細(xì)胞工程概述

1、細(xì)胞工程概述課件,,細(xì)胞工程的發(fā)展,,,1907年，美國(guó)哈里森，培養(yǎng)蛙胚神經(jīng)細(xì)胞并存活數(shù)周，開(kāi)創(chuàng)了動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的先河,1937年，法國(guó)特里特等培養(yǎng)了胡蘿卜組織，并使細(xì)胞增殖。,1972年，美國(guó)卡爾遜等成功培育第一個(gè)體細(xì)胞雜交植株,1997年，英國(guó)伊恩.維爾穆特克隆出綿羊“多利”,細(xì)胞工程的概念,應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過(guò)某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)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(xì)胞或細(xì)胞器水平,體外無(wú)菌,按人的意愿使用細(xì)胞某些生物學(xué)特性發(fā)生改變,概念要點(diǎn),細(xì)胞工程的技術(shù)及分類,植物細(xì)胞與組織培養(yǎng),在無(wú)菌條件下對(duì)植物離體組織或細(xì)胞培養(yǎng)，形成新的組織、器官或個(gè)體,采用自然或人工的方法使兩個(gè)或多個(gè)不同細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)胞,細(xì)胞融合技術(shù),注意：植物細(xì)胞要用纖維素酶等先去除細(xì)胞壁,細(xì)胞核,病毒顆粒,細(xì)胞核,,滅活的病毒顆

3、粒黏附在細(xì)胞表面,細(xì)胞膜被病毒顆粒穿過(guò),,細(xì)胞膜連接,,細(xì)胞融合，形成雜種細(xì)胞,細(xì)胞融合技術(shù)過(guò)程,病毒顆粒經(jīng)過(guò)處理后喪失感染細(xì)胞的能力，但表面抗原沒(méi)有被破壞，可以黏附與細(xì)胞表面，使細(xì)胞緊密凝集，直至融合。,細(xì)胞融合技術(shù),植物體細(xì)胞雜交過(guò)程,植物細(xì)胞 A（番茄）,植物細(xì)胞 B（馬鈴薯）,去除細(xì)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(xì)胞壁,雜種細(xì)胞,細(xì)胞分裂,愈傷組織,雜種植株(番茄馬鈴薯),,,細(xì)胞核移

4、植技術(shù),將有一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到另一個(gè)去除細(xì)胞核的細(xì)胞中區(qū)，從而是受體細(xì)胞獲得新的遺傳信息，產(chǎn)生新的生命現(xiàn)象,細(xì)胞質(zhì),細(xì)胞核,細(xì)胞核移植,多莉羊的培育過(guò)程,染色體工程,按設(shè)計(jì)有計(jì)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(xì)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(dòng)物,,1、細(xì)胞工程的發(fā)展2、細(xì)胞工程的基本技術(shù)植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)細(xì)胞融合細(xì)胞核移植

5、染色體工程3、細(xì)胞工程的應(yīng)用快速培養(yǎng)花卉及瀕危植物獲得無(wú)病毒作物開(kāi)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(dòng)物,練習(xí),1、下列技術(shù)中，一般來(lái)說(shuō)不屬于細(xì)胞工程范圍的是（ ） A、組織培養(yǎng) B、細(xì)胞核移植 C、基因芯片的應(yīng)用 D、細(xì)胞融合,2、下列與細(xì)胞工程無(wú)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(xì)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(xì)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(dòng)物細(xì)胞融合 C、細(xì)胞核移植 D、染色體替換,C,C,A,一、 植物細(xì)胞工程,（一）細(xì)胞的全能性1、概念：生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能，細(xì)胞的這種特性叫做細(xì)胞的

7、全能性。,理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性常用手段：植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)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(gè)細(xì)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(gè)體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。條件：①離體　　?、谔峁I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)　　?、奂に亍　　、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(shí)質(zhì)：基因在特定的時(shí)間和空間條3

8、、限制 件下選擇性表達(dá)的結(jié)果 結(jié)果：分化形成不同的組織、器官,,例：蘿卜根細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生出完整植株，克隆羊“多莉”的誕生說(shuō)明了什么？,高度分化的植物細(xì)胞仍然有發(fā)育成完整植株的能力；高度特化的動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核仍然有全能性。,例：植物體內(nèi)的細(xì)胞為什么沒(méi)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(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果。,受精卵的全能性最高；

9、 卵細(xì)胞仍具有較高的潛在全能性； 體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞低的多。,在生物體內(nèi)，由于基因的選擇性表達(dá)，細(xì)胞不能表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織器官。當(dāng)已分化的植物器官、組織或細(xì)胞脫離母體后，在一定的營(yíng)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(duì)沒(méi)有分化的細(xì)胞團(tuán)），繼而在植物激素等誘導(dǎo)下發(fā)生再分化，才能表達(dá)出全能性。發(fā)育成完整植株。,（二）植物組織培養(yǎng),1.過(guò)程 由高度分化的植物器官、組

10、織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過(guò)程，稱為植物細(xì)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(jìn)行培養(yǎng)，又可以重新分化成根或芽等器官，這個(gè)過(guò)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(shù)、花卉的快速繁殖 ②培養(yǎng)無(wú)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(xì)胞雜交,1、概念 植物體細(xì)胞雜交是用兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，并且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法。,2、過(guò)程,植物體細(xì)胞雜交過(guò)程,植物細(xì)胞 A（番茄）,植物細(xì)胞 B（馬鈴薯）,去除細(xì)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(xì)胞壁,雜種細(xì)胞

12、,細(xì)胞分裂,愈傷組織,雜種植株(番茄馬鈴薯),,,3、意義 克服遠(yuǎn)源雜交不親和的障礙、培育作物新品種。,總結(jié) ：,細(xì)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(xì)胞雜交的技術(shù)環(huán)節(jié)之一,植物體細(xì)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(xì)胞的全能性，融合的植物細(xì)胞必須經(jīng)過(guò)植物組織培養(yǎng)的過(guò)程才能最終發(fā)育為雜種植株，這就是說(shuō)，植物組織培養(yǎng)技術(shù)是植物體細(xì)胞雜交的基礎(chǔ)。,思考： 1）植物細(xì)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(xì)胞如果不進(jìn)行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整植物體？    3.）決定植物細(xì)胞脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？    4.）在植物組培過(guò)程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒，滅菌，并且要求無(wú)菌操作？,3） 影響脫分化的一個(gè)重要因素是植物激素。當(dāng)細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素共同使用時(shí)，能強(qiáng)烈促進(jìn)愈傷組織的形

14、成，而兩者不同的濃度配比在再分化過(guò)程中，分別對(duì)誘導(dǎo)根或芽的產(chǎn)生起關(guān)鍵作用。當(dāng)細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素濃度比高時(shí)，有利于芽的發(fā)生；濃度比低時(shí)，有利于根的發(fā)生。,愈傷組織再分化過(guò)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(duì)其進(jìn)行處理，形成分散的單個(gè)細(xì)胞，再誘導(dǎo)其分化出具有胚芽、胚軸、胚根的胚狀體，進(jìn)而發(fā)育成完整植

15、株。,1）．你認(rèn)為兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？2）．有沒(méi)有一種溫和的去壁方法呢？3）．如果兩個(gè)來(lái)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(xì)胞培育成雜種植株？,,1）植物體細(xì)胞融合完成的標(biāo)記是（ ）,A 產(chǎn)生新的細(xì)胞壁B 細(xì)胞質(zhì)發(fā)生融合C 細(xì)胞膜發(fā)生融合D 細(xì)胞核發(fā)生融合,A,2）人工獲得一個(gè)雜種植株，需要下列哪項(xiàng)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(xì)胞 原生質(zhì)融合 組織培養(yǎng) 雜種植株 D 獲取細(xì)胞 原生質(zhì)直接融合 組織培養(yǎng),,,,,,,,,,,A,3）植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問(wèn)題是 （ ）A 去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的

17、原生質(zhì)體B 將雜種細(xì)胞培育成植株C 讓雜種細(xì)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(dòng)物細(xì)胞工程,常用的技術(shù)手段： 包括動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物細(xì)胞融合、單克隆抗體、胚胎移植、核移植等 。 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是其他細(xì)胞工程技術(shù)的基礎(chǔ)。,（一）動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)1、培養(yǎng)液（液體培養(yǎng)基）： 葡萄糖、氨基酸、無(wú)機(jī)鹽、維生素、動(dòng)物血清等。2、過(guò)程：,動(dòng)物

18、細(xì)胞或動(dòng)物胚胎,分散成單個(gè)細(xì)胞,一定濃度的細(xì)胞懸浮液,原代培養(yǎng),動(dòng)物胚胎或 胰蛋白酶 制成幼齡動(dòng)物的 剪碎 單個(gè)細(xì)胞 加培養(yǎng)液器官、組織細(xì)胞懸浮液 細(xì)胞株細(xì)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(lái)后，先用胰蛋白酶等處理使組織分散成單個(gè)細(xì)胞，然后配制成一定濃

19、度的細(xì)胞懸浮液，再將懸浮液放入培養(yǎng)瓶中，這個(gè)過(guò)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(xì)胞定期用胰蛋白酶把細(xì)胞從瓶壁上脫離出來(lái)，配制懸浮液，分裝到兩個(gè)或兩個(gè)以上的培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)，這稱為傳代培養(yǎng)。,細(xì)胞株：原代細(xì)胞和50代前的傳代細(xì)胞叫做細(xì)胞株。,細(xì)胞系：50代后，遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，并且有癌變的特點(diǎn)，無(wú)限傳下去的傳代細(xì)胞。,細(xì)胞懸浮液 10代細(xì)胞 50代細(xì)胞,,,,,,,,細(xì)胞

20、株 細(xì)胞系,原代培養(yǎng) 傳代培養(yǎng),3、應(yīng)用1）生產(chǎn)有價(jià)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(cè)有毒物質(zhì),（二）動(dòng)物細(xì)胞融合 與植物細(xì)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(dòng)物細(xì)胞無(wú)細(xì)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(guò)程：見(jiàn)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(gè)B淋巴細(xì)胞通過(guò)克隆以形成細(xì)胞群而獲得的化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強(qiáng)的抗體。2、制備：將骨髓瘤細(xì)胞與B淋巴細(xì)胞融合而成的雜交瘤細(xì)胞，繼承了雙親細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，不僅具有B淋巴細(xì)胞分泌特異性抗體的能力，還有骨髓瘤細(xì)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(xì)胞,,獲得雜交瘤細(xì)胞

22、,,①將抗原注入小鼠體內(nèi)獲得效應(yīng)B細(xì)胞②效應(yīng)B細(xì)胞與小鼠骨髓瘤細(xì)胞融合③用特定培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細(xì)胞,動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng),,①篩選能夠產(chǎn)生所需抗體的細(xì)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?yàn)锽淋巴細(xì)胞具有分泌特異性抗體的能力，而骨髓瘤細(xì)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(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合而成的雜交瘤細(xì)胞，既有B淋巴細(xì)胞分泌特異性抗體的能力，又具備骨髓瘤

23、細(xì)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(duì)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(diǎn)：特異性強(qiáng)，靈敏度高。,（四）哺乳動(dòng)物的胚胎移植1、過(guò)程(試管嬰兒為例)離體卵細(xì)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(dòng)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