细胞工程(一轮复习)ppt.ppt

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1、细胞工程,指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。,专题2 细胞工程,细胞工程,主要技术,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,核移植,植物细胞工程技术,动物细胞工程技术,所采用技术的理论基础,植物细胞工程,通常采用的基本技术,植物组织培养,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,具有某生物全部遗传信息的每一个细胞具有发育成完整个体的潜能 生物的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质,都有发育成完整个体所必需的全部基因。 在特定的时间和空

2、间条件下选择性表达,细胞分化为不同的组织、器官,植物细胞的全能性,(1)含义：,(2)原因（物质基础）：,(3)在生物体内细胞并没有表现出全能性的原因基因：,（4）全能性高低的比较： 受精卵(最高)卵细胞(精子)体细胞； 植物体细胞动物体细胞； 胚胎干细胞其他干细胞体细胞； 从受精卵到个体，细胞的分裂能力减弱，分化程度变高，全能性降低 (5)全能性的实例 花药的离体培养、植物的组织培养、克隆技术、蜜蜂的孤雌生殖等。 （6）植物细胞全能性实现的条件：离体、提供营养物质、激素及其他适宜条件。,1、概念： 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上，给予适宜的培养

3、条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。,2、原理：植物细胞的全能性,也叫外植体 如：茎尖、根尖,适宜的温度、PH值、 养料、激素、充足氧气,条件,植物组织培养,3、分裂方式：,有丝分裂,无机营养成分： 水和无机盐 有机营养成分：维生素和氨基酸、蔗糖,生长素，细胞分裂素课本42-43页,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,胚状体、丛芽,植物体,外植体,脱分化,植物激素： 细胞分裂素、生长素,再分化,植物组织培养的过程,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。,特点：具分裂、分化能力；排列疏松、无规则、高度液泡化的无定形状态

4、的薄壁细胞（无叶绿体,不进行光合作用）。,提醒 愈伤组织再分化形成植物幼苗时,需光照 处理,以便诱导叶绿体的形成。 生长素和细胞分裂素在植物体内含量很低,因此 植物组织培养中常用人工合成的生长素类似物和 细胞分裂素类似物。细胞分裂素/生长素的比例适 中,有利于外植体脱分化,比例升高有利于愈伤组 织再分化形成丛芽,比例降低则有利于生根。 植物组织培养属于无性生殖，只有有丝分裂，可保持亲本的优良性状，繁殖周期短。, 外植体选用花药（精细胞）可以吗？,花粉细胞培养,愈伤组织,分化出小植物,单倍体植株,脱分化,再分化,染色体加倍,正常植株,花药,接种,是有性生殖,是什么繁殖方式？,所得植株可育吗？,一

5、般不可育,那怎样获得可育的正常植株？,用这种方法获得的单倍体或正常植株一定能保持亲本的优良性状吗？,不一定，如亲本基因型是Aa,正常植株是AA或aa,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。,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？,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，即克服远缘杂交不亲和的障碍大大扩展了可用于杂交的亲

6、本组合范围。,植物体细胞杂交,细胞膜的流动性，细胞全能性,3、原理：,杂种植株,融合的原生质体AB,再生出细胞壁,脱分化,愈伤组织,再分化,植物细胞的融合（细胞膜的流动性）,植物组织培养（植物细胞的全能性）,番茄细胞A,原生质体B,原生质体A,杂种细胞AB,去 壁,去 壁,人 工 诱 导,方法？,促进融合的方法？,融合完成的 标志,马铃薯细胞B,3、过程：,最终结果,1. (1)植物体细胞杂交的障碍 植物细胞都有细胞壁。根据酶的专一性原理,用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。（酶解法） 原生质体融合。人工诱导方法包括物理法,如离心、振动、电激;化学法,如聚乙二醇(PEG)等。 (2)杂种细胞的类型（

7、只考虑两两融合） 有三种：AA、BB、AB,符合要求的只有AB,需要进行筛选。,(4)杂种植株遗传物质的变化：细胞融合属于染色体变异,杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和,形成异源多倍体。 (3)杂种细胞AB形成的标志： (5)植物体细胞 杂交的原理：,新的细胞壁的生成。,原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性,杂种细胞发育成杂种植株利用了细胞的全能性。,1.该技术的目的 植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株,而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株特征：具备两种植物的遗传特征,原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。 2.该技术在育种上应用时最大的优点 克服远缘杂交不亲和的障碍。 3.

8、未解决的问题 目前还不能让杂种植物完全按人们的需要去表达亲代的优良性状,如番茄马铃薯。,4.易错分析 对植物体细胞杂交和有性杂交辨析不清 (1)植物体细胞杂交,(3)有性生殖过程中符合孟德尔遗传定律,而植物体细胞杂交则不符合孟德尔遗传定律。,有性杂交的结果：子代细胞中染色体数,基因型分别为“X+Y”、“AbcD”或“abcD”或“Abcd”或“abcd”,即先减半再相加。,若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合,A含有2X条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,B含有2Y条染色体,2个染色体组,其基因型为ccDd,则新植株应为四倍体,其体细胞中染色体数为2X+2Y,基因型为AabbccDd,

9、从中不难看出,体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞,不管染色体数、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。,(2)植物有性杂交,1、植物繁殖的新途径,1）微型繁殖（快速繁殖）,植物细胞工程的实际应用,2）作物脱毒,3）神奇的人工种子,概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫快速繁殖技术。 特点：繁殖速度快；保持优良品种的遗传特性。,原因：无性繁殖的作物，感染的病毒易传播给后代，病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差。 材料：植物分生区（如茎尖、根尖）。 方法：切取茎尖进行组织培养，获得脱毒苗。,植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等包裹在人工薄膜（人工种皮）内形成的结

10、构。,2、作物新品种的培育,1）单倍体育种 2）突变体的利用 3）转基因植物的培育,3、细胞产物的工厂化生产(红豆杉 紫杉醇),技术：组织培养。 特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗。 优点：后代无性状分离，保持优良特性；不受季节、气候和地域的限制。,人参皂甘的生产,三、动物细胞工程,(一)动物细胞培养,1、概念：,从动物机体中取出相关组织，将它分散成单个细胞，放在适当的培养基中，使之生长和增殖的技术。,2、取材：,从动物机体(一般取动物胚胎或幼龄动物的组织或器官)中取出相关组织。,3、原理：细胞增殖。,4、几个概念：,贴壁生长：悬液中分散的细胞贴附在瓶壁上生长的现象(要求：培养瓶或培养皿的内表

11、面光滑、无毒)。,接触抑制：细胞在贴壁生长过程中，随着细胞分裂，数量不断增加，最后形成一个单层，此时细胞间相互接触，细胞分裂和生长停止，数量不再增加。,原代培养：第一次没有分瓶培养之前的细胞培养(或1 10代以内的细胞培养),传代培养：分瓶之后的细胞培养(或传 10代以后的细胞培养),细胞株：原代培养的细胞一般传至10代左右会出现生长停滞，衰老死亡，少数细胞能传50代左右，形成细胞株，此时细胞的遗传物质没有发生改变。,细胞系：细胞株至50代以后，多数细胞死亡，少数能够无限传代下去，形成细胞系，遗传物质发生改变。,5、培养条件：,无菌：,培养液 培养用具,无毒：,培养液中加入抗生素 定期更换培养

12、液,营养：培养基成分，还需加入动物血清或血浆；,环境条件：温度：36.0 37.0；PH：7.2 7.4；,气体环境：主要是O2和CO2， CO2维持PH稳定；一般是在95 空气和5 CO2混合的培养箱中培养。,取动物胚胎或幼龄动物的组织、器官,细胞悬浮液,胰蛋白酶或胶原蛋白酶,贴壁生长,单个细胞,加入培养液,接触抑制,原代培养,1-10代细胞,4050代细胞(细胞株),传代培养,无限传代（细胞系）,用胰蛋白酶处理,遗传物质不变,遗传物质改变，能 无限增殖（癌变）,注意,6、过程：,7、应用：P46,（1）生产蛋白质生物制品：病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。 （2）获得大量自身的皮肤细胞，用于

13、植皮。 （3）用于检测有毒物质 （4）用于生理、病理、药理等方面的研究，为治疗和预防疾病提供理论依据。,比较：,培养结果,培养目的,培养基特有成分,培养基性质,原理,比较项目,细胞的全能性,植物体或组织,快速繁殖、培育无病毒植株等,蔗糖、植物激素,固体培养基,植物组织培养,细胞株、细胞系,葡萄糖、动物血清,液体培养基,细胞增殖,动物细胞培养,(二)动物细胞核移植,1、概念：,将一个动物的细胞核，移入另一个去核的卵母细胞中，使其重组发育成一个胚胎，最终发育成动物个体。,2、原理：,动物细胞核的全能性。,胚胎细胞核移植、体细胞核移植。,3、分类：,4、克隆：指从一个共同祖先，通过无性繁殖方法产生出

14、来的一群遗传特性相同的DNA分子、细胞和个体。,分子水平的克隆：DNA复制； 细胞水平的克隆：动物细胞培养； 个体水平的克隆：“多利”羊的诞生。,5、过程(两种)：,6、克隆动物的性状与核供体生物性状基本相同，但不全一样。,供体细胞整个进入去核卵母细胞中(核外遗传物质来自两个细胞)；供体核进入去核卵母细胞中(核外遗传物质只来自卵母细胞)。,培养,取出核,甲牛,乙牛,去除核,核植入,受体细胞完成细胞分裂和发育进程,早期胚胎,代孕母牛丙,移植,克隆牛,细胞核移植,胚胎移植,物理或化学方法激活,卵母细胞体积大，便于操作；含有营养物质丰富，提供早期胚胎发育所需的营养；含有激活细胞核体现全能性的物质。,

15、8、克隆动物的研究意义,(1)克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白。 (2)改良动物品种。 (3)治疗人类疾病，作为供体。 (4)保护濒危动物。,9、体细胞核移植技术存在的问题：,许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如体型过大，异常肥胖，发育困难，脏器缺陷，免疫失调等。,7、应用前景：P49,(三)动物细胞融合,动物细胞融合也称细胞杂交，指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。,1、概念：,2、原理：,细胞膜的流动性；细胞增殖。,灭活的病毒(与植物细胞杂交不同点),离心、振动、电刺激；,聚乙二醇(PEG)；,3、诱导融合的方法、结果：,4、融合过程：,5、融合意义：突破了有性杂交的局限，使远

16、缘杂交成为可能。,6、应用：P52,结果：5种；光两两融合3种(不考虑多多融合)。,不同DNA的两个细胞,灭活病毒诱导细胞融合 （先质后核）,融合后的杂交细胞进行有丝分裂,物理法、化学法,原理P52,融合的完成伴随有丝分裂,5、植物、动物细胞融合的比较,获得杂种植株,用途,诱导方法,细胞融合的方法,细胞膜的流动性,原理,动物细胞融合,植物体细胞杂交,比较项目,获得杂种植株,(四)单克隆抗体,1、概念：,单克隆：一个细胞经过无性繁殖（多次有丝分裂），形成一个细胞群，叫做一个克隆，即单克隆。 单克隆抗体：由一个效应B细胞经过无性繁殖形成一个细胞群产生的化学性质单一，特异性强的抗体，叫单克隆抗体。,

17、2、B淋巴细胞的特点：,产抗体；专一性；不能无限增殖。,3、传统生产抗体的方法及缺陷：,方法：反复向动物体内注射某种抗原，动物产生抗体。缺点：抗体产量低；纯度低；特异性差；反应不够灵敏。,4、单抗的原理：细胞膜流动性；细胞增殖。,B淋巴细胞 + 骨髓瘤细胞 = 杂交瘤细胞(无限增殖；产生抗体),5、过程：,多种B淋巴细胞,注射特定抗原蛋白,骨髓瘤细胞,培养骨髓瘤细胞,融合,（只考虑两两融合）培养液中融合细胞几种类型？,骨髓瘤细胞-骨髓瘤细胞 B淋巴细胞- B淋巴细胞 B淋巴细胞-骨髓瘤细胞,多种杂交细胞,在具有筛选作用的培养基上培养,专一抗体检验阳性,克隆上述杂交细胞,分开不同杂交细胞，克隆专

18、一抗体，检验阳性细胞,单克隆抗体,注射到小鼠体内,体外培养,第1次筛选目的：得到杂交瘤细胞（多种）。,第2次筛选目的：在杂交瘤细胞中筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。,该细胞继承双亲细胞的遗传特性，既能产生专一抗体又能无限增殖。,杂交瘤细胞有何特点？,特异性强，灵敏度高,骨髓瘤细胞,抗原,杂交瘤细胞,产生特定抗体的杂交瘤细胞,6、单克隆抗体的应用：,(1)主要用于疾病的诊断(准确、高效、简易、快速)、治疗和预防。 (2)运载药物：若在单抗上带上抗癌药物制成“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在部位，既消灭了癌细胞又不会伤害健康细胞。,7、单抗特点：与常规抗体相比，具有特异性强、灵敏度高、化学性质单一、可大量制备的特点。,