遗传学第1章 新细胞工程课件
合集下载
相关主题
- 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)。
– 高等动物体细胞的细胞核具有发育全能性
– 干细胞
遗传学第1章 新细胞工程
18
• 细胞全能性的相对性 ： –不同基因型的植物的相同组织
–同一植物的不同组织器官
–同一株植物的同一组织器官对不同
培养条件
遗传学第1章 新细胞工程
19
• 细胞全能性的相对性 ：
–不同基因型的植物的相同组织（不同物种甚至品种 间差异很大， 如茄科，景天科植物比较容易再生成 功）
遗传学第1章 新细胞工程
15
• 植物细胞全能性（totipotency）：指植物 的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息， 从而具备发育成完整植株的遗传能力。
• 在适宜条件下，任何一个细胞都可以发育成 一个新个体。
遗传学第1章 新细胞工程
16
• 迄今为止植物细胞工程学科领域的进展表明，
给细胞全能性作下述描述更为合适：
遗传学第1章 新细胞工程
4
改善农业生产技术 －动植物品种改良; 植物快速繁殖
培育植物新品种
（“九五”期间细胞工程育种）
• 加倍单倍体技术育成品种 23 个 • 无性系变异筛选育成品种 12 个 • 染色体工程技术育成品种 8 个
• 其它方法育成品种 2 个
51.1% 26.7% 17.8%
4.4%
• 至此，White所定义的细胞全能性得到了普 遍的证实和承认。
遗传学第1章 新细胞工程
14
• 另一方面，由于分子生物学的崛起以及随之 而来的它对生物学其他学科的辐射和渗透， 使得植物学家能给细胞全能性提出新的定义。
• 全能性意味着： 每一个细胞中包含着产生一 个完整有机体的全部基因，在适当的条件下， 一个细胞就会形成一个完全新的有机体
第一篇 植物细胞工程
遗传学第1章 新细胞工程
1
• 植物细胞工程:
–细胞全能性与形态发生 –植物细胞工程基本技术 – 原生质体培养 –原生质体融合 – 生殖细胞工程 –离体培养
遗传学第1章 新细胞工程
2
Leabharlann Baidu
实 践 意 义:
种苗脱毒与 快速繁殖
基因工程的基础
植物 细胞工程
基础研究
次生产物 生产
遗传学第1章 新细胞工程
植物特殊 倍性创造
体细胞杂交
3
实践意义
• 改善农业生产技术－植物品种改良; 植物快速繁殖
• 保护生态环境－生物工业避免化学工业污染; 名贵药 物的细胞生产，保护自然资源
• 生物医药开发－免疫医药工业; 基因工程药物生产 • 以生物技术为依托的新型产业具有极大的商业潜力，
也是本世纪各国急剧竞争的领域之一
• 如茎尖、根尖及形成层细胞；
– 第二类是永久失去分裂能力的细胞，为终端分化细胞。
• 如筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞；
– 第三类是在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后 可重新启动分裂的Go细胞。
• 表皮细胞及各种薄壁细胞。
遗传学第1章 新细胞工程
21
一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决 于它在自然部位上所处位置和生理状态。
遗传学第1章 新细胞工程
5
种苗脱毒与 快速繁殖
草莓试管苗
马铃薯试管苗
遗传学第1章 新细胞工程
6
花药培养
单倍体培养
花粉培养
创
制
特 殊
三倍体培养
倍
性
材
料
胚乳培养
遗传学第1章 新细胞工程
7
心脏病药
22-55（美国）
遗传学第1章 新细胞工程
8
第一章 细胞全能性与形态发生
细胞全能性及其表达 器官发生
体细胞胚胎发生
–同一植物的不同组织器官（来源于生长活跃及生长 潜力大的组织器官更容易再生， 如幼嫩组织、自然 繁殖器官等)。
–同一株植物的同一组织器官对不同培养条件（不同激 素浓度与配比、培养基的添加物、温度、湿度 等）
遗传学第1章 新细胞工程
20
• 植物细胞按照分裂能力分为三类：
– 第一类是始终保持分裂能力，从一个周期进入另一个 周期的周期细胞。
不同类型植物细胞向分生状态回复可能进行的程度趋势
营养生长中心 形成层 薄壁细胞 厚壁细胞 退化细胞
（引自Gautheret， 1966）
遗传学第1章 新细胞工程
22
遗传学第1章 新细胞工程
23
• 植物细胞全能性表现根据细胞类型不同从强到弱：
• 营养生长中心 > 形成层 > 薄壁细胞 > 厚壁细胞(木质 化细胞) > 特化细胞(筛管、导管细胞)；
每个植物活细胞都具有该物种的生命特征 属性，在合适的离体培养条件下，可以展现这 些特征属性。
遗传学第1章 新细胞工程
17
• 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;
– 即使对于植物细胞而言，细胞全能性也并不意味着任何细胞 均可以直接产生植物个体;
• 动、植物细胞全能性的表现程度存在明显的差异。
12
• Guha等(1964；1966)获得了曼陀罗的花粉胚 和单倍体植株；
• Srivastava等（1973）和Sethi等（1976）分 别从寄生植物罗氏核实木胚乳和黑种草胚乳三 倍体组织获得了胚状体。
遗传学第1章 新细胞工程
13
• Raghavan(1978)概括指出：
– 任何植物活细胞(不管是二倍、单倍、还是三倍 的)潜在地产生一个胚状体。
遗传学第1章 新细胞工程
9
第一节 细胞全能性及其表达
植物生命特征属性
细胞全能性概述
细胞脱分化
细胞再分化
遗传学第1章 新细胞工程
10
一、细胞全能性概念的发展
• 1902年Haberlandt作出了著名的预言——在 未来，人们可以成功地从体细胞培养出人工胚。
• 1934年，White首次给细胞全能性下定义： 每个植物活细胞在合适的培养条件下，
都有发育为胚的能力。
• 这个定义在一段时间内也被称为“假说”。
遗传学第1章 新细胞工程
11
• 1958年，Steward等和Reinert等分别从胡萝 卜培养细胞中获得了人工胚
– 首次证实了White所提出的细胞全能性假说；
• 而且两组科学家均使人工胚进一步形成完整植 株。
遗传学第1章 新细胞工程
•
• 根据细胞所处的组织不同从强到弱为：
• 顶端分生组织 > 居间分生组织 > 侧生分生组织 > 薄壁 组织(基本组织) > 厚角组织 > 厚壁组织>输导组织 。
遗传学第1章 新细胞工程
24
二、植物活细胞生命特征属性 1.生命特征属性包括：
• 新陈代谢(Metabolism) • 应激性(Irritability) • 自体复制(Autoduplication)
• 区别于无生命物质形态的特征属性。
– 干细胞
遗传学第1章 新细胞工程
18
• 细胞全能性的相对性 ： –不同基因型的植物的相同组织
–同一植物的不同组织器官
–同一株植物的同一组织器官对不同
培养条件
遗传学第1章 新细胞工程
19
• 细胞全能性的相对性 ：
–不同基因型的植物的相同组织（不同物种甚至品种 间差异很大， 如茄科，景天科植物比较容易再生成 功）
遗传学第1章 新细胞工程
15
• 植物细胞全能性（totipotency）：指植物 的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息， 从而具备发育成完整植株的遗传能力。
• 在适宜条件下，任何一个细胞都可以发育成 一个新个体。
遗传学第1章 新细胞工程
16
• 迄今为止植物细胞工程学科领域的进展表明，
给细胞全能性作下述描述更为合适：
遗传学第1章 新细胞工程
4
改善农业生产技术 －动植物品种改良; 植物快速繁殖
培育植物新品种
（“九五”期间细胞工程育种）
• 加倍单倍体技术育成品种 23 个 • 无性系变异筛选育成品种 12 个 • 染色体工程技术育成品种 8 个
• 其它方法育成品种 2 个
51.1% 26.7% 17.8%
4.4%
• 至此，White所定义的细胞全能性得到了普 遍的证实和承认。
遗传学第1章 新细胞工程
14
• 另一方面，由于分子生物学的崛起以及随之 而来的它对生物学其他学科的辐射和渗透， 使得植物学家能给细胞全能性提出新的定义。
• 全能性意味着： 每一个细胞中包含着产生一 个完整有机体的全部基因，在适当的条件下， 一个细胞就会形成一个完全新的有机体
第一篇 植物细胞工程
遗传学第1章 新细胞工程
1
• 植物细胞工程:
–细胞全能性与形态发生 –植物细胞工程基本技术 – 原生质体培养 –原生质体融合 – 生殖细胞工程 –离体培养
遗传学第1章 新细胞工程
2
Leabharlann Baidu
实 践 意 义:
种苗脱毒与 快速繁殖
基因工程的基础
植物 细胞工程
基础研究
次生产物 生产
遗传学第1章 新细胞工程
植物特殊 倍性创造
体细胞杂交
3
实践意义
• 改善农业生产技术－植物品种改良; 植物快速繁殖
• 保护生态环境－生物工业避免化学工业污染; 名贵药 物的细胞生产，保护自然资源
• 生物医药开发－免疫医药工业; 基因工程药物生产 • 以生物技术为依托的新型产业具有极大的商业潜力，
也是本世纪各国急剧竞争的领域之一
• 如茎尖、根尖及形成层细胞；
– 第二类是永久失去分裂能力的细胞，为终端分化细胞。
• 如筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞；
– 第三类是在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后 可重新启动分裂的Go细胞。
• 表皮细胞及各种薄壁细胞。
遗传学第1章 新细胞工程
21
一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决 于它在自然部位上所处位置和生理状态。
遗传学第1章 新细胞工程
5
种苗脱毒与 快速繁殖
草莓试管苗
马铃薯试管苗
遗传学第1章 新细胞工程
6
花药培养
单倍体培养
花粉培养
创
制
特 殊
三倍体培养
倍
性
材
料
胚乳培养
遗传学第1章 新细胞工程
7
心脏病药
22-55（美国）
遗传学第1章 新细胞工程
8
第一章 细胞全能性与形态发生
细胞全能性及其表达 器官发生
体细胞胚胎发生
–同一植物的不同组织器官（来源于生长活跃及生长 潜力大的组织器官更容易再生， 如幼嫩组织、自然 繁殖器官等)。
–同一株植物的同一组织器官对不同培养条件（不同激 素浓度与配比、培养基的添加物、温度、湿度 等）
遗传学第1章 新细胞工程
20
• 植物细胞按照分裂能力分为三类：
– 第一类是始终保持分裂能力，从一个周期进入另一个 周期的周期细胞。
不同类型植物细胞向分生状态回复可能进行的程度趋势
营养生长中心 形成层 薄壁细胞 厚壁细胞 退化细胞
（引自Gautheret， 1966）
遗传学第1章 新细胞工程
22
遗传学第1章 新细胞工程
23
• 植物细胞全能性表现根据细胞类型不同从强到弱：
• 营养生长中心 > 形成层 > 薄壁细胞 > 厚壁细胞(木质 化细胞) > 特化细胞(筛管、导管细胞)；
每个植物活细胞都具有该物种的生命特征 属性，在合适的离体培养条件下，可以展现这 些特征属性。
遗传学第1章 新细胞工程
17
• 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;
– 即使对于植物细胞而言，细胞全能性也并不意味着任何细胞 均可以直接产生植物个体;
• 动、植物细胞全能性的表现程度存在明显的差异。
12
• Guha等(1964；1966)获得了曼陀罗的花粉胚 和单倍体植株；
• Srivastava等（1973）和Sethi等（1976）分 别从寄生植物罗氏核实木胚乳和黑种草胚乳三 倍体组织获得了胚状体。
遗传学第1章 新细胞工程
13
• Raghavan(1978)概括指出：
– 任何植物活细胞(不管是二倍、单倍、还是三倍 的)潜在地产生一个胚状体。
遗传学第1章 新细胞工程
9
第一节 细胞全能性及其表达
植物生命特征属性
细胞全能性概述
细胞脱分化
细胞再分化
遗传学第1章 新细胞工程
10
一、细胞全能性概念的发展
• 1902年Haberlandt作出了著名的预言——在 未来，人们可以成功地从体细胞培养出人工胚。
• 1934年，White首次给细胞全能性下定义： 每个植物活细胞在合适的培养条件下，
都有发育为胚的能力。
• 这个定义在一段时间内也被称为“假说”。
遗传学第1章 新细胞工程
11
• 1958年，Steward等和Reinert等分别从胡萝 卜培养细胞中获得了人工胚
– 首次证实了White所提出的细胞全能性假说；
• 而且两组科学家均使人工胚进一步形成完整植 株。
遗传学第1章 新细胞工程
•
• 根据细胞所处的组织不同从强到弱为：
• 顶端分生组织 > 居间分生组织 > 侧生分生组织 > 薄壁 组织(基本组织) > 厚角组织 > 厚壁组织>输导组织 。
遗传学第1章 新细胞工程
24
二、植物活细胞生命特征属性 1.生命特征属性包括：
• 新陈代谢(Metabolism) • 应激性(Irritability) • 自体复制(Autoduplication)
• 区别于无生命物质形态的特征属性。