細胞工程課件

1、專題2 細胞工程 1996 1996年年7 7月月5 5日日, ,世界上第一只體細胞克隆動世界上第一只體細胞克隆動 物物-克隆羊克隆羊多利多利誕生于英國誕生于英國, , 標志著一種新標志著一種新 的生物技術(shù)的生物技術(shù)-動物體細胞克隆技術(shù)面世動物體細胞克隆技術(shù)面世, , 也揭也揭 開細胞工程更深層次發(fā)展的序幕開細胞工程更深層次發(fā)展的序幕! ! 細胞工程是指應(yīng)用細胞生物學(xué)和細胞工程是指應(yīng)用細胞生物學(xué)和 分子生物學(xué)的原理和方法，通過分子生物學(xué)的原理和方法，通過細胞細胞 水平水平或或細胞器水平細胞器水平上的操作，按照人上的操作，按照人 們的意愿來們的意愿來改變改變細胞內(nèi)的細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)或或

2、獲得細胞產(chǎn)品獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。的一門綜合科學(xué)技術(shù)。 什么叫細胞工程？包括哪兩什么叫細胞工程？包括哪兩 大領(lǐng)域？大領(lǐng)域？ 細細 胞胞 工工 程程 應(yīng)用的原理和方法應(yīng)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 細胞生物學(xué)和細胞生物學(xué)和 分子生物學(xué)分子生物學(xué) 細胞整體水平或細胞器水平細胞整體水平或細胞器水平 按照人們的意愿來改按照人們的意愿來改 變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì) 或獲得細胞產(chǎn)品或獲得細胞產(chǎn)品 概念概念 植物細胞工程植物細胞工程 動物細胞工程動物細胞工程 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)細胞的全能性細胞的全能性 分類分類 主主 要要 技技 術(shù)術(shù) 植物組織培養(yǎng)植物組織培

3、養(yǎng) 植物體細胞雜交植物體細胞雜交 動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng) 動物細胞融合動物細胞融合 單克隆抗體技術(shù)單克隆抗體技術(shù) 胚胎移植胚胎移植 核移植核移植 植物植物 細胞細胞 工程工程 技術(shù)技術(shù) 動物動物 細胞細胞 工程工程 技術(shù)技術(shù) 2.1.1 2.1.1 植物細胞工程的基本技術(shù)植物細胞工程的基本技術(shù) 所采用技術(shù) 的理論基礎(chǔ) 植植 物物 細細 胞胞 工工 程程 植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 植物體細胞雜交植物體細胞雜交 植物細胞的全能性植物細胞的全能性 通常采用的 技術(shù)手段 細胞的全能性細胞的全能性 1 1、定義、定義: : 2 2、原理、原理: : 3 3、差異、差異: : 4 4、大?。?、大小： 5

4、 5、潛在全能性的原因、潛在全能性的原因: : 生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個 體的潛能的特性。體的潛能的特性。 生物體的每一個細胞都包含有該物種所特生物體的每一個細胞都包含有該物種所特 有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個 體所必需的全部基因，從理論上講，生物體所必需的全部基因，從理論上講，生物 體的每一個體的每一個活細胞活細胞都應(yīng)該具有全能性。都應(yīng)該具有全能性。 受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 受精卵分化后的細胞中，體細胞的全受精卵分化后的細胞中，體細胞的全 能性比生殖細胞的能性比生殖細胞的低低。 基因的選

5、擇性表達基因的選擇性表達 受精卵生殖細胞體細胞受精卵生殖細胞體細胞 植物細胞動物細胞植物細胞動物細胞 思考討論：為什么體內(nèi)細胞沒有表現(xiàn)出思考討論：為什么體內(nèi)細胞沒有表現(xiàn)出 全能性，而是分化成為不同的組織、器官？全能性，而是分化成為不同的組織、器官？ 基因在特定空間和時間條件下基因在特定空間和時間條件下選擇性表達選擇性表達的的 結(jié)果。在個體發(fā)育的不同時期，生物體不同部位結(jié)果。在個體發(fā)育的不同時期，生物體不同部位 的細胞表達的基因是不同的，合成的蛋白質(zhì)也不的細胞表達的基因是不同的，合成的蛋白質(zhì)也不 一樣，從而形成了不同的組織和器官。一樣，從而形成了不同的組織和器官。 植物組織培養(yǎng)（實現(xiàn)全能性植物組

6、織培養(yǎng)（實現(xiàn)全能性必要必要條件）：條件）： 離體狀態(tài)離體狀態(tài) 有一定營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件（如有一定營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件（如 無菌、無菌、pH等）等） 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 外植體、脫分化、再分化、愈傷組織外植體、脫分化、再分化、愈傷組織 一、植物組織培養(yǎng)一、植物組織培養(yǎng) 外植體：外植體： 1 1）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、 種子、花粉等）種子、花粉等） 2 2）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上 3 3）切取所需的外植體）切取所需的外植體 4 4）將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上）將外植體接種于培養(yǎng)

7、容器的培養(yǎng)基上 整個試驗在超凈工作臺上進行，保持無菌！整個試驗在超凈工作臺上進行，保持無菌！ 外植體經(jīng)過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會外植體經(jīng)過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會 形成愈傷組織形成愈傷組織 植物組織培養(yǎng) 定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生 長的基質(zhì)長的基質(zhì) 礦質(zhì)元素：大量元素及微量元素礦質(zhì)元素：大量元素及微量元素 有機營養(yǎng)成分有機營養(yǎng)成分 含含N物質(zhì)：包括維生素和某些有機添加物物質(zhì)：包括維生素和某些有機添加物 碳源：蔗糖碳源：蔗糖 瓊脂：起支持作用瓊脂：起支持作用 植物激素：生長素、細胞分裂素等植物激素：生長素、細胞分裂素等 過程過程 離體

8、的植物器官、組織或細胞離體的植物器官、組織或細胞 愈傷組織愈傷組織 根、芽根、芽 植物體植物體 外植體外植體 脫分化脫分化 植物激素：植物激素： 細胞分裂素、生長素細胞分裂素、生長素 再分化再分化 植物組織培養(yǎng) 植物組織培養(yǎng)條件植物組織培養(yǎng)條件： 含有全部營養(yǎng)成分的含有全部營養(yǎng)成分的 培養(yǎng)基、一定的溫度、空培養(yǎng)基、一定的溫度、空 氣、無菌環(huán)境、適合的氣、無菌環(huán)境、適合的PHPH、 適時光照等。適時光照等。 （細胞排列疏松、（細胞排列疏松、 無規(guī)則、高度液無規(guī)則、高度液 泡化的無定形的泡化的無定形的 薄壁細胞）薄壁細胞） 請同學(xué)們討論如何實現(xiàn)請同學(xué)們討論如何實現(xiàn)? ? 于是，這些科學(xué)家試圖用這兩

9、種植物的于是，這些科學(xué)家試圖用這兩種植物的 體細胞進行雜交，來實現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。體細胞進行雜交，來實現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。 二、植物體細胞雜交技術(shù)二、植物體細胞雜交技術(shù) 這幅番茄這幅番茄馬鈴薯圖利用馬鈴薯圖利用 傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn) 嗎？為什么？嗎？為什么？ 因為不同種生物之間存因為不同種生物之間存 在著生殖隔離，所以用傳在著生殖隔離，所以用傳 統(tǒng)的有性雜交方法是不可統(tǒng)的有性雜交方法是不可 能做到這一點的。能做到這一點的。 1 1、定義：、定義： 用兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜用兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜 種細胞，且把雜種細胞培育成新的植物體的方法。種細

10、胞，且把雜種細胞培育成新的植物體的方法。 2 2、優(yōu)勢、優(yōu)勢（與有性雜交方法比較）與有性雜交方法比較） ： 打破了不同種生物間的生殖隔離限制，大大打破了不同種生物間的生殖隔離限制，大大 擴展了可用于雜交的親本組合范圍。擴展了可用于雜交的親本組合范圍。 植物體細胞雜交植物體細胞雜交 植物細胞植物細胞A A植物細胞植物細胞B B 原生質(zhì)體原生質(zhì)體A A原生質(zhì)體原生質(zhì)體B B 原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合 正在融合的正在融合的 原生質(zhì)體原生質(zhì)體 再生出細胞壁再生出細胞壁 雜種細胞雜種細胞 愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株 去細胞壁去細胞壁 纖維素酶纖維素酶 果膠酶果膠酶 物理方法物理方法 化學(xué)方法：化學(xué)

11、方法： 離心離心 振動振動 電刺激電刺激 聚乙二醇聚乙二醇 細胞分裂細胞分裂 植植 物物 組組 織織 培培 養(yǎng)養(yǎng) 植物細胞融合植物細胞融合 酶解法酶解法 人工誘人工誘 導(dǎo)方法導(dǎo)方法 3 3、過程、過程 4 4、成果和尚未解決的問題：、成果和尚未解決的問題： 成成 果：果：克服不同生物遠緣雜交的障礙，克服不同生物遠緣雜交的障礙， 出現(xiàn)自然界沒有的新品種。出現(xiàn)自然界沒有的新品種。 未解決問題：未解決問題：尚未讓雜種植物按照人們的需要尚未讓雜種植物按照人們的需要 表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀 雜種細胞雜種細胞AAAA A A A A 雜種細胞雜種細胞BBBB B B B B A AB B

12、 雜種細胞雜種細胞ABAB 1.1.為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科超級雜種植株沒有如科 學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？ 馬鈴薯馬鈴薯番茄沒有像人們預(yù)想的那樣地上長番番茄沒有像人們預(yù)想的那樣地上長番 茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達生物基因的表達 不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的， 所以馬鈴薯所以馬鈴薯番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個 物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達受到相互物種的遺

13、傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達受到相互 干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一 樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬 鈴薯就是很自然的了。鈴薯就是很自然的了。 2.2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物自然界中有一種含有葉綠體的原生動物眼蟲，說明植物的細眼蟲，說明植物的細 胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細 胞之間可以實現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設(shè)計出具體實驗方案。胞之間可以實現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設(shè)計出具

14、體實驗方案。 1.1.對細胞全能性的表述正確的是對細胞全能性的表述正確的是 A.A.非離體植物細胞能夠表現(xiàn)出全能性非離體植物細胞能夠表現(xiàn)出全能性 B.B.動物細胞融合標志著動物細胞全能性的實現(xiàn)動物細胞融合標志著動物細胞全能性的實現(xiàn) C.C.單克隆抗體的制備原理依據(jù)是細胞的全能性單克隆抗體的制備原理依據(jù)是細胞的全能性 D.D.花粉培育成單倍體是細胞全能性的體現(xiàn)花粉培育成單倍體是細胞全能性的體現(xiàn) 2.2.植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是 A.A.給予適宜的營養(yǎng)和外界條件給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 B.B.脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和外界條件脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和

15、外界條件 C.C.導(dǎo)入其他植物細胞的基因?qū)肫渌参锛毎幕?D.D.將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內(nèi)將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內(nèi) 3.3.在生物體的所有細胞中，全能性最高的是在生物體的所有細胞中，全能性最高的是 A A卵細胞卵細胞 B B 植物花粉植物花粉 C C體細胞體細胞 D.D.受精卵受精卵 4.4.在生物體內(nèi)，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分在生物體內(nèi)，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分 化為不同的組織、器官，是因為：化為不同的組織、器官，是因為： A.A.細胞喪失了全能性細胞喪失了全能性 B.B.基因的表達有選擇性基因的表達有選擇性 C.C.不同的細胞內(nèi)基因不完全相同不同的

16、細胞內(nèi)基因不完全相同 D.D.在個體發(fā)育的不同時期，細胞內(nèi)的基因發(fā)生了在個體發(fā)育的不同時期，細胞內(nèi)的基因發(fā)生了 變化變化 5.5.植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理、培養(yǎng)過程的順序及植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理、培養(yǎng)過程的順序及 誘導(dǎo)的植物激素分別是誘導(dǎo)的植物激素分別是 細胞的全能性細胞的全能性 離體植物器官，組織或細胞離體植物器官，組織或細胞 根，芽根，芽生長素和細胞分裂素生長素和細胞分裂素 生長素和乙烯生長素和乙烯 愈傷組織愈傷組織再分化再分化 脫分化脫分化 植物體植物體 A A和和 B B和和 C C和和 D D和和 6.6.植物組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織，下列有關(guān)愈植物組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織，下列有關(guān)愈

17、 傷組織的敘述錯誤的是傷組織的敘述錯誤的是 A.A.愈傷組織是離體細胞經(jīng)過脫分化形成的愈傷組織是離體細胞經(jīng)過脫分化形成的 B.B.形成愈傷組織的培養(yǎng)基不需含有機分子形成愈傷組織的培養(yǎng)基不需含有機分子 C.C.愈傷組織可以形成具有生根能力的胚狀結(jié)構(gòu)愈傷組織可以形成具有生根能力的胚狀結(jié)構(gòu) D.D.愈傷組織細胞的線粒體和核糖體可能發(fā)生堿基愈傷組織細胞的線粒體和核糖體可能發(fā)生堿基 互補配對互補配對 7.7.能刺激愈傷組織形成的誘導(dǎo)劑是能刺激愈傷組織形成的誘導(dǎo)劑是 A.A.細胞分裂素和生長素細胞分裂素和生長素 B.B.赤霉素赤霉素 C.C.生長素和赤霉素生長素和赤霉素 D.D.細胞分裂素和乙細胞分裂素和

18、乙 烯烯 8.8.將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成幼苗時，下列條將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成幼苗時，下列條 件中不需要的是件中不需要的是 A A、具有完整細胞核的細胞、具有完整細胞核的細胞 B B、一定的營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素、一定的營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素 C C、離體狀態(tài)、離體狀態(tài) D D、導(dǎo)入指定基因、導(dǎo)入指定基因 9.9.（多選）植物體細胞的組織培養(yǎng)常被用于保（多選）植物體細胞的組織培養(yǎng)常被用于保 留雜種優(yōu)勢。因為植物組織培養(yǎng)的過程留雜種優(yōu)勢。因為植物組織培養(yǎng)的過程 A.A.不可能發(fā)生基因突變不可能發(fā)生基因突變 B.B.生殖方式屬于無性生殖生殖方式屬于無性生殖 C.C.子代不發(fā)生性狀分離子代不發(fā)生性狀分離

19、D.D.體細胞內(nèi)不存在等位基因體細胞內(nèi)不存在等位基因 10.10.植物體細胞雜交的目的是植物體細胞雜交的目的是 A.A.用酶解法去掉細胞壁分離出有活力的原生質(zhì)體用酶解法去掉細胞壁分離出有活力的原生質(zhì)體 B.B.以人工誘導(dǎo)法使兩個不同植物的原生質(zhì)體融合以人工誘導(dǎo)法使兩個不同植物的原生質(zhì)體融合 C.C.用植物組織培養(yǎng)法培養(yǎng)融合的原生質(zhì)體得到雜種用植物組織培養(yǎng)法培養(yǎng)融合的原生質(zhì)體得到雜種 植株植株 D.D.通過以上三者來完成通過以上三者來完成 11.11.在細胞工程在細胞工程 原生質(zhì)體融合育種技術(shù)中，、原生質(zhì)體融合育種技術(shù)中，、 其技術(shù)的重要一環(huán)是將營養(yǎng)細胞的細胞壁除心去，其技術(shù)的重要一環(huán)是將營養(yǎng)細胞的細胞壁除心去， 通常是采用纖維素酶的酶解破壁法處理。如將去掉通常是采用纖維素酶的酶解破壁法處理。如將去掉 了細胞壁的成熟植物細胞置于清水中，細胞最終將了細胞壁的成熟植物細胞置于清水中，細胞最終將 A.A.皺縮皺縮 B.B.脹破脹破 C.C.呈球形呈球形 D.D.保持原狀保持原狀 12.(12.(多選多選) )有關(guān)原生質(zhì)體的下列敘述中，正確的有關(guān)原生質(zhì)體的下列敘述中，