第十一章細(xì)胞工程

第十一章細(xì)胞工程

番茄與馬鈴薯同屬茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實(shí)和馬鈴薯的塊莖是我們經(jīng)常食用的蔬菜。馬鈴薯的塊莖生長(zhǎng)在土壤中。

人們?cè)?jīng)有這樣一個(gè)幻想：讓一株植株地上部分結(jié)番茄，地下部分長(zhǎng)土豆。這個(gè)幻想可能實(shí)現(xiàn)嗎？一個(gè)夢(mèng)想?植物體細(xì)胞雜交應(yīng)用研究

多莉及其代母試管植物---花動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用這只老鼠身上的“人耳”是由我國(guó)科學(xué)家曹誼林教授利用細(xì)胞工程技術(shù)復(fù)制出來(lái)的。器官克隆一例“人耳鼠”的制作關(guān)鍵在“人耳”，先用一種高分子化學(xué)材料聚羥基乙酸做成人耳的模型支架，讓細(xì)胞在這個(gè)支架上繁殖生長(zhǎng)，然后，在裸鼠的背上割開一個(gè)口子，將已經(jīng)培養(yǎng)好的“人耳”植入后縫合?！叭硕敝Ъ茏詈髸?huì)自己降解消失，于是，“人耳”便與老鼠渾然成為一體。細(xì)胞工程

指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。

細(xì)胞工程應(yīng)用技術(shù)：細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方法。細(xì)胞工程研究水平：細(xì)胞整體水平、細(xì)胞器水平、基因水平（外源基因?qū)耄＜?xì)胞工程分類：植物細(xì)胞工程和動(dòng)物細(xì)胞工程。細(xì)胞工程研究目的：按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。植物細(xì)胞工程技術(shù)：植物體細(xì)胞雜交；植物組織培養(yǎng)。動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)：動(dòng)物細(xì)胞融合；動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)；單克隆抗體技術(shù)；核移植；胚胎移植。異種植物細(xì)胞雜種細(xì)胞轉(zhuǎn)基因植物異種動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞群重組細(xì)胞體細(xì)胞細(xì)胞核早期胚胎受精卵去核卵細(xì)胞克隆動(dòng)物試管嬰兒動(dòng)物細(xì)胞融合植物體細(xì)胞雜交植物組織培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)核移植胚胎移植體外受精所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ)

植物細(xì)胞工程通常采用的技術(shù)手段

植物組織培養(yǎng)

植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性Schwann在1839年明確的指出：“如果具有與有機(jī)體內(nèi)一樣的條件時(shí)，每個(gè)細(xì)胞應(yīng)該可以獨(dú)立生活和發(fā)展”。背景資料德國(guó)著名植物學(xué)家G.Haberlandt在細(xì)胞學(xué)說(shuō)的基礎(chǔ)上于1902年提出了細(xì)胞全能性學(xué)說(shuō)。他認(rèn)為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，直到單個(gè)細(xì)胞。如果每個(gè)細(xì)胞都有植物個(gè)體一樣的性質(zhì)和能力，那么，可以通過植物細(xì)胞培養(yǎng)使單個(gè)細(xì)胞發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體。1定義

生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能的特性。

2原理

生物體的每一個(gè)細(xì)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(gè)體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。

3差異（1）受精卵的全能性最高

（2）受精卵分化后的細(xì)胞中，體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞的低。

植物細(xì)胞的全能性受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞＞＞4大小細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件離體狀態(tài)有一定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其它外界條件蜜蜂（2N=32）減數(shù)分裂卵細(xì)胞(N=16)發(fā)育雄蜂(N=16)卵細(xì)胞可以直接發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史①探索階段（19世紀(jì)初－30年代中）德國(guó)植物生理學(xué)家HaHerlandt首次進(jìn)行了植物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)②奠基階段（30－50年代）1934年，White培養(yǎng)番茄離體根尖成功1939年，Gautheret連續(xù)培養(yǎng)胡蘿卜根形成層首次成功White:煙草種間雜種的瘤組織進(jìn)行組培。Nobecourt：胡蘿卜進(jìn)行組培。以上三人是植物組織培養(yǎng)的奠基人。③迅速發(fā)展階段（60年代后）原生質(zhì)體，花藥，快繁技術(shù)迅速發(fā)展1958年Steward和Reinert用胡蘿卜根的愈傷組織誘導(dǎo)成了體細(xì)胞胚，并進(jìn)而獲得了完整植株。

科學(xué)研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實(shí)現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。

植物組織培養(yǎng)的必要條件：細(xì)胞離體、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件。植物組織培養(yǎng)取樣外植體：從活植物體上切下進(jìn)行培養(yǎng)的那部分組織或器官。1）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等）2）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上3）切取所需的外植體4）將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上整個(gè)試驗(yàn)在超凈工作臺(tái)上進(jìn)行，保持無(wú)菌！外植體經(jīng)過一段時(shí)間在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)后，會(huì)形成愈傷組織植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基定義：含有一定營(yíng)養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長(zhǎng)的基質(zhì)。無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分①含N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸。②碳源：2%—5%的蔗糖。③瓊脂：起支持作用。④生長(zhǎng)激素：生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素和赤霉素。PH值：5.0－6.0試管苗大規(guī)模培養(yǎng)試管植物：花過程離體的植物器官、組織或細(xì)胞愈傷組織根、芽植物體外植體脫分化植物激素：細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素再分化植物組織培養(yǎng)過程植物組織培養(yǎng)條件：

含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無(wú)菌環(huán)境、適合的PH、適時(shí)光照等。

1972年卡爾森等通過兩個(gè)煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種。1978年梅爾徹斯(Melchers)等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細(xì)胞雜種——“Potamato”。

植物體細(xì)胞雜交

目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、小麥與鵝冠草等細(xì)胞雜種及其后代，獲得了有價(jià)值的新品系或育種上有用的新材料。

（三）植物體細(xì)胞雜交1定義

用兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法。

2優(yōu)勢(shì)（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，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍。植物體細(xì)胞雜交去壁去壁纖維素酶果膠酶原生質(zhì)體植物細(xì)胞原生質(zhì)體融合離心、振動(dòng)、電刺激、聚乙二醇再生細(xì)胞壁雜種細(xì)胞去分化愈傷組織雜種植株激素篩選等量激素再分化植物體細(xì)胞雜交過程示意圖幾個(gè)概念：愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段時(shí)間以后，通過細(xì)胞分裂，形成一種高度液泡化、無(wú)定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞組成的排列疏松無(wú)規(guī)則的組織。植物細(xì)胞的脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過程，又稱去分化。植物細(xì)胞的再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化根或芽等器官的過程。一、植物繁殖的新途徑1.微型繁殖

(1)微型繁殖技術(shù)：快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。(2)特點(diǎn)：保持優(yōu)良品種的遺傳特性；高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。植物細(xì)胞工程應(yīng)用2.作物脫毒(1)材料:無(wú)病毒的莖尖(2)脫毒苗:切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得3.神奇的人工種子(1)特點(diǎn)：后代無(wú)形狀分離；不受氣候、季節(jié)和地域限制。(2)技術(shù)：植物組織培養(yǎng)。(3)結(jié)構(gòu)：人工薄膜胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽。二、作物新品種的培育1.單倍體育種(1)方法：花藥的離體培養(yǎng)(2)優(yōu)點(diǎn)：后代穩(wěn)定遺傳，都是純合體；明顯縮短育種年限。2.突變體的利用(1)產(chǎn)生：植物組織培養(yǎng)。(2)利用：篩選對(duì)人們有利突變體，進(jìn)而培育新品種。1種類：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。2技術(shù)：植物的組織培養(yǎng)。四轉(zhuǎn)基因植物培育三細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

動(dòng)物細(xì)胞工程

動(dòng)物細(xì)胞工程是建立在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合和細(xì)胞拆合技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。隨著基因工程技術(shù)、基因轉(zhuǎn)移技術(shù)和干細(xì)胞工程技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)物細(xì)胞工程在理論和應(yīng)用兩方面獲得快速發(fā)展。一動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)：從動(dòng)物機(jī)體內(nèi)取出相關(guān)的組織，將它分散成單個(gè)細(xì)胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖。1選材：

動(dòng)物胚胎或幼齡動(dòng)物的組織、器官，它們細(xì)胞增殖能力強(qiáng)，分裂旺盛，分化程度低，容易培養(yǎng)。2分散成單個(gè)細(xì)胞

在進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，用胰蛋白酶分散細(xì)胞，說(shuō)明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)適宜的PH為7.2—7.4，此環(huán)境下胃蛋白酶（2.0