第四章 细胞工程

12、愈伤组织：是指植物组织地离体状态下，给 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 、 概 述
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
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 括体细胞，都具有发育成整个个体的潜能。
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）。
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）
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。
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。
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
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。
(1)原核细胞的形态结构
一 、 概 述
基本特点：A.主染色体为一个环状裸露DNA B.无核膜
C.无膜系构造细胞器
D.以无丝分裂繁殖 主要代表：细菌、 蓝藻等
细胞壁
拟核
质膜
鞭毛
一 、 概 述
纤毛
核糖体 内含物
细菌结构模式图
(2)真核细胞的形态结构
三大结构体系：
一 、 概 述
生物膜系统 质膜、内膜系统（细胞器） 遗传信息表达系统 染色质(体)、核糖体、 mRNA、tRNA等 细胞骨架系统 胞质骨架、核骨架
一 、 概 述
11、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。
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。
（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
8、杂交瘤细胞：现代免疫学早已查明，一种抗 体是由一种B淋巴细胞产生的，人体内约有一亿种不 同的B淋巴细胞，可产生一亿种不同的抗体。依据这 种事实，1975年，著名免疫学家米尔斯坦和同事勒 尔在英国剑桥大学分子实验室内巧妙地把B淋巴细胞
一 、 概 述
和能无限生长的骨髓细胞合并成一个杂交瘤细胞。
杂交瘤细胞因而具备了双重特性：既能无限生长， 又能产生B淋巴细胞的抗体。
（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）
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
5Leabharlann Baidu 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
是神经细胞（也称神经元）。神经元的轴突长的可达1米
以上。故神经元可称之为体内最大的细胞了。它们的活动
受机体神经体液因素的调节。
线粒体最多的细胞 ：人体内线粒体最多的细胞是肝 脏的肝细胞。每一个肝细胞内约有2000个线粒体。 溶酶体最多的细胞：最多要数巨噬细胞，溶酶体内含 有50多种水解酶。 内质网最多的细胞 ：浆细胞是含有内质网最多的细 胞。浆细胞是由B淋巴细胞在抗原刺激下分化增生而来的，
1.人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂 化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些 特点？
提示：植物“微型”繁殖技术具有高效 性和可以保持种苗的优良遗传特性的优 势。工厂化大规模育苗生产正是利用了 植物“微型”繁殖技术的这两方面优势。 利用植物“微型”繁殖技术我们可以在 短时间中获得大量的优质种苗。
2、作物脱毒
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
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
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
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。
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。
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。
染型植物
2、重点
细胞工程的定义、微生物细胞融合、植物组织培养、
植物原生质体制备、培养和融合、动物细胞融合、单克隆 抗体的制备、细胞拆合
（一）细胞工程相关名词 1、细胞是生物体的基本结构单位和功能单位，单细 胞生物，一个细胞就是一个个体，而多细胞生物则由许多
一 、 概 述
细胞成一个个体。
2、细胞工程：是指在细胞水平上的遗传操作，即通
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
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
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。
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
多细胞生物体是由各种各样形态和功能都不同的
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