细胞工程一轮复习)ppt课件.ppt

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 1 细 胞 工 程 应用的原理和方法 研究的水平 研究的目的 细胞生物学和 分子生物学 细胞水平或细 胞器水平 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 概念 分类 植物细胞工程 动物细胞工程 2 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 3 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 4 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 5 4 全能性高低

2、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 6 1 概念 在在无菌无菌和人工控制条件下 将和人工控制条件下 将离体 离体的的植物器官 组织 细植物器官 组织 细 胞胞 培养在人工配制的培养基上 给予适宜的培养 培养在人工配制的培养基上 给予适宜的培养条件条件 诱导其 诱导其 产生愈伤组织 丛芽 最终形成完整的植株 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 4 繁殖对象 体细胞 无性繁殖 生殖细胞 有性繁殖 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 7 离体的植物器官 组织或细胞 愈伤组织 胚状体 丛芽 植

3、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 无定形状态的薄 壁细胞 无叶绿 体 不进行光合作 用 8 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 9 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a

4、a 10 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 11 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 12 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 13 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

5、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 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 14 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 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 15 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

6、 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 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 16 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 内形成的结构 17 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

7、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 18 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 2 取材 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 19 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

8、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 20 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 40 50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 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 21 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 获得细胞 或细胞

9、分泌蛋白 葡萄糖 动物血清 液体培养基 细胞增殖 动物细胞培养 22 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 23 体细胞 培养 取出核 甲牛乙牛 M 卵 母细胞 去除核 去核卵 母细胞 重组 卵细胞 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 体细胞群 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 24 8 克隆动物的研究意义

10、 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 25 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 诱导方式诱导方式 物理法物理法 化学法化学法 生物法生物法 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 26 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 不具有侵染繁殖性 但具有抗原性 物理法 化学法 原理 P52 融合的完成伴 随有丝分裂 27 5 植物 动物细胞融合的比较 主要用于制备 单克隆抗体 获得杂种植株用途 诱导方法 使细胞分散后诱 导细胞融合 去除细胞壁后

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