細胞的

7、全能性。,理論基礎(chǔ)：植物細胞的全能性常用手段：植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交,2、表現(xiàn)全能性的基礎(chǔ)和條件基礎(chǔ)： 生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳信息，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細胞都應(yīng)該具有全能性。條件：①離體　　?、谔峁I養(yǎng)物質(zhì)　　　③激素　　?、芷渌m宜條件（如溫度等）,原因：受生物體上所在環(huán)境的影響 實質(zhì)：基因在特定的時間和空間條3

8、、限制 件下選擇性表達的結(jié)果 結(jié)果：分化形成不同的組織、器官,,例：蘿卜根細胞培養(yǎng)產(chǎn)生出完整植株，克隆羊“多莉”的誕生說明了什么？,高度分化的植物細胞仍然有發(fā)育成完整植株的能力；高度特化的動物細胞的細胞核仍然有全能性。,例：植物體內(nèi)的細胞為什么沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同的組織器官？,這是基因在特定時間和空間條件下選擇性表達的結(jié)果。,受精卵的全能性最高；

9、 卵細胞仍具有較高的潛在全能性； 體細胞的全能性比生殖細胞低的多。,在生物體內(nèi)，由于基因的選擇性表達，細胞不能表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織器官。當已分化的植物器官、組織或細胞脫離母體后，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素等外界條件作用下分化形成愈傷組織（一種相對沒有分化的細胞團），繼而在植物激素等誘導(dǎo)下發(fā)生再分化，才能表達出全能性。發(fā)育成完整植株。,（二）植物組織培養(yǎng),1.過程 由高度分化的植物器官、組

10、織或細胞產(chǎn)生愈傷組織的過程，稱為植物細胞的脫分化，或者叫做去分化。 脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)，又可以重新分化成根或芽等器官，這個過程叫做再分化。,,（高度分化）,（疏松、液泡化、薄壁）,（2）應(yīng)用（范圍廣） ①果樹、花卉的快速繁殖 ②培養(yǎng)無病毒植物 ③生產(chǎn)藥品、食品添加劑、香料、色素 和殺蟲劑等 ④用植物組織培養(yǎng)的方法，制成人工種子　 ⑤轉(zhuǎn)基因植物的培育,,植物組織培養(yǎng)應(yīng)用舉例（一

11、）,,二、植物組織培養(yǎng),植物組織培養(yǎng)應(yīng)用舉例（二）,,,二、植物組織培養(yǎng),植物組織培養(yǎng)應(yīng)用舉例（三）,人工種子,（三）植物體細胞雜交,1、概念 植物體細胞雜交是用兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞，并且把雜種細胞培育成新的植物體的方法。,2、過程,植物體細胞雜交過程,植物細胞 A（番茄）,植物細胞 B（馬鈴薯）,去除細胞壁,原生質(zhì)體 A,原生質(zhì)體 B,原生質(zhì)體融合,正在融合的原生質(zhì)體,再生出細胞壁,雜種細胞

12、,細胞分裂,愈傷組織,雜種植株(番茄馬鈴薯),,,3、意義 克服遠源雜交不親和的障礙、培育作物新品種。,總結(jié) ：,細胞全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)而植物組織培養(yǎng)又是植物體細胞雜交的技術(shù)環(huán)節(jié)之一,植物體細胞雜交與植物組織培養(yǎng)有何關(guān)系？,兩種技術(shù)的原理都是利用植物細胞的全能性，融合的植物細胞必須經(jīng)過植物組織培養(yǎng)的過程才能最終發(fā)育為雜種植株，這就是說，植物組織培養(yǎng)技術(shù)是植物體細胞雜交的基礎(chǔ)。,思考： 1）植物細胞表現(xiàn)

13、出全能性的必要條件是什么？    2.）離體的器官、組織或細胞如果不進行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整植物體？    3.）決定植物細胞脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？    4.）在植物組培過程中，為什么要進行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？,3） 影響脫分化的一個重要因素是植物激素。當細胞分裂素與生長素共同使用時，能強烈促進愈傷組織的形

14、成，而兩者不同的濃度配比在再分化過程中，分別對誘導(dǎo)根或芽的產(chǎn)生起關(guān)鍵作用。當細胞分裂素與生長素濃度比高時，有利于芽的發(fā)生；濃度比低時，有利于根的發(fā)生。,愈傷組織再分化過程應(yīng)先誘導(dǎo)生芽，再誘導(dǎo)生根。    愈傷組織的形態(tài)發(fā)生主要有不定芽方式和胚狀體方式兩種。教材中介紹的為不定芽方式，而后者需要在愈傷組織形成后，對其進行處理，形成分散的單個細胞，再誘導(dǎo)其分化出具有胚芽、胚軸、胚根的胚狀體，進而發(fā)育成完整植

15、株。,1）．你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？2）．有沒有一種溫和的去壁方法呢？3）．如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一部該做何處理？4）．如何將雜種細胞培育成雜種植株？,,1）植物體細胞融合完成的標記是（ ）,A 產(chǎn)生新的細胞壁B 細胞質(zhì)發(fā)生融合C 細胞膜發(fā)生融合D 細胞核發(fā)生融合,A,2）人工獲得一個雜種植株，需要下列哪項步驟（ ）A 分離原生質(zhì)體 誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合

16、 組織培養(yǎng) 得到雜種植株B 分離原生質(zhì)體 原生質(zhì)體融合 雜種植株C 獲取細胞 原生質(zhì)融合 組織培養(yǎng) 雜種植株 D 獲取細胞 原生質(zhì)直接融合 組織培養(yǎng),,,,,,,,,,,A,3）植物體細胞雜交尚未解決的問題是 （ ）A 去掉細胞壁，分離出有活力的

17、原生質(zhì)體B 將雜種細胞培育成植株C 讓雜種細胞按照人們的需求表現(xiàn)出親代 的優(yōu)良性狀D 尚未培育出屬間雜種植物,C,二、動物細胞工程,常用的技術(shù)手段： 包括動物細胞培養(yǎng)、動物細胞融合、單克隆抗體、胚胎移植、核移植等 。 動物細胞培養(yǎng)是其他細胞工程技術(shù)的基礎(chǔ)。,（一）動物細胞培養(yǎng)1、培養(yǎng)液（液體培養(yǎng)基）： 葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素、動物血清等。2、過程：,動物

18、細胞或動物胚胎,分散成單個細胞,一定濃度的細胞懸浮液,原代培養(yǎng),動物胚胎或 胰蛋白酶 制成幼齡動物的 剪碎 單個細胞 加培養(yǎng)液器官、組織細胞懸浮液 細胞株細胞系,,,,,原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng),遺傳物質(zhì)改變傳代培養(yǎng),原代培養(yǎng)：將組織取出來后，先用胰蛋白酶等處理使組織分散成單個細胞，然后配制成一定濃

19、度的細胞懸浮液，再將懸浮液放入培養(yǎng)瓶中，這個過程稱為原代培養(yǎng)。(第1代~第10代以內(nèi))傳代培養(yǎng)：把原代培養(yǎng)增殖的細胞定期用胰蛋白酶把細胞從瓶壁上脫離出來，配制懸浮液，分裝到兩個或兩個以上的培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)，這稱為傳代培養(yǎng)。,細胞株：原代細胞和50代前的傳代細胞叫做細胞株。,細胞系：50代后，遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，并且有癌變的特點，無限傳下去的傳代細胞。,細胞懸浮液 10代細胞 50代細胞,,,,,,,,細胞

20、株 細胞系,原代培養(yǎng) 傳代培養(yǎng),3、應(yīng)用1）生產(chǎn)有價值的蛋白質(zhì)生物制品；如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等。2）為治療和預(yù)防疾病提供理論依據(jù)（如為皮膚大面積燒傷的病人培養(yǎng)可供移植皮膚）3）用于檢測有毒物質(zhì),（二）動物細胞融合 與植物細胞原生質(zhì)體融合的基本原理是相同的。主要不同為①促融劑不同②動物細胞無細胞壁，可直接

21、誘導(dǎo)融合（常用到滅活的病毒作為誘導(dǎo)劑）1、過程：見P71圖4-92、用途：制備單克隆抗體,（三）單克隆抗體1、概念：用單個B淋巴細胞通過克隆以形成細胞群而獲得的化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強的抗體。2、制備：將骨髓瘤細胞與B淋巴細胞融合而成的雜交瘤細胞，繼承了雙親細胞的遺傳物質(zhì)，不僅具有B淋巴細胞分泌特異性抗體的能力，還有骨髓瘤細胞在體外培養(yǎng)條件下大量增殖的本領(lǐng)，使其成為一座制造單克隆抗體的理想“工廠”。,效應(yīng)B細胞,,獲得雜交瘤細胞

22、,,①將抗原注入小鼠體內(nèi)獲得效應(yīng)B細胞②效應(yīng)B細胞與小鼠骨髓瘤細胞融合③用特定培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細胞,動物細胞培養(yǎng),,①篩選能夠產(chǎn)生所需抗體的細胞群,②再在培養(yǎng)液或小鼠腹腔中培養(yǎng),提取單克隆抗體：從培養(yǎng)液或小鼠腹水中提取,(第一次),(第二次),因為B淋巴細胞具有分泌特異性抗體的能力，而骨髓瘤細胞具有在體外培養(yǎng)條件下大量增殖的本領(lǐng)，所以由某種B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合而成的雜交瘤細胞，既有B淋巴細胞分泌特異性抗體的能力，又具備骨髓瘤

23、細胞在體外培養(yǎng)條件下大量增殖的本領(lǐng)，能夠在體外培養(yǎng)條件下大量增殖，并且產(chǎn)生特定的單克隆抗體。,3、應(yīng)用對疾病的診斷、治療和預(yù)防（如制成“生物導(dǎo)彈”治療癌癥）特點：特異性強，靈敏度高。,（四）哺乳動物的胚胎移植1、過程(試管嬰兒為例)離體卵細胞和離體精子2、意義,,人工條件,試管中,受精卵,,,發(fā)育,胚胎,,移人人的子宮中發(fā)育,胎兒,動物飼養(yǎng)中可加速優(yōu)良種畜的繁殖速度,（五）核移植技術(shù)鯉鯽移核魚為例:,鯽魚未受精的卵