第四章 细胞工程
(完整word版)4细胞工程(安利国)第四章考试重点
第四章细胞培养1、培养细胞分为：贴壁型和悬浮型。
2、细胞培养培养基可分为天然培养基和合成培养基。
3、细胞培养包括原代培养和传代培养。
4、原代培养：指细胞或组织离开有机体之后的首次培养。
5、传代培养：培养细胞生长到一定密度后就需要更换新的培养液，这就是细胞的传代培养。
细胞由原培养瓶内分离稀释后传到新的培养瓶的过程称之为传代或再培养。
6、细胞培养的基本方法有：悬滴培养法、培养瓶培养法、旋转管培养法。
7、常用培养技术有：二倍体培养、克隆培养、同步化培养、大规模培养。
8、原代培养的细胞一经传代就称之为细胞系，是一种细胞为主的、能在体外长期生存的不均一的细胞群体。
细胞系经过进一步的克隆化，便得到由单一细胞组成的细胞群体称之为细胞株。
9、动物的细胞与组织培养是从动物体内取出组织或细胞，模拟机体内生理条件，在体外建立无菌、适温和一定营养条件等，使之生长和生存，并维持其结构和功能的技术。
10、1907年Harrison采用淋巴液做培养基，培养蛙胚神经组织生活了数周，并观察到神经细胞突起的生长过程，创立了在体外观察和研究活组织的方法。
1912年Carrel发现鸡胚胎抽取液有促进细胞生长的作用。
11、贴附包括细胞与细胞之间的相互接触和细胞与细胞外基质之间的相互接触两种方式。
12、根据体外培养细胞在支持物上贴附生长时的形态，大致分为如下四种类型：上皮细胞型、成纤维细胞型、游走细胞型、多形型细胞。
13、培养细胞的生长特点：贴附、接触抑制（由细胞接触而抑制细胞运动的现象，是区别正常细胞与癌细胞标志之一）密度抑制。
14、细胞周期：指一个母细胞分裂结束后形成的细胞至下一次再分裂结束形成两个子细胞的时期，可分为G1期、S期、G2期和M期。
15、细胞系生长阶段包括：原代培养期（指从体内取出组织接种培养到第一次传代的阶段）、传代期（将原代细胞分开至多个新的培养瓶中，这个过程叫传代）、衰退期（转化的标志之一是细胞获得永久性增殖能力，成为连续细胞系）16、每代细胞一般要经过三个生长阶段：（1）潜伏期、（2）指数生长期、（3）停止期。
食品生物技术-第四章 细胞工程
气体搅拌反应器的优点及存在的问题
优点：剪切力小，对植物细胞损伤小；因没有搅 拌轴而更易保持无菌；操作费用低。
不足：因气体搅拌强度低，高密度培养时混合不够均 匀。靠大量的通气输入动量和能量，以保证反应器内培 养液的良好传质、传热。但过量的通气易排除培养液中 的二氧化碳和乙烯，对于细胞生长有阻碍作用。再是过 高的溶氧对植物细胞合成次级代谢产物不利。
二、细胞培养一般步骤
1.首先，要取材和除菌。用一定的化学试剂对材料进行 严格的表面清洗、消毒。有时还要借助某些特定的酶，对 材料进行预处理，以期得到分散生长的细胞。
常用的消毒灭菌剂:效果较好的有几种化学试剂，如次氯 酸钙、次氯酸钠和氯化汞等。
2.其次，根据各类细胞的特点，配制细胞培养基，对 培养基进行灭菌或除菌。采用无菌操作技术，将生物材料 接种于培养基中。
三、动物细胞工程的应用
1.在疫苗生产上的应用 。 将
乙型肝炎表面抗原基因插入哺乳动物细胞内进行高效表达， 已2. 生生产产单出克乙隆型抗肝体炎疫苗。
单克隆抗体可以检测出多种病毒中非常细微的株间差异，鉴定 细菌的种型和亚种。 3.繁育优良品种。
目前，人工受精、胚胎移植等技术已广泛应用于畜牧业生产。 4. 在干扰素生产上的应用
Jones 在填充床反应器中进行了固定化胡萝卜的培 养，Kargi 采用这种反应器培养长春花
流化床反应器 典型的流化床反应器是利用液体或气体的流 动使支持物颗粒处于悬浮状态。 优点：良好的传质特性。 缺点：剪切力和颗粒碰撞会损坏固定化细胞， 同时，流体动力学的复杂性使之难以放大。
Hamilton 用之培养胡萝卜细胞，研究了转化酶活性。
悬浮培养优势 1）培养细胞与培养基质接触面大，传质效果好。 2）可带走有害的代谢产物，避免了有害产物局部浓度过高 的问题。 3）能充分保证氧的供给。
细胞工程___第四章原生质体与细胞融合用
五.原生质体鉴定
1)低渗爆破法：无壁吸水向外膨胀直至胀破，是无形 的。有部分细胞壁，则原生质体从破碎后留下的残 迹仍保持半圆形的细胞壁。
2)荧光染色法:将原生质体放大离心管中，加入0·7mo l/L甘露醇配置的0.05%~0.1%荧光增白剂溶液，染 色5-10Min ，离心、洗涤除去多余的染料，在荧光 显微镜下观察(波长3600-4400A0)。绿色光显示纤维 素的存在，发出红色光的没有纤维素的真正的原生 质体。
4、细胞质膜稳定剂
细胞质膜稳定剂，能防止质膜破坏，提高原生质 体的稳定性与活性，促进细胞壁形成及细胞分裂等。
常用质膜稳定剂有：
葡萄糖硫酸钾、MES、CaCl•2H2O、KH2PO4等。 MES:2-( N-morpholino) ethanesulfonic acid 2-( N-吗啉代)乙磺酸
作用：不但具有质膜稳定作用，还具有缓冲作用，调 节pH值。
(4)氧电极法:有活力的原生质体在光照下会进行光合 作用而放出氧气，在没有光照的条件下进行呼吸而 耗氧。因此，可以采用氧电极来测定氧的变化来原 生质体是否具有活力。
第二节 细胞融合
一、细胞融合的概念
细胞融合，也称原生质体融合，或体细 胞杂交。是指两种异缘（种间、属间）原生 质体，在诱导剂诱发下或电冲击下，发生膜 融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞， 进一步发育成杂种植物体。
甘露醇
0.6 M
CaCl•2H2O
0.5%
MES
5.0 mM
pH
5.8
6、原生质体的游离与纯化(以叶为例)
1）、原生质体的游离
酶解处理时把灭菌的叶片或子叶等材料下表皮撕掉，将 去表皮的一面朝下放入酶液中。去表皮的方法是：在无 菌条件下将叶面晾干、顺叶脉轻轻撕下表皮。如果去表 皮很困难，也可直接将材料切成小细条，放入酶液中。 对于悬浮细胞等材料，如果细胞团的大小很不均一，在 酶解前最好先用尼龙网筛过滤一次，将原细胞团去掉， 留下较均匀的小细胞团时再进行酶解。
高中生物 第四章细胞与细胞工程二细胞工程基础讲解 选修
二、细胞工程巩固:夯实基础理解:要点诠释考点一细胞的全能性、分化和发育(1)细胞全能性：是指生物体细胞具有使后代细胞发育成完整个体的潜能，其根本原因在于每个细胞都含有本物种的全套遗传物质。
(2)分化：是指个体发育中，相同细胞的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，这是基因在特定的空间和时间条件下选择表达的结果。
(3)发育：是指受精卵形成胚胎并长成性成熟个体的过程，这是基因顺序表达的结果。
考点二动物细胞培养与植物细胞培养的比较比较项目原理培养基结果应用植物组织培养细胞的全能性固体培养基，成分主要是矿质元素、蔗糖、维生素、植获得新个体或细胞产品①快速繁殖试管苗，培育无病毒植株②考点三植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较注：（1）植物体细胞杂交的开始和结束植物体细胞杂交是用两个不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新植物体的方法。
植物体细胞杂交是从细胞融合开始，到培育成新的植物体结束。
细胞全能性的物质基础是什么？提示：每个细胞都含有本物种的全套遗传物质。
（2）原生质体和动物细胞融合原生质即原生质体，即细胞内有生命活力的物质。
植物细胞除去细胞壁就是一个原生质。
原生质层是细胞膜和液泡膜及两膜之间的细胞质。
原生质体和动物细胞融合的过程，包括细胞膜的融合、细胞质的融合、细胞核的融合。
细胞膜融合是细胞融合的先导，没有细胞膜的融合过程，就不会有细胞质和细胞核的融合。
但是，细胞膜不会无缘无故地发生融合，必须经过诱导。
所用的诱导方法诸如显微操作、振动、离心等物理诱导方法和聚乙二醇的化学诱导方法，都是诱导膜的融合。
如聚乙二醇，有强烈的吸水性，还有凝聚蛋白质的作用，它能使原生质体或动物细胞紧密接触，从而发生集聚。
动物细胞融合所用的诱导剂——灭活病毒，其实是病毒感染的一种应用，在低温状态下，细胞发生集聚，在两个细胞间的病毒会同时感染两个细胞，使两个细胞间有了一个通道，细胞膜的融合就开始了。
第四章 细胞工程
4.5细胞工程在环境污染中的应用
构建环境工程菌 芳香族降解菌的构建 抗污染型植物 抗虫、抗病毒、抗除草剂、耐受环境 压力 环境修复
思考题
简述植物组织的培养过程。 愈伤组织的定义。 简述植物原生质体培养过程。 细胞融合过程有哪几步？ 原生质体制备的影响因素有哪些？ 融合重组的方法有哪些？
单个 细胞
营养培养基
克隆植株
工业化植物细胞培养系统主要有两大类：
悬浮细胞培养系统和固定化细胞培养系统
4.3植物细胞工程
4.3.3植物原生质体的制备 机械法 预处理：糖或盐高渗处理，脱水， 质壁分离 组织捣碎机 形成率低
4.3.3植物原生质体的制备 酶法 纤维素酶 形成率高
再生频率＝（原生质体再生细胞数/总菌落 数）× 100%
4.2.2.4融合重组的测定 直接法：不补充两亲株生长所需营养 物或补充两种药物 间接法:影印法复制到选择培养基上。 融合频率＝融合子数/再生的原生质体数
4.3植物细胞工程
4.3.1植物组织培养 4.3.2植物细胞培养 4.3.3植物原生质体的制备 4.3.4植物原生质体培养 4.3.5植物原生质体融合
植物原生质体培养过程：脱去细胞壁的 原生质体→ 细胞壁再生→ 细胞分裂形 成细胞团→ 愈伤组织→ 分化形成芽和 根→ 完整植株
植物细胞工程的应用
细胞育种
诱导突变，筛选新品系、新品种
次生代谢产物生成
从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物。
4.4动物细胞工程
4.4.1动物组织培养 4.4.2细胞培养 4.4.3动物细胞融合 4.4.4单克隆抗体技术
细胞工程的定义、微生物细胞融合、植物组织培养、
生物技术概论细胞工程-精选文档173页
很好 很好
5－15
好
2－10
很好
5－30
好
2－25
最好
30－60
较好
数秒－5分
好
5－30
很好
外植体消毒步骤
2.1.3.2
灭菌
材料→自来水→蒸馏水→75%酒精30~60 S 无 菌水3~4次→10%次氯酸钠或次氯酸钙饱和液或 0.1~0.2%升汞 （吐温）5~15 min →无菌水洗 5~8次。
④ 培养基的配制方法（药品室进行）
2.1.3.1 培养基 的配制
MS+6-BA0.5+NAA1+Su3%+Agar0.6% 500 mL
水+母液：
激素或其他成分：如活性碳等
糖类：一般30g/L
琼脂 ：一般6－8g/L
加热溶化：
pH值调整：
定容：
分注、封口：
灭菌 ：
茎等 生根培养:
2.1.3 植物组织 培养的步骤
培养条件：
环境培养条件：温度（Light) 、 湿度（Humidity) 、光照［光 质（Light wave)、光强 （Light intensity)、光周期 （Light period)］
化学环境条件 ：渗透压 （Penetrating pressure) 、
2.1.3.1 培养基 的配制
（例：MS+6BA0.5mg/L+NAA1mg/L+Su3%+Agar0.6%）
对于某个待培养的目的植物来讲：
查资料-----预备性试验----观察培养物的反映-----调 整：单因子试验，多因子试验和正交设计-----逐步添加 和逐步排除
基本培养基的选择
第四章、细胞与细胞工程
第四章、细胞与细胞工程第四、细胞与细胞工程1、细胞的生物膜系统1各种生物膜在结构上的联系：2各种生物膜在功能上的联系：3各种生物膜的化学组成大致相同（蛋白质、脂质、糖类）但含量有差别。
4生物膜系统的概念：细胞内由细胞膜、核膜、内质网膜、高尔基体膜、线粒体膜、质体膜等膜结构组成的统一整体。
生物膜系统的功能：①使细胞具有一个相对稳定的内部环境，在物质的运输与交换及信息传递中起决定性作用；②增大膜的面积，供酶、核糖体等附着在上面，使各种化学反应有序的进行；③将细胞分隔成许多小区室，使各种化学反应能同时进行而不互相干扰。
6研究生物膜的重要意义：①理论上阐明细胞的生命活动规律②工业上成为人工模拟的对象（滤去盐分、处理污水）③农业上研究农作物的抗旱、抗寒、耐盐④医学上人工合成膜材料代替病变器官（人工肾）。
2、细胞工程简介1细胞工程概念：是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平，按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
2植物细胞工程（1）细胞的全能性：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。
细胞的全能性是细胞工程的原理。
其物质基础是每一个细胞都含有本物种所有的全套遗传物质，具有全部的基因。
受精卵的全能性最高，卵细胞已分化全能性较高，体细胞全能性比生殖细胞低。
分化实质上是基因在特定的时间和空间条下选择性的表达的结果。
植物细胞在一定的营养物质、激素和其他外界条下，就可表现出全能性。
植物组织培养：①原理：依据细胞的全能性。
②过程：脱分化再分化离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物组织的脱分化（去分化）。
脱分化：是指已经分化的细胞失去其特有的结构和功能变成具有未分化细胞（胚性细胞）特征的过程。
愈伤组织：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。
细胞工程部分章节重点总结归纳
第四章细胞培养技术1,细胞培养(Cell Culture)***是指从生物体内取出组织或细胞，在试管和培养平皿内模拟体内生理环境，于无菌、适当温度和一定营养条件下，使之保持一定的结构和功能，以便于我们观察、研究的培养技术二，培养细胞的生物学特征2，细胞生长方式***贴附生长：必须贴附于支持物表面才能生长的细胞生长方式悬浮生长：于悬浮状态下即可生长，不需要贴附于支持物表面的细胞生长方式半悬浮生长：某些特别的细胞3，细胞类型**◆贴附型细胞**(Anchorage-dependent cell)：多呈上皮样或成纤维细胞样，正常细胞具有接触抑制和密度抑制的特性。
1.上皮细胞型(Epithelium)：扁平、不规则多角，彼此紧密相连，单层；如：来源于外胚层、内胚层的细胞2.成纤维细胞型(Fibroblast)：梭型、不规则三角或多角型，具短突起；如：来源于中胚层细胞3.游走细胞型(Wandering)：有伪足或突起，可游走或变形运动，散在生长；如：阿米巴样神经胶质细胞4.多形细胞型(Polymorphic)：多角型具长神经纤维；如：神经元细胞◆悬浮型细胞**(suspending cell)：大多取自血液、脾或骨髓的培养细胞多为圆型；如：淋巴细胞、白细胞、某些肿瘤细胞4，培养细胞的生长特点：贴壁、接触抑制、密度抑制。
1）接触抑制(Contact inhibition)***：细胞在贴壁生长过程中，随着细胞分裂，数量不断增加，最后形成一个单层，此时细胞间相互接触，发生细胞生长和移动抑制的现象称接触抑制（即贴壁细胞生长一旦相互汇合接触，即停止移动和生长的现象）。
是区别正常细胞与癌细胞标志之一。
2）密度抑制**(Density inhibition)：细胞密度达到一定程度，培养液因营养消耗、代谢产物累积，导致细胞分裂停止5，细胞周期概念（cell cycle） **是指一个母细胞分裂结束后形成的子细胞开始至下一次,再分裂结束形成2个子细胞终止所经历的全过程。
细胞与细胞工程
第四章细胞与细胞工程教材分析：细胞是生物体结构和功能的基本单位。
细胞生物学是在显微水平、亚显微水平和分子水平三个层次上探讨细胞生命活动及其机制与规律的科学。
最近几十年来，细胞生物学进展十分迅速，使细胞生物学成为不仅是说明细胞的科学，而且也是改造细胞的科学，形成了新的技术一一细胞工程。
本章教材所包含的两节内容“细胞的生物膜系统”和“细胞工程简介”即体现了细胞生物学的研究与发展方向。
“细胞的生物膜系统”这部分内容是在高中生物必修课本中“生命的基本单位一一细胞”基础上的扩展和深化，在细胞水平上揭示了生物膜系统的整体性和动态性。
以生物膜系统这一概念加以归纳和总结，使学生更加明确细胞这台复杂而精巧的生命机器是由一些功能相关的“部件”即细胞器构成的。
“细胞工程简介”以细胞融合和细胞培养为主要技术手段，分别介绍了植物细胞工程和动物细胞工程的基本内容。
本章内容中安排了细胞的骨架系统、影响植物细胞脱分化和再分化的重要因素、动物细胞融合技术的发展简史、哺乳动物的胚胎移植、核移植技术漫谈等阅读资料，大大丰富了教材内容，开阔了学生的眼界。
本章内容中还安排了一个实习，以加深学生对相关知识的理解和应用，培养学生的动手能力，体现了现代生物科学的重要特点。
教学目标：1.知识方面(1)明确生物膜的化学组成和基本结构。
(2)理解细胞的生物膜系统的概念和作用。
(3)理解细胞的生物膜系统是一个在结构和功能上都是紧密联系的统一整体。
(4)了解生物膜的研究成果及研究意义。
2.态度观念方面(1)通过细胞内各种生物膜在结构和功能上联系的学习，进一步明确结构与功能相统一的观点以及事物之间存在普遍联系的观点。
(2)通过生物膜的研究成果的介绍，充分调动学生学习生物学知识的兴趣，激励他们对生命科学知识要有不断探索的精神，同时渗透STS思想。
3.能力方面(1)利用课本插图、教学挂图和课件，培养和发展学生的读图能力。
(2)通过资料的阅读和设计的问题的引导，培养学生分析和理解问题的能力，进而发展综合的能力。
高三生物第四章 第二节 细胞工程 一植物细胞工程 课件
1、植物体细胞杂交的概念
植物体细胞杂交是利用两个来自不同植物的体细胞融 合成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的方 法
2、杂交的过程
第一步：去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体（酶解法） 第二步：通过人工诱导使两个原生质体融合（PEG） 第三步：将杂种细胞进行植物组织培养就可以得到杂种植 株
1、原理：细胞的全能性 2、过程： 离体的植物器官 有丝分裂 组织、细胞 脱分化 根、芽
胚状体
愈伤组织
（高度液泡化 的薄壁细胞）
再分化
植物体
（1）、影响植物组织培养的因素 适合的养料和激素，适合的温度和无菌条件 （2）、外植体和愈伤组织
外植体：脱离了母体的植物器官、组织和细胞 愈伤组织：离体的组织、器官或细胞培养形成的 组织
注意（1）细胞融合所依据的生物学原理是 细胞膜的流动性。 （2）体细胞融合成功后，会出现三种 情况 AB型 筛选 AA型 只有AB型杂种细胞
BB型
（3）体细胞杂交的优点 可以克服植物源远杂交不亲和的障碍，大 大扩大了可用于杂交组合的范围 （4）未解决的问题 还不能让杂种细胞按人们的要求表现出 亲代的形状
（3）、脱分化和再分化
脱分化：高度分化的植物器官、组织或细胞产生 愈伤组织的过程
再分化：愈伤组织重新分化形成根或芽等器官的过程
3、应用
（1）、快速繁殖培育无病毒植株 （2）、生产药物、食品添加剂、香料、色 素和杀虫剂 （3）、制造人工种子 （4）、培育转基因植物
四、植物体细胞杂交
一、细胞的全能性
1、定义：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整植株的潜能。 （细胞含有该物种所特有的全套遗传物质）
第四章 细胞工程(生物技术概论)
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
（三） 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。
（二）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 幼胚 ―→ 植株
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，
盛慧珍教授（右二）正在指导学生做实验
第四章 第二节细胞工程简介PPT课件
• D 获取细胞 原生质直接融合 组织培 养
22
• 3）植物体细胞杂交尚未解决的问题是
•
（ C）
• A 去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
• B 将杂种细胞培育成植株
• C 让杂种细胞按照人们的需求表现出亲代 的优良性状
• D 尚未培育出属间杂种植物
16
• 思考： • 1）植物细胞表现出全能性的必要条件
是什么？ 2.）离体的器官、组织或细胞如果不进
行脱分化处理，能否培养成完整植物体？ 3.）决定植物细胞脱分化、再分化的关
键因素是什么？ 4.）在植物组培过程中，为什么要进行
一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操 作？
17
• 3） 影响脱分化的一个重要因素是植物 激素。当细胞分裂素与生长素共同使用 时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两 者不同的浓度配比在再分化过程中，分 别对诱导根或芽的产生起关键作用。当 细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利 于芽的发生；浓度比低时，有利于根的 发生。
23
二、动物细胞工程
常用的技术手段： 包括动物细胞培养、动物细胞融合、
单克隆抗体、胚胎移植、核移植等 。 动物细胞培养是其他细胞工程技术
的基础。
24
• （பைடு நூலகம்）动物细胞培养
• 1、培养液（液体培养基）： • 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、
动物血清等。 • 2、过程：
25
原 代 培 养
(2002-12-10 16:28:53)
第四章 第二节细胞工程简介
细胞工程——应用细胞生物学和分子生物 学的原理和方法，通过某种工程学手段， 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或获得 细胞产品的一门综合科学技术。
生物技术概论 第四章 细胞工程PPT课件
Cell Engineering
1
内容
(1)细胞工程概念 (2)细胞工程的发展 (3)细胞工程基本大技术 (4)细胞工程的操作流程 (5)细胞工程技术的应用
2
一、细胞工程的概念
1、细胞工程在现代生物技术中的作用 2、细胞工程的概念 3、细胞工程的范畴 4、细胞工程的理论基础
3
1、细胞工程在现代生物技术中的作用
12
大规模的细胞培养可分为三个层次： 单个细胞培养、组织培养和器官培养。植 物细胞和原生质体培养技术可以用于育种， 也可用于各类植物的快速繁殖，在培养无 毒苗、长期贮存种子和生产次生代谢产物 等方面发挥作用。动物细胞培养技术可用 于制取许多有应用价值的细胞产品，如疫 苗和生长因子等。利用细胞培养系统可进 行毒品和药物检测；一些培养细胞可用于 治疗。
9
(2)染色体组工程
染色体组工程是整个改变染色体组数 的技术。自从1937年秋水仙素用于生物学 后，多倍体的工作得到了迅速发展，例如 得到四倍体小麦，八倍体小黑麦等。
10
(3)细胞质工程
又称细胞拆合工程，是通过物理或化 学方法将细胞质与细胞核分开，再进行不 同细胞间核质的重新组合，重建成新细胞。 可用于研究细胞核与细胞质的关系的基础 研究和育种工作。
36
32
2、细胞培养技术
细胞培养是指动物、植物和微生物细胞在体 外无菌条件下的保存和生长。细胞培养技术包括：
1）取材除菌； 2）配制培养基； 3）对培养基除菌或灭菌； 4）采用无菌操作进行接种； 5）在培养室培养，并控制种类细胞生长所 需的最佳培养条件，如温度、湿度、光照、氧气、 二氧化碳等；当细胞达到一定生物量时应及时收 获或传代。
5
3、 细胞工程的研究范畴
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一 、 概 述
5、细胞拆合：即细胞换核技术。是通过物理或化学 方法将细胞质与细胞核分开，再进行不同细胞间核质的重 新组合，重建成新细胞。
6、染色体工程:染色体工程是按人们需要来添加或削
减一种生物的染色体，或用别的生物的染色体来替换。
7、染色体组工程:染色体组工程是整个改变染色体组
数的技术。自从1937年秋水仙素用于生物学后，多倍体的 工作得到了迅速发展，例如得到四倍体小麦，八倍体小黑 麦等。三倍体西瓜是无籽西瓜，但没有后代。
4、 癌细胞
癌细胞的主要特征
一 、 概 述
1. 脱分化：已分化细胞失去分化后的特性，恢复
分裂增殖能力。
2. 无限增殖
3. 失去接触抑制现象
4.细胞表面和粘附性质改变
5. 细胞骨架紊乱
6.对生长因子需求降低
（一）微生物细胞工程
二 、 不 同 对 象 的 细 胞 工 程
1、 定义：微生物细胞工程应用微生物进行
植物细胞模式图
高尔基体 微丝 叶绿体 线粒体 质膜 液泡 细胞核 内质网 微管 细胞壁
动物细胞模式图
细胞核 微丝 微管 溶酶体 内质网
质膜 线粒体 中心体
高尔基体
3、细胞的分裂和分化
(1) 无丝分裂——无纺锤丝出现，染色体（DNA）复制后 直接移到两个仔细胞中。 (2) 细胞增殖周期（有丝分裂）
直径大小（μ m） 0.1～0.3 1～2 20～30（10～50） 数百至数千
体内最大的细胞 体内最大的细胞有各种说法：（1）按细胞直径而言，
一 、 概 述
要数卵细胞，其直径约200微米（1微米＝1/1000毫米）。
（2）以细胞长度来说，当之为骨骼肌细胞，长的可超过
4厘米。（3）而以细胞突出的长度来划分，当之无愧的
一 、 概 述
细胞群所组成。高等动、植物由受精卵细胞开始的胚胎 发生过程随着细胞分裂次数的增加而使得早期胚胎的细 胞数量也增加许多。其中有些细胞在形态、结构和功能 上逐渐发生了差异，这种细胞之间差异的发生过程就是 细胞分化。个体发育的过程就是细胞分化的过程，个体
的各种器官和组织都是通过细胞分化形成的。
植物组织培养
外植体
愈伤组织
新植株
二 、 不 同 对 象 的 细 胞 工 程
(2)进行植物组织培养，一般要经历以下五个阶
段： a 外植体的选择及培养 。
b 诱导去分化阶段 。
c 继代增殖阶段 。 d 诱导分化生根成芽阶段 。 e 移栽成活阶段 。
3、植物细胞培养
二 、 不 同 对 象 的 细 胞 工 程
单个 细胞
营养培养基
克隆植株
工业化植物细胞培养系统主要有两大类：
悬浮细胞培养系统和固定化细胞培养系统
4、 植物细胞杂交
二 、 不 同 对 象 的 细 胞 工 程
1960年英国诺丁汉大学Cocking 教授领导的 小组率先利用真菌纤维素酶，成功地制备出了 大量具有高度活性可再生的番茄幼根细胞原生 质体, 开辟了原生质体融合研究的新阶段。 植物细胞杂交的主要过程如下： (1) 原生质体的制备：机械法与酶法 (2) 原生质体的融合 ：物理方法与化学法 ； 膜融合与核融合
融合频率＝融合子数/再生的原生质体数
二 、 不 同 对 象 的 细 胞 工 程
（二）植物细胞工程
1、定义:以植物细胞为基本单位在体外条件下进行培养、繁殖和 人为操作，改变细胞的某些生物学特性，从而改良品种加速繁育 植物个体或获得有用物质的技术。 2、植物组织培养 （1）植物组织培养：是一种将植物组织、器官或细胞在适当的 培养基上进行无菌培养，并重新再生细胞或植株的技术，包括 植物培养、胚胎培养、器官培养、悬浮培养
G0期：休眠期 G1期：DNA合成前期 S 期：DNA合成期 G2期: DNA合成后期 M 期：有丝分裂期
①细胞分裂间期
分为G1期、S期和G2期三个阶段。
② 有丝分裂期
前期
中期
后期
末期
子细胞
新生细胞的去向：重新进入细胞周期、
细胞分化
成为Go期细胞
(3)细胞分化
多细胞生物体是由1、虚拟细胞：是一个模拟的细胞。从短期来说，
虚拟细胞可用于设计新的药物和治疗方法。人们可以 利用模拟技术测试不同的治疗方法，以发现最佳方案， 并研究每种方案可能产生的副反应。从长期来说，虚 拟细胞可被用于设计更好的生物学系统，甚至创造全 新的系统。另外，模拟技术还可用于测试不同的变异， 以找出表现最好的那些生物性状。
是一种不再具有增殖分化能力的终末细胞。
寿命最长的细胞 ：神经细胞的寿命最长。
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 、 概 述
一层具有一定生物学功能的细胞膜包裹在细胞外层。
根据细胞的内部结构，可将生物界的细胞分为两 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。
注意：原生质体制备后必须用渗透压稳定剂维
二 、 不 同 对 象 的 细 胞 工 程
持其稳定性。 （2）融合重组 p146图4－6 注意：原生质体融合重组作为基因声称的一 种有效方法，需经历三个主要阶段：细胞融合形 成异核体、不同核融合产生二倍体、融合核交换 和重组生成重组体 （3）原生质体再生成细胞
9、单克隆抗体 ：被人们誉为对付癌症的“生
物导弹”。如果能选出一个制造一种专一抗体的细 胞进行培养，就可得到由单细胞经分裂增殖而形成 细胞群，即单克隆。单克隆细胞将合成一种决定簇 的抗体，称为单克隆抗体。
10、干细胞是一种具有多项分化潜能和自我复制 能力的原始未分化细胞，是形成哺乳类各种组织器官 的祖宗细胞。根据来源和个体发育过程中先后次序不 同，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞／组织干 细胞。
置于高渗再手固体培养基中。
二 、 不 同 对 象 的 细 胞 工 程
再生频率＝（原生质体再生细胞数/总菌落数） × 100%
(主要是利用原生质体对渗透压的敏感性）
（4）融合重组的测定
① 直接法：不补充两亲株生长所需营养物
或补充两种药物
② 间接法:亲株和重组子都再生，然后用影
印法复制到选择培养基上以检出重组子。
细胞水平的研究与生产，具体内容包括各种微生
物细胞的培养、遗传性状的改造、微生物细胞的
直接利用或获得细胞代谢产物等。
2、细胞融合基本过程 原生质体的制备→ 融合重组→ 原生质体再 生成细胞→ 融合重组的测定
二 、 不 同 对 象 的 细 胞 工 程
（1）原生质体的制备 酶解法 质生质体的形成率＝原生质体数/未经酶处 理的总菌数。 ① 革兰氏阳性菌：溶菌酶，肽聚糖中N－乙 酰胞壁酸与N－乙酰葡萄糖胺之间的β －1,4－糖 苷键 ②革兰氏阴性菌：溶菌酶+(数分钟后） 0.1mol/L的EDTA共同作用15－20min，则可使 90%以上的革兰氏阴性菌转变为可供细胞融合用 的球状体。 ③ 真核细胞：消解酶、蜗牛酶、纤维素酶、 几丁质酶等处理，原生质体得率在90%以上。
第四章 细胞工程
教学重点、难点、学时
第 四 章 细 胞 工 程
一、概述
二、不同对象的细胞工程
（一）微生物细胞工程
（二）植物细胞工程
（三）动物细胞工程
三、细胞工程在环境方面的应用
1、要点
教 学 要 点 、 重 点 、 学 时
细胞工程基础知识、微生物细胞工程、植物细胞工程、 动物细胞工程、利用细胞融合技术构建环境工程菌、抗污
过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细
胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的 技术。 3、 细胞融合：是用自然或人工的方法使两个或几个 不同细胞融合的为一个细胞（含有原来两个细胞的染色体） 的过程。
4、细胞亚结构移植是指将细胞的亚结构（如细胞核、 染色体等）移植到另一个细胞中，从而改变细胞的遗传性 状。主要有细胞拆合、染色体工程和染色体组工程。
二 、 不 同 对 象 的 细 胞 工 程
(3) 杂合体的鉴别与筛选 ：显微镜、互补
法、细胞与分子生物学法
注：原生质体培养过程：脱去细胞壁的原
生质体→ 细胞壁再生→ 细胞分裂形成细胞团
→ 愈伤组织→ 分化形成芽和根→ 完整植株
5、植物细胞工程的应用
细胞育种 诱导突变，筛选新品系、新品种 次生代谢产物生成 从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物。 优点 比栽培原料作物更易控制最佳生产条件； 培养物为无菌、无虫材料，能保证产品质量； 工艺操作较为简单，可减少劳动费用，提高
生产率。
植物细胞工程的实际应用
江苏省宜兴中学
赵家飞
探究：
1、回忆植物组织培养技术的 基本原理和过程？ 2、思考利用这项技术能做哪 些工作？
植物繁殖的新途径
１、微型繁殖技术
概念:是快速高效实现种苗繁植培育优良植物 品种的植物组织培养技术
优点:
① 繁殖速度快； ②“高保真”（因为 是无性繁殖）； ③ 不受自然生长季节 的限制（因为在具 有一定人工设施的 室内生产）。
（二）细胞工程的分类 1、按研究对象中需要改造的遗传物质不同，将细胞工
一 、 概 述
程分为基因工程（gene engineering）、染色体工程 （chromosome engineering）、染色体组工程（genome
engineering）、细胞质工程（cytoplasm engineering）
和细胞融合等五个方面。这个范围相当广泛，几乎包括了 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、 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。