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1、细 胞 工 程,参考书： 1、21世纪高等院校教材细胞工程 李志勇编著 科学出版社 2006年 2 、实用植物组织培养技术教程曹孜义、刘国民主编，甘肃科学出版社，1998年。3、 植物体细胞胚发生的 分子生物学崔凯荣 戴若兰 主编，科学出版社，2000年。）,第一章 绪 论细胞工程:以细胞为基本单位在体外条件下进行培养、增殖，或按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性，从而达到改良生物品种和创造新品种，加速繁殖动、植物个体或获得某种有用的物质的过程。,细胞工程的研究对象整个细胞、染色体、细胞核、原生质体、受精卵、胚胎、组织和器官等。,利用器官发生型的方法扩繁百合,马铃薯脱毒试管苗,体细胞胚诱导植
2、株再生,1987年Melchers等将茄科的马铃薯和番茄的原生质体融合，培育出马铃薯番茄杂种植株。,pomato,细胞融合抗盐碱耐干旱葡萄新品种,“白菜甘蓝”新品种 具有生长期短，耐热性强和易于贮存等优点。,显微镜下癌细胞和免疫细胞正在融合，形成杂交癌细胞，能产生单克隆抗体，可作为医学上的新型诊断和治疗试剂 。,荧光标记的小鼠细胞和 人细胞融合实验示意图,1983.4.1英国著名杂志新科学家一头公牛细胞与一株西红柿细胞融合牛柿。,三倍体毛白杨-朱镕基总理基金750万,中国工程院院士-朱之悌教授,四倍体刺槐,草莓花药再生植株,转基因技术,细 胞 工 程 的 应 用 ：优质植物快速培育与繁殖；利用
3、动植物细胞培养生产活性产物、药品； 细胞融合可将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能形成杂交细胞，不仅可以在植物与植物之间、动物与动物之间、微生物与微生物之间进行杂交，甚至可以在动物与植物与微生物之间形成前所未有的杂交物种。,动物胚胎工程快速繁殖优良及濒危品种；供医学器官修复或移植的组织工程；转基因动植物的生物反应器工程；珍惜动植物资源的保存与保护；在遗传学、发育学等领域的理论研究；在能源、环境保护等领域的应用。,第二章 细胞工程的基础知识 2.1 细胞生物学基础 1665年英国人罗伯特.胡克用自己制造的显微镜观察软木片,发现有许多蜂窝状的小孔, 软木组织中看到的是死亡细胞的细胞壁.1831年
4、罗伯特.布朗从兰科植物的叶片表皮细胞中发现了细胞核.1835年有人在低等动物发现了细胞内含物-细胞质.从此细胞基本结构和形态逐渐被人们认识。,(0.2-0.4m)个体最小的原核生物,(2-4 m),(20-40 m),细胞：一切生物最基本的结构单位和功能单位。 低等单细胞生物如细菌、变形虫，一个细胞就是一个个体，动植物个体都是多细胞生物。 细胞的特征： 一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位； 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位； 细胞是有机体生长与发育的基础； 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性。,动物细胞,植物细胞,细菌的细胞壁由肽聚糖组成,
5、1879年，W.Flemming提出了染色质的术语,用来描述染色后细胞核中强烈着色的细线状物质.染色质和染色体是同一种物质在细胞周期不同时间的不同形式.染色质是细胞分裂间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量DNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质的存在形式。染色体是有丝分裂或减数分裂过程中由染色质浓缩成的棒状结构。,从DNA 到染色体要经过4级包装,共压缩了8400倍,染色质基本结构叫核小体,染色体组型:每一个物种的体细胞染色体数目、大小和形状是特定的.染色体组型代表了一个个体，一个种甚至一个属或更大类群的特征。要观察植物种的染色体，就必须注意它们的染色体组型。生殖细胞只含有一个染色体
6、组为单倍体（haploid），用n表示,体细胞有2个染色体组，为二倍体（diploid）用2n表示。松树生殖细胞染色体为12条，体细胞24条；杉木体细胞22条，杨树38（2n=38）条，板栗24条，油桐22条,人46条。,人 染 色 体,细胞周期:从一次细胞分裂结束开始到下一次细胞分裂结束之间所经历的全部过程. 细胞周期包括分裂期M、间期G1 、S、G2 。G1期为DNA合成前期,细胞内DNA为二倍体细胞的量,细胞极其活跃合成RNA、蛋白质和磷脂。 G1又分为G0和稳定期，它们之间有一个控制点，大多数新分裂的细胞都停留在G0期，只有能够超越控制点的细胞，才能进行下一次分裂，其余细胞只能分化成组
7、织细胞或衰老死亡。进入下一次分裂的细胞进行DNA复制合成的各种准备。一般如细胞无增殖活动皆停留在G1期。细胞生命末期或细胞接种后潜伏期均为G1期。,2C,G1 ：2C， RNA、蛋白质、磷脂 G0,4 C 持续6-8h 突变或致癌,4C 2-5h， RNA、蛋白质,S期为DNA合成期，DNA含量由2C-4C(C一套染色体). 各种细胞的DNA合成持续时间平均为6-8h，除用抑制DNA合成药物如5-氟尿嘧啶等之外，DNA的合成过程一经开始，大多能持续进行，对外界干扰有一定耐受能力。 DNA复制期间核苷酸双链发生分离，此时易受致突变或致癌作用。DNA合成期是遗传物质易受损的时期。,G2期为有丝分裂
8、的准备时期,DNA稳定在4 C水平,RNA和蛋白质的合成继续进行。主要变化是RNA的合成和染色质的螺旋化，持续时间较短，平均2-5h。此时对外界环境敏感，易受温度、pH等各种因素的影响。细胞周期是在严格调控的前提下有条不紊地进行运转的。(癌症),处于分裂中的细胞称为分裂相，细胞分裂相的多少是判定细胞生活状态和增殖旺盛程度的重要标志。,细胞分裂的方式:无丝、有丝、减数分裂。无丝分裂：最简单的细胞分裂形式，大多以横裂或纵裂的方式由一个细胞变成两个细胞。在低等生物或动植物的器官和组织内。有丝分裂 是由于在其分裂过程中出现了纺锤丝以及细丝状染色质而得名的。,减数分裂： 生殖细胞成熟时特有的分裂方式。染
9、色质复制一次后， 经过2次分裂， 减少一半。,1902年德国植物学家（Haberlandt）提出“细胞全能性”的概念。细胞全能性：在一个有机体内每一个生活细胞均具有同样的或基本相同的成套的遗传物质，而且具有发育成完整有机体或分化为任何细胞所必须的全部基因。细胞分化：个体细胞发育过程中，后代细胞在形态、结构和生理功能上发生差异的过程。 （或多细胞生物在个体发育过程中，同型的新生细胞向不同方向发展，产生形态各异、功能分工不同的异型细胞的变化过程）,体细胞胚诱导植株再生,植物只要具有一个完整的膜系统和一个有生命的核，即使是已经高度成熟和分化的细胞，也还保持着回复到分生状态的能力。不论是未分化的胚性细
10、胞（或幼嫩细胞），还是高度分化 的成熟细胞，如根、茎、叶、花等器官中的生活细胞；不论是二倍体的体细胞，还是单倍体的生殖细胞，均有经过体外培养诱导从单个细胞经分化、脱分化等过程而形成完整植株的能力。,利用茎尖培养技术生产马铃薯脱毒试管苗（100-1000um）,未分化的细胞具有整套基因，幼嫩细胞中80%以上的基因都处于非活化状态。分化的本质是某些原来非活性的基因被激活，把“关闭”的基因变为“开放”的基因。由于激活的基因不同，基因表达也不同，经分化产生的细胞也各异。在已分化的细胞中，已激活的一些基因也可经诱导从激活状态变为非激活状态，即从“开放” 基因变为“关闭”基因，重新恢复到胚性细胞-脱分化,
11、 脱分化：一个成熟细胞转变为分生状态并形成未分化状态的现象。细胞脱分化的结果大多数情况下是形成愈伤组织，一些外植体的细胞脱分化后直接分化为胚性细胞而形成细胞胚。,利用器官发生型的方法扩繁百合,高等动物在发育过程中，产生了体细胞和生殖细胞两个独立细胞系。对于细胞核来说，高度分化的细胞仍保留着物种的全套基因。动物细胞核移植实验证明：不仅分化的胚胎细胞的核具有指导卵质杂交体发育成为成熟个体的全能性，而且高度分化的体细胞的核也具有发育全能性。,芬兰多塞特白绵羊,苏格兰黑面母绵羊,细胞重组技术成果,多莉,近年， 美国加利福尼亚州57岁妇女伯南麦金尼在自己心爱的比特斗牛犬布格患癌去世后，悲痛的她卖掉自己的
12、房子，筹足了25000英镑费用，请韩国首尔市RNL Bio生物技术公司利用布格冷冻的耳组织，重新克隆她已故的爱犬。周5只一模一样的克隆幼犬终于降临人世。据悉这是韩国成功克隆出来的世界首批商业克隆犬，而麦金尼也成了世界上第一个花钱克隆去世宠物狗的人。 克隆出来的动物永远都不会和原来的宠物一模一样，因为一个克隆动物要和原来的宠物相似，远远不止DNA相同就行。,组织（tissue）:在个体发育中来源相同、功能相同、形态结构相似的细胞群。植物的组织分为分生组织、薄壁组织、保护组织、机械组织、输导组织、分泌组织，后五种组织是由分生组织衍生分化来的，又称成熟组织。动物组织分为四类：上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织。,器官（organ）：由各种不同的组织组合在一起行使一定生理功能的单元，如植物的根、茎、叶、花、果实、种子，动物的感觉器官、消化器官等。 各种组织和器官有序地结合在一起，彼此协调，就构成了一个完整的生物体。,细胞的形态构造决定于生理功能，生理功能决定于对环境的适应。,
