第一章绪论细胞工程CellEngineering教材课程.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1细胞工程(Cell Engineering) 课程初步安排：第一章 绪论 第二章 植物细胞工程的理论基础 第三章 实验室配置及基本技术： 第四章 植物组织器官培养技术 第五章 植物细胞培养及次生代谢产物生产 第六章 原生质体培养和体细胞杂交 第七章 人工种子 第八章 植物种质资源离体超低温保存 第九章动物组织培养 第十章动物细胞融合与单克隆抗体 第十一章动物组织与胚胎工程 第十二章试管动物与克隆动物 第十三章微生物细胞工程 教材与参考书n植物细胞工程原理与技术，中国农业大学出版社，2001n组织工程，杨志明，化学工业出版社，2002n植物细胞工程，朱至清，化学工业出版社，2002n动物细胞工程，徐永华，化学工业出版社，2002n细胞工程，李志勇，科学出版社，2003n植物细胞工程 谢从华 柳俊主编,高等教育出版社，2004n细胞工程 安利国主编，科学出版社出版，2005一 定义 n细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过类似于工程学的步骤，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以获得新型生物或一定细胞产品的一门综合性科学技术。

n广义的细胞工程包括所有的生物组织、器官及细胞离体操作和培养技术，狭义的细胞工程则是指细胞融合和细胞培养技术 根据研究生物类型不同，细胞工程可分为动物细胞工程、植物细胞工程、微生物细胞工程 动物细胞工程包括：细胞培养技术（包括组织培养、器官培养）；细胞融合技术；胚胎工程技术 （核移植、胚胎分割等）；克隆技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆） 植物细胞工程包括：植物组织、器官培养技术；细胞培养技术；原生质体融合与培养技术；亚细胞水平的操作技术等根据实验操作对象可分为：细胞与组织培养细胞融合细胞核移植染色体操作转基因生物等以细胞工程为基础，发展派生了不少以工程冠名的新领域：组织工程胚胎工程染色体工程1、细胞与组织培养细胞培养（cell culture）和组织培养（tissue culture）都属于体外培养（in vitro culture），是指生物细胞和组织在离体条件下的生长和增殖是细胞工程的最基本技术 试管植物2、细胞融合 细胞融合（cell fusion）又称细胞杂交（cell hybridization），是指两个或两个以上的细胞融合形成一个细胞的过程 3、细胞核移植(nuclear transplantation) 利用显微操作技术将细胞核与细胞质分离，然后再将不同来源的核与质重组，形成杂种细胞。

n体细胞克隆羊 多莉 277次乳腺细胞核移植实验； 获得29个发育为8细胞的“胚”； 13头代孕母亲； 1996年7月5日，羊羔6LL3，被命名为“多莉”单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*17全球首只克隆猫和“妈妈”在一起 世界第一只克隆宠宠物 北京第2头头克隆牛诞诞生 生命源于牛耳细细胞英国培育出新型转基因克隆猪 （1）既然绵羊的体细胞可以被成功地克隆成一个新的个体，是否意味着人类也可以克隆自己呢？ （2）是否应该允许进行克隆人的实验？时代封面故事“争论克隆人” 多利于1996年7月5日出生，2003年2月14日死亡维尔穆特领导培育的世界上第一只体细胞克隆动物-克隆羊“多利”于2003年2月因肺部感染而死亡患关节炎时的多利克隆有缺陷 克隆鼠突然“发发福”4、染色体工程(chromosome engineering ) 把单个的染色体或染色体组转入或移出受体细胞，从而形成新的染色体组合和遗传构成5、胚胎工程(embryonic engineering) 以生殖细胞和胚胎细胞为对象进行的操作，主要技术包括体外受精、胚胎切割、胚胎移植等2002年5月24日，广西大学动物繁殖研究所宣布，研究人员于5月中旬成功地繁殖了一只胚胎细胞克隆兔。

这只克隆兔出生时重82克，如今体重增长数倍，看上去发育良好与一般实验动 物相比，兔子与人类的生理更加接近，克隆兔的成功诞生，有助于人类医学研究出生近两周的克隆兔(前)与同日出生的普通兔(后)相比，体形上要大许多世界首例冷冻冻克隆牛胚胎移植犊犊牛在莱阳农农学院降生6、干细胞与组织工程 干细胞（stem cell）是动物体内具有分化潜能，并能自我更新的细胞，分为胚胎干细胞和组织干细胞胚胎干细胞来自囊胚期的细胞团，属于全能干细胞，每个细胞可以发育成为完整的个体组织干细胞存在于成体组织中，属单能或多能干细胞，可以定向分化为一种或几种不同的组织 组织工程是在干细胞的基础上发展起来的，将干细胞与材料科学相结合，将自体或异体的干细胞经体外扩增后种植在预先构建好的聚合物骨架上，在适宜的生长条件下干细胞沿聚合物骨架迁移、铺展、生长和分化，最终发育具有特定形态及功能的工程组织人工培养的肌肉曹谊林教授在小鼠身上培育的人耳 如果能够消除体细胞的“记忆”，它们就有可能恢复到胚胎细胞的状态科学家称之为把细胞“重编程”把通过“重编程”得到的干细胞在不同的环境条件下进行培养，就能得到各种分化细胞人们通常把这种利用体细胞制造胚胎干细胞，分化后再移植回人体的技术称作“治疗性克隆”。

盛慧珍教授（右二）正在指导学生做实验 二.植物细胞工程的发展1、植物细胞工程的概念 植物细胞工程是一门以植物组织和细胞的离体操作为基础的实验性学科它是以植物组织细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良品种或创造新物种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质的过程统称为植物细胞工程2、植物细胞工程的发展历史探索阶段（1902-1929） 1902年，德国植物学家Haberlandt提出了高等植物的器官和组织可以不断分割，直至分到单个细胞的观点他认为，如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么可以通过植物细胞培养，把单个细胞培养成一个新个体 在此思想指导下，许多科学家从事组织培养研究. 1904年，德国植物胚胎学家Hanning 用萝卜和辣根的胚进行离体培养，提早长成了小植株，首次获得胚培养成功 成熟 发芽常规，幼胚 种子 植物 培养 组织培养 幼胚 植株 1922年，Knudson 对兰花幼胚进行培养获得幼苗，克服了兰花种子发芽难的困难 1922，Kotte和Robbins对豌豆、玉米、棉花等的茎尖、根尖进行了离体培养。

发现了培养的分生组织只能进行有限的生长 1925年，Laibach 进行亚麻种间杂种幼胚培养，成功地得到了杂种植物证明了胚培养在植物远源杂交中利用的可能性 培养技术建立阶段（1930-1959） 作为一门技术，它必须具有一定的程序性也就是说，它应该具有一定的技术模式在这一阶段，植物组织培养建立了两个与培养技术有关的重要模式，一是培养基模式，二是激素调控模式 1934年，White 等用番茄根尖的组织培养，建立了第一个活跃生长的无性繁殖系1934年，Gautheret 培养山毛柳、黑杨的形成层组织，获得愈伤组织形成 1937年，White 和Went 等分别发现B族维生素和吲哚乙酸（IAA）对培养的离体根生长具有重要作用 1937-1938年，Gautheret 在1934年培养山毛柳、黑杨成功获得愈伤组织的基础上，在培养柳树的培养基中，加入IAA 和B族维生素等，使形成层的生长大为增加 1937-1938年，Nobecourt 培养胡萝卜根和马铃薯的块茎薄壁组织，获得愈伤组织将愈伤组织置于琼脂培养基上继续培养，可无限发生细胞增殖，形成愈伤组织首次从液泡化的薄壁细胞建立愈伤组织培养物 White、Gautheret、Nobecourt 等科学家被誉为植物组织培养的奠基人。

在此基础上建立了植物组织培养的综合培养基，包括无机盐成分、有机成分和生长刺激因素这是随后创立的各种培养基的基础，同时也建立了植物组织培养的基本方法，成为当今各种植物组织培养的技术基础 40年代末开始，进行从脱分化细胞组织培养进入探讨器官再分化的研究 脱分化细胞（组织、器官） 再分化愈伤组织 不定芽 植株 不定根 脱分化：离体培养条件下，一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生组织细胞状态或胚性细胞的状态的过程就是细胞脱分化 再分化：脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在特定的条件（离体培养）下，重新恢复细胞分化能力，并经历器官发生形成单极性的芽或根，或经历胚胎发生形成双极性的胚状体，进一步发育成完整生物体，这一过程称为细胞再分化 1957年Skoog和Miller提出了植物激素控制器官形成的概念，指出通过改变培养基中生长素和细胞分裂素的比率，可以控制器官的分化，即生长素和细胞分裂素高促进根的分化，低促进茎和芽的分化 1958年，Steward 和Reinert以胡萝卜根的悬浮细胞诱导分化成完整的小植株，发现了体细胞胚，为细胞离体培养中研究形态发生机制开拓了新的领域应用研究阶段（1960- ）1、原生质体培养和细胞融合。

1971年，Takebe 等从烟草原生质体得到再生植株，首次获得原生质体植株再生成功 1972年，Carlson 等通过两个烟草物种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种植株 1978年，Melchers进行了马铃薯和番茄的融合实验，获得了第一个属间杂种植株 到目前为止，组织培养、原生质体培养、细胞融合已在许多植物上获得再生成功2、微繁技术 1960年，Morel提出了利用茎尖离体快速繁殖兰花的方法，在此基础上，国际上建立了兰花工业，取得了巨大的经济效益和社会效益3、花药培养技术 1973年，Nitch采用花药预培养的方法，首次获得了烟草花粉植株4、次生产物生产 3、 植物细胞工程的任务（1）研究植物器官、组织和细胞在离体培养条件下，所需要的有机营养、无机营养、植物激素等培养条件和刺激因素 （2）研究植物器官、组织和细胞，在离体培养条件下，所需的温度、湿度和光照等环境条件3）研究植物的不同生理年龄、遗传组成（基因型）在离体培养条件下，形态发生的规律4）研究离体培养条件下再生植株群体的遗传稳定性和变异性三、动物细胞工程发展史细胞融合现象的发现 19世纪30年代，Muller, Schwann, Virchow等相继在肺结核、天花、水痘、麻疹等病理组织中观察到多核细胞现象；1849年Lobing在骨髓中也发现了多核现象的存在；1855年1858年，科学家们在肺组织和各种正常组织及发尖和坏死部位都发现了多核细胞；1859年，A. Barli在研究黏虫的生活史时发现，某些黏虫存在着由单个细胞核融合形成多核的原生质团的情况。

据此，他认为多核细胞是由单个细胞彼此融合而形成的至此，自然界中广泛存在着多核细胞的事实，才被生命科学工作者接受 动物细胞培养技术的建立1907年，Harrison首先培养了蛙胚神经管区细胞，并观察到从中长出的轴突细胞（神经纤维），他的工作被认为是动物细胞培养开始的标志；1911年，Carrel发现了鸡胚浸出液对于培养细胞的生长促进作用，并首次把无菌技术引入组织培养技术中1914年，Thomson建立了器官培养技术1940年，1951年，Earle和Gay分别建立了c3H小鼠结缔组织细胞系的L系和人体细胞系人体宫颈癌Hela细胞系 A.Carrel 细胞融合技术的建立和杂交瘤技术的诞生 1958年, Okada发现紫外灭活仙台病毒可引起艾氏腹水瘤细胞彼此融合60年代，Harris(1965)诱导不同动物体细胞融合获得成功并培养存活Lifflefield(1964)根据亲本细胞的酶缺陷型，利用HAT选择性培养基能使亲本细胞死亡而只留下异型融合细胞，并能不断地增殖，从此形成了细胞融合到杂种细胞选择、培养的一整套技术1975年，免疫学家Kohler和Milstein利用仙台病毒诱导绵羊红细胞免疫的小鼠脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，选择到能分泌单一抗体的杂种细胞。

该杂种细胞具有在小鼠体内和体外培养条件下大量繁殖的能力，。