1、专题专题2 2 细胞工程细胞工程 1996年年7月月5日日,世界上第一只体细胞克隆动物世界上第一只体细胞克隆动物-克隆羊多利诞生于英国克隆羊多利诞生于英国,标志着一种新的生物技术标志着一种新的生物技术-动物体细胞克隆技术面世动物体细胞克隆技术面世,也揭开细胞工程更深层次也揭开细胞工程更深层次开展的序幕开展的序幕!细胞工程是指应用细胞生物学和分子生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，通过物学的原理和方法，通过 或或细胞器水细胞器水平平上的操作，按照人们的意愿来上的操作，按照人们的意愿来改变改变细胞内细胞内的的遗传物质遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一门综合科学的一门综合科学
2、技术。技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？按操作按操作对象分对象分 植物细胞工程植物细胞工程 动物细胞工程动物细胞工程 研究的水平研究的水平 研究的研究的目的目的 应用的原应用的原理和方法理和方法 细胞水平细胞水平 科技探索之路 1902年，哈伯兰特提出了 的理论。1937年，怀特用烟草茎段形成层作材料，在试管中培养出了烟草植株。1958年，斯图尔德利用胡萝卜的组织培养再次证明了 1965年，沃索在一定培养基上由烟草的单细胞得到再 生植株。1970年，斯图尔德 用悬浮的单个细胞也培养出了可育的新植株，进一步证明了 。20世纪70年代以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生。细胞全能性 植物细胞的全
3、能性 细胞的全能性 1970年，哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，证明了动物组织此外培养的可行性，并首创了 20世纪60年代初，童第周开展鱼类的 工作，他还通过把黑斑蛙红细胞的核转移到同种生物的去核卵中，得到发育正常的蝌蚪。1975年，米尔斯和科勒用产生抗体的单个细胞与肿瘤细胞杂交，创立了 。1996年7月，世界第一只克隆羊多莉在英国诞生。2001年11月3日，我国首例体细胞克隆牛康康在山东莱阳农学院动物胚胎工程中心试验场降生。科技探索之路 动物体外组织培养法 细胞核移植 单克隆抗体技术 一、细胞的全能性：一、细胞的全能性：1 1、概念：、概念：生物体的细胞具有使后代细胞形生物体的细胞
4、具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫细胞的全能性。细胞的全能性。2 2、根底具有全能性的原因：、根底具有全能性的原因：生物体细胞都是由生物体细胞都是由受精卵受精卵经经 分裂形的，分裂形的，都含有该物种所特有的都含有该物种所特有的全套遗传物质全套遗传物质，都有发，都有发育成为完整个体所需的育成为完整个体所需的 。2.1.12.1.1植物细胞工程的根本技术植物细胞工程的根本技术 有丝 全部基因全部基因 3 3、全能性的程度：、全能性的程度：4 4、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官的
5、原因为不同的组织器官的原因 基因基因在特定的时间和空间条件下在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果选择性表达的结果 1 1 受精卵的全能性最高受精卵的全能性最高 受精卵受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞 （2）植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 （3）4分化程度低的细胞分化程度高的细胞分化程度低的细胞分化程度高的细胞 一、细胞的全能性重点一、细胞的全能性重点 理解：理解：5 5、条件：、条件：1离体状态，离体状态，2完全营养物质、激素完全营养物质、激素 3其他外界条件其他外界条件 一、细胞的全能性：一、细胞的全能性：怎样才能由一块组织通过培养得怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株到一
6、株完整植株,应该如何操作应该如何操作 二、植物组织培养技术二、植物组织培养技术(重点重点 理解理解 )：植物组织培养 实验 胡萝卜的组织培养技术 原理：植物根、茎、叶一般都具有全能性，在一定的营养和激素等条件下，可以 形成 。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其 生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。证明：分化的植物细胞，人具有形成完整植株所需要的 愈伤组织 再分化 全部基因 脱分化(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？械的灭菌和实验人员的无菌操作？防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养防止杂菌
7、污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。导致培养物迅速死亡。(2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层局部，原因是这局部容易诱导形成愈伤组织形成层局部，原因是这局部容易诱导形成愈伤组织。胡萝卜的其他局部如茎、叶、花，是否也能。胡萝卜的其他局部如茎、叶、花，是否也能培养成小植株？培养成小植株？胡萝卜的其他局部如茎、叶、花也能培养再生胡萝卜的其他局部如茎、叶、花也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。形成小植株，只是诱导愈伤组织比较
8、困难。1 1、概念：、概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。、丛芽，最终形成完整的植株。2 2、理论根底：植物细胞的全能性、理论根底：植物细胞的全能性(即原理即原理)3 3、过程：、过程：外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 根、芽根、芽 植物体植物体 二、植物组织培养技术重点二、植物组织培养技术重点 理解：理解：再分化 脱分化 也叫：外植体 如：茎尖、根尖 适宜的温度、
9、PH值、养料、激素、充足氧气 条件 4 4、愈伤组织：、愈伤组织：由离体由离体 的植物组织或细胞，的植物组织或细胞，在培养一段时间以后，在培养一段时间以后，通过通过细胞分裂细胞分裂，形成，形成的一群薄壁细胞。的一群薄壁细胞。二、植物组织培养技术：二、植物组织培养技术：有丝分裂 特点：具分裂、分化能力特点：具分裂、分化能力 既具全能性主要既具全能性主要 无定形状态无定形状态 高度液泡化高度液泡化 排列疏松、无规那么排列疏松、无规那么 无叶绿体无叶绿体,不进行光合作用不进行光合作用 5 5、脱分化脱分化：由：由高度分化高度分化的植物器官、组织的植物器官、组织或细胞产生或细胞产生愈伤组织愈伤组织的过
10、程，又称去分化。的过程，又称去分化。条件：适宜温度、避光、条件：适宜温度、避光、pHpH和无菌环境。和无菌环境。无机物、有机物和植物激素生长素，无机物、有机物和植物激素生长素，细胞分裂素等细胞分裂素等 6、再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过、再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。需光程中重新分化根或芽等器官的过程。需光 二、植物组织培养技术：二、植物组织培养技术：具分裂、分化能力 结果结果 无细胞分裂、分化能力 三、植物体细胞杂交技术：重点三、植物体细胞杂交技术：重点 理解理解 不能。不能。因为不同种生物之间存在着因为不同种生物之间存在着生殖生殖隔离隔离，所以用
11、传统的有性杂交方，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。法是不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的于是，这些科学家试图用这两种植物的体体细胞细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。进行杂交，来实现这一美妙的设想。这幅番茄这幅番茄马铃薯图利用马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现传统有性杂交方法能实现吗？为什么？吗？为什么？1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？合，遇到的第一个障碍是什么？2 2有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？请思考：请思考：去细胞壁 酶解法 三、植物体细胞杂交技术重点三、
12、植物体细胞杂交技术重点 理解：理解：原原生生质质体体 番茄细胞番茄细胞 原生质体融合原生质体融合 再生出细胞壁再生出细胞壁 杂种细胞杂种细胞 脱脱分分化化 愈伤组织愈伤组织 杂种杂种植株植株 再分化再分化 三、植物体细胞杂交技术重点三、植物体细胞杂交技术重点 理解：理解：1 1、过程：、过程：马铃薯细胞 标志：成功融合 人工诱导 去去壁壁 植物组织培养植物组织培养 植物细胞的融合植物细胞的融合 1 1、去壁的常用方法：、去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等）2、原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法
13、：聚乙二醇（PEGPEG）三、植物体细胞杂交技术重点三、植物体细胞杂交技术重点 理解：理解：1 1、过程：、过程：利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合 三、植物体细胞杂交技术重点三、植物体细胞杂交技术重点 理解：理解：2 2、概念：、概念：将不同种的将不同种的植物体细胞植物体细胞，在一定条件下融合，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体新的植物体的技术。的技术。4 4、优势：与有性杂交方法比较、优势：与有性杂交方法比较 1 1克服植物远缘杂交不亲和性最大，克服植物远缘杂交不亲和性最大，2 2
14、打破物种间的生殖隔离打破物种间的生殖隔离 3)3)扩展了遗传重组的范围。扩展了遗传重组的范围。主要：原生质体融合 目的 3 3、原理：、原理：细胞膜的流动性和细胞膜的流动性和细胞全能性细胞全能性 三、植物体细胞杂交技术重点三、植物体细胞杂交技术重点 理解：理解：如 马、驴之间 白菜白菜 甘蓝甘蓝 白菜甘蓝白菜甘蓝“白菜甘蓝同普通白菜相比，具有生长期白菜甘蓝同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。短、耐热性强和易于贮藏等优点。三、植物体细胞杂交技术重点三、植物体细胞杂交技术重点 理解：理解：为什么为什么“番茄番茄马铃薯超级杂种植株没有如马铃薯超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，
15、地上长番茄、地下结马科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？铃薯？主要原因是：主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之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，间是相互调控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂交植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，番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以所以杂交植杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。株不能地上长番茄、地下结马铃薯。三、植物体细胞杂交技术重点三
16、、植物体细胞杂交技术重点 理解：理解：5、未解决问题：、未解决问题：比较比较 无性繁殖无性繁殖 细胞全能性细胞全能性 脱分化脱分化 再分化再分化 保持优良性状保持优良性状 繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产 提高经济效益提高经济效益 杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养 克服不同种生物远缘杂交克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍不亲和的障碍 去除细胞壁去除细胞壁 融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞 组织培养组织培养 膜流动性膜流动性 细胞全能性细胞全能性 染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组 过程过程 外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 根、芽根、芽 植物体植物体 脱分化脱分化 再分化需光再分化需光 未分化未分化 分化分化 幼芽或幼根？幼芽或幼根？条件？条件？特点？特点？适宜温度、避光、适宜温度、避光、pH和无菌环境。和无菌环境。无机物、有机物和无机物、有机物和植物激素生长素，植物激素生长素，细胞分裂素等细胞分裂素等 无定形状态无定形状态 薄壁细胞薄壁细胞 高度液泡化高度液泡化 分裂旺盛分裂旺盛 排列疏松、无规那排列疏松、无规那么么 无叶绿体无叶绿体,不进行光不进行光合作