高中生物选修细胞工程
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30
第七节 进展与展望
❖ 一 诱导子在植物细胞工程研究中的应用 ❖ 二 前体饲喂 ❖ 三 两相法培养 ❖ 四 转基因技术在次级代谢产物中的应用 ❖ 五 植物生物转化技术与生物制药
31
❖ 五 动物细胞培养的基本方法
因素
❖ 六 动物细胞大量培养的方法和操作 方式
❖ 七 动物细胞生物反应器
❖ 六 植物细胞培养的生物反应器
❖ 八 动物细胞产品的纯化方法和质量 要求
❖ 九 动物细胞产品的制造实例 ❖ 十 动物细胞制药的前景与展望
❖ 七 进展与展望
1
第五章 植物细胞工程
2
第一节 基本概念
24
植物组织培养技术的流程
25
第五节 影响植物次级代谢产物积累的因素
❖ 一 外植体选择 ❖ 二 培养条件的影响
26
一 外植体选择
❖ 不同外植体的悬浮细胞培养物，其最 大次级代谢产物的累积时间各异。
27
二 培养条件的影响
❖ 1. 内在因素（菌种和营养条件） 接种和诱导，培养基
❖ 2. 外在因素（环境条件） 温度，搅拌，容器，光
❖ 1. 植物细胞的全能性 ❖ 2. 植物组织和器官培养 ❖ 3. 植物的分化 ❖ 4. 脱分化 ❖ 5. 再分化 ❖ 6. 植物无菌培养 ❖ 7. 细胞培养 ❖ 8. 分生组织培养 ❖ 9. 外植体 ❖ 10. 无性繁殖系 ❖ 11. 突变体 ❖ 12. 继代培养 ❖ 13. 次级代谢作用和次级代谢产物
❖ 2 碳源： 糖类，肌醇等 直接通过光合作用吸收CO2
20
3.植物生长调节物质 （1）生长素类: (例）在离体条件下胡萝卜体细胞胚的发育是一 个包括两个步骤的过程,每个步骤需要一种不同 的培养基。愈伤组织的建立和增殖所需要的是一 种含有生长素的培养，通常所用的生长素是2,4D,浓度范围0.5～1mg/L。在这样一种培养上,愈 伤组织的若干部位分化形成分生细胞团,称作“胚 性细胞团”。在增殖培养基上反复继代,胚性细胞 团的数量不断增加,但并不出现成熟的胚。然而, 如果把胚性细胞团转移到一种生长素含量很低或 完全没有生长素的培养上,它们就能发育为成熟 的胚。
动植物细胞区别
细胞壁、质体、液泡三部分是植物细胞
特
有的结构，动物细胞没有
14
三 植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分
❖ 1 生理活性物质 A酶 B 维生素 C 植物激素 D 抗生素和植物杀菌素
❖ 2 其他成分 A 生物碱 B 糖苷类 C 挥发油 D 有机酸
15
四 植物培养细胞的生理特性
❖ 延迟期：细胞数量不变，核酸及蛋白合成较快 ❖ 加速期：最大生长期，最大细胞浓度 ❖ 对数期：细胞数呈对数增加 ❖ 稳定期：细胞高液泡化，非常脆弱
❖ 一 植物材料的准备 ❖ 二 培养基及其组成 ❖ 三 培养方法
18
一 植物材料的准备
❖ 最重要的是无菌。 植物组织培养的外植体必须是无杂菌材料。
❖ 植物组织培养时表面处理的常用灭菌剂（表5-5） ❖ 不同器官的灭菌方式不同（表5-6）
19
二 培养基及其组成
❖ 1 无机盐： 大量元素：N, S, P, K, Mg, Ca, Cl, Na 微量元素：Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Ni等
22
4.氮源 氮源有还原态氮(NH4+)和氧化态氮(NO3-)两种 在以KNO3为唯一氮源(如White培养基)的培养上建
立起来的愈伤组织,去掉生长素以后不能形成胚。 5.维生素
23
三 培养方法
❖ 按培养基类型分为： 固体培养和液体培养
❖ 1. 分批培养法 ❖ 2. 半连续培养法 ❖ 3. 连续培养法 ❖ 4. 固定化培养法
物个体。
4
植物细胞分化
❖ 基因的差异性表达，即为细胞分化；具体表现为内 部生理变化和外部形态变化。
❖ 细胞分化使细胞功能趋于专门化，更有利于提高生 理功能的效率。因此,分化是进化的表现,越高级的 植物类群,分化水平越高,细胞分工越细,机体代谢水 平也越高。
5
❖ 细胞脱分化（dedifferentiation) 是指失去已分化细胞的典型特征，或消除了细胞分
在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞极性建 立的标志。
7
❖ 愈伤组织(callus)：脱分化后的细胞，往往经过细胞 分裂形成一团无特定结构和功能的松散的薄壁细胞 团。
❖ 外植体：用于植物组织（细胞）培养的器官或组织。
8
第二节 植物细胞工程发展简史（了解）
9
第三节 植物细胞的形态及生理特性
❖ 一 植物细胞的形态 ❖ 二 植物细胞的结构特征 ❖ 三 植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分 ❖ 四 植物培养细胞的生理特性
另： 吲哚乙酸
21
(2)细胞分裂素类: 既或促进也可抑制体细胞胚的发生,这主要取决于 植物的种类及其基因型。一般而言,细胞分裂素对
于促进体细胞胚的成熟有显著作用,特别有利于子
叶的发育。另外有研究表明,不同的外植体对于细
胞分裂素的需要可能具有不同的专一性,如在胡萝
卜的研究中发现,虽然激动素对胚胎发生过程表现 抑制作用,但浓度为0.1μM的玉米素却能促进这个 过程,而6-BA对胡萝卜则是促进其愈伤组织的增殖, 但不形成胚性愈伤组织。 植物组织的生长主要取决于生长素和分裂素。
细胞工程
❖ 动物细胞工程制药
❖ 植物细胞工程制药
❖ 一 概述
❖ 一 基本概念
❖ 二 植物细胞工程发展简史
❖ 二 动物细胞的形态和生理特性 ❖ 三 植物细胞的形态及生理特性
❖ 三 生产动物细胞的要求和获得 ❖ 四 植物细胞培养的基本技术
❖ 四 动物细胞的培养条件和培养基 ❖ 五 影响植物次级代谢产物积累的
工，使之回复到分生组织状态，或胚性细胞状态。 ❖ 细胞脱分化阶段 启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央伸
出细胞质丝，液泡蛋白体出现； 演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成
原质体； 脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞分裂
即将开始。 ❖ 一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，
10
一 植物细胞的形态
11
二 植物细胞的结构特征
细胞壁 细胞核 液泡 细胞质
洋葱表皮细胞显微结构
（质膜）
植物细胞的亚显微结构
12
模式 植物 细胞
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
模式植物细胞构造
胞间层
细胞壁
初生壁
次生壁
细胞膜
原生质体
细胞质 细胞器
后含物
细胞核 贮藏物质 晶体
质体 线粒体 液泡 内质网 核糖体 高尔基体
模式植物细胞是由细胞壁、原生质体、后含物三大部分组成13
取决于它在自然部位上所处的位置和生理状态。
6
❖ 细胞再分化（redifferentiation)：
脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在特定的条件 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，进一步发育成完整植物体的过 程。
❖ 极性：是指植物的器官、组织、甚至单个细胞 在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理 生化上的梯度差异。
16
植物组织培养和动物细胞培养的比较
比较项目
植物组织培养
动物细胞培养
原理
细胞的全能性 细胞增殖
培养基性质 固体培养基
液体培养基
培养基特有成分 蔗糖 植物激素 葡萄糖 动物血清
培养结果 植物体
细胞株、细胞系
培养目的
快速繁殖、培育无 获得细胞或细胞分 病毒植株、制造人 泌蛋白 工种子
17
第四节 植物细胞培养的基本技术
3
植物细胞全能性
❖ 在离体培养下，植物的体细胞或性细胞被诱导产生 器官分化和再生，成为具有与母体植株相同遗传信 息的植株的能力。
❖ 植物细胞全能性的相对性 ❖ 不是所有基因型的所有细胞在任何条件下都具有良
好的培养反应； ❖ 动、植物细胞全能性的表现程度存在明显差异。 ❖ 细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接产生植
❖ 3. 两步法培养
28
营养条件 外因
无机盐 有机物 激素 天然复合物
渗透压
影响因子
环境条件
酸碱度 湿度 温度
光照 遗传性状 内因 生理状态
29
第六节 植物细胞培养的生物反应器
❖ 一 机械搅拌式生物反应器 ❖ 二 鼓泡塔生物反应器 ❖ 三 气升式生物反应器 ❖ 四 转鼓式生物反应器 ❖ 五 固定化细胞生物反应器 ❖ 六 各种生物反应器性能比较
第七节 进展与展望
❖ 一 诱导子在植物细胞工程研究中的应用 ❖ 二 前体饲喂 ❖ 三 两相法培养 ❖ 四 转基因技术在次级代谢产物中的应用 ❖ 五 植物生物转化技术与生物制药
31
❖ 五 动物细胞培养的基本方法
因素
❖ 六 动物细胞大量培养的方法和操作 方式
❖ 七 动物细胞生物反应器
❖ 六 植物细胞培养的生物反应器
❖ 八 动物细胞产品的纯化方法和质量 要求
❖ 九 动物细胞产品的制造实例 ❖ 十 动物细胞制药的前景与展望
❖ 七 进展与展望
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第五章 植物细胞工程
2
第一节 基本概念
24
植物组织培养技术的流程
25
第五节 影响植物次级代谢产物积累的因素
❖ 一 外植体选择 ❖ 二 培养条件的影响
26
一 外植体选择
❖ 不同外植体的悬浮细胞培养物，其最 大次级代谢产物的累积时间各异。
27
二 培养条件的影响
❖ 1. 内在因素（菌种和营养条件） 接种和诱导，培养基
❖ 2. 外在因素（环境条件） 温度，搅拌，容器，光
❖ 1. 植物细胞的全能性 ❖ 2. 植物组织和器官培养 ❖ 3. 植物的分化 ❖ 4. 脱分化 ❖ 5. 再分化 ❖ 6. 植物无菌培养 ❖ 7. 细胞培养 ❖ 8. 分生组织培养 ❖ 9. 外植体 ❖ 10. 无性繁殖系 ❖ 11. 突变体 ❖ 12. 继代培养 ❖ 13. 次级代谢作用和次级代谢产物
❖ 2 碳源： 糖类，肌醇等 直接通过光合作用吸收CO2
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3.植物生长调节物质 （1）生长素类: (例）在离体条件下胡萝卜体细胞胚的发育是一 个包括两个步骤的过程,每个步骤需要一种不同 的培养基。愈伤组织的建立和增殖所需要的是一 种含有生长素的培养，通常所用的生长素是2,4D,浓度范围0.5～1mg/L。在这样一种培养上,愈 伤组织的若干部位分化形成分生细胞团,称作“胚 性细胞团”。在增殖培养基上反复继代,胚性细胞 团的数量不断增加,但并不出现成熟的胚。然而, 如果把胚性细胞团转移到一种生长素含量很低或 完全没有生长素的培养上,它们就能发育为成熟 的胚。
动植物细胞区别
细胞壁、质体、液泡三部分是植物细胞
特
有的结构，动物细胞没有
14
三 植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分
❖ 1 生理活性物质 A酶 B 维生素 C 植物激素 D 抗生素和植物杀菌素
❖ 2 其他成分 A 生物碱 B 糖苷类 C 挥发油 D 有机酸
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四 植物培养细胞的生理特性
❖ 延迟期：细胞数量不变，核酸及蛋白合成较快 ❖ 加速期：最大生长期，最大细胞浓度 ❖ 对数期：细胞数呈对数增加 ❖ 稳定期：细胞高液泡化，非常脆弱
❖ 一 植物材料的准备 ❖ 二 培养基及其组成 ❖ 三 培养方法
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一 植物材料的准备
❖ 最重要的是无菌。 植物组织培养的外植体必须是无杂菌材料。
❖ 植物组织培养时表面处理的常用灭菌剂（表5-5） ❖ 不同器官的灭菌方式不同（表5-6）
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二 培养基及其组成
❖ 1 无机盐： 大量元素：N, S, P, K, Mg, Ca, Cl, Na 微量元素：Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Ni等
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4.氮源 氮源有还原态氮(NH4+)和氧化态氮(NO3-)两种 在以KNO3为唯一氮源(如White培养基)的培养上建
立起来的愈伤组织,去掉生长素以后不能形成胚。 5.维生素
23
三 培养方法
❖ 按培养基类型分为： 固体培养和液体培养
❖ 1. 分批培养法 ❖ 2. 半连续培养法 ❖ 3. 连续培养法 ❖ 4. 固定化培养法
物个体。
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植物细胞分化
❖ 基因的差异性表达，即为细胞分化；具体表现为内 部生理变化和外部形态变化。
❖ 细胞分化使细胞功能趋于专门化，更有利于提高生 理功能的效率。因此,分化是进化的表现,越高级的 植物类群,分化水平越高,细胞分工越细,机体代谢水 平也越高。
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❖ 细胞脱分化（dedifferentiation) 是指失去已分化细胞的典型特征，或消除了细胞分
在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞极性建 立的标志。
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❖ 愈伤组织(callus)：脱分化后的细胞，往往经过细胞 分裂形成一团无特定结构和功能的松散的薄壁细胞 团。
❖ 外植体：用于植物组织（细胞）培养的器官或组织。
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第二节 植物细胞工程发展简史（了解）
9
第三节 植物细胞的形态及生理特性
❖ 一 植物细胞的形态 ❖ 二 植物细胞的结构特征 ❖ 三 植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分 ❖ 四 植物培养细胞的生理特性
另： 吲哚乙酸
21
(2)细胞分裂素类: 既或促进也可抑制体细胞胚的发生,这主要取决于 植物的种类及其基因型。一般而言,细胞分裂素对
于促进体细胞胚的成熟有显著作用,特别有利于子
叶的发育。另外有研究表明,不同的外植体对于细
胞分裂素的需要可能具有不同的专一性,如在胡萝
卜的研究中发现,虽然激动素对胚胎发生过程表现 抑制作用,但浓度为0.1μM的玉米素却能促进这个 过程,而6-BA对胡萝卜则是促进其愈伤组织的增殖, 但不形成胚性愈伤组织。 植物组织的生长主要取决于生长素和分裂素。
细胞工程
❖ 动物细胞工程制药
❖ 植物细胞工程制药
❖ 一 概述
❖ 一 基本概念
❖ 二 植物细胞工程发展简史
❖ 二 动物细胞的形态和生理特性 ❖ 三 植物细胞的形态及生理特性
❖ 三 生产动物细胞的要求和获得 ❖ 四 植物细胞培养的基本技术
❖ 四 动物细胞的培养条件和培养基 ❖ 五 影响植物次级代谢产物积累的
工，使之回复到分生组织状态，或胚性细胞状态。 ❖ 细胞脱分化阶段 启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央伸
出细胞质丝，液泡蛋白体出现； 演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成
原质体； 脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞分裂
即将开始。 ❖ 一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，
10
一 植物细胞的形态
11
二 植物细胞的结构特征
细胞壁 细胞核 液泡 细胞质
洋葱表皮细胞显微结构
（质膜）
植物细胞的亚显微结构
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模式 植物 细胞
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
模式植物细胞构造
胞间层
细胞壁
初生壁
次生壁
细胞膜
原生质体
细胞质 细胞器
后含物
细胞核 贮藏物质 晶体
质体 线粒体 液泡 内质网 核糖体 高尔基体
模式植物细胞是由细胞壁、原生质体、后含物三大部分组成13
取决于它在自然部位上所处的位置和生理状态。
6
❖ 细胞再分化（redifferentiation)：
脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在特定的条件 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，进一步发育成完整植物体的过 程。
❖ 极性：是指植物的器官、组织、甚至单个细胞 在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理 生化上的梯度差异。
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植物组织培养和动物细胞培养的比较
比较项目
植物组织培养
动物细胞培养
原理
细胞的全能性 细胞增殖
培养基性质 固体培养基
液体培养基
培养基特有成分 蔗糖 植物激素 葡萄糖 动物血清
培养结果 植物体
细胞株、细胞系
培养目的
快速繁殖、培育无 获得细胞或细胞分 病毒植株、制造人 泌蛋白 工种子
17
第四节 植物细胞培养的基本技术
3
植物细胞全能性
❖ 在离体培养下，植物的体细胞或性细胞被诱导产生 器官分化和再生，成为具有与母体植株相同遗传信 息的植株的能力。
❖ 植物细胞全能性的相对性 ❖ 不是所有基因型的所有细胞在任何条件下都具有良
好的培养反应； ❖ 动、植物细胞全能性的表现程度存在明显差异。 ❖ 细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接产生植
❖ 3. 两步法培养
28
营养条件 外因
无机盐 有机物 激素 天然复合物
渗透压
影响因子
环境条件
酸碱度 湿度 温度
光照 遗传性状 内因 生理状态
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第六节 植物细胞培养的生物反应器
❖ 一 机械搅拌式生物反应器 ❖ 二 鼓泡塔生物反应器 ❖ 三 气升式生物反应器 ❖ 四 转鼓式生物反应器 ❖ 五 固定化细胞生物反应器 ❖ 六 各种生物反应器性能比较