细胞工程概述.ppt

细胞工程概述课件,细胞工程的发展,1907年，美国哈里森，培养蛙胚神经细胞 并存活数周，开创了动物细胞培养的先河,1937年，法国特里特等培养了胡萝卜 组织，并使细胞增殖。,1972年，美国卡尔逊等成功 培育第一个体细胞杂交植株,1997年，英国伊恩.维尔穆特 克隆出绵羊“多利”,细胞工程的概念,应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，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。,操作水平： 操作环境： 结 果： 应 用：,细胞或细胞器水平,体外无菌,按人的意愿使用细胞某些生物学特性发生改变,概 念 要 点,细胞工程的技术及分类,植物细胞与组织培养,在无菌条件下对植物离体组织或细胞培养，形成新的组织、器官或个体,采用自然或人工的方法使两个或多个不同细胞融合成一个细胞,细胞融合技术,注意：植物细胞要用纤维素酶等先去除细胞壁,细胞核,病毒颗粒,细胞核,灭活的病毒颗粒黏附在细胞表面,细胞膜被病毒颗粒穿过,细胞膜连接,细胞融合，形成杂种细胞,细胞融合技术过程,病毒颗粒经过处理后丧失感染细胞的能力，但表面抗原没有被破坏，可以黏附与细胞表面，使细胞紧密凝集，直至融合。,细胞融合技术,植物体细胞杂交过程,植物细胞 A（番茄）,植物细胞 B（马铃薯）,去除细胞壁,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,细胞分裂,愈伤组织,杂种植株(番茄马铃薯),细胞核移植技术,将有一个细胞的细胞核转移到另一个去除细胞核的细胞中区，从而是受体细胞获得新的遗传信息，产生新的生命现象,细胞质,细胞核,细胞核移植,多莉羊的培育过程,染色体工程,按设计有计划削减、添加和代换同种或异种染色体的方法和技术。也称为染色体操作。,细胞工程的应用,马铃薯疮痂病),脱毒苗,脱毒马铃薯,脱毒技术,藻类植物,氢能汽车,高产奶牛,濒危动物,1、细胞工程的发展 2、细胞工程的基本技术 植物细胞与组织培养 细胞融合 细胞核移植 染色体工程 3、细胞工程的应用 快速培养花卉及濒危植物 获得无病毒作物 开发洁净能源减少环境污染 繁殖优良家畜品种及濒危动物,练习,1、下列技术中，一般来说不属于细胞工程范围的是（ ） A、组织培养 B、细胞核移植 C、基因芯片的应用 D、细胞融合,2、下列与细胞工程无关的技术是( ) A、克隆羊“多利”的产生 B、2种烟草体细胞杂交获得新植株 C、葡萄的嫁接 D、利用植物组织培养技术培育郁金香,3、下列细胞工程技术中，不涉及遗传物质改变的是（ ） A、植物组织培养 B、动物细胞融合 C、细胞核移植 D、染色体替换,C,C,A,一、 植物细胞工程,（一）细胞的全能性 1、概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫做细胞的全能性。,理论基础：植物细胞的全能性 常用手段：植物组织培养和植物体细胞杂交,2、表现全能性的基础和条件 基础： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传信息，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。 条件：离体 提供营养物质 激素 其他适宜条件（如温度等）,原因：受生物体上所在环境的影响 实质：基因在特定的时间和空间条 3、限制 件下选择性表达的结果 结果：分化形成不同的组织、器官,例：萝卜根细胞培养产生出完整植株，克隆羊“多莉”的诞生说明了什么？,高度分化的植物细胞仍然有发育成完整植株的能力；高度特化的动物细胞的细胞核仍然有全能性。,例：植物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？,这是基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果。,受精卵的全能性最高； 卵细胞仍具有较高的潜在全能性； 体细胞的全能性比生殖细胞低的多。,在生物体内，由于基因的选择性表达，细胞不能表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官。当已分化的植物器官、组织或细胞脱离母体后，在一定的营养物质、激素等外界条件作用下分化形成愈伤组织（一种相对没有分化的细胞团），继而在植物激素等诱导下发生再分化，才能表达出全能性。发育成完整植株。,（二）植物组织培养,1.过程 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，或者叫做去分化。 脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。,（高度分化）,（疏松、液泡化、薄壁）,（2）应用（范围广） 果树、花卉的快速繁殖 培养无病毒植物 生产药品、食品添加剂、香料、色素 和杀虫剂等 用植物组织培养的方法，制成人工种子 转基因植物的培育,植物组织培养应用举例（一）,二、植物组织培养,植物组织培养应用举例（二）,二、植物组织培养,植物组织培养应用举例（三）,人工种子,（三）植物体细胞杂交,1、概念 植物体细胞杂交是用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。,2、过程,植物体细胞杂交过程,植物细胞 A（番茄）,植物细胞 B（马铃薯）,去除细胞壁,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,细胞分裂,愈伤组织,杂种植株(番茄马铃薯),3、意义 克服远源杂交不亲和的障碍、培育作物新品种。,总结 ：,细胞全能性是植物组织培养的理论基础 而植物组织培养又是植物体细胞杂交的技术环节之一,植物体细胞杂交与植物组织培养有何关系？,两种技术的原理都是利用植物细胞的全能性，融合的植物细胞必须经过植物组织培养的过程才能最终发育为杂种植株，这就是说，植物组织培养技术是植物体细胞杂交的基础。,思考： 1）植物细胞表现出全能性的必要条件是什么？ 2.）离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整植物体？ 3.）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？ 4.）在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？,3） 影响脱分化的一个重要因素是植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两者不同的浓度配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；浓度比低时，有利于根的发生。,愈伤组织再分化过程应先诱导生芽，再诱导生根。 愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式两种。教材中介绍的为不定芽方式，而后者需要在愈伤组织形成后，对其进行处理，形成分散的单个细胞，再诱导其分化出具有胚芽、胚轴、胚根的胚状体，进而发育成完整植株。,1）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？ 2）有没有一种温和的去壁方法呢？ 3）如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一部该做何处理？ 4）如何将杂种细胞培育成杂种植株？,1）植物体细胞融合完成的标记是（ ）,A 产生新的细胞壁 B 细胞质发生融合 C 细胞膜发生融合 D 细胞核发生融合,A,2）人工获得一个杂种植株，需要下列哪项步骤（ ） A 分离原生质体 诱导原生质体融合 组织培养 得到杂种植株 B 分离原生质体 原生质体融合 杂种植株 C 获取细胞 原生质融合 组织培养 杂种植株 D 获取细胞 原生质直接融合 组织培养,A,3）植物体细胞杂交尚未解决的问题是 （ ） A 去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 B 将杂种细胞培育成植株 C 让杂种细胞按照人们的需求表现出亲代 的优良性状 D 尚未培育出属间杂种植物,C,二、动物细胞工程,常用的技术手段： 包括动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等 。 动物细胞培养是其他细胞工程技术的基础。,（一）动物细胞培养 1、培养液（液体培养基）： 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等。 2、过程：,动物细胞或动物胚胎,分散成单个细胞,一定浓度的细胞悬浮液,原代培养,动物胚胎或 胰蛋白酶 制成 幼龄动物的 剪碎 单个细胞 加培养液 器官、组织 细胞悬浮液 细胞株 细胞系,原代培养 传代培养,遗传物质改变 传代培养,原代培养：将组织取出来后，先用胰蛋白酶等处理使组织分散成单个细胞，然后配制成一定浓度的细胞悬浮液，再将悬浮液放入培养瓶中，这个过程称为原代培养。(第1代第10代以内) 传代培养：把原代培养增殖的细胞定期用胰蛋白酶把细胞从瓶壁上脱离出来，配制悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中培养，这称为传代培养。,细胞株：原代细胞和50代前的传代细胞叫做细胞株。,细胞系：50代后，遗传物质发生了改变，并且有癌变的特点，无限传下去的传代细胞。,细胞悬浮液 10代细胞 50代细胞,细胞株 细胞系,原代培养 传代培养,3、应用 1）生产有价值的蛋白质生物制品；如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。 2）为治疗和预防疾病提供理论依据 （如为皮肤大面积烧伤的病人培养可供移植皮肤） 3）用于检测有毒物质,（二）动物细胞融合 与植物细胞原生质体融合的基本原理是相同的。主要不同为促融剂不同动物细胞无细胞壁，可直接诱导融合 （常用到灭活的病毒作为诱导剂） 1、过程：见P71图4-9 2、用途：制备单克隆抗体,（三）单克隆抗体 1、概念：用单个B淋巴细胞通过克隆以形成细胞群而获得的化学性质单一、特异性强的抗体。 2、制备：将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合而成的杂交瘤细胞，继承了双亲细胞的遗传物质，不仅具有B淋巴细胞分泌特异性抗体的能力，还有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的本领，使其成为一座制造单克隆抗体的理想“工厂”。,效应B细胞,获得杂交瘤细胞,将抗原注入小鼠体内获得效应B细胞 效应B细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合 用特定培养基筛选出杂交瘤细胞,动物细胞培养,筛选能够产生所需抗体的细胞群,再在培养液或小鼠腹腔中培养,提取单克隆抗体：从培养液或小鼠腹水中提取,(第一次),(第二次),因为B淋巴细胞具有分泌特异性抗体的能力，而骨髓瘤细胞具有在体外培养条件下大量增殖的本领，所以由某种B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合而成的杂交瘤细胞，既有B淋巴细胞分泌特异性抗体的能力，又具备骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的本领，能够在体外培养条件下大量增殖，并且产生特定的单克隆抗体。,3、应用 对疾病的诊断、治疗和预防（如制成“生物导弹”治疗癌症） 特点：特异性强，灵敏度高。,（四）哺乳动物的胚胎移植 1、过程(试管婴儿为例) 离体卵细胞