1、第1页，共84页。70 70年代末，德国科学家米尔赫年代末，德国科学家米尔赫(G.Melehers)(G.Melehers)等成功地把两种不等成功地把两种不同的植物同的植物马铃薯和西红柿的马铃薯和西红柿的体细胞融合在一起，获得具有以体细胞融合在一起，获得具有以上两种植物遗传特性的新品种。上两种植物遗传特性的新品种。融合后的杂种细胞不仅能分裂，融合后的杂种细胞不仅能分裂，而且能分化，发育成一株完整的而且能分化，发育成一株完整的植株。新品种的问世，这一成就植株。新品种的问世，这一成就的意义是巨大的，无疑是对大自的意义是巨大的，无疑是对大自然的挑战。然的挑战。第2页，共84页。图中的“白菜甘蓝”是用
2、细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强和易于贮存等优点。第3页，共84页。第4页，共84页。无菌室、超净台器具、培养基生物材料试验人员第5页，共84页。第6页，共84页。生化分析鉴定 基因产物、次生代谢物自然条件下的细胞融合现象70年代末，德国科学家米尔赫(G.植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较植物药：人参皂苷、迷迭香酸、小檗碱愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄壁细胞组成的组织。通过施加化学、生物或物理等诱导细胞融合的因素，提高不同基因型细胞的融合频率并使之形成单核杂种细胞大量元素、微量
3、元素、铁盐、有机物愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄壁细胞组成的组织。酶抑制剂来自动物体液或利用组织分离提取的一类培养基，如血浆、血清、淋巴液、组织和胚胎浸出液动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础 异核体 杂种细胞第7页，共84页。第8页，共84页。第9页，共84页。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出形成的，还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。生物学家们就这个问题展开了激是由神经细
4、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。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出神经组的脊索中分离出神经组织，把它放在织，把它放在青蛙的凝固的淋巴液中培养青蛙的凝固的淋巴液中培养。蝌蚪的神经组织存活了好。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。哈里森的实验不仅解决几周，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，而且开创了了神经纤维的起源问题，而且开创了动物组织培养的先河动物组织培养的先河。此后，在许多科学家的不懈努力下，此
5、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逐渐发展不断改进并逐渐发展成为成为动物细胞培养动物细胞培养。第10页，共84页。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:指从动物有机体中指从动物有机体中取出相关的取出相关的组织组织,将它将它分散分散成单个成单个细胞细胞,然后然后,放在适放在适宜的培养基中宜的培养基中,让让这些这些细胞生长细胞生长和和增增殖殖。第11页，共84页。“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
6、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。第12页，共84页。第13页，共84页。第14页，共84页。第15页，共84页。第16页，共84页。第17页，共84页。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含有动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞网络起来形成质，将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组具有一定弹性和韧性的组织和器官。织和器官。（分解弹性纤维）（分解弹性纤维）
7、第18页，共84页。第19页，共84页。动物胚胎或幼龄动物动物胚胎或幼龄动物的组织、器官的组织、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第20页，共84页。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第21页，共84页。第22页，共84页。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缺陷型温度敏感性基因缺陷互补第23页，共84页。荧光标记示意图第24页，共84页。动物细胞融
8、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）第25页，共84页。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、器官的潜能第26页，共84页。第27页，共84页。三、细胞的前处理 细胞壁结构的差异需要有选择标记，标记
9、主要通过诱变获得1、无菌外植体的获得愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄壁细胞组成的组织。环境治理 二噁英、海洋浮油花粉、药隔、药壁、花丝显微镜下细胞融合的过程3、单倍体育种的优越性去除细胞壁后诱导原生质体融合70年代末，德国科学家米尔赫(G.香料：香草素、可可香素、菠萝风味剂对数期细胞的细胞壁中肽聚糖的含量最低，对溶菌酶也最敏感。融合后的杂种细胞不仅能分裂，而且能分化，发育成一株完整的植株。能产生大量均一细胞，增殖速度快氨基酸生产菌育种 谷氨酸生产菌B5培养基 铵浓度低，适合双子叶尤其是木本植物第28页，共8
10、4页。第29页，共84页。预想一下，克隆人技术路线？预想一下，克隆人技术路线？第30页，共84页。第31页，共84页。第32页，共84页。第33页，共84页。第34页，共84页。第35页，共84页。第36页，共84页。第37页，共84页。第38页，共84页。第39页，共84页。离体的植物器官、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，高度液泡化的（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）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第40页，
11、共84页。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第41页，共84页。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试管苗培养基中的试管苗第42页，共84页。第43页，共84页。去壁去壁机械法机械法酶促法酶促法第44页，共84页。第45页，共84页。第46页，共84页。植物体细胞杂交应用研究植物体细胞杂交应用研究 第47页，共84页。第48页，共84页。第49页，共84页。第50页，共
12、84页。第51页，共84页。第52页，共84页。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二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为大，倍体气孔、花、果实和种子比二倍体者为大，叶肉较厚，茎秆也较粗壮叶肉较厚，茎秆也较粗壮第53页，共84页。三倍体无子西瓜的培育过程三倍体无子西瓜的培育过程第54页，共84页。第55页，共84页。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，染色体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，所以极易发现所产上的每个基因都能显示相应的性状，所以极易发现所产
13、生的突变，尤其是隐性突变，在表型上可以直接表现出生的突变，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、进行染色体遗来，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第56
14、页，共84页。第57页，共84页。第58页，共84页。第59页，共84页。第60页，共84页。第61页，共84页。第62页，共84页。快速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第63页，共84页。第64页，共84页。试管苗大规模培养第65页，共84页。培育脱毒作物微茎尖培养珠心组织培养热处理第66页，共84页。第67页，共84页。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、玉米、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功，但由于水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成
15、功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。成本较高，中国尚未应用于生产。紫草紫草紫草素紫草素 愈伤组织愈伤组织第68页，共84页。第69页，共84页。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第70页，共84页。眼虫（含叶绿体）眼虫（含叶绿体）第71页，共84页。第72页，共84页。第73页，共84页。第74页，共84页。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第75页，共84页。第76页，共84页。第77页，共84页。第78页，共84页。第79页，共84页。第80页，共84页。第81页，共84页。第82页，共84页。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、小檗碱第83页，共84页。第84页，共84页。
