细胞工程 微生物细胞工程
细胞工程
Ⅱ、电融合：将双亲本原生质体以适当的溶液悬浮混合后， 插入微电极，接通一定的交变电场。原生质体极化后顺着电场 排列成紧密接触的珍珠串状。此时瞬间施以适当强度的电脉冲， 则使原生质体质膜被击穿而发生融合。
电激融合不使用有毒害作用的试剂，作用条件比较温和， 而且基本上是同步发生融合。
2012-6-10 11
22
细胞排列疏松而无 规则，是一种高度 液泡化的呈无定形 状态的薄壁细胞
细胞分裂素/生长素高时
分化出芽 细胞分裂素/生长素低时
2012-6-10
分化出根
23
2012-6-10
24
2012-6-10
试 管 苗 大 规 模 培 养
25
实例：非洲紫罗兰的组织培养：
2012-6-10
26
为什么运用植物组织培养技术能把植物 离体器官、组织或细胞培养成完整植物体？
④再生成正常细胞：
• 就是使原生质体重新长出细胞壁并促使细胞分 裂、核融合，恢复完整的细胞形态结构。 接种 于再生培养基，不同微生物的原生质体的最适 再生条件不同。但最重要的一个共同点是都需 要高渗透压。 细菌一般再生率为3-10%。
2012-6-10
12
⑷ 检出融合细胞
直接法将融合液涂布在不补充亲株生长需要的生长因 子的高渗再生培养基平板上，直接筛选出原养型重组 子； 间接法把融合液涂布在营养丰富的高渗再生平板上， 使亲株和重组子都再生成菌落，然后用影印法①将它 们复制到选择培养基上检出重组子。
细胞工程在生活中的应用
细胞工程在生活中的应用
细胞工程是一种新兴的技术，它可以在细胞水平上修改生物体的性状和功能。这项技术在生活中有许多应用，以下是几个例子：
1. 医学：细胞工程可以用于治疗各种疾病，包括癌症、心血管疾病、遗传疾病等。例如，科学家可以利用细胞工程技术生产人体内缺失的某些物质，如胰岛素、生长激素等。
2. 食品：细胞工程也可以用于生产更健康、更营养的食品。例如，科学家可以通过细胞工程生产含有更多营养成分的蔬菜和水果，或者生产更高效的肉类。
3. 环境保护：细胞工程可以用于解决环境问题。例如，科学家可以利用细胞工程技术生产能够快速降解污染物的微生物，或者生产更适应恶劣环境的植物。
4. 工业：细胞工程也可以用于生产更高效的工业产品。例如，科学家可以利用细胞工程技术生产更高效的酶，用于工业生产中的催化剂。
总之，细胞工程是一项非常重要的技术，可以在许多领域中发挥作用，为我们的生活带来更多的便利和发展机遇。
- 1 -
细胞工程知识点及重点难点总结
第一章绪论
1、细胞工程的概念，广义的细胞工程，狭义的细胞工程,
⏹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。
⏹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。
2、细胞工程的研究内容（研究生物类型,实验操作对象）
⏹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。
3、细胞工程的重要应用（植物、动物）
⏹植物细胞工程的应用：
脱毒和快速繁殖
细胞工程育种：利用培养变异，筛选优良突变体
利用远缘杂交幼胚培养，获得杂种植株，克服其杂交不亲和性
利用细胞融合技术,克服远缘杂交不亲和性
倍性育种
离体种质保存
细胞培养生产有用物质
⏹动物细胞工程的应用
动物细胞培养生产医药产品（单克隆抗体）
新品种培育
试管动物与婴儿
组织工程
珍稀动物资源的保存与保护
第二章细胞工程基础
1、细胞分化：个体细胞发育过程中，后代细胞在形态、结构和生理功能上发生差异的过程。
2、发育潜能：指细胞分化能力的强弱。
3、细胞全能性：指细胞具有发育成完整个体的潜能.
生物工程与细胞工程
生物工程与细胞工程
生物工程与细胞工程是当前领域中备受关注的研究方向。通过结合生物学、工程学和医学等学科知识，生物工程与细胞工程为人类的健康和生活质量提供了广阔的发展空间。本文将就生物工程与细胞工程的背景、应用和未来发展方向进行介绍。
一、背景
生物工程与细胞工程的发展始于上世纪的生物技术革命。随着人类对生物学的深入了解，科学家们开始将工程学的原理和方法应用于生物系统中。生物工程的目标是利用工程学的方法对生物系统进行修饰和控制，以实现对生物体的精确操控。而细胞工程则着重研究细胞的结构、功能和调控机制，通过对细胞进行改造和优化，为生物工程的实践提供基础。
二、应用领域
生物工程与细胞工程在多个领域中展现出巨大的潜力。以下是其中几个主要的应用领域：
1. 医学领域
生物工程与细胞工程在医学领域中有着广泛的应用。借助生物工程的手段，科学家可以通过基因编辑等技术来治疗一些遗传性疾病，例如通过修饰某些基因来增强人体的抵抗力。此外，细胞工程的发展也为组织工程学提供了基础，科学家们可以通过培养人工组织来修复受伤的器官或组织。
2. 农业领域
生物工程与细胞工程在农业领域中有着重要的应用。通过基因改良，科学家可以提高农作物的产量、抗病性和适应性。例如，转基因作物
的种植不仅可以减少农药的使用，还可以提高农作物的抗虫性和耐盐
碱性，从而提高农业生产效益。
3. 环境领域
生物工程和细胞工程在环境领域中也有着广泛的应用前景。通过利
用微生物的代谢能力，科学家可以开发出高效的污水处理技术和生物
燃料制造技术。此外，利用细胞工程的方法也可以提高工业废水的处
细胞工程(一)
通常是用玻璃或一次性塑料 C 实验室培养：多空板培养皿和培养瓶等小
容器
比表面积：单位质量物质的表面积（㎡/g）
2）悬浮培养：直接培养于培养基中，不需 要任何贴附表面，可在同期搅拌罐中培养 。
A 培养对象：极少数原代细胞适合悬浮培养 ，仅有造血细胞系、啮齿类的腹水和小细 胞肺癌。而大规模的动物细胞培养往往是 从适应悬浮培养开始的。
获得原代细胞的步骤： 解剖分离 培养液淋洗和切成碎片 再淋洗 酶法分离成单个细胞 离心分离后再培养
B 连续化培养
❖ 大多数细胞系在有限的代数内以不变的形 式增殖，当超过有限世代后，它们可能有 两种情况，一是衰老死亡，二是发育成永 久细胞系或称连续细胞系。
❖ 适应在体外培养条件下持续传代培养的细 胞称为传代细胞。
致死细胞：能在体外生存和增殖，但不能连续传代，往 往分裂几代或几十代后就会死亡。大多数细胞属于这 类细胞。
2、培养过程
1）动物细胞分离和传代培养过程 A 获得原代细胞 原代培养：从特定功能组织器官中分离后，
无法增殖或处于稳定传代培养前动物细胞 ，又叫初代细胞。 获得原代细胞是一系列细胞培养的第一步
B 培养方式：
实验室：采用小摇瓶和小转瓶形式
工业化生产（大规模培养）：通气搅拌罐
第二章 细胞工程第一节 细胞工程概述第二节 细胞工程基础知识
第二章细胞工程
第二章细胞工程
●第一节细胞工程概述
●第二节细胞工程基础知识
●第三节植物细胞工程
●第四节动物细胞工程
●第五节微生物细胞工程（略）
第一节细胞工程概述一、定义
●应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过类似工程学的步骤，在细胞或细胞器水平上，改变细胞内的遗传物质以获得新细胞或新种产品的一门综合性科学技术。
二、操作对象：
●细胞、受精卵、细胞器（原生质体、细胞核、染色体等）
三、主要内容：
●植物细胞工程
●动物细胞工程
●微生物细胞工程
第一节细胞工程概述四、关键技术
●无菌操作技术（非常严格）
●细胞培养技术（离体培养）
●细胞融合技术
五、重要应用
●优质植物快速培育与繁殖
●优质动物的快速繁殖
●生产活性产物和药品
●新型物种的培育
●器官修复和移植
●珍稀濒危动植物资源的保护
第一节细胞工程概述
六、基本原理
细胞的全能性（cell totipotency）：一个细
胞中包含着这种生物的全部遗传信息（基因），在适当的条件下可以发育成一个完整的生物体，这种潜在的能力——全能性
七、与其他生物工程的关系
基因工程
细胞
工程
酶工程
发酵
工程
产品
生化
工程
转
基
因
小结：细胞工程概述●一、定义
●二、操作对象：
●三、主要内容：
●四、关键技术
●五、重要应用
●六、基本原理
●七、与其他生物工程的关系
第二节细胞工程基础知识(复习) 一、细胞生物学基础
（一）细胞的结构与功能
真核细胞的基本结构
光镜下结构细胞膜
细胞质
细胞核
电
镜
下
结
构
膜相
结构
非膜
相结
构
细胞膜
内质网
高尔基复合体
线粒体
溶酶体
过氧化氢体
核膜
核糖体
中心粒
微管
微丝
中等纤维
细胞质基质
核仁
染色质
第五章细胞工程
(2) 灭菌
选择外观健康的外植体，尽可能除净外植 体表面的各种微生物是成功进行植物组织 培养的前提。消毒剂的选择和处理时间的 长短与外植体对所用试剂的敏感性密切相 关。通常幼嫩材料处理时间比成熟材料要 短些。
植物组织培养的培养基
定义：含有一定营养成分，供培养植物生长的基质
包括： ①矿质元素（大量元素和微量元素） ② 碳源：蔗糖 ③ 琼脂：凝固剂 ④ 植物激素：生长素，细胞分裂素 ⑤维生素和有机添加物
20世纪30年代，植物组织培养取得了长足的 进展。我国植物生理学创始人之一李继侗、 罗宗洛和罗士伟相继发现银杏胚乳和幼嫩 桑叶的提取液能分别促进离体银杏胚和玉 米根的生长，据此证明维生素和其他有机 物是培养基中不可缺少的重要组成成分。
1934年美国人White以西红柿根为材料，建立了第 一个能无限生长的植物组织组培物。
二、基本实验操作技术
（一）无菌操作技术
细胞工程的实验操作需要在无菌条件下进行，稍 有疏忽都可能引致污染，导致实验失败。无菌室 要定期用紫外线或化学试剂消毒，实验前后还应 各消毒一次。无菌室外有间缓冲室，实验人员在 此换鞋、更衣、戴帽，做好准备后方可进入无菌 室。应注意周围环境的卫生整洁。超净工作台是 最基本的实验设备，能满足较高的无菌要求。对 生物材料要进行彻底消毒与除菌，实验所用器械、 器皿和药品都应进行灭菌或除菌。
方法。由于这一系列方法的提出和建立， 促使原生质体融合实验蓬蓬勃勃开展起来。
03第三章 细胞工程2
• 他人的经验只可借 鉴。
（２）对外植体除菌
• 程序：外植体——自来水多次漂洗——消 毒剂处理——无菌水反复冲洗——无菌滤 纸吸干。
• 注意处理时间及试剂。
（3）培养基 成分：
• 富含基本成分，如：碳、氮、磷、钾、镁 等；
• 微量无机物，如：铁、锰、硼酸等
• 微量有机物，如：激动素、吲哚乙酸、肌 醇等；
3、 细胞融合技术
• 细胞融合：两个或多 个细胞相互接触后， 其细胞膜发生分子重 排，导致细胞合并。
• 主要过程： ① 制备原生质体：用酶将微生物及植物细 胞壁降解，动物细胞则无此障碍。
• ② 诱导细胞融合：两亲本细胞（原生质体） 悬浮液１：１混合，用聚乙二醇（ＰＥＧ） 或电激法促进融合。
③筛选杂合细胞：融合处理过的细胞液移 入选择培养基，融合细胞可生长，其它细 胞无法生长。
第三章 细胞工程
• 4学时 • 教学目的和要求：了解掌握细胞工程的基本含义及相关的基本技术知
识，掌握植物细胞工程、动物细胞工程、微生物细胞工程等相关知识。 • 教学重点和难点：细胞工程的基本含义及基本技术、植物细胞工程、
动物细胞工程。 • 教学方法与手段：课堂教学与自学相结合 • 第一节 细胞工程的基本知识 • 第二节 植物细胞工程 • 第三节 动物细胞工程 • 第四节 微生物细胞工程 • 复习与作业要求：自习为主 • 考核知识点：细胞工程的基本含义和基本技术，植物细胞工程、动物
细胞工程介绍
酵母菌
植物纤维细胞
植物表皮细胞
动物精子
细胞形态的多样性
2、细胞的结构
无论各种细胞的大小和形态有多大的差异，它们都由
一 一层具有一定生物学功能的细胞膜包裹在细胞外层。
、
概
根据细胞的内部结构，可将生物界的细胞分为两
述
大类：原核细胞和真核细胞
细菌、蓝藻和放线菌等由原核细胞构成的有机体称 为原核生物，几乎所有的原核生物都由单个原核细胞 构成，而由真核细胞构成的有机体则称为真核生物。
所有的细胞操作和遗传操作。
2、细胞工程按其对象不同，也可分为微生物细胞工程、
wk.baidu.com植物细胞工程和动物细胞工程。本章将主要介绍动物细胞
工程。
（三）细胞 1、细胞的大小与形态
一 、 概 述
各类细胞大小的比较
细胞类型 支原体细胞 细菌细胞 动植物细胞 原生动物细胞
直径大小（μ m） 0.1～0.3 1～2 20～30（10～50） 数百至数千
以一定条件，使已经分化并停止生长的细胞重新分
裂生长而形成的没有组织结构的细胞团。
一
13、细胞学说：一切动物和植物都是细胞的集合体，
、
细胞是生命的基本单位，动物和植物都是在细胞的
概 述
繁殖和分化中发育起来的。这一认识被称为细胞学
说。
14、植物细胞全能假说：植物体的每一个细胞，包
【教学】第三章-细胞工程
细胞重建
在融合因子介导下，使细胞质体与完整细胞合并，构成核
质杂种
整理课件
植物染色体工程
染色体加倍技术 单倍体育种 染色体非整倍改造
整理课件
染色体加倍
同源多倍体较二倍体形态更大，代谢活动增强 秋水仙素 破坏纺锤丝形成
整理课件
1. 人工诱导植物多倍体的意义
多倍体(polyploidy): 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，叶肉较厚，茎秆也较粗壮
整理课件
细胞融合步骤
细胞标记 抗药性、营养缺陷型、温度敏感型、紫外敏感型 制备原生质 植物和微生物 诱导细胞融合 同种细胞可自发融合，异种细胞须诱导 筛选杂合细胞 须在融合体再生后，进行几代的自然分离、
选择
整理课件
细胞拆合
通过物理或化学方法将细胞核质分开，然后将不 同来源的细胞质与细胞核重新组合，重建成核质 杂交细胞。
1）克服杂种分离，缩短杂交育种年限 2）排除显、隐性基因干扰，提高选择效率 3）单倍体是诱变育种的良好材料 4）能克服远缘杂交的不孕性，创造生物新类型 5）利用单倍体对栽培品种进行纯化
整理课件
花药培养
花粉、药隔、药壁、花丝
整理课件
花粉培养
将花粉从花药中分离出来，以单个花粉粒作为外 植体进行离体培养 选择合适的培养基、严格控制培养条件
细胞工程在生物制药工业中的地位
细胞工程在生物制药工业中的地位
细胞工程是一种基于细胞的生物技术，它结合了细胞生物学、生物化学、遗传学和生
物制药学等学科，利用转基因技术和细胞培养技术等手段，通过对细胞的基因、代谢通路
和表达系统进行改造和优化，来大规模生产用于医学治疗、预防和诊断的生物制品的技术。细胞工程在生物制药工业中已成为不可或缺的一环，尤其是生产蛋白质制剂方面，为生产
高质量、高效率、高稳定性的生物制品提供了可靠的技术保障。
细胞工程在生物制药领域中可应用于生产单克隆抗体、酶制剂、生长因子、细胞因子、疫苗等生物制品。同时，细胞工程还能用于对微生物细胞进行改造和优化，提高其生产效
率和产量。在生产单克隆抗体方面，细胞工程技术可以通过从人体中筛选出高亲和力的单
克隆抗体基因，并将其导入哺乳动物细胞中，高效地表达肿瘤患者所需的治疗单克隆抗体。在生产酶制剂方面，细胞工程技术可以通过工程改造部分特定蛋白质酶，使其产生期望的
酶活，进而制备高纯度、高活性的酶制剂，用于各种生物工艺和医学检测中。在生产生长
因子、细胞因子等产品方面，细胞工程技术可以对细胞进行代谢工程和发酵工艺的改进，
在条件优化的情况下，产生更多，更高效的细胞因子和生长因子。最后，在生产疫苗方面，细胞工程技术可以通过改良、增强、克隆和提纯病原体蛋白质，制备活性良好的疫苗，用
于预防和治疗多种传染病。
2. 细胞工程技术的优势
细胞工程技术具有很多优点，如生产效率高、生产周期短、产品质量稳定、产物的纯
度高等。同时，细胞工程技术还能够灵活调控产物的种类和含量，适应不同的生产需求。
由于这些优势，细胞工程技术在制药工业中日益重要。在提高产品质量方面，细胞工程技
细胞工程的方案
细胞工程的方案
引言
细胞工程是一种颠覆性的技术，它使用细胞和分子生物学的知识，通过对细胞的基因组和代谢通路进行改造，实现对其功能和性能的调控，从而创造出新的生物体或改良已有的生物体。细胞工程技术已经在医学、农业、环境保护等领域展现出巨大的应用潜力，能够为人类社会带来巨大的利益。本方案将针对细胞工程的研究目标、研究内容、方法流程等方面进行详细阐述，力求通过细胞工程的技术手段，为解决人类社会面临的重大问题做出贡献。
一、研究目标
本方案的研究目标是通过细胞工程技术，实现对人类重要疾病的治疗及预防，同时探索细胞工程技术在农业、环境保护等领域的应用前景。具体包括：
1. 利用细胞工程技术，改造人体细胞，实现对癌症等疾病的治疗。
2. 探索利用细胞工程技术，改良农作物的抗逆性和产量，提高农业生产效率。
3. 研究细胞工程在环境保护领域的应用，提高生物处理技术的效率，减少环境污染。
二、研究内容
1. 癌症治疗的细胞工程技术
（1）构建具有抗癌效果的基因载体
利用分子生物学技术，设计并构建具有抗癌功能的基因载体，包括肿瘤抑制基因、干扰素基因等。
（2）改造肿瘤细胞的代谢通路
通过调控肿瘤细胞的代谢通路，实现对肿瘤细胞的生长和增殖的抑制。
（3）基因编辑技术在肿瘤治疗中的应用
利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术，对肿瘤相关基因进行定点编辑，实现对肿瘤的精准治疗。
2. 农业生产的细胞工程技术
（1）利用基因编辑技术改良作物
利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术，对作物的抗病性、耐逆性等性状进行改良，提高作物产量和质量。
细胞工程综述
细胞工程综述
摘要：
细胞是生命活动的最基本单位，为各种基因的表达和产物的合成提供了
基础和载体。当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、
细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。通过细胞工程可以生产有用的生
物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。
关键字：
细胞融合；细胞培养；概述；种类；应用；展望
正文：
一、细胞的概述
细胞工程是生物工程的一个重要方面。总的来说，它是应用细胞生物学和分子生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。细胞工程所涉及的范围很广，按生物类型可分为动物细胞工程、植物细胞工程和微生物细胞工程，按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、染色体操作及基因转移等方面。通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。
细胞工程就是在细胞水平研究、开发。利用各类细胞的工程。亦即人们根据科学设计改变细胞的遗传基础，及通过无菌操作，大量培养细胞、组织乃至完整个体的技术。迄今为止，人们已经从基因水平、细胞器水平以及细胞水平开展了多层次的大量一丁作，在细胞培养、细胞融合、细胞代谢物的生产和生物克隆等诸多领域取得一系列令人瞩目的成果。
细胞工程是一种细胞水平上的遗传工程，它是将一种生物细胞中携带遗传信息的细胞核或染色体整个地转移给另一种生物细胞，使新细胞产生具有人们所需要的功能，从而改变受体细胞的遗传特性，打破只有同种生物才能进行杂交的限制，为改良品种或创造新品种开拓了广阔前景，细胞工程包含细胞融合、体细胞杂交、动植物细胞规模培养核和卵移以及植物组织培养技术等方面。
微生物细胞工程技术及其在食品工业中的应用
微生物细胞工程技术及其在食品工业中的应用
作者：田海娟
来源：《科学与财富》2015年第34期
摘要：微生物细胞工程技术是现代科学领域中应用非常广泛的细胞工程技术之一，本文综述了微生物细胞工程技术的概念及其在食品工业生产中的应用。
关键词：微生物细胞工程；食品；应用
1.微生物细胞工程的概述
微生物细胞工程技术又称发酵工程，是细胞工程技术的一种。微生物细胞工程技术主要以微生物细胞为实验材料，进行实验目标设计和操作，创造新的微生物品种或者培育新的微生物性状的工程创造技术。微生物细胞工程技术兴起于 20 世纪 20 年代，由于科技的兴起，工业、食品和医药的大量需求，传统的生产方式已不能满足。后来人们就利用化学和化学工技术，向农业化学和化学工程学习，来对发酵生产工艺进行来了规范。利用机械生产和化学培养，来代替了传统的手工操作，这不仅加快了生产效率，也使的发酵工程在发酵生产中得到了第一次历史性的进步[1]。
2. 微生物细胞工程在食品工业中的应用
2.1微生物细胞发酵工程在传统发酵食品中的应用
微生物细胞发酵技术在酿酒中有广泛应用，在浓香型白酒、大曲等生产中起了重要作用。日本利用纯种曲酶进行酱油酿造，原料的蛋白质利用率高达85%[2]。国内浓香型白酒酿造微生物主要来源于酿酒大曲、窖泥、糟醅、原料及环境携带，但参与发酵产香微生物主要来自于大曲、窖泥、糟醅及人工添加的生香菌纯培养或复合菌液、强化曲、人工窖泥等。为提高浓香型白酒优质酒率，最大发挥产香菌的生香功能，我国已有不少研究者从浓香型白酒生产用曲、糟醅、窖泥中分离出醋酸、乳酸、丙酸、丁酸、己酸等香气前体物及酯类、酯化酶产香菌，并将主要产香菌的纯培养或混合培养物制成己酸菌液、酯化酵母液、产香复合菌液、酯化曲、生香窖泥等，其投产应用效果显著。
利用细胞工程提高农业生产效率
利用细胞工程提高农业生产效率
一、细胞工程概述
随着现代科技的不断进步，细胞工程在许多领域得到了不断应用和拓展。细胞工程是指利用生物学、生物化学、遗传学、微生物学等方面的知识和技术，对活体细胞进行基因操作，并利用生物体自身的功能来制造所需的物质或完成相关功能的一种科学技术。
二、细胞工程在农业生产中的应用
农业是国民经济的重要部分，细胞工程在农业生产中的应用已经成为当前农业发展的热点之一。目前主要应用包括以下几个方面：
1. 植物细胞工程
植物细胞工程主要运用转基因技术，对农作物的遗传改良进行修改，提高作物的产量、抗病性和适应能力。例如，现在广泛种植的转基因棉花，病虫害防治效果明显，同时因其产量大，又提高了农民的经济水平。
2. 动物细胞工程
动物细胞工程主要运用胚胎移植、基因修饰等技术，通过对动物基因的改变，得到更适应环境和更高产值的畜禽以及体型更为对称的珍稀鱼类等，大大提高了畜禽的种质数量和品质。
3. 微生物细胞工程
微生物细胞工程主要运用基因编辑、突变诱变等技术，使微生物获得生产特定物质的能力，满足农业生产的需求。例如，利用微生物发酵技术生产酸奶、面包、乳酸等食品，以及合成肥料等农药，都是微生物细胞工程的典型应用。
三、细胞工程提高农业生产效率的作用
借助细胞工程技术，可以在农业生产中提高生产效率，具有以下优点：
1. 提高农产品的产量和质量
通过对农作物的遗传改良，可以提高农产品的产量和质量，为消费者提供更加安全、营养丰富的食品。同时，利用微生物细胞工程技术，可以生产出更加适应环境的微生物，产生出更具活性和更高品质的肥料和农药。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
细胞质
质粒、噬菌体和 线粒体DNA
遗传变异类型 DNA
体外重组
突变
遗传变异类型
细胞核
染色体数目（单、双、多 倍体和非整倍体）
重组（转化、转 导、接合和融合）
转化或转染进入 宿主细胞中
点突变 （DNA分子中某一个碱基发 生顺序或数目的变化所致）
区段突变（染色体或DNA片段的 缺失、易位、倒位、替换、添
（三）重组载体导入受体细胞内
（四）复wenku.baidu.com、表达
这种杂种质粒进入受体细胞后， 通过自我复制而扩增，并使受 体细胞表达为供体细胞所固有 的部分遗传性状，这种受体菌， 即成为“工程菌”。
（五）筛选、繁殖
质粒，或所带DNA能表达产生一 定产物，可通过一选择性培养基或 试剂鉴别出来。
原来100000g胰脏仅能提取3－4g 胰岛素，而用工程菌发酵生产，只 要几升发酵液便可取得同样数量的 产品。
大量稀释
pH低于5~5.5时， 有致癌作
同硫酸二乙酯形 用，小心
成亚硝酸，碱性 操作，避
条件下产生重氮 光保存，
甲烷，引起杀菌 易产生突
和变异
变群
氮芥（液 状物）
0.1~1mg/ ml
密闭反应5~10
甘氨 酸或 大量 稀释
烷化剂，引起染 色体畸变
诱变剂使用续1
与NaHCO3作用即 释放N –芥子气糜 烂性毒气，小心操 作
第十三章 微生物细胞工程
微生物细胞的特点
微生物作为可以独立存在的个体，其生长 特点、代谢的特点与植物、动物有着显著 的区别。
一般情况下，微生物由其自身完成其基本 功能；
微生物菌种选育的目的和意义
菌种选育的目的
生产
科研
提 改合
高 进成
产 量
质 量
新 化 合
物
缩简 短化 生生 产产 周工 期艺
适改 应变 原产 材品 料组
乙烯亚胺 （液体）
1:100~1: 28℃或低温处 稀释 烷化剂，高浓度 有剧毒，易燃，可
1000
理30~60
效果较好
在4℃冰箱小心操
作，避光保存
盐酸羟胺 （液体）
氯化锂 （白色粉 末）
0.1~5%
0.3~0.5 %
数小时或生长 稀释 与胞嘧啶作用产 有损健康，注意安
过程中诱变
生转换，引起 全操作
CG→AT突变
抗性变异
病原性变异
微生物突变类型
变异性状
菌落大小、形态、表面结构、颜色、产 孢子多寡或有无
鞭毛、夹膜、菌丝形状、生长速度、分 枝多少及形状、孢子大小和形状、产孢 子器官形状 细胞膜、孢子的表面结构及抗原构造
糖类分解能力、色素产生能力、有关酶 的活性、营养要求和性质、温度敏感性、 代谢产物生产能力
耐药性、对自身代谢产物抗性、噬菌体 抗性、对紫外线及其他辐射因子的抗性 等 病原产生能力、表面抗原等
min
30%PEG（分子量6000）， 0.01mol/L CaCl2溶液＋ 0.05mol/L甘氨酸（pH=7.5） 30℃，10 min
原生质体融合
-
• 原生质体制备：
（1） 根据材料选择破壁酶 细菌：溶菌酶 真菌: Zymolyase-20T，5000T， Novozyme 234，蜗牛酶，纤维素酶，
选择简单有效的诱变剂及合适剂量 处理单细胞或单孢子悬液 复合诱变剂的处理
营养缺陷型的筛选方法
1、诱变处理 2、淘汰野生型
• 抗生素法 青霉素 • 制霉菌素(抑制甾醇的合成) • 菌丝过滤法(适于真菌和放线菌)
3、检出缺陷型 4、鉴定缺陷型
检出缺陷型
夹层培养法
完全或补充培养基 基本培养基 基本培养基(含菌) 基本培养基
误碱基插入的频率为0.1～2x10-4。通过 改变PCR的一些反应条件，可以增加这种 错误碱基插入的频率，从而可用来实现基
因的定向进化。
在PCR系统中可用于增加碱基错误 插入频率的方法
1. 增加MgCl2浓度； 2. 加入一定浓度的MnCl2； 3. 在PCR中采用不平衡的核苷酸浓度；
4. 核苷酸类似物的三磷酸衍生物的混合 物.
加入培养基中，稀释 在生长过程中 诱变
需与紫外线、亚 硝酸、硫酸二乙 酯等复合处理才 有效
易溶于水，易潮解
5-溴鸟嘧啶 （白色粉 末）
20~30mg /ml
与孢子悬浮液 稀释 混合振荡培养， 处理一定时间 后，稀释涂皿
有机体缺乏胸腺 碱基类似物 嘧啶时较易掺入 DNA中引起突变， 能诱发正突变与 回复突变
检出缺陷型
限 量 补 充 法
大，野 小，变
<1%蛋白胨
检出缺陷型
基
本
培
养
基
逐
个
完 全
检 完全培养基
培
出
养
法
基
检出缺陷型
完全培养基
影 印 培 养 法
培养 基本培养基
鉴定缺陷型 生长谱法
含菌基本培养基
含营养物滤纸片
(氨基酸、维生 素、碱基等)
各种化学诱变剂常用浓度和处理时间
诱变剂
浓度
处理时间 （min）
pH7.0磷酸 缓冲液
Na2S2O3或 大量稀释
诱变作用较强， 不溶于水， 杀菌作用较弱， 加微量乙 使DNA的碱基和 醇可溶解 磷酸基发生烷化 作用，引起突变。
亚硝基胍 （固体）
0.1~1.0 孢子
mg/ml 30~120,
，
菌丝
孢子 90~120
3mg/ml (高浓度 及碱性
pH)
pH6.0, 1M 磷酸或醋 酸缓冲液 或三羟基 甲基氨基 甲烷-缩苹 果酸缓冲 液
二、主要操作过程
（一）基因分离 1、分别提取供体细胞（各种生物都可选 用）的DNA与作为载体的松驰型细菌质 粒（也可用噬菌体或病毒作载体）。 2、根据“工程蓝图”的要求，在供体 DNA中加入专一性很强的限制性核酸内 切酶，从而获得带有特定基因并露出粘 性末端的DNA单链部分（必须时可人工 合成粘性末端）。
SMMAD buffer※※
0.7mol/L NaCl
溶菌酶1mg/ml， 溶菌酶100mg/ml， 5mg/ml Novozyme、0.5%蜗牛
30℃，15~60 42℃，30分钟 酶＋1%纤维素酶，28℃，180
min
min
65%PEG（分子 40%PEG（分子 量4000）0.5~1 量6000）2 min
（二）体外重组
把供体细胞DNA片段与质粒DNA片段 放在试管中，在较低的温度（56℃）下 混合“退火”。由于每一种限制性内切 酶所切断的双链DNA片段的粘接末端有 相同的核苷酸组成，所以当两者混在一 起时，凡粘接末端上碱基互补片段就会 因氢键的作用而彼此吸引，重新形成双 链，这时在外加的连接酶作用下，供体 的DNA与质粒DNA片段相连，形成了一 个完整复制能力的环状重组体“杂种质 粒”。
加等造成的突变）
自发突变育种
从生产中育种 定向培育优良菌株
卡介苗的获得 吡哆醇高产菌株的获得
诱变育种
诱变育种的基本环节
谷氨酸棒杆菌的野生型（左）和 dapD突变株（右）细胞的电镜照片
诱变育种中的几个原则
挑选优良的出发菌株
• 单一遗传纯菌株 • 选用对诱变剂敏感的菌株 • 选用有应用前景的菌株 • 来自生产中的自发突变菌株
溶壁酶，崩溃酶， 几丁质酶等
（2） 缓冲液 （3）酶解条件
温度、时间、酶成分配比等
• 融合
电融合技术：
原生质体在电场中，由于加直流脉冲， 膜被击穿，导致融合的发生。 特点： 空间定向，时间同步，显微镜监视
化学因子诱导融合：
聚乙二醇（polyetheneglycol, PEG） Ca 2+ 、Mg 2+ 等阳离子 pH
DNA shuffling
❖ DNA Shuffling 技术
1. 一个或多个不同来源的基因切成片段 2. 无引物PCR扩增 3. 筛选一个或多个所需的性状 4. 重复DNA Shuffling 5. 获得高百分比的功能基因库
❖ 主要优点：大大减少与鉴别所需候选产物有 关的成本和时间
❖ 难点：设计一个高效的分析和筛选方法
微生物原生质体融合
方法
菌体准 备
稳定剂 酶及浓 度 融合剂
微生物
放线菌 （链霉菌）
G+细菌 （杆菌）
霉菌 （顶头孢霉）
液体培养基中加 液体培养基加 0.3%~1%甘氨 0.5mol/L蔗糖 酸
0.2g湿菌体在含有0.01mol/L DTT的柠檬酸－磷酸盐buffer中 预处理60 min
P buffer※
分子育种
容错PCR DNA shuffling
容错PCR（Error-prone Polymerase Chain Reaction, ep-
PCR）
Taq聚合酶是从一株耐热细菌Thermus aquaticus中分离获得，由于它缺乏3’－ 5’的校正活性，因此在PCR过程中会插入 一些错误的碱基。在通常情况下，发生错
缓冲液
终止反应 方法
效应
备注
亚硝酸 0.01~0. 5~10 （液体） 1M
pH4.5,1M 醋酸缓冲 液
pH8.6, 0.07M Na2HPO4 溶液
脱去碱基中的氨 有致癌作 基后引起碱基转 用，小心 换，造成突变 操作
硫酸二乙 o.5~1% 酯（液体）(V/V)
孢子 15~30， 菌丝
18~24h
•再生
恢复细胞原貌，能够再生长
高渗培养基 蔗糖 （0.6 M） 山梨醇 (1.0 M) 氯化钠 (0.7 M)
基因工程
一、概念
基因工程是指在基因水平上的遗传工程，即用人工 方法将所需要的某一供体生物的遗传物质－DNA大分 子提取出来，在离体条件下进行切割后，把它和载体 的DNA分子连接起来，然后导入某一受体细胞中，以 让外来的遗传物质在其中“安家落户”，进行正常的 复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。 所以基因工种是人们在分子生物学理论指导下的一种 自觉的能象工程一样可事先设计和控制的育种新技术， 是人工的离体的分子水平上的一种遗传重组技术，是 一种可完全超远缘杂交的育种新技术，因而是一种最 新、最有前途的定向育种新技术。
分
分了提 增 析解供 加 生菌分 菌 物种子 种 合遗遗 遗 成传传 传 机背学 标 制景研 记
究 材 料
微生物细胞的改造－育种
传统菌种选育技术 杂交和原生质体融合技术 基因工程 定向进化
传统菌种选育技术
自发突变育种 诱变育种
变异类型 菌落形态
形 态 变 细胞形态 异
细胞结构
生理生化变异