细胞工程课件

细胞工程胞工程课件件 1996 1996年年7 7月月5 5日日,世界上第一只体世界上第一只体细胞克隆胞克隆动物物-克隆羊多利克隆羊多利诞生于英国生于英国,标志着一种新的生物技志着一种新的生物技术-动物体物体细胞克隆技胞克隆技术面世面世,也揭开也揭开细胞工程更深胞工程更深层次次发展的序幕展的序幕!细胞工程是指胞工程是指应用用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或胞水平或细胞器水平胞器水平上的操作，按照人上的操作，按照人们的意愿来改的意愿来改变细胞内的胞内的遗传物物质或或获得得细胞胞产品的一品的一门综合科学技合科学技术。什么叫什么叫细胞工程？包括哪两大胞工程？包括哪两大领域？域？细胞胞工程工程应用的原理和方法用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的细胞生物学和分子生物学胞生物学和分子生物学细胞整体水平或胞整体水平或细胞器水平胞器水平按照人按照人们的意愿来改的意愿来改变细胞内的胞内的遗传物物质或或获得得细胞胞产品品概念概念植物植物细胞工程胞工程动物物细胞工程胞工程理理论基基础细胞的全能性胞的全能性分分类主要主要技技术植物植物组织培养培养植物体植物体细胞胞杂交交动物物细胞培养胞培养动物物细胞融合胞融合单克隆抗体技克隆抗体技术胚胎移植胚胎移植核移植核移植植物植物细胞工胞工程技程技术动物物细胞工胞工程技程技术2.1.1 2.1.1 植物植物细胞工程的基本技胞工程的基本技术所采用技术的理论基础 植植物物细胞胞工工程程植物植物组织培养培养植物体植物体细胞胞杂交交植物植物细胞的全能性胞的全能性通常采用的技术手段 细胞的全能性胞的全能性1 1、定、定义:2 2、原理、原理:3 3、差异、差异:4 4、大小：、大小：5 5、潜在全能性的原因、潜在全能性的原因:生物体的生物体的细胞具有使后代胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。胞形成完整个体的潜能的特性。生物体的每一个生物体的每一个细胞都包含有胞都包含有该物种所特有的全套物种所特有的全套遗传物物质，都有，都有发育成育成为完完整个体所必需的全部基因，从理整个体所必需的全部基因，从理论上上讲，生物体的每一个活，生物体的每一个活细胞都胞都应该具有全具有全能性。能性。受精卵的全能性最高受精卵的全能性最高 受精卵分化后的受精卵分化后的细胞中，体胞中，体细胞的全胞的全 能性比生殖能性比生殖细胞的低。胞的低。基因的基因的选择性表达性表达受精卵生殖受精卵生殖细胞体胞体细胞胞 植物植物细胞胞动物物细胞胞 思考思考讨论：为什么体内什么体内细胞没有表胞没有表现出全能性，而是分化成出全能性，而是分化成为不同的不同的组织、器官？、器官？基因在特定空基因在特定空间和和时间条件下条件下选择性表达的性表达的结果。在个体果。在个体发育的不同育的不同时期，生物体不同部位的期，生物体不同部位的细胞胞表达的基因是不同的，合成的蛋白表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一也不一样，从而形成了不同的，从而形成了不同的组织和器官。和器官。Schwann Schwann在在1839 1839 年明确的指出：年明确的指出：“如果具有与有机体内一如果具有与有机体内一样的条件的条件时，每个，每个细胞胞应该可以独立生活可以独立生活和和发展展”。德国著名植物学家德国著名植物学家G.HaberlandtG.Haberlandt在在细胞学胞学说的基的基础上于上于19021902年提出了年提出了细胞全能性学胞全能性学说。他。他认为，高，高等植物的等植物的组织、器官可以不断分割，直到、器官可以不断分割，直到单个个细胞。如果每个胞。如果每个细胞都有植物个体一胞都有植物个体一样的性的性质和能力，那和能力，那么，可以通么，可以通过植物植物细胞培养使胞培养使单个个细胞胞发育成育成为一个新个体。一个新个体。植物组织培养的发展简史 探索探索阶段段（1919世世纪初初3030年代中）年代中）德国植物生理学家德国植物生理学家HaHerlandtHaHerlandt首次首次进行了植物行了植物细胞培养胞培养实验 奠基奠基阶段段（30305050年代）年代）19341934年，年，WhiteWhite培养番茄离体根尖成功培养番茄离体根尖成功 19391939年，年，GautheretGautheret连续培养胡培养胡萝卜根形成卜根形成层首次成功首次成功 White:White:烟草种烟草种间杂种的瘤种的瘤组织进行行组培培 NobecourtNobecourt：胡：胡萝卜卜进行行组培培 以上三人是植物以上三人是植物组织培养的奠基人培养的奠基人 迅速迅速发展展阶段段（6060年代后）年代后）原生原生质体，花体，花药，快繁技，快繁技术迅速迅速发展展植物组织培养的发展简史19581958年年StewardSteward和和ReinertReinert用胡用胡萝卜根的愈卜根的愈伤组织诱导成了体成了体细胞胚，并胞胚，并进而而获得了完整植株。得了完整植株。科学研究表明，科学研究表明，处于离体状于离体状态的植物活的植物活细胞，在一定的胞，在一定的营养物养物质、激素和其他外界条件的作用下，、激素和其他外界条件的作用下，就可能表就可能表现出全能性，出全能性，发育成完整的植株。人工条件下育成完整的植株。人工条件下实现的的这一一过程，就是植物程，就是植物组织培养。培养。植物植物组织培养（培养（实现全能性全能性必要必要条件）：条件）：离体状离体状态有一定有一定营养物养物质、激素和其他外界条件（如无菌、激素和其他外界条件（如无菌、pH等）等）关关键词：外植体、脱分化、再分化、愈外植体、脱分化、再分化、愈伤组织一、植物一、植物组织培养培养植物组织培养外植体：外植体：从活植物体上切下从活植物体上切下进行培养的那部分行培养的那部分组织或器官或器官（条件一：离体）（条件一：离体）外植体：外植体：1 1）外植体）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等）菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等）2 2）用消毒）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上的器械将外植体置于培养皿上 3 3）切取所需的外植体）切取所需的外植体 4 4）将外植体接种于培养容器的培养基上）将外植体接种于培养容器的培养基上 整个整个试验在超在超净工作台上工作台上进行，保持无菌！行，保持无菌！外植体外植体经过一段一段时间在培养基上生在培养基上生长后，会形成愈后，会形成愈伤组织切取接种植物组织培养定定义：含有一定：含有一定营养成分，供养成分，供组织培养植物生培养植物生长的基的基质矿质元素：大量元素及微量元素元素：大量元素及微量元素有机有机营养成分养成分 含含N物物质：包括：包括维生素和某些有机添加物生素和某些有机添加物 碳源：蔗糖碳源：蔗糖 琼脂：起支持作用脂：起支持作用 植物激素：生植物激素：生长素、素、细胞分裂素等胞分裂素等愈伤组织的形成愈愈伤组织：在人工培养基上由外植体在人工培养基上由外植体长出来出来的一的一团无序生无序生长的薄壁的薄壁细胞胞（细胞排列疏松、无胞排列疏松、无规则、高、高度液泡化的无定形的薄壁度液泡化的无定形的薄壁细胞）胞）。愈伤组织的形成接种植物组织培养（试管苗的形成）培养室试管苗大规模培养移栽经过炼苗的小苗，苗的小苗，可以和一般植物可以和一般植物一一样进行大行大规模模栽培栽培过程程离体的植物器官、离体的植物器官、组织或或细胞胞愈愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体外植体外植体脱分化脱分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生胞分裂素、生长素素再分化再分化植物组织培养植物植物组织培养条件：培养条件：含有全部含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌气、无菌环境、适合的境、适合的PHPH、适、适时光照等。光照等。请同学同学们讨论如何如何实现?于是，于是，这些科学家些科学家试图用用这两种植物的体两种植物的体细胞胞进行行杂交，来交，来实现这一美妙的一美妙的设想。想。二、植物体二、植物体细胞胞杂交技交技术这幅番茄幅番茄马铃薯薯图利用利用传统有性有性杂交方法能交方法能实现吗？为什什么？么？因因为不同种生物之不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用存在着生殖隔离，所以用传统的有的有性性杂交方法是不可能做到交方法是不可能做到这一点的。一点的。1972 1972年卡年卡尔森等通森等通过两个烟草品种之两个烟草品种之间原生原生质体的融合，体的融合，获得了第一个体得了第一个体细胞胞杂种。种。19781978年梅年梅尔彻斯斯(Melchers)(Melchers)等首次等首次获得了番茄和得了番茄和马铃薯的属薯的属间体体细胞胞杂种种“Potamato”“Potamato”。目前，已得到栽培烟草与野生烟目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等冠草等细胞胞杂种及其后代，种及其后代，获得了有价得了有价值的的新品系或育种上有用的新材料。新品系或育种上有用的新材料。1 1、定、定义：用两个来自不同植物的体用两个来自不同植物的体细胞融合成一个胞融合成一个杂种种细胞，且把胞，且把杂种种细胞培育成新的植物体的方法。胞培育成新的植物体的方法。2 2、优势（与有性与有性杂交方法比交方法比较）：打破了不同种生物打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大的生殖隔离限制，大大扩展了可用于展了可用于杂交的交的亲本本组合范合范围。植物体植物体细胞胞杂交交植物植物细胞胞A A植物植物细胞胞B B原生原生质体体A A原生原生质体体B B原生原生质体融合体融合正在融合的原正在融合的原生生质体体再生出再生出细胞壁胞壁杂种种细胞胞愈愈伤组织杂种植株种植株去去细胞壁胞壁纤维素素酶果胶果胶酶物理方法物理方法化学方法：化学方法：离心离心振振动电刺激刺激聚乙二醇聚乙二醇细胞分裂胞分裂植植物物组织培培养养植植物物细胞胞融融合合酶解法解法人工人工诱导方法方法3 3、过程程4 4、成果和尚未解决的、成果和尚未解决的问题：成成 果：果：克服不同生物克服不同生物远缘杂交的障碍，交的障碍，出出现自然界没有的新品种。自然界没有的新品种。未解决未解决问题：尚未尚未让杂种植物按照人种植物按照人们的需要的需要 表表现出出亲代的代的优良性状良性状杂种种细胞胞AAAAA AA A杂种种细胞胞BBBBB BB BA AB B杂种种细胞胞ABAB白菜白菜白菜白菜甘甘甘甘蓝蓝白菜甘白菜甘白菜甘白菜甘蓝蓝1.1.为什么什么“番茄番茄马铃薯薯”超超级杂种植株没有如科学家所想像的那种植株没有如科学家所想像的那样，地上，地上长番茄、地下番茄、地下结马铃薯？薯？马铃薯薯番茄没有像人番茄没有像人们预想的那想的那样地上地上长番茄、地下番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因的表达不是孤立薯，主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它的，它们之之间是相互是相互调控、相互影响的，所以控、相互影响的，所以马铃薯薯番茄番茄杂交植株的交植株的细胞中胞中虽然具然具备两个物种的两个物种的遗传物物质，但但这些些遗传物物质的表达受到相互干的表达受到相互干扰，不能再像，不能再像马铃薯或番茄植株中的薯或番茄植株中的遗传物物质一一样有序表达，有序表达，杂交植株不能交植株不能地上地上长番茄、地下番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。薯就是很自然的了。2.2.自然界中有一种含有叶自然界中有一种含有叶绿体的原生体的原生动物物眼虫，眼虫，说明植物的明植物的细胞器同胞器同样可以在某些可以在某些动物物细胞中存活，胞中存活，请探探讨：动物物细胞与植物胞与植物细胞之胞之间可以可以实现杂交交吗？如果理？如果理论上可行，上可行，请设计出具体出具体实验方案。方案。1.1.对细胞全能性的表述正确的是胞全能性的表述正确的是A.A.非离体植物非离体植物细胞能胞能够表表现出全能性出全能性B.B.动物物细胞融合胞融合标志着志着动物物细胞全能性的胞全能性的实现C.C.单克隆抗体的制克隆抗体的制备原理依据是原理依据是细胞的全能性胞的全能性D.D.花粉培育成花粉培育成单倍体是倍体是细胞全能性的体胞全能性的体现2.2.植物植物细胞表胞表现出全能性的必要条件是出全能性的必要条件是A.A.给予适宜的予适宜的营养和外界条件养和外界条件B.B.脱离母体后，脱离母体后，给予适宜的予适宜的营养和外界条件养和外界条件C.C.导入其他植物入其他植物细胞的基因胞的基因D.D.将成熟将成熟筛管的管的细胞核移植到去核的卵胞核移植到去核的卵细胞内胞内 3.3.在生物体的所有在生物体的所有细胞中，全能性最高的是胞中，全能性最高的是A A卵卵细胞胞 B B 植物花粉植物花粉 C C体体细胞胞 D.D.受精卵受精卵4.4.在生物体内，在生物体内，细胞没有表胞没有表现出全能性，而是分化出全能性，而是分化为不同的不同的组织、器官，是因、器官，是因为：A.A.细胞胞丧失了全能性失了全能性 B.B.基因的表达有基因的表达有选择性性 C.C.不同的不同的细胞内基因不完全相同胞内基因不完全相同 D.D.在个体在个体发育的不同育的不同时期，期，细胞内的基因胞内的基因发生了生了变化化 5.5.植物植物组织培养依据的原理、培养培养依据的原理、培养过程的程的顺序及序及诱导的植物激素分的植物激素分别是是细胞的全能性胞的全能性 离体植物器官，离体植物器官，组织或或细胞胞 根，芽根，芽生生长素和素和细胞分裂素胞分裂素 生生长素和乙素和乙烯 愈愈伤组织再分化再分化 脱分化脱分化 植物体植物体A A和和 B B和和C C和和 D D和和 6.6.植物植物组织培养可以形成愈培养可以形成愈伤组织，下列有关愈，下列有关愈伤组织的叙述的叙述错误的是的是A.A.愈愈伤组织是离体是离体细胞胞经过脱分化形成的脱分化形成的B.B.形成愈形成愈伤组织的培养基不需含有机分子的培养基不需含有机分子C.C.愈愈伤组织可以形成具有生根能力的胚状可以形成具有生根能力的胚状结构构D.D.愈愈伤组织细胞的胞的线粒体和核糖体可能粒体和核糖体可能发生碱基互生碱基互补配配对7.7.能刺激愈能刺激愈伤组织形成的形成的诱导剂是是A.A.细胞分裂素和生胞分裂素和生长素素 B.B.赤霉素赤霉素 C.C.生生长素和赤霉素素和赤霉素 D.D.细胞分裂素和乙胞分裂素和乙烯 8.8.将胡将胡萝卜卜韧皮部皮部细胞培养成幼苗胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是，下列条件中不需要的是A A、具有完整、具有完整细胞核的胞核的细胞胞 B B、一定的、一定的营养物养物质和植物激素和植物激素C C、离体状、离体状态 D D、导入指定基因入指定基因 9.9.（多（多选）植物体）植物体细胞的胞的组织培养常被用于保留培养常被用于保留杂种种优势。因。因为植物植物组织培养的培养的过程程 A.A.不可能不可能发生基因突生基因突变 B.B.生殖方式属于无性生殖生殖方式属于无性生殖C.C.子代不子代不发生性状分离生性状分离 D.D.体体细胞内不存在等位基因胞内不存在等位基因 10.10.植物体植物体细胞胞杂交的目的是交的目的是A.A.用用酶解法去掉解法去掉细胞壁分离出有活力的原生胞壁分离出有活力的原生质体体B.B.以人工以人工诱导法使两个不同植物的原生法使两个不同植物的原生质体融合体融合C.C.用植物用植物组织培养法培养融合的原生培养法培养融合的原生质体得到体得到杂种植株种植株D.D.通通过以上三者来完成以上三者来完成 11.11.在在细胞工程胞工程 原生原生质体融合育种技体融合育种技术中，、其技中，、其技术的重要一的重要一环是将是将营养养细胞的胞的细胞壁除心去，通常是采胞壁除心去，通常是采用用纤维素素酶的的酶解破壁法解破壁法处理。如将去掉了理。如将去掉了细胞壁的成熟植物胞壁的成熟植物细胞置于清水中，胞置于清水中，细胞最胞最终将将 A.A.皱缩 B.B.胀破破 C.C.呈球形呈球形 D.D.保持原状保持原状 12.(12.(多多选)有关原生有关原生质体的下列叙述中，正确的是体的下列叙述中，正确的是A.A.组成原生成原生质体的主要生命物体的主要生命物质是蛋白是蛋白质和核酸和核酸 B.B.原生原生质体包括体包括细胞膜、液泡膜及两者之胞膜、液泡膜及两者之间的原生的原生质 C.C.被脱掉被脱掉细胞壁的植物裸露胞壁的植物裸露细胞是原生胞是原生质体体D.D.原生原生质体只能用于植物体只能用于植物细胞工程胞工程 13.200613.2006年普通高等学校招生全国年普通高等学校招生全国统一考一考试理科理科综合能力合能力测试（北京卷）以下不能（北京卷）以下不能说明明细胞全能性的胞全能性的实验是是A.A.胡胡萝卜卜韧皮部皮部细胞培育出植株胞培育出植株B.B.紫色糯性王米种子培育出植株紫色糯性王米种子培育出植株 C.C.转入抗虫基因的棉花入抗虫基因的棉花细胞培育出植株胞培育出植株D.D.番茄与番茄与马铃薯体薯体细胞胞杂交后培育出植株交后培育出植株 已分化的已分化的细胞，在一定的条件下，重新回复到原始的未分化状胞，在一定的条件下，重新回复到原始的未分化状态，也就是，也就是由高度分化的植物器官、由高度分化的植物器官、组织或或细胞胞产生愈生愈伤组织的的过程，程，称称为植物植物细胞的脱分化。胞的脱分化。脱分化脱分化产生的愈生的愈伤组织继续培养又可以重新分化成根或芽等器官，培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一一过程称程称为植物植物细胞的再分胞的再分化。化。返返 回回谢谢！