细胞工程课件 (2)

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1、,专题2 细胞工程,1996年7月5日,世界上第一只体细胞克隆动物-克隆羊多利诞生于英国, 标志着一种新的生物技术-动物体细胞克隆技术面世, 也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!,细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，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。,什么叫细胞工程？包括哪两大领域？,？,细胞工程,应用的原理和方法 研究的水平 研究的目的,细胞生物学和分子生物学,细胞整体水平或细胞器水平,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,概念,植物细胞工程 动物细胞工程,理论基础,细胞的全能性,分类,主要技术

2、,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,2.1 植物细胞工程,2.1.1 植物细胞工程的基本技术,所采用技术的理论基础,植物细胞工程,植物组织培养 植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,通常采用的技术手段,细胞的全能性,1、定义: 2、原理: 3、差异: 4、大小： 5、潜在全能性的原因:,生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。,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。,受精卵的全能性最高 受精

3、卵分化后的细胞中，体细胞的全 能性比生殖细胞的低。,基因的选择性表达,受精卵生殖细胞体细胞 植物细胞动物细胞,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，从而形成了不同的组织和器官。,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”。 德国著名植物学家G.Haberlandt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。

4、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。,背景资料,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,植物组织培养的发展简史,1958年Steward和Reiner

5、t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。 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。,植物组织培养（实现全能性必要条件）：,离体状态 有一定营养物质、激素和其他外界条件（如无菌、pH等）,关键词： 外植体、脱分化、再分化、愈伤组织,一、植物组织培养,植物组织培养,外植体： 从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官 （条件一：离体）,外植体： 1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等） 2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上 3）切取所

6、需的外植体 4）将外植体接种于培养容器的培养基上 整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！ 外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织,切取,接种,植物组织培养,定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质 矿质元素：大量元素及微量元素 有机营养成分 含N物质：包括维生素和某些有机添加物 碳源：蔗糖 琼脂：起支持作用 植物激素：生长素、细胞分裂素等,愈伤组织的形成,愈伤组织： 在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则、高度液泡化的无定形的薄壁细胞）。,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，

7、可以和一般植物一样进行大规模栽培,过程,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,植物体,外植体,脱分化,植物激素： 细胞分裂素、生长素,再分化,植物组织培养,植物组织培养条件：,含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。,请同学们讨论如何实现?,于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。,二、植物体细胞杂交技术,这幅番茄马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？ 因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。,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

8、。 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。,背景资料,1、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方法。 2、优势（与有性杂交方法比较） ： 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的亲本组合范围。,植物体细胞杂交,原生质体A,原生质体B,原生质体融合,正在融合的原生质体,再生出细胞壁,杂种细胞,愈伤组织,杂种植株,

9、纤维素酶 果胶酶,物理方法 化学方法：,离心 振动 电刺激,聚乙二醇,植物组织培养,植物细胞融合,3、过程,4、成果和尚未解决的问题： 成 果：克服不同生物远缘杂交的障碍， 出现自然界没有的新品种。 未解决问题：尚未让杂种植物按照人们的需要 表现出亲代的优良性状,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,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？ 马铃薯番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、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

10、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。,1.对细胞全能性的表述正确的是 A.非离体植物细胞能够表现出全能性 B.动物细胞融合标志着动物细胞全能性的实现 C.单克隆抗体的制备原理依据是细胞的全能性 D.花粉培育成单倍体是细胞全能性的体现 2.植物细胞表现出全能性的必要条件是 A.给予适宜的营养和外界条件 B.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件 C.导入其他植物细胞

11、的基因 D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内,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.植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是 细胞的全能性 离体植物器官，组织或细胞 根，芽生长素和细胞分裂素 生长素和乙烯 愈伤组织再分化 脱分化 植物体 A和 B和 C和 D和,6.植物组织培养可以形成愈伤组织，下列有关愈伤组织的叙

12、述错误的是 A.愈伤组织是离体细胞经过脱分化形成的 B.形成愈伤组织的培养基不需含有机分子 C.愈伤组织可以形成具有生根能力的胚状结构 D.愈伤组织细胞的线粒体和核糖体可能发生碱基互补配对 7.能刺激愈伤组织形成的诱导剂是 A.细胞分裂素和生长素 B.赤霉素 C.生长素和赤霉素 D.细胞分裂素和乙烯,8.将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是 A、具有完整细胞核的细胞 B、一定的营养物质和植物激素 C、离体状态 D、导入指定基因 9.（多选）植物体细胞的组织培养常被用于保留杂种优势。因为植物组织培养的过程 A.不可能发生基因突变 B.生殖方式属于无性生殖 C.子代不发生性状分离

13、D.体细胞内不存在等位基因,10.植物体细胞杂交的目的是 A.用酶解法去掉细胞壁分离出有活力的原生质体 B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合 C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株 D.通过以上三者来完成 11.在细胞工程 原生质体融合育种技术中，、其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除心去，通常是采用纤维素酶的酶解破壁法处理。如将去掉了细胞壁的成熟植物细胞置于清水中，细胞最终将 A.皱缩 B.胀破 C.呈球形 D.保持原状,12.(多选)有关原生质体的下列叙述中，正确的是 A.组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸 B.原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的原生质 C.被脱掉细胞壁的植物裸露细胞是原生质体 D.原生质体只能用于植物细胞工程,13.2006年普通高等学校招生全国统一考试理科综合能力测试（北京卷）以下不能说明细胞全能性的实验是 A.胡萝卜韧皮部细胞培育出植株 B.紫色糯性王米种子培育出植株 C.转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株 D.番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株,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态，也就是由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。 脱分化产生的愈伤组织继续培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。,返 回,