1、 细胞工程是指应用细胞工程是指应用细胞生物学细胞生物学和和分子生物学分子生物学的的原理和方法，通过某种工程学手段，在原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平细胞整体水平或或细胞器水平细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来上的操作，按照人们的意愿来改变细胞改变细胞内的遗传物质内的遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。细胞工程细胞工程理论基础理论基础操作水平操作水平目的目的优点优点细胞整体水平或细胞器水平细胞整体水平或细胞器水平细胞生物学和分子生物学细胞生物学和分子生物学改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品按照人类的意愿定向
2、改造生物遗传性状按照人类的意愿定向改造生物遗传性状克服远缘杂交不亲和障碍克服远缘杂交不亲和障碍主 要 理主 要 理论 基 础论 基 础 植植物物细细胞胞工工程程基 本 技 术基 本 技 术植物组织培养技术植物组织培养技术植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术植物细胞的全能性植物细胞的全能性1、植物组织培养技术的理论基础是植物组织培养技术的理论基础是植物细胞具有全能性（1）细胞的全能性概念细胞的全能性概念 具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，即每个细胞都具有全能性。（2）为什么细胞具有全能性呢为什么细胞具有全能性呢（物质基础）（物质基础）？每个细胞具有发育成完整个
3、体所需的全部遗传信 息（基因）。（3）为什么每个细胞都具有发育成完整个为什么每个细胞都具有发育成完整个体的全部遗传信息呢？体的全部遗传信息呢？生物体每一个体细胞都是一个受精卵经有丝分 裂产生的。（4）生物的哪种细胞最容易发育生物体生物的哪种细胞最容易发育生物体（全能性最高全能性最高）？受精卵生殖细胞体细胞;植物细胞动物细胞体细胞：分化程度低的分化程度高的细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的幼嫩的衰老的（5）为什么体内细胞没有表现出全能性，）为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？而是分化成为不同的组织、器官？基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生
4、物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。（6）植物细胞全能性表达需要什么条）植物细胞全能性表达需要什么条件呢？件呢？处于离体状态；一定的营养物质、激素和其他外界条件12345再分化再分化(愈伤组织愈伤组织)6脱分化脱分化(胚状体胚状体)2 2、植物组织培养技术、植物组织培养技术愈伤组织：愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的、细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的、无定形状态的具有分生能力薄壁细胞无定形状态的具有分生能力薄壁细胞。已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而变成未分
5、化的细胞。和功能而变成未分化的细胞。脱分化：脱分化：再分化再分化：脱分化生产的愈伤组织继续进行培养，又可以重脱分化生产的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官的过程。新分化成根或芽等器官的过程。切取切取形成层形成层无菌无菌接种接种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（3 3）植物组织培养的条件）植物组织培养的条件无机营养成分：无机盐离子无机营养成分：无机盐离子有机营养成分：有机营养成分：氮源：氮源：包括维生素和氨基酸包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%2%5%5%的的蔗糖溶液蔗糖溶液，调节渗透压调节渗透压 琼脂：琼
6、脂：起支持作用起支持作用 激素：激素：生长素、细胞分裂素和赤霉素生长素、细胞分裂素和赤霉素PHPH值：值：5.05.06.06.0植物组织培养的培养基成分及条件植物组织培养的培养基成分及条件植物组织培养中植物激素的作用植物组织培养中植物激素的作用离体的植物器官、组织或细胞（外植体）离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体脱分化脱分化再分化再分化无菌无菌营养营养一定的外界条件一定的外界条件植物激素植物激素遮光遮光一定的光照一定的光照芽发育成叶，芽发育成叶，叶肉细胞中叶叶肉细胞中叶绿素的合成需绿素的合成需要光照要光照植物组织培养中的条件控制植物组织培养中的条件控
7、制微型繁殖：微型繁殖：繁殖快，可大批量生产保持亲本的优良性状繁殖快，可大批量生产保持亲本的优良性状不受季节的限制不受季节的限制 培养周期短培养周期短 取材少取材少应用应用组织培养技术组织培养技术，快速繁殖快速繁殖优良品种植物优良品种植物作物脱毒作物脱毒 以植物的茎尖等以植物的茎尖等分生区分生区（无病毒或极少）（无病毒或极少）为材料为材料进行植物组织培养得到脱毒苗。进行植物组织培养得到脱毒苗。人工种子人工种子胚状体胚状体（不定芽、顶芽、腋芽（不定芽、顶芽、腋芽）+单倍体育种单倍体育种方法方法:优点优点:花药离体培养花药离体培养+秋水仙素处理秋水仙素处理明显缩短育种年限；后代通常是纯合体。明显缩短
8、育种年限；后代通常是纯合体。突变体的利用突变体的利用新新品种品种外植体外植体愈伤组织愈伤组织 多种多种突变体突变体筛选筛选脱分化脱分化再分化再分化转基因植物的培育转基因植物的培育植物体细胞杂交植物体细胞杂交转基因细胞转基因细胞转基因转基因植物植物植物组织培养植物组织培养转基因技术转基因技术植物细胞植物细胞植物细胞融合植物细胞融合杂种细胞杂种细胞杂种植物杂种植物植物组织培养植物组织培养不同植不同植物细胞物细胞细胞产物细胞产物:技术技术:蛋白质蛋白质,脂肪脂肪,糖类糖类,药物药物,香料香料,生物碱等。生物碱等。植物的组织培养植物的组织培养愈伤组织细胞培养愈伤组织细胞培养 将两个来自将两个来自不同植
9、物的体细胞不同植物的体细胞融合成一融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物新的植物体体的过程。的过程。2、植物体细胞杂交技术、植物体细胞杂交技术（1 1）概念：）概念：（2 2）过程：）过程：植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养去壁方法：去壁方法：酶解法酶解法（纤维素酶、果胶酶等）（纤维素酶、果胶酶等）融合方法融合方法：物理法物理法：离心、振动、电刺激等：离心、振动、电刺激等 化学法化学法：聚乙二醇（：聚乙二醇（PEGPEG）融合的基础：融合的基础：细胞膜的流动性细胞膜的流动性获得杂种植株获得杂种植株植物细胞融合、植物组织培养植物细胞融合、植
10、物组织培养再生出细胞壁再生出细胞壁（3 3）植物体细胞杂交的方法原理）植物体细胞杂交的方法原理杂交完成的标志：杂交完成的标志：融合成功的标志：融合成功的标志：技术手段：技术手段：（4 4）植物体细胞杂交的优点及问题）植物体细胞杂交的优点及问题 优点优点：（与有性杂交方法比较）与有性杂交方法比较）问题：问题：1.1.克服远缘杂交不亲和克服远缘杂交不亲和障碍；障碍；2.2.大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。并不一定能让杂种植物按照人们的需要表并不一定能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良现出亲代的优良。成功的案例成功的案例植物组织培养植物组织培养植物体细胞
11、杂交技术植物体细胞杂交技术所属所属范畴范畴原理原理步骤步骤意义意义联系联系无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持亲本优良性状保持亲本优良性状快速繁殖、大规模生产快速繁殖、大规模生产提高经济效益提高经济效益体细胞杂交技术最终要应用组织培养来获得杂种植株体细胞杂交技术最终要应用组织培养来获得杂种植株克服不同种生物远源杂交克服不同种生物远源杂交不亲和的障碍不亲和的障碍去除细胞壁去除细胞壁融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞组织培养组织培养膜流动性膜流动性细胞全能性细胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组(2013(2013重庆高考重庆高考)某兴趣小组拟用组织培养繁殖一
12、种某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为名贵花卉，其技术路线为“取材取材消毒消毒愈伤组织愈伤组织培养培养出芽出芽生根生根移栽移栽”。下列有关叙述，错误。下列有关叙述，错误的是的是()A.A.消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害少消毒剂对细胞的伤害B.B.在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞获得染色体加倍的细胞C.C.出芽是细胞再分化的的结果，受基因选择性表出芽是细胞再分化的的结果，受基因选择性表达的调控达的调控 D.D.生根时，培养基通常应含生根时，培养
13、基通常应含萘乙酸等生长素萘乙酸等生长素类调节剂类调节剂 (2015(2015太原模拟太原模拟)植物组织培养的过程如下图所示。请分析并回答：植物组织培养的过程如下图所示。请分析并回答：离体的组离体的组,织或器官织或器官AA愈伤组织愈伤组织BB胚状体胚状体CC植株植株(1)B(1)B、C C过程是通过细胞的过程是通过细胞的_、_实现的。实现的。(2)(2)胚状体根据其来源不同，可以分为胚状体根据其来源不同，可以分为“体细胞胚体细胞胚”和和“花粉胚花粉胚”。用花药离体培养可获得用花药离体培养可获得“花粉胚花粉胚”，同种植物的花粉胚与体细胞，同种植物的花粉胚与体细胞胚在染色体数目上的主要区别是胚在染色
14、体数目上的主要区别是_。如果用如果用_处理二倍体植株的花粉胚，能获得可育的植株，处理二倍体植株的花粉胚，能获得可育的植株，该过程是该过程是_育种中不可缺少的步骤。育种中不可缺少的步骤。在一定条件下培养离体细胞可以形成体细胞胚进而发育成完整的在一定条件下培养离体细胞可以形成体细胞胚进而发育成完整的植株，其根本原因是每个细胞都含有植株，其根本原因是每个细胞都含有_，这一，这一过程体现了过程体现了_。分裂分裂(或增值或增值)分化分化花粉胚细胞种的染色体数目使体细胞胚的一半花粉胚细胞种的染色体数目使体细胞胚的一半秋水仙素秋水仙素单倍体单倍体本物种的全套基因本物种的全套基因(或全或全套遗传信息套遗传信息
15、)植物细胞的全能性植物细胞的全能性(3)植物组织培养得到的胚状体经过人工薄膜包装可以获得植物组织培养得到的胚状体经过人工薄膜包装可以获得“人工种子人工种子”，由，由“人工种子人工种子”萌发出的植株是否可育？萌发出的植株是否可育？_。(4)微型繁殖培育无病毒草莓时，一般选取茎尖或根尖作为外微型繁殖培育无病毒草莓时，一般选取茎尖或根尖作为外植体，其依据是植体，其依据是_。(5)在培养过程中，愈伤组织在培养基中未形成根，但形成了在培养过程中，愈伤组织在培养基中未形成根，但形成了芽，其原因可能是芽，其原因可能是培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量
16、比例不合理比例不合理(或培养基中生长素类物质用量与细胞分裂或培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低，合理即可素类物质用量的比值偏低，合理即可)由花粉培养发育的植株一半不可育由花粉培养发育的植株一半不可育,由体细胞经过组织培养发由体细胞经过组织培养发育的植株是可育的育的植株是可育的)茎尖茎尖(或根尖或根尖)病毒极少病毒极少,甚至无毒甚至无毒1.(2015河北衡水大联考河北衡水大联考)美国科学家将分离得到的成熟的胡美国科学家将分离得到的成熟的胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整的萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整的新植株，过程图解如下，回答与之有关
17、的问题：新植株，过程图解如下，回答与之有关的问题：(1)科学家所用的这种生物科学家所用的这种生物技术叫做技术叫做_，依据的理论基础是植物细依据的理论基础是植物细胞具有胞具有_性。性。过过程程 称 为称 为 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，过 程 称 为过 程 称 为_，C经经_和和_过程形成过程形成D。(2)通过通过过程产生的愈伤组织细胞与根的韧皮部细胞在染色体过程产生的愈伤组织细胞与根的韧皮部细胞在染色体的数目上是否相同？的数目上是否相同？_。染色体上所含的遗传物质是否。染色体上所含的遗传物质是否相 同？相 同？_ _ _ _ _ _ _
18、_ _ _ _。细 胞 的 形 态 结 构 是 否 相 同？。细 胞 的 形 态 结 构 是 否 相 同？_。(3)(3)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入_，同时，同时在培养过程中，除必需的温度、光照和氧气等外界条件外，在培养过程中，除必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成 功 的 另 一 个 关 键 是 操 作 过 程 必 须 保 证成 功 的 另 一 个 关 键 是 操 作 过 程 必 须 保 证_。(4)(4)从育种的角度来看，植物组织培养与有性繁殖相比，从
19、育种的角度来看，植物组织培养与有性繁殖相比，优势主要有优势主要有(列举两条列举两条)：_、_。(5)(5)与植物组织培养的培养基相比，用于动物细胞培养的与植物组织培养的培养基相比，用于动物细胞培养的培养液除含有水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸等之培养液除含有水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸等之外，通常还要添加外，通常还要添加_。答案答案(1)(1)植物组织培养全能植物组织培养全能 脱分化再分化脱分化再分化 细胞分裂细胞分裂 细胞分化细胞分化(2)(2)相同相同不同相同相同不同(3)(3)植物植物激素无菌激素无菌(4)(4)能保持母本的优良性状培养周期短，能保持母本的优良性状培养周期短，
20、繁殖效率高繁殖效率高(5)(5)动物血清动物血清(基础基础)u动物细胞工程常用技术：动物细胞工程常用技术：从动物机体中取出相从动物机体中取出相关关组织组织，将它分散成，将它分散成单单个细胞个细胞,放在适宜的放在适宜的培养培养基基中，让这些细胞中，让这些细胞生长生长和增殖和增殖。（1 1）概念）概念：（2 2）原理：）原理：细胞增殖细胞增殖1 1、动物细胞培养、动物细胞培养定义：定义：人们通常将动人们通常将动物组织物组织消化后消化后的的初次初次培养培养称为原代培养。称为原代培养。胰蛋白酶处理胰蛋白酶处理取出组织取出组织胚胎或幼龄动物器官组织胚胎或幼龄动物器官组织剪碎剪碎单个细胞单个细胞细胞悬液细
21、胞悬液转入培养瓶内培养转入培养瓶内培养（贴壁生长贴壁生长、接触抑制接触抑制）原代培养原代培养原代培养原代培养去掉组织去掉组织间蛋白间蛋白加培养液加培养液50代以后代以后 失去接失去接 触抑制触抑制接触抑制接触抑制部分细胞突变，获部分细胞突变，获得不死性，向癌细得不死性，向癌细胞方向发展，糖蛋胞方向发展，糖蛋白减少。白减少。定义：定义：将将接触抑制的细胞分离稀释接触抑制的细胞分离稀释，并从原培养瓶，并从原培养瓶内内转接到新的培养瓶内转接到新的培养瓶内，这个过程称这个过程称传代培养传代培养。（即（即分瓶培养的过程分瓶培养的过程）出现接触抑制出现接触抑制（4 4）动物细胞培养条件）动物细胞培养条件含
22、未知成分，促进细含未知成分，促进细胞顺利的生长、增殖胞顺利的生长、增殖离体培养的细胞对离体培养的细胞对微生物和有毒物质微生物和有毒物质没有防御能力没有防御能力比较项目比较项目原理原理培养基性质培养基性质培养基特有成分培养基特有成分培养结果培养结果培养目的培养目的植物组织培养植物组织培养动物细胞培养动物细胞培养细胞的全能性细胞的全能性固体培养基固体培养基蔗糖蔗糖 植物激素植物激素完整植物体完整植物体快速繁殖、育种和快速繁殖、育种和生产细胞产物等生产细胞产物等细胞增殖细胞增殖液体培养基液体培养基葡萄糖葡萄糖 动物血动物血清清细胞群体细胞群体获得细胞或细胞获得细胞或细胞分泌蛋白等分泌蛋白等（5 5）
23、植物组织培养、动物细胞培养的比较）植物组织培养、动物细胞培养的比较（6 6）动物细胞培养技术的应用）动物细胞培养技术的应用生物制品生物制品的生产的生产 如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体用作基因工程的用作基因工程的受体细胞受体细胞检测检测有毒物质有毒物质，判断某种物质的毒性，判断某种物质的毒性 细胞的细胞的生理、药理、病理生理、药理、病理研究研究 如用于筛选抗癌药物如用于筛选抗癌药物 克隆动物克隆动物(用核移植得到的动物用核移植得到的动物)动物动物的全能性的全能性（4 4）种类）种类体细胞核移植体细胞核移植胚胎细胞核移植胚胎细胞核移植（难度较高）（难度较高）（5 5）
24、（体）细胞核移植的过程）（体）细胞核移植的过程（比较容易）（比较容易）（6 6）应用）应用加快家畜加快家畜遗传改良遗传改良进程，促进进程，促进优良畜群繁育优良畜群繁育保护保护频危物种频危物种克隆器官，作克隆器官，作异体移植的供体异体移植的供体克隆动物作为生物反应器，生产克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白医用蛋白研究研究胚胎发育及衰老过程胚胎发育及衰老过程（7 7）存在问题）存在问题成功率非常成功率非常低低存在存在健康问题健康问题对克隆动物食品的对克隆动物食品的安全性问题安全性问题也存有争议也存有争议克隆动物做克隆动物做疾病模型疾病模型3、动物细胞融合、动物细胞融合 有些细胞的融合是正常的生命
25、活动。如有些细胞的融合是正常的生命活动。如在在自然条件下自然条件下，精子与卵细胞精子与卵细胞的结合。的结合。两个细胞正在融合两个细胞正在融合 受精作用受精作用A细胞细胞B细胞细胞人工诱导人工诱导（1 1）动物）动物细胞融合的概念细胞融合的概念：杂交细胞杂交细胞 诱导方法：诱导方法：物理法：离心、振动、电激物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEG)生物法：生物法：灭活的病毒灭活的病毒(特有特有）（2 2）过程：）过程：动物细胞动物细胞A A动物细胞动物细胞B B诱导诱导融合融合杂种细胞杂种细胞AB有丝分裂有丝分裂多核体多核体（3 3）原理：）原理：细胞膜的流动性细胞膜的
26、流动性（5 5）应用：）应用：（4 4）意义：）意义：主要用于制备单克主要用于制备单克隆抗体隆抗体获得杂种植株获得杂种植株用途用途物理、化学方法物理、化学方法（同左）（同左）物理（离心、振物理（离心、振动、电激）动、电激）化学（化学（聚乙二醇聚乙二醇）诱导融合的方法诱导融合的方法使细胞使细胞分散后分散后诱诱导细胞融合导细胞融合去除细胞壁后去除细胞壁后诱诱导原生质体融合导原生质体融合细胞融合前处理细胞融合前处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、植物细胞植物细胞全能性全能性原理原理动物细胞融合动物细胞融合植物体细胞杂交植物体细胞杂交比较项目比较项目植物体细胞杂交、动物细胞
27、融合的比较植物体细胞杂交、动物细胞融合的比较抗体：抗体：能够与抗原发生特能够与抗原发生特异性结合的异性结合的免疫球蛋白免疫球蛋白。能产生抗体的细胞是能产生抗体的细胞是浆细浆细胞（即胞（即效应效应B B淋巴细胞淋巴细胞）。）。（1 1）单克隆抗体的概念）单克隆抗体的概念 用用单个单个B B淋巴细胞淋巴细胞进行克隆，得到的细胞群能进行克隆，得到的细胞群能够分泌一种够分泌一种化学性质单一、特异性强的抗体化学性质单一、特异性强的抗体，这种，这种抗体就叫做抗体就叫做单克隆抗体单克隆抗体。B B淋巴细胞淋巴细胞（能分泌抗体，不能无限增殖）（能分泌抗体，不能无限增殖）骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞（能无限增殖，不能分
28、泌抗体）能无限增殖，不能分泌抗体）杂交瘤细胞杂交瘤细胞动物细胞融合技术动物细胞融合技术单克隆单克隆抗体抗体（能无限增殖和分泌抗体）（能无限增殖和分泌抗体）B-BB-B 、B-B-瘤瘤 、瘤瘤-瘤瘤 、B B、瘤、瘤第一次筛选第一次筛选:用选择性培用选择性培养基养基,只有只有杂交瘤细胞杂交瘤细胞才能存活才能存活获得产生相应获得产生相应抗体的抗体的B B细胞细胞第二次筛选：第二次筛选：选能产生选能产生专一抗体专一抗体的杂交瘤细胞的杂交瘤细胞阳性孔阳性孔动物细胞融合技术的原理细胞膜的流动性细胞膜的流动性动物细胞培养技术的原理细胞增殖细胞增殖（6）过程：）过程：B淋巴细胞淋巴细胞骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞诱导诱导融合融合B-B细胞细胞B-瘤细胞瘤细胞瘤瘤-瘤细胞瘤细胞选择培养选择培养杂交瘤细胞杂交瘤细胞（B-瘤细胞）瘤细胞）克隆化培养克隆化培养阳性检测阳性检测杂交瘤细胞杂交瘤细胞体外培养体外培养小鼠腹腔内增殖小鼠腹腔内增殖单单克克隆隆抗抗体体（5）制备单克隆抗体的原理：）制备单克隆抗体的原理：体内培养体内培养
