第三章细胞工程

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1、 70 70年代末，德国科学家米尔年代末，德国科学家米尔赫赫(G.Melehers)(G.Melehers)等成功地把等成功地把两种不同的植物两种不同的植物马铃薯马铃薯和西红柿的体细胞融合在一和西红柿的体细胞融合在一起，获得具有以上两种植物起，获得具有以上两种植物遗传特性的新品种。融合后遗传特性的新品种。融合后的杂种细胞不仅能分裂，而的杂种细胞不仅能分裂，而且能分化，发育成一株完整且能分化，发育成一株完整的植株。新品种的问世，这的植株。新品种的问世，这一成就的意义是巨大的，无一成就的意义是巨大的，无疑是对大自然的挑战。疑是对大自然的挑战。图中的“白菜甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种

2、，它具有生长期短、耐热性强和易于贮存等优点。 无菌室、超净台器具、培养基生物材料试验人员 异核体 杂种细胞1.1.发展历史发展历史: :2020世纪初，人们不知道世纪初，人们不知道神经纤维神经纤维是由神经细胞的细胞质向外突是由神经细胞的细胞质向外突出形成的，还是由神经细胞周围的其他细胞融合而成的。生物出形成的，还是由神经细胞周围的其他细胞融合而成的。生物学家们就这个问题展开了激烈的争论。学家们就这个问题展开了激烈的争论。19071907年年，美国生物学家哈里森，美国生物学家哈里森(Harrison)(Harrison)从从蝌蚪蝌蚪的脊索中分离的脊索中分离出神经组织，把它放在出神经组织，把它放在

3、青蛙的凝固的淋巴液中培养青蛙的凝固的淋巴液中培养。蝌蚪的神。蝌蚪的神经组织存活了好几周，并且从神经细胞中长出了神经纤维。哈经组织存活了好几周，并且从神经细胞中长出了神经纤维。哈里森的实验不仅解决了神经纤维的起源问题，而且开创了里森的实验不仅解决了神经纤维的起源问题，而且开创了动物动物组织培养的先河组织培养的先河。此后，在许多科学家的不懈努力下，此后，在许多科学家的不懈努力下，动物组织培养动物组织培养不断改进并不断改进并逐渐发展成为逐渐发展成为动物细胞培养动物细胞培养。2 2、动物细胞培养的应用和概念：、动物细胞培养的应用和概念：动物细胞培养动物细胞培养:指从动物有机体指从动物有机体中取出相关的

4、中取出相关的组组织织,将它将它分散分散成单成单个细胞个细胞,然后然后,放放在适宜的培养基在适宜的培养基中中,让这些让这些细胞生细胞生长长和和增殖增殖。“人耳鼠”争议2001年，一只特别的活老鼠在北京引起轰动这只小白鼠背上背着一只“人类耳朵”。这是曹谊林利用组织工程技术复制出来的。2011年中国工程院院士增选进入第二轮评审，国内组织工程领域“头号人物”曹谊林，却被“学术造假”的质疑推上风头浪尖。 质疑者称，曹谊林赖以成名的“人耳鼠”是维持了十余年的谎言。幼龄动物取动物器官和组织剪碎组织胰蛋白酶处理细胞培养养单个细胞动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础动物组织细胞间隙中动物组织细胞间隙中含

5、有一定量的弹性纤含有一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞维等蛋白质，将细胞网络起来形成具有一网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织定弹性和韧性的组织和器官。和器官。（分解弹性纤维）（分解弹性纤维）动物胚胎或幼龄动动物胚胎或幼龄动物的组织、器官物的组织、器官细胞悬浮液细胞悬浮液胰蛋白酶胰蛋白酶10代细胞代细胞原代培养原代培养50代细胞代细胞传代培养传代培养细胞株细胞株无限传代无限传代细胞系细胞系单个细胞单个细胞加培养液加培养液 细胞融合是正常的生命活动细胞融合是正常的生命活动 受精作用受精作用显微镜下细胞融合的过程显微镜下细胞融合的过程生物方法：仙台病毒化学方法：PEG物理方法：电场刺激药物敏感性营养

6、缺陷型温度敏感性基因缺陷互补荧光标记示意图动物细胞融合动物细胞融合（总结）（总结）2.2.诱导融合的方法：诱导融合的方法：1.1.自然条件下的细胞融合现象自然条件下的细胞融合现象3.3.融合的具体过程：融合的具体过程：先是细胞质融合，细胞核的融合是在第一次有丝先是细胞质融合，细胞核的融合是在第一次有丝分裂时完成的。分裂时完成的。仙台病毒仙台病毒紫外线紫外线丧失感染活性（不感染细胞）丧失感染活性（不感染细胞）保留融合活性（诱导细胞融合）保留融合活性（诱导细胞融合）干细胞是一类具有自我更新和增殖分化能力的细胞，具有再生为组织、器官的潜能预想一下，克隆人技术路线？预想一下，克隆人技术路线？离体的植物

7、器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞脱分化（又叫去分化）脱分化（又叫去分化）愈伤组织愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）化的呈无定形状态的薄壁细胞）再分化再分化根或芽等器官根或芽等器官植物体植物体植物组织培养的基本过程植物组织培养的基本过程切取切取形成层形成层诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化无菌无菌接种接种叶片接种到培养基上叶片接种到培养基上产生愈伤组织产生愈伤组织愈伤组织增殖愈伤组织增殖愈伤组织开始分化愈伤组织开始分化愈伤组织分化出芽愈伤组织分化出芽培养基中的

8、试管苗培养基中的试管苗去壁去壁机械法机械法酶促法酶促法植物体细胞杂交应用研究植物体细胞杂交应用研究 1. 人工诱导植物多倍体的意义人工诱导植物多倍体的意义多倍体多倍体(polyploidy): 植物的性状比原来的植物的性状比原来的二倍体气孔、花、果实和种子比二倍体者二倍体气孔、花、果实和种子比二倍体者为大，叶肉较厚，茎秆也较粗壮为大，叶肉较厚，茎秆也较粗壮三倍体无子西瓜的培育过程三倍体无子西瓜的培育过程植物单倍体育种植物单倍体育种: : 由于单倍体只有一套染色体，染色由于单倍体只有一套染色体，染色体上的每个基因都能显示相应的性状，所以极易发现体上的每个基因都能显示相应的性状，所以极易发现所产生

9、的突变，尤其是隐性突变，在表型上可以直接所产生的突变，尤其是隐性突变，在表型上可以直接表现出来，所以单倍体是研究基因或基因效应、进行表现出来，所以单倍体是研究基因或基因效应、进行染色体遗传分析的理想实验材料染色体遗传分析的理想实验材料1 1）克服杂种分离，缩短杂交育种年限）克服杂种分离，缩短杂交育种年限2 2）排除显、隐性基因干扰，提高选择效率）排除显、隐性基因干扰，提高选择效率3 3）单倍体是诱变育种的良好材料）单倍体是诱变育种的良好材料4 4）能克服远缘杂交的不孕性，创造生物新类型）能克服远缘杂交的不孕性，创造生物新类型5 5）利用单倍体对栽培品种进行纯化）利用单倍体对栽培品种进行纯化快速

10、无性繁殖利用离体培养技术，将优良植株的器官、组织、细胞进行立体培养，短期内获得大量遗传性状一致的个体试管苗大规模培养培育脱毒作物微茎尖培养珠心组织培养热处理植物组织培养大量生产紫草素 现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。 紫草紫草紫草素紫草素 愈伤组织愈伤组织比较项目比较项目植物体细胞杂交植物体细胞杂交动物细胞融合动物细胞融合细胞融合原理细胞融合原理细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞融合方法细胞融合方法去除细胞壁后诱导去除细胞壁后诱导原生质体融合原生质体融合使细胞分散后诱使细胞分散后诱导细胞融合导细胞融合诱导方法诱导方法物理（离心、振荡、物理（离心、振荡、电刺激）电刺激）化学（化学（PEG）物理、化学方法物理、化学方法（同左）（同左）灭活的病毒灭活的病毒眼虫（含叶绿体）眼虫（含叶绿体）菌种选择菌种选择扩大培养扩大培养大量菌体细胞大量菌体细胞高渗溶液高渗溶液甜味剂、鲜味剂、防腐剂、色素香料：香草素、可可香素、菠萝风味剂抗氧化剂：-生育酚天然食品：食用琼脂植物药：人参皂苷、迷迭香酸、小檗碱