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1、一、细胞工程,指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，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。,细胞工程,理论基础,细胞的全能性,主要技术,植物组织培养,植物体细胞杂交,动物细胞培养,动物细胞融合,单克隆抗体技术,胚胎移植,核移植,植物细胞工程技术,动物细胞工程技术,异种植物细胞,杂种细胞,细胞工程植物,异种动物细胞,动物细胞群,重组细胞,体细胞细胞核,早 期 胚 胎,受精卵,去核卵细胞,克隆动物,试管婴儿,动物细胞融合,植物体细胞杂交,植物组织培养,动物细胞培养,核移植,胚胎移植,体外受精,所采用技术的理论基础
2、,二、植物细胞工程的基本技术,通常采用的技术手段,植物组织培养,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,（一） 细胞的全能性,1、定义：,具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整个体的潜能的特点。,2、原理：,生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。,（一）理论基础：植物细胞的全能性,思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？,基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，
3、从而形成了不同的组织和器官。,3.细胞表现出全能性的条件,离体状态 有一定营养物质、激素和其他外界条件,4.分化及实质：,分化：个体发育中，相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。,5、全能性的比较：,（1） 受精卵的全能性最高,（2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。,实质：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果,5、例题辨析：,下列有关细胞全能性的含义，正确的是：,A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能,B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能,C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能,D、 生物体的每个细胞都经过产生、
4、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程,C,（二）植物组织培养技术,胡萝卜的组织培养,1、实验：,（1）实验原理：,植物细胞的全能性,（2）材料用具：,植物组织培养的培养基,（1）定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质 （2）无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素 有机营养成分 含N物质：包括维生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖 琼脂：是培养基成固体状态 生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PH值：5.06.0,取材,接种,培养,试管苗移栽,切段：将胡萝卜的根洗净切成段（10cm）,消毒：,选取根的形成层部位，切取1cm3左右的小块。,将组织块接种到诱导培养基上,在2326恒
5、温避光条件下培养，诱导出愈伤组织，14d后将愈伤组织转接到分化培养基上培养诱导出试管苗。,将试管苗移栽到大田，培养成正常植株,（3）方法步骤：,讨论题3,植物材料消毒,接种到诱导培养基,诱导出愈伤组织,愈伤组织转接到继代培养基上,得到大量愈伤组织,愈伤组织接种到分化培养基上,分化出幼苗,幼苗接种到生根培养基上,完整植株,移栽到大田,可以不继代培养直接诱导分化,若诱导出幼苗的同时也实现生根，可省略生根培养基,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,丛芽,外植体,脱分化,再分化,2、过程：,胚状体,试管苗,植物激素,植物激素,愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形
6、成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。,外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官 成功的关键：无菌 脱分化：原来已分化并具有一定功能的细胞，丧失了原来的结构和功能而转变成未分化的细胞，又重新恢复了分裂能力，形成愈伤组织 再分化：愈伤组织在一定的条件下，分化出幼根和芽，进而形成完整的植株 3、定义：,试管苗大规模培养,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
7、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。,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,1、过程,（三）植物体细胞杂交,融合体,杂种细胞,去壁的常用方法：,原生质体融合方法：,植物组织培养,3、定义：,用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的技术。,4、意义：（与有性杂交方法比较）,克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍； 打破了不同种生物间的生殖隔离限制； 大大扩展了可用于杂交
8、的亲本组合范围。,2、原理：,细胞膜的流动性和植 物细胞的全能性,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？,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。,2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活。 请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。,
9、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：,A、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体 B、将杂种细胞培育成植株 C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状 D、尚未培育出属间杂种植物,不能人工诱导原生质体融合的方法是：,A、振动 B、电刺激、 C、PEG试剂、 D、重压,在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为：,A、细胞丧失了全能性,B、基因的表达有选择性,C、不同的细胞内基因不完全相同,植物组织培养形成的愈伤组织进行培养， 又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：,下列不能作为植物组织培养的材料是：,1、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，下
10、列有可能使其表现出全能性，发育成完整的植株的是（ ） A、细胞分裂素 B、生长素 C、一定的营养物质 D、以上三者均是 2、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于细胞工程（ ） A、有性杂交 B、体细胞杂交 C、组织培养 D、细胞核移植 3、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是 A、卵细胞 B、植物花粉 C、体细胞 D、受精卵,4、在生物体内 ，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为（ ） A、细胞丧失了全能性 B、基因的表达有选择性 C、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化 5、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（ ） A、去掉细
11、胞壁，分离出有活力的原生质体 B、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状 C、将杂种细胞培育成植株 D、尚未培育出属间杂种植物,6、用植物组织培养技术，可以培育或生产出 A、食品添加剂 B、无病毒植物 C、人工种子 D、A、B、C均是 7、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ） A、振动 B、电剌激 C、PEG试剂 D、重压 8、能剌激愈伤组织形成的激素是 （ ） A、细胞分裂素 B、赤霉素 C、生长素和赤霉素 D、细胞分裂素和乙烯,植物细胞工程的实际应用,一、植物繁殖的新途径,（一）.微型繁殖 1、微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术. 2、应用：提供苗木 3、特点: （1
12、）高效快速繁殖，周期短. （2)保持优良品种的遗传特性; (3)不受自然生长季节的限制 (4)取材少 (5）实现工业化生产,（二）.作物脱毒 1、脱毒原因： 2、材料:无病毒的茎尖 3、应用：脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得,（三）神奇的人工种子 1、概念：人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽 2、结构 技术:植物组织培养. 3、,二、作物新品种的培育,（一）.单倍体育种 1、过程 2、概念： 3、原理 4、优点: 明显缩短育种年限. 节省人力物力; 5、应用,（二）.突变体的利用 1、原理:植物组织培养过程中细胞分裂旺盛易发生突变 2、应用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,三、细胞产物的
13、工厂化生产,1.细胞产物:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等. 2.技术:植物的组织培养. 3、应用：,例一：非洲爪蟾实验,突变型蝌蚪肠上皮细胞 野生型未受精卵细胞 紫外线破坏细胞核 取出细胞核 无核的未受精卵 （含有一个核仁） “重组细胞” 囊胚 囊胚 蝌蚪 成蛙（细胞核含一个核仁）,已经分化的动物细胞可以发育成为一个动物体,蜜蜂（2N=32） 减数分裂 卵细胞(N=16) 发育 雄蜂(N=16),卵细胞可以直接发育成为一个新个体,例二：,Schwann在1839 年明确的指出：“如果具有与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独立生活和发展”。,背景资料,德国著名植物学家G.Habe
14、rlandt在细胞学说的基础上于1902年提出了细胞全能性学说。他认为，高等植物的组织、器官可以不断分割，直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。,植物组织培养的发展简史, 探索阶段（19世纪初30年代中） 德国植物生理学家HaHerlandt首次进行了植物细胞培养实验 奠基阶段（3050年代） 1934年，White培养番茄离体根尖成功 1939年，Gautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成功 White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培 Nobecourt：胡萝卜进行组培 以上三人是植物组织培养的奠基人 迅速发展阶段（60年代后） 原生质体，花药，快繁技术迅速发展,科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。,1958年Steward和Reinert用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整植株。,植物组织培养的发展简史,