细胞工程主题医学知识课件

第五章第五章 植物细胞工程植物细胞工程第五章 植物细胞工程1资料仅供参考,不当之处，请联系改正。第一节第一节 基本概念基本概念v1.1.植物细胞的全能性植物细胞的全能性v2.2.植物组织和器官培养植物组织和器官培养v3.3.植物的分化植物的分化v4.4.脱分化脱分化v5.5.再分化再分化v6.6.植物无菌培养植物无菌培养v7.7.细胞培养细胞培养v8.8.分生组织培养分生组织培养v9.9.外植体外植体v10.10.无性繁殖系无性繁殖系v11.11.突变体突变体v12.12.继代培养继代培养v13.13.次级代谢作用和次级代谢产物次级代谢作用和次级代谢产物 第一节 基本概念1.植物细胞的全能性2资料仅供参考,不当之处，请联系改正。植物细胞全能性植物细胞全能性v在离体培养下，植物的体细胞或性细胞被诱导产生在离体培养下，植物的体细胞或性细胞被诱导产生器官器官分化分化和和再生再生，成为具有与母体植株，成为具有与母体植株相同遗传信相同遗传信息息的植株的能力。的植株的能力。v植物细胞全能性的相对性植物细胞全能性的相对性v不是所有基因型的所有细胞在任何条件下都具有良不是所有基因型的所有细胞在任何条件下都具有良好的培养反应；好的培养反应；v动、植物细胞全能性的表现程度存在明显差异。动、植物细胞全能性的表现程度存在明显差异。v细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接产生植细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接产生植物个体。物个体。植物细胞全能性在离体培养下，植物的体细胞或性细胞被诱导产生器3资料仅供参考,不当之处，请联系改正。植物细胞分化植物细胞分化v基因的差异性表达，即为细胞分化；具体表现为内基因的差异性表达，即为细胞分化；具体表现为内部生理变化和外部形态变化。部生理变化和外部形态变化。v细胞分化使细胞功能趋于专门化，更有利于提高生细胞分化使细胞功能趋于专门化，更有利于提高生理功能的效率。因此理功能的效率。因此,分化是进化的表现分化是进化的表现,越高级的越高级的植物类群植物类群,分化水平越高分化水平越高,细胞分工越细细胞分工越细,机体代谢机体代谢水平也越高。水平也越高。植物细胞分化基因的差异性表达，即为细胞分化；具体表现为内部生4资料仅供参考,不当之处，请联系改正。v细胞脱分化细胞脱分化（dedifferentiation)dedifferentiation)是指失去已分化细胞的典型特征，或消除了细胞分是指失去已分化细胞的典型特征，或消除了细胞分工，使之回复到分生组织状态，或胚性细胞状态。工，使之回复到分生组织状态，或胚性细胞状态。v细胞脱分化阶段细胞脱分化阶段启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡蛋白体出现；伸出细胞质丝，液泡蛋白体出现；演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成原质体；成原质体；脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞分脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞分裂即将开始。裂即将开始。v一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上所处的位置和生理状态。取决于它在自然部位上所处的位置和生理状态。细胞脱分化（dedifferentiation)5资料仅供参考,不当之处，请联系改正。v细胞再分化细胞再分化（redifferentiation)redifferentiation)：脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在特定的条脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在特定的条件下，重新恢复细胞分化能力，并经历器官发生件下，重新恢复细胞分化能力，并经历器官发生形成单极性的芽或根，形成单极性的芽或根，或或经历胚胎发生形成双极经历胚胎发生形成双极性的胚状体，进一步发育成完整植物体的过程。性的胚状体，进一步发育成完整植物体的过程。v极性：是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在极性：是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的梯度差异。上的梯度差异。在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞极性建在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞极性建立的标志。立的标志。细胞再分化（redifferentiation)：6资料仅供参考,不当之处，请联系改正。v愈伤组织愈伤组织(callus)(callus)：脱分化后的细胞，往往经过细：脱分化后的细胞，往往经过细胞分裂形成一团无特定结构和功能的松散的薄壁细胞分裂形成一团无特定结构和功能的松散的薄壁细胞团。胞团。v外植体外植体：用于植物组织（细胞）培养的器官或组织。：用于植物组织（细胞）培养的器官或组织。愈伤组织(callus)：脱分化后的细胞，往往经过细胞分裂形7资料仅供参考,不当之处，请联系改正。第二节第二节 植物细胞工程发展简史（了解）植物细胞工程发展简史（了解）第二节 植物细胞工程发展简史（了解）8资料仅供参考,不当之处，请联系改正。第三节第三节 植物细胞的形态及生理特性植物细胞的形态及生理特性v一一 植物细胞的形态植物细胞的形态v二二 植物细胞的结构特征植物细胞的结构特征v三三 植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分v四四 植物培养细胞的生理特性植物培养细胞的生理特性第三节 植物细胞的形态及生理特性一 植物细胞的形态9资料仅供参考,不当之处，请联系改正。一一 植物细胞的形态植物细胞的形态一 植物细胞的形态10资料仅供参考,不当之处，请联系改正。植物细胞的植物细胞的亚显微结构亚显微结构 （质膜）（质膜）洋葱表皮细胞洋葱表皮细胞显微结构显微结构细胞壁细胞壁细胞核细胞核液泡液泡细胞质细胞质二二 植物细胞的结构特征植物细胞的结构特征植物细胞的亚显微结构（质膜）洋葱表皮细胞显微结构细胞壁细胞11资料仅供参考,不当之处，请联系改正。模式植物细胞构造模式植物细胞构造 细胞壁细胞壁胞间层胞间层初生壁初生壁次生壁次生壁后含物后含物 原生质体原生质体贮藏物质贮藏物质晶晶 体体细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞器细胞器细胞核细胞核模式模式植物植物细胞细胞 模式植物细胞是由模式植物细胞是由细胞壁、原生质体、后含物细胞壁、原生质体、后含物三大部分组成三大部分组成质体质体线粒体线粒体液泡液泡内质网内质网核糖体核糖体高尔基体高尔基体模式植物细胞构造细胞壁胞间层后含物 原生质体贮藏物质细胞膜模12资料仅供参考,不当之处，请联系改正。动植物细胞区别动植物细胞区别细胞壁细胞壁、质体质体、液泡液泡三部分是植物细胞特三部分是植物细胞特有的结构，动物细胞没有有的结构，动物细胞没有动植物细胞区别细胞壁、质体、液泡三部分是植物细胞特13资料仅供参考,不当之处，请联系改正。三三 植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分v1 1 生理活性物质生理活性物质 A A 酶酶 B B 维生素维生素 C C 植物激素植物激素 D D 抗生素和植物杀菌素抗生素和植物杀菌素v2 2 其他成分其他成分 A A 生物碱生物碱 B B 糖苷类糖苷类 C C 挥发油挥发油 D D 有机酸有机酸三 植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分1 生理活性物质14资料仅供参考,不当之处，请联系改正。四四 植物培养细胞的生理特性植物培养细胞的生理特性v延迟期：细胞数量不变，核酸及蛋白合成较快延迟期：细胞数量不变，核酸及蛋白合成较快v加速期：最大生长期，最大细胞浓度加速期：最大生长期，最大细胞浓度v对数期：细胞数呈对数增加对数期：细胞数呈对数增加v稳定期：稳定期：细胞高液泡化，非常脆弱细胞高液泡化，非常脆弱四 植物培养细胞的生理特性延迟期：细胞数量不变，核酸及蛋白合15资料仅供参考,不当之处，请联系改正。植物组织培养和动物细胞培养的比较植物组织培养和动物细胞培养的比较比较项目比较项目植物组织培养植物组织培养动物细胞培养动物细胞培养原理原理培养基性质培养基性质培养基特有成分培养基特有成分培养结果培养结果培养目的培养目的细胞的全能性细胞的全能性细胞增殖细胞增殖固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基蔗糖蔗糖 植物激素植物激素葡萄糖葡萄糖 动物血清动物血清植物体植物体细胞株、细胞系细胞株、细胞系快速繁殖、培育无快速繁殖、培育无病毒植株、制造人病毒植株、制造人工种子工种子获得细胞或细胞分获得细胞或细胞分泌蛋白泌蛋白植物组织培养和动物细胞培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞16资料仅供参考,不当之处，请联系改正。第四节第四节 植物细胞培养的基本技术植物细胞培养的基本技术v一一 植物材料的准备植物材料的准备v二二 培养基及其组成培养基及其组成v三三 培养方法培养方法第四节 植物细胞培养的基本技术一 植物材料的准备17资料仅供参考,不当之处，请联系改正。v最重要的是无菌。最重要的是无菌。植物组织培养的外植体必须是无杂菌材料。植物组织培养的外植体必须是无杂菌材料。v植物组织培养时表面处理的常用灭菌剂（表植物组织培养时表面处理的常用灭菌剂（表5-55-5）v不同器官的灭菌方式不同（表不同器官的灭菌方式不同（表5-65-6）一一 植物材料的准备植物材料的准备最重要的是无菌。一 植物材料的准备18资料仅供参考,不当之处，请联系改正。v1 1 无机盐：无机盐：大量元素：大量元素：N,S,P,K,Mg,Ca,Cl,NaN,S,P,K,Mg,Ca,Cl,Na 微量元素：微量元素：Fe,Mn,Zn,Cu,Co,NiFe,Mn,Zn,Cu,Co,Ni等等v2 2 碳源：碳源：糖类，肌醇等糖类，肌醇等 直接通过光合作用吸收直接通过光合作用吸收COCO2 2二二 培养基及其组成培养基及其组成1 无机盐：二 培养基及其组成19资料仅供参考,不当之处，请联系改正。3.3.植物生长调节物质植物生长调节物质（1 1）生长素类）生长素类:(例）在离体条件下胡萝卜体细胞胚的发育是一例）在离体条件下胡萝卜体细胞胚的发育是一个包括两个步骤的过程个包括两个步骤的过程,每个步骤需要一种不同每个步骤需要一种不同的培养基。愈伤组织的建立和增殖所需要的是一的培养基。愈伤组织的建立和增殖所需要的是一种含有生长素的培养，通常所用的生长素是种含有生长素的培养，通常所用的生长素是2,4-D,2,4-D,浓度范围浓度范围0.50.51mg/L1mg/L。在这样一种培养上。在这样一种培养上,愈伤组织的若干部位分化形成分生细胞团愈伤组织的若干部位分化形成分生细胞团,称作称作“胚性细胞团胚性细胞团”。在增殖培养基上反复继代。在增殖培养基上反复继代,胚胚性细胞团的数量不断增加性细胞团的数量不断增加,但并不出现成熟的胚。但并不出现成熟的胚。然而然而,如果把胚性细胞团转移到一种生长素含量如果把胚性细胞团转移到一种生长素含量很低或完全没有生长素的培养上很低或完全没有生长素的培养上,它们就能发育它们就能发育为成熟的胚。为成熟的胚。另：另：吲哚乙酸吲哚乙酸3.植物生长调节物质（1）生长素类:(例）在离体条件下胡20资料仅供参考,不当之处，请联系改正。(2)(2)细胞分裂素类细胞分裂素类:既或促进也可抑制体细胞胚的发生既或促进也可抑制体细胞胚的发生,这主要取决于这主要取决于植物的种类及其基因型。一般而言植物的种类及其基因型。一般而言,细胞分裂素对细胞分裂素对于促进体细胞胚的于促进体细胞胚的成熟成熟有显著作用有显著作用,特别有利于子特别有利于子叶的发育。另外有研究表明叶的发育。另外有研究表明,不同的外植体对于细不同的外植体对于细胞分裂素的需要可能具有不同的胞分裂素的需要可能具有不同的专一性专一性,如在胡萝如在胡萝卜的研究中发现卜的研究中发现,虽然激动素对胚胎发生过程表现虽然激动素对胚胎发生过程表现抑制作用抑制作用,但浓度为但浓度为0.1M0.1M的玉米素却能促进这个的玉米素却能促进这个过程过程,而而6-BA6-BA对胡萝卜则是促进其愈伤组织的增殖对胡萝卜则是促进其愈伤组织的增殖,但不形成胚性愈伤组织。但不形成胚性愈伤组织。植物组织的生长主要取决于生长素和分裂素。植物组织的生长主要取决于生长素和分裂素。(2)细胞分裂素类:既或促进也可抑制体细胞胚的发生,这主要21资料仅供参考,不当之处，请联系改正。4.4.氮源氮源v氮源有还原态氮氮源有还原态氮(NH(NH4 4+)和氧化态氮和氧化态氮(NO(NO3 3-)两种两种v在以在以KNOKNO3 3为唯一氮源为唯一氮源(如如WhiteWhite培养基培养基)的培养上建的培养上建立起来的愈伤组织立起来的愈伤组织,去掉生长素以后不能形成胚。去掉生长素以后不能形成胚。5.5.维生素维生素4.氮源22资料仅供参考,不当之处，请联系改正。三三 培养方法培养方法v按培养基类型分为：按培养基类型分为：固体培养和液体培养固体培养和液体培养v1.1.分批培养法分批培养法v2.2.半连续培养法半连续培养法v3.3.连续培养法连续培养法v4.4.固定化培养法固定化培养法三 培养方法按培养基类型分为：23资料仅供参考,不当之处，请联系改正。植物组织培养技术的流程植物组织培养技术的流程植物组织培养技术的流程24资料仅供参考,不当之处，请联系改正。第五节第五节 影响植物次级代谢产物积累的因素影响植物次级代谢产物积累的因素v一一 外植体选择外植体选择v二二 培养条件的影响培养条件的影响第五节 影响植物次级代谢产物积累的因素一 外植体选择25资料仅供参考,不当之处，请联系改正。一一 外植体选择外植体选择v不同外植体的悬浮细胞培养物，其最不同外植体的悬浮细胞培养物，其最大次级代谢产物的累积时间各异。大次级代谢产物的累积时间各异。一 外植体选择不同外植体的悬浮细胞培养物，其最大次级代谢产物26资料仅供参考,不当之处，请联系改正。二二 培养条件的影响培养条件的影响v1.1.内在因素（菌种和营养条件）内在因素（菌种和营养条件）接种和诱导，培养基接种和诱导，培养基v2.2.外在因素（环境条件）外在因素（环境条件）温度，搅拌，容器，光温度，搅拌，容器，光v3.3.两步法培养两步法培养二 培养条件的影响1.内在因素（菌种和营养条件）27资料仅供参考,不当之处，请联系改正。影响因子影响因子外因外因内因内因遗传性状遗传性状生理状态生理状态营养条件营养条件环境条件环境条件无机盐无机盐有机物有机物激素激素天然复合物天然复合物渗透压渗透压酸碱度酸碱度湿度湿度温度温度光照光照影响因子外因内因遗传性状生理状态营养条件环境条件无机盐有机物28资料仅供参考,不当之处，请联系改正。第六节第六节 植物细胞培养的生物反应器植物细胞培养的生物反应器v一一 机械搅拌式生物反应器机械搅拌式生物反应器v二二 鼓泡塔生物反应器鼓泡塔生物反应器v三三 气升式生物反应器气升式生物反应器v四四 转鼓式生物反应器转鼓式生物反应器v五五 固定化细胞生物反应器固定化细胞生物反应器v六六 各种生物反应器性能比较各种生物反应器性能比较第六节 植物细胞培养的生物反应器一 机械搅拌式生物反应器29资料仅供参考,不当之处，请联系改正。第七节第七节 进展与展望进展与展望v一 诱导子在植物细胞工程研究中的应用v二 前体饲喂v三 两相法培养v四 转基因技术在次级代谢产物中的应用v五 植物生物转化技术与生物制药第七节 进展与展望一 诱导子在植物细胞工程研究中的应用30