1、專題專題2 細胞工程細胞工程 細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原 理和方法，通過理和方法，通過細胞水平細胞水平或或細胞器水平細胞器水平上的操作，按上的操作，按 照人們的意愿來照人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)或或獲得細胞產(chǎn)獲得細胞產(chǎn) 品品的一門綜合科學技術(shù)。的一門綜合科學技術(shù)。 什么叫細胞工程？包括哪兩大領(lǐng)域？什么叫細胞工程？包括哪兩大領(lǐng)域？ 植物細胞工程 一、植物組織培養(yǎng)一、植物組織培養(yǎng) 植物組織培養(yǎng)就是在植物組織培養(yǎng)就是在無菌無菌和和人工人工 控制控制條件下，將條件下，將離體離體的植物器官、的植物器官、 組織、細胞，培養(yǎng)

2、在人工配制的組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的 培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件， 誘導其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最誘導其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最 終形成完整的植株。終形成完整的植株。 切取切取 形成層形成層 無菌無菌 接種接種 誘導愈傷組織誘導愈傷組織 的形成的形成 試管苗的形成試管苗的形成 培養(yǎng)室培養(yǎng)室 移栽移栽 脫分化脫分化 再分化再分化 已經(jīng)分化已經(jīng)分化的細胞，經(jīng)過的細胞，經(jīng)過 激素激素誘導后，失去其特有的誘導后，失去其特有的 結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能而變成而變成未分化未分化的的 細胞的過程，又稱細胞的過程，又稱去分化去分化。 由高度由高度液泡化液泡化的的薄壁薄壁 細胞細胞形

3、成具有形成具有分生分生能能 力的力的未分化未分化的組織。的組織。 脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在激素誘導脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在激素誘導 重新分化成根或芽等器官的過程。重新分化成根或芽等器官的過程。 1 1、定義：、定義： 具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞， 都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。 2 2、原因：、原因： 生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺全套遺 傳物質(zhì)傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因全部基因 二、細胞的全能性二、細胞的全能性

4、3 3、差異：、差異： （1 1）與細胞分化呈反比，分化程度低全能性反而高。）與細胞分化呈反比，分化程度低全能性反而高。 （2 2）受精卵）受精卵最高最高，生殖細胞，生殖細胞較高較高，體細胞，體細胞低低 受精卵受精卵生殖細胞生殖細胞體細胞體細胞 4 4、大小：、大小： 植物細胞動物細胞植物細胞動物細胞 注意：生物體內(nèi)的細胞不表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同注意：生物體內(nèi)的細胞不表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同 的組織器官的組織器官 激素：激素：細胞分裂素細胞分裂素和和生長素生長素。兩者用量的比例。兩者用量的比例 影響植物細胞的發(fā)育方向。影響植物細胞的發(fā)育方向。 生長素生長素/ /細胞分裂素細胞分裂素:

5、 :比值高時，有利于比值高時，有利于根根的分化；的分化； 生長素生長素/ /細胞分裂素細胞分裂素: :比值低時，有利于比值低時，有利于芽芽的分化；的分化； 生長素生長素/ /細胞分裂素細胞分裂素: :比值適中，促進比值適中，促進愈傷組織的形成愈傷組織的形成。 三、植物體細胞雜交三、植物體細胞雜交 概念：概念：將不同種植物的體細胞，在一定條件下融合將不同種植物的體細胞，在一定條件下融合 成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術(shù)。成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術(shù)。 1 1、去除細胞壁（纖維素酶、果膠酶）后得到的是原生質(zhì)體、去除細胞壁（纖維素酶、果膠酶）后得到的是原生質(zhì)體 物理物

6、理 ：離心：離心、振動振動、電電刺激刺激 化學化學: : 聚乙二醇聚乙二醇(peg)(peg) 2 2、兩個原生質(zhì)體發(fā)生融合兩個原生質(zhì)體發(fā)生融合， 首先是什么融合首先是什么融合？利用了？利用了 什么原理？什么原理？什么方法？什么方法？ 細胞膜細胞膜細胞膜的流動性細胞膜的流動性 3 3、植物細胞融合成功標志是什么？、植物細胞融合成功標志是什么？雜種細胞產(chǎn)生新的細胞壁雜種細胞產(chǎn)生新的細胞壁 4 4、形成了、形成了雜種細胞雜種細胞后后，如何才能得到雜種植株？如何才能得到雜種植株？ 植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 脫分化脫分化再分化再分化 雜雜 種種 植植 株株 融合融合 的原的原 生質(zhì)生質(zhì) 體體abab

7、再再 生生 出出 細細 胞胞 壁壁 脫脫 分分 化化 愈愈 傷傷 組組 織織 再再 分分 化化 植物細胞的融合植物細胞的融合植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 植物細胞植物細胞a a 原生質(zhì)體原生質(zhì)體b b 原生質(zhì)體原生質(zhì)體a a雜雜 種種 細細 胞胞 abab 去去 壁壁 去去 壁壁 人人 工工 誘誘 導導 方法？方法？ 促進融合促進融合 的方法？的方法？ 植物細胞植物細胞b b 植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交技術(shù)植物體細胞雜交技術(shù) 所屬所屬 范疇范疇 原理原理 步驟步驟 意義意義 聯(lián)系聯(lián)系 無性繁殖無性繁殖 細胞全能性細胞全能性 脫分化脫分化 再分化再分化 保持優(yōu)良性狀保持優(yōu)良性狀 繁殖速度

8、快、大規(guī)模生產(chǎn)繁殖速度快、大規(guī)模生產(chǎn) 提高經(jīng)濟效益提高經(jīng)濟效益 雜交技術(shù)應用了組織培養(yǎng)雜交技術(shù)應用了組織培養(yǎng) 克服不同種生物克服不同種生物 遠源雜交的障礙遠源雜交的障礙 去除細胞壁去除細胞壁 融合形成雜種細胞融合形成雜種細胞 組織培養(yǎng)組織培養(yǎng) 膜流動性、細胞全能性膜流動性、細胞全能性 染色體變異、基因重組染色體變異、基因重組 問題問題1：為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級雜種超級雜種 植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番 茄地下結(jié)馬鈴薯？茄地下結(jié)馬鈴薯？ 主要原因：主要原因：生物基因的表達不是孤立的，它們之間生物基因的表達不是孤立的，它們之間 是相

9、互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯番茄雜交番茄雜交 植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這 些些遺傳物質(zhì)的表達受到相互干擾遺傳物質(zhì)的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯，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，所以雜交或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達，所以雜交 植株不能地上長番茄地下結(jié)馬鈴薯。植株不能地上長番茄地下結(jié)馬鈴薯。 意義：意義：打破了植物遠緣雜交不親和的障礙，打破了植物遠緣雜交不親和的障礙， 擴大了用于雜交的親本組合范圍。擴大了用于雜交的親本組合范圍。 繁殖植物的新途徑繁殖植物的新途徑 微型繁殖

10、微型繁殖 作物脫毒作物脫毒 人工種子人工種子 育種新方法育種新方法 單倍體育種單倍體育種 誘導突變體誘導突變體 細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn) （一）微型繁殖技術(shù)（也稱快速繁殖技術(shù)）（一）微型繁殖技術(shù)（也稱快速繁殖技術(shù)） 一、一、 植物繁殖的新途徑植物繁殖的新途徑 病毒容易沿植物體的病毒容易沿植物體的維管組織維管組織傳播，而傳播，而分分 生組織區(qū)中生組織區(qū)中缺乏缺乏維管維管系統(tǒng)，因此不含病毒。系統(tǒng)，因此不含病毒。 故選用分生組織進行植物組織培養(yǎng)可以讓故選用分生組織進行植物組織培養(yǎng)可以讓 培育出來的植物不會或極少感染病毒。培育出來的植物不會或極少感染病毒。 分生組織常見分布在莖尖、根尖

11、。分生組織常見分布在莖尖、根尖。 1.1.作物脫毒的原因作物脫毒的原因: : 2.2.作物脫毒的材料作物脫毒的材料: : 3.3.作物脫毒的方法作物脫毒的方法: : 4.4.作物脫毒的結(jié)果作物脫毒的結(jié)果: : 長期進行無性繁殖的作物，易積累感染長期進行無性繁殖的作物，易積累感染 的病毒的病毒，導致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差，導致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差 分生區(qū)（如莖尖）的細胞分生區(qū)（如莖尖）的細胞 進行莖尖組織培養(yǎng)進行莖尖組織培養(yǎng) 獲得脫毒苗獲得脫毒苗 5.5.成就成就: : （二）作物脫毒（二）作物脫毒 脫毒的馬鈴薯、草莓、菠蘿、甘蔗、香蕉脫毒的馬鈴薯、草莓、菠蘿、甘蔗、香蕉 （三）神奇的人工種子（三）神

12、奇的人工種子 1 1）培育周期長）培育周期長 2 2）優(yōu)良雜種的后代會發(fā)生性狀分離而喪失其）優(yōu)良雜種的后代會發(fā)生性狀分離而喪失其 優(yōu)良特性優(yōu)良特性 3 3）生產(chǎn)會受到季節(jié)、氣候和地域的限制，并）生產(chǎn)會受到季節(jié)、氣候和地域的限制，并 且需要占用大量的土地實現(xiàn)制種且需要占用大量的土地實現(xiàn)制種 胚狀體 植物的胚：受精卵發(fā)育形成的幼小植植物的胚：受精卵發(fā)育形成的幼小植 物體，是種子最重要的部分。物體，是種子最重要的部分。 胚芽：胚芽：位于胚的頂端，發(fā)育為植物的地上部分位于胚的頂端，發(fā)育為植物的地上部分 胚軸：胚軸： 胚根：胚根：發(fā)育成植物的主根，形成植株的根系發(fā)育成植物的主根，形成植株的根系 子葉：子

13、葉： 胚芽和胚根之間，與子葉相連，以后形成胚芽和胚根之間，與子葉相連，以后形成 根莖相連的部分，幫助子葉破土而出。根莖相連的部分，幫助子葉破土而出。 胚具胚具1片子葉的，稱單子葉植物（它的營養(yǎng)片子葉的，稱單子葉植物（它的營養(yǎng) 主要來自胚乳），如玉米，主要來自胚乳），如玉米， 具具2片子葉的，稱雙子葉植物（它的營養(yǎng)主要片子葉的，稱雙子葉植物（它的營養(yǎng)主要 來自子葉），如花生來自子葉），如花生 胚胚 （一）單倍體育種（一）單倍體育種 二 作物新品種的培育 秋水仙素秋水仙素 （二）突變體的利用 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) 核移植核移植 動物細胞工

14、動物細胞工 程常用技術(shù)程常用技術(shù) 動物細胞工程 一、動物細胞培養(yǎng)一、動物細胞培養(yǎng) 1. 1.概念：概念：從動物有機體中從動物有機體中取出取出 相關(guān)的組織相關(guān)的組織, ,將它將它分散分散成單個細胞成單個細胞, , 然后放在適宜的培養(yǎng)基中然后放在適宜的培養(yǎng)基中, ,讓這些讓這些 細胞細胞生長和增殖生長和增殖。 2.2.動物細胞的培養(yǎng)過程動物細胞的培養(yǎng)過程 幼齡動物幼齡動物 剪碎組織剪碎組織 胰蛋白酶處理胰蛋白酶處理 細胞培養(yǎng)細胞培養(yǎng) 分散成單個細胞分散成單個細胞 取幼齡動物組織塊取幼齡動物組織塊 細胞貼壁：細胞貼壁：培養(yǎng)貼附性細胞時候，細胞要能夠培養(yǎng)貼附性細胞時候，細胞要能夠貼附貼附于底于底 物上

15、才能生長繁殖。物上才能生長繁殖。 接觸抑制接觸抑制：貼壁細胞分裂生長到表面相互貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸接觸時，細胞時，細胞 就會就會停止停止分裂增殖。分裂增殖。 原代培養(yǎng)：原代培養(yǎng)：動物組織消化后的初次培養(yǎng)。包括培養(yǎng)的動物組織消化后的初次培養(yǎng)。包括培養(yǎng)的 第第1代細胞與傳了代細胞與傳了10代以內(nèi)的細胞。代以內(nèi)的細胞。 傳代培養(yǎng)：傳代培養(yǎng)：將原代細胞從培養(yǎng)瓶中取出，配制成細胞懸將原代細胞從培養(yǎng)瓶中取出，配制成細胞懸 浮液，浮液，分裝分裝到兩個或兩個以上的培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)，稱到兩個或兩個以上的培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)，稱 為傳代培養(yǎng)。為傳代培養(yǎng)。 細胞株：細胞株：原代細胞一般傳至原代細胞一般傳至10

16、代左右細胞生長停滯，大代左右細胞生長停滯，大 部分細胞衰老死亡，少數(shù)細胞存活到部分細胞衰老死亡，少數(shù)細胞存活到4050代，這種傳代代，這種傳代 細胞為細胞株。細胞為細胞株。 細胞系：細胞系：細胞株傳代至細胞株傳代至50代后又出現(xiàn)細胞生長停滯狀態(tài)，代后又出現(xiàn)細胞生長停滯狀態(tài)， 只有部分細胞由于遺傳物質(zhì)的改變，使其在培養(yǎng)條件下可只有部分細胞由于遺傳物質(zhì)的改變，使其在培養(yǎng)條件下可 以無限制傳代，這種傳代細胞為細胞系。以無限制傳代，這種傳代細胞為細胞系。 細胞貼壁現(xiàn)象細胞貼壁現(xiàn)象 細胞在貼壁生長細胞在貼壁生長 過程中過程中, ,隨著細胞分隨著細胞分 裂裂, ,數(shù)量不斷增加數(shù)量不斷增加, , 最后形成單

17、層細胞最后形成單層細胞, , 此時細胞間相互接此時細胞間相互接 觸觸, ,細胞分裂和生長細胞分裂和生長 停止。停止。 接觸抑制接觸抑制 動物胚胎或幼齡動物的組織、器官動物胚胎或幼齡動物的組織、器官 細胞懸浮液細胞懸浮液 胰蛋白酶胰蛋白酶 1010代細胞代細胞 原代培養(yǎng)原代培養(yǎng) 5050代細胞代細胞 細胞株細胞株 無限傳代無限傳代 細胞系細胞系 傳代培養(yǎng)傳代培養(yǎng) 單個細胞單個細胞 加培養(yǎng)液加培養(yǎng)液 （分裝前）（分裝前） 比較項目比較項目植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng) 原理原理 培養(yǎng)基性質(zhì)培養(yǎng)基性質(zhì) 培養(yǎng)基特有成培養(yǎng)基特有成 分分 培養(yǎng)結(jié)果培養(yǎng)結(jié)果 培養(yǎng)目的培養(yǎng)目的 細胞的全能性

18、細胞的全能性 細胞增殖細胞增殖 固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基 液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基 蔗糖蔗糖 植物植物 激素激素 葡萄糖葡萄糖 動物動物 血清血清 植物體植物體 細胞株、細胞系細胞株、細胞系 快速繁殖、快速繁殖、 培育培育 無病毒植株無病毒植株 獲得細胞或細獲得細胞或細 胞分泌蛋白胞分泌蛋白 二、動物細胞融合二、動物細胞融合 概念：概念： 指兩個或多個動物細胞指兩個或多個動物細胞結(jié)合結(jié)合形形 成一個細胞的過程。成一個細胞的過程。 結(jié)果：結(jié)果： 形成單核的雜交細胞形成單核的雜交細胞 原理：原理： 細胞膜的流動性細胞膜的流動性 誘導誘導 方法：方法： 物理法：離心、振動、電激物理法：離心、振動、電激 化學

19、法：聚乙二醇（化學法：聚乙二醇（peg)peg) 生物法：滅活的病毒生物法：滅活的病毒 細胞核 病毒顆粒 細胞核 滅活的病毒顆粒黏附在細胞表面 細胞膜被病毒顆粒穿過 細胞膜連接 細胞融合，形成雜種細胞 病毒表面含有的病毒表面含有的糖蛋白糖蛋白和一些酶能夠與和一些酶能夠與 細胞膜上的細胞膜上的糖蛋白糖蛋白發(fā)生作用，使細胞相互凝發(fā)生作用，使細胞相互凝 集，細胞膜上的蛋白質(zhì)分子和脂質(zhì)分子重新集，細胞膜上的蛋白質(zhì)分子和脂質(zhì)分子重新 排布，細胞膜打開，細胞發(fā)生融合。排布，細胞膜打開，細胞發(fā)生融合。 滅活：滅活：是指用是指用物理或化學物理或化學手段使病毒失手段使病毒失 去感染細胞的能力，但是并不破壞病毒的

20、抗去感染細胞的能力，但是并不破壞病毒的抗 原結(jié)構(gòu)。原結(jié)構(gòu)。 注意：注意：動物細胞的融動物細胞的融 合也需要把多個兩種細合也需要把多個兩種細 胞放在一起，讓它們隨胞放在一起，讓它們隨 機融合后，再從中篩選機融合后，再從中篩選 雜交細胞。雜交細胞。 意義：意義：突破了有性雜交方法的局限，突破了有性雜交方法的局限， 使使遠緣雜交遠緣雜交（種間、屬間、科間、動植物（種間、屬間、科間、動植物 之間）之間）成為可能成為可能。 長期以來，為了獲得抗體，采用的是把長期以來，為了獲得抗體，采用的是把某某 種抗原種抗原反復注射到動物體內(nèi)，然后從反復注射到動物體內(nèi)，然后從動物血動物血 清清中分離出所需抗體的方法。用

21、這種方法獲中分離出所需抗體的方法。用這種方法獲 得的抗體，不僅得的抗體，不僅產(chǎn)量低產(chǎn)量低，而且抗體的，而且抗體的特異性特異性 差，純度低差，純度低，反應不夠靈敏。，反應不夠靈敏。 將能夠產(chǎn)生特定抗體的將能夠產(chǎn)生特定抗體的b b淋巴細胞淋巴細胞和具和具 有無限增殖能力的有無限增殖能力的骨髓瘤骨髓瘤細胞融合在一起，細胞融合在一起， 形成形成雜交瘤細胞。雜交瘤細胞。 注射抗原注射抗原 b b淋巴淋巴 細胞細胞 骨髓瘤細胞骨髓瘤細胞 融合融合 專一抗體專一抗體 檢驗陽性檢驗陽性 選擇性培養(yǎng)基篩選選擇性培養(yǎng)基篩選 克隆化克隆化 單克隆抗體單克隆抗體 專一抗體檢驗陽性專一抗體檢驗陽性 用有限稀釋法進用有限

22、稀釋法進 行單克隆，再專行單克隆，再專 一抗體檢驗陽性一抗體檢驗陽性 克隆化克隆化 5 5、單克隆抗體的概念：、單克隆抗體的概念： 由單個由單個b b淋巴細胞進行淋巴細胞進行無性繁殖無性繁殖形成的細胞群，形成的細胞群， 產(chǎn)生的化學性質(zhì)產(chǎn)生的化學性質(zhì)單一單一、特異性強特異性強的抗體。的抗體。 6 6、單克隆抗體的優(yōu)點：、單克隆抗體的優(yōu)點： 特異性強、靈敏度高、產(chǎn)量大特異性強、靈敏度高、產(chǎn)量大 單克隆抗體的應用單克隆抗體的應用 1 1、診斷試劑、診斷試劑 2 2、運載藥物、運載藥物“生物導彈生物導彈” 準確、高效、簡易、快速準確、高效、簡易、快速 抗抗人絨毛膜促性腺激素人絨毛膜促性腺激素單克隆抗體

23、單克隆抗體 在受精后不久，胎盤滋養(yǎng)層細胞就會分泌在受精后不久，胎盤滋養(yǎng)層細胞就會分泌人人 絨毛膜促性腺激素絨毛膜促性腺激素(hcg)，是由受孕婦女體內(nèi)胎，是由受孕婦女體內(nèi)胎 盤產(chǎn)生的一種糖蛋白類激素，在孕婦的尿液中大盤產(chǎn)生的一種糖蛋白類激素，在孕婦的尿液中大 量存在。而在非妊娠婦女尿液中幾乎不含有。量存在。而在非妊娠婦女尿液中幾乎不含有。 甲胎蛋白（甲胎蛋白（afp）是一種特異性較強的腫瘤是一種特異性較強的腫瘤 標志物，用甲胎蛋白作為標志物，用甲胎蛋白作為抗原抗原免疫小鼠，制備免疫小鼠，制備 抗抗afp單克隆抗體單克隆抗體，并與含有放射性同位素的標，并與含有放射性同位素的標 記物連接，單克隆抗

24、體攜帶放射性標記物通過記物連接，單克隆抗體攜帶放射性標記物通過 全身血液滲透到所有組織。由于腫瘤細胞表面全身血液滲透到所有組織。由于腫瘤細胞表面 的的afp會和單克隆抗體特異性的結(jié)合，所以放射會和單克隆抗體特異性的結(jié)合，所以放射 性同位素標記物就不斷積累在腫瘤上。通過一性同位素標記物就不斷積累在腫瘤上。通過一 定的顯影技術(shù)就可以發(fā)現(xiàn)腫瘤所在。定的顯影技術(shù)就可以發(fā)現(xiàn)腫瘤所在。 生物導彈：生物導彈： 用用癌細胞癌細胞作為作為抗原抗原，免疫小鼠，制備，免疫小鼠，制備抗抗癌癌 細胞細胞單克隆抗體單克隆抗體，并與抗癌藥物連接，便制成，并與抗癌藥物連接，便制成 了生物導彈，注入患者體內(nèi)，借助單克隆抗體了生物導彈，注入患者體內(nèi)，借助單克隆抗體 的的導向作用導向作用，將藥物定向帶到癌細胞所在位置，將藥物定向帶到癌細胞所在位置， 在原位殺死癌細胞。這樣既不損傷正常細胞，在原位殺死癌細胞。這樣既不損傷正常細胞， 又減少了藥劑的用量。又減少了藥劑的用量。 四、動物體細胞核移植技術(shù)和克隆動物四、動物體細胞核移植技術(shù)和克隆動物 核移植核移植：是將動物的一個細胞的細胞核是將動物的一個細胞的細胞核, ,移入移入一個一個 已經(jīng)已經(jīng)