生物技术概论细胞工程

第四章第四章 细胞工程细胞工程 Cell EngineeringCell Engineering1 1 细胞工程概述细胞工程概述1.2 1.2 细胞工程研究的对象细胞工程研究的对象 1.3 1.3 细胞工程研究主要内容细胞工程研究主要内容1.4 1.4 细胞工程的优点细胞工程的优点1.5 1.5 细胞工程与其他生物工程的关系细胞工程与其他生物工程的关系细胞工程与其他生物工程的关系细胞工程与其他生物工程的关系1.6 1.6 2 植物细胞工程植物细胞工程 2.1 2.1 植物组织培养植物组织培养 （Plant tissue culturePlant tissue culture）2.1.12.1.1 几个重要概念几个重要概念：外植体产生的排列疏松而外植体产生的排列疏松而无规则且没有发生分化的薄壁细胞无规则且没有发生分化的薄壁细胞2.1.2 2.1.2 对植物组织培养实验室的要求对植物组织培养实验室的要求接种室接种室培养室培养室观察与鉴定室观察与鉴定室 大棚大棚2.1.3 2.1.3 植物组织培养的步骤植物组织培养的步骤 (http:/ 愈伤组织（脱分化培养基）愈伤组织（脱分化培养基）丛生芽（再分化培养基）丛生芽（再分化培养基）再生根（生根培养基）再生根（生根培养基）再分化再分化脱分化脱分化壮苗（壮苗培养基）壮苗（壮苗培养基）接种接种Agar0.6%糖的选择：糖的种类、浓度的选择糖的选择：糖的种类、浓度的选择 琼脂的选择：主要是浓度的选择琼脂的选择：主要是浓度的选择 附加物的选择：香蕉汁、活性炭、椰子汁等附加物的选择：香蕉汁、活性炭、椰子汁等浓度为mg/L细胞分裂素 0.5 1.5 34.5生 长 素0 （1）（2）（3）（4）0.5 （5）（6）（7）（8）1.0 （9）（10）（11）（12）1.5 （13）（14）（15）（16）Agar0.6%500 mL容器的体积/mL在121灭菌所需最少时间/min20-501575-15020250-50025100030 外植体消毒步骤外植体消毒步骤.1.3.1.3.接种（接种室）接种（接种室）2.1.3.2.1.3.培养培养 CultureCulture（培养室）（培养室）：2.1.3.5 2.1.3.5 试管苗驯化移栽试管苗驯化移栽2.1.3.6 2.1.3.6 试管苗增殖率的估算试管苗增殖率的估算 基本数据的统计每一周期（从接种当天到再次可供接种的当天）需要多少天每一周期每一瓶能接种多少瓶每瓶有多少苗 基本数据的统计每一周期（从接种当天到再次可供接种的当天）需要多少天每一周期每一瓶能接种多少瓶每瓶有多少苗 仙茅（石蒜科）葡萄（葡萄科）茶树（山茶科）麻疯树（大戟科）油樟（樟科）生姜（姜科）兰草（兰科）芦荟兰 草麻疯树移栽2.1.3.7 2.1.3.7 快速繁殖工作的计划安排快速繁殖工作的计划安排2.1.4 2.1.4 植物主要的组织培养技术植物主要的组织培养技术2.1.4.1 2.1.4.1 植物脱毒与快繁技术植物脱毒与快繁技术2.1.4 2.1.4 植物主要的植物主要的组织培养技术组织培养技术一片树叶能变一座森林一片树叶能变一座森林一年内可从一个兰花茎尖繁殖出一年内可从一个兰花茎尖繁殖出400万株遗传性状均一万株遗传性状均一的健康植株；的健康植株；花叶芋：常规繁殖：几倍花叶芋：常规繁殖：几倍几十倍几十倍 组培繁殖：几万组培繁殖：几万数百万倍数百万倍月季、菊花、牡丹、山茶等。

月季、菊花、牡丹、山茶等脱毒花卉：去病毒后，植株生长势强，花朵变大，色脱毒花卉：去病毒后，植株生长势强，花朵变大，色泽鲜艳泽鲜艳，抗逆能力提高，产花数量上升预计在，抗逆能力提高，产花数量上升预计在21世世纪，这一技术的应用将更为广泛如：兰花、大丽花、纪，这一技术的应用将更为广泛如：兰花、大丽花、水仙、天竺葵菊花等水仙、天竺葵菊花等脱毒马铃薯：增产脱毒马铃薯：增产40-200%(2000-2500kg/亩亩)红薯：增产红薯：增产30%以上草莓：增产草莓：增产500-1000千克千克/亩亩2.1.4.1 2.1.4.1 植物脱植物脱毒与快繁技术毒与快繁技术2.1.4.1 2.1.4.1 植物脱植物脱毒与快繁技术毒与快繁技术 热处理脱毒热处理脱毒 温汤浸渍处理：温汤浸渍处理：在在50左右的温水中浸渍左右的温水中浸渍 10分钟至数小时缺点：易使材料受伤分钟至数小时缺点：易使材料受伤热空气处理：热空气处理：35-40，几十分钟，长可达数月温热治疗室（箱），几十分钟，长可达数月温热治疗室（箱）内内缺点：缺陷是并非能脱除所有病毒缺点：缺陷是并非能脱除所有病毒热处理需与其他方法配合应用才可获得良好的效果。

热处理需与其他方法配合应用才可获得良好的效果生长点（约生长点（约0.1-1MM区域）几乎不含或含病毒很少区域）几乎不含或含病毒很少.分生区域内无维管束，病毒只能通过胞间连丝传递，赶不分生区域内无维管束，病毒只能通过胞间连丝传递，赶不上细胞不断分裂和活跃的生长速度上细胞不断分裂和活跃的生长速度茎尖培养脱毒2.1.4.1 2.1.4.1 植物脱植物脱毒与快繁技术毒与快繁技术 仅有部分单个细胞含有病毒仅有部分单个细胞含有病毒病毒的复制速度赶不上细胞的增殖速度或病毒的复制速度赶不上细胞的增殖速度或有些细胞通过突变获得了抗病毒的抗性缺陷有些细胞通过突变获得了抗病毒的抗性缺陷植株遗传性不稳定，可植株遗传性不稳定，可能会产生变异植株，并且一些作物的愈伤组织尚不能产生再生植株能会产生变异植株，并且一些作物的愈伤组织尚不能产生再生植株化学疗法脱毒化学疗法脱毒 2.1.4.1 2.1.4.1 植物脱植物脱毒与快繁技术毒与快繁技术脱毒效果检测 抗血清抗血清(antiserum)鉴定鉴定：已知植物病毒核蛋白（抗原）制备抗体；抗血清+未知的病毒植物可见的沉淀（试管）酶联免疫吸收鉴定（酶联免疫吸收鉴定（ELISA）：已知植物病毒（抗原）+一抗（已制备）二抗（酶）酶的显色底物溶液 酶标仪检测 电子显微镜（电子显微镜（electric microscope)检查法检查法：直接观察病毒 的有无或种类 指示植物指示植物法法(indicating plant)被鉴定植物 的汁液接种指示植物或嫁接接种法（指示植物作为砧木，被鉴定植物作接穗）指示植物是指具有能够辨别某种病毒的专化指示植物是指具有能够辨别某种病毒的专化性症状的寄主植物。

性症状的寄主植物2.1.4.1 2.1.4.1 植物脱植物脱毒与快繁技术毒与快繁技术2.1.4.2 2.1.4.2 花药及花粉培养花药及花粉培养 花药培养：花药培养是把花粉发育到一定阶段的花药接种到培养基花药培养：花药培养是把花粉发育到一定阶段的花药接种到培养基上，来改变花粉的发育程序，使其分裂形成细胞团，进而分化成胚上，来改变花粉的发育程序，使其分裂形成细胞团，进而分化成胚状体，产生再生植株，或形成愈伤组织，由愈伤组织再分化成植株状体，产生再生植株，或形成愈伤组织，由愈伤组织再分化成植株属器官培养还是细胞培养属器官培养还是细胞培养 花粉培养：花粉培养是指把花粉从花药中分离出来，以单个花粉粒花粉培养：花粉培养是指把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的技术由于花粉已是单倍体细胞，诱发作为外植体进行离体培养的技术由于花粉已是单倍体细胞，诱发它经愈伤组织或胚状体发育成的植株都是单倍体植株它经愈伤组织或胚状体发育成的植株都是单倍体植株优点：不受花药的药隔，药壁、花丝等体细胞的干扰；缺点是较比花优点：不受花药的药隔，药壁、花丝等体细胞的干扰；缺点是较比花粉培养难度大粉培养难度大。

属器官培养还是细胞培养属器官培养还是细胞培养？为何更多的要花药培养？为何更多的要花药培养?(药壁药壁)共同的目的：花粉细胞共同的目的：花粉细胞单倍体单倍体(haploid)细胞细胞单倍体植株（但不是单倍体植株（但不是最终目的但具应用潜力，最终目的但具应用潜力，为什么？为什么？）经染色体加倍经染色体加倍正常结实正常结实二二倍体植株倍体植株2.1.4 2.1.4 植物主要的植物主要的组织培养技术组织培养技术2.1.4.2 2.1.4.2 花药花药及花粉培养及花粉培养 2.1.4.2 2.1.4.2 花药及花药及 花粉培养花粉培养2.1.4.2 2.1.4.2 花药及花药及 花粉培养花粉培养2.1.4.2 2.1.4.2 花药及花药及 花粉培养花粉培养花药培养中单倍体形成的途径花药培养中单倍体形成的途径 营养细胞发育途径营养细胞发育途径:生殖核退化生殖核退化,营养核发育营养核发育 生殖细胞发育途径生殖细胞发育途径:营养核退化，生殖核发育营养核退化，生殖核发育 营养细胞和生殖细胞同时发育的途径营养细胞和生殖细胞同时发育的途径:花粉均等分裂途径花粉均等分裂途径:2.1.4.2 2.1.4.2 花药及花药及 花粉培养花粉培养形成胚状形成胚状体或愈伤体或愈伤组织组织2.1.4.2 2.1.4.2 花药及花药及 花粉培养花粉培养2.1.4.2 2.1.4.2 花药及花药及 花粉培养花粉培养。

2.2.1 细胞悬浮培养 2.2.2 固定化细胞培养2.2.3 植物细胞大规模培养与有用物质生产 组成、操作、有缺点（半连续培养和连续培养）实例（银杏、冬青、蔷薇等）2.2.2.1固定化细胞：固定化细胞：指固定在载体上，在一定的空间范围内进行生命活动的细指固定在载体上，在一定的空间范围内进行生命活动的细胞优点：稳定性好，产物易分离，利于连续化生产优点：稳定性好，产物易分离，利于连续化生产缺点：只适合分泌到细胞外的次生代谢物的生产缺点：只适合分泌到细胞外的次生代谢物的生产细胞生长分裂旺盛时，次生代谢物产量低采用固相培养，细胞生长分裂旺盛时，次生代谢物产量低采用固相培养，将细胞培养在惰性基质中，细胞生长缓慢，可提高次生将细胞培养在惰性基质中，细胞生长缓慢，可提高次生代谢物质的产量代谢物质的产量.利用各种固体吸附剂将细胞吸附在其利用各种固体吸附剂将细胞吸附在其表面而使细胞固定化的方法表面而使细胞固定化的方法吸附材料：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等吸附材料：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等实例：多孔泡沫放入辣椒细胞的培养液中；实例：多孔泡沫放入辣椒细胞的培养液中；细胞生长缓慢，可提高次生代谢物质的产量。

细胞生长缓慢，可提高次生代谢物质的产量培养周期培养周期延迟期（延迟期（，直线生长期（对数生长期，细胞生长分裂旺盛时，次生直线生长期（对数生长期，细胞生长分裂旺盛时，次生代谢物产量低，代谢物产量低，），），减缓期（减缓期（，静止期（静止期（）扫描图：P115（细胞培养书）细胞株系建立细胞株系建立 建立悬浮细胞繁殖体系（建立悬浮细胞繁殖体系（培养）培养）合成能力高的细胞株系的筛选与更新：合成能力高的细胞株系的筛选与更新：对细胞培养的选择有两个基本要求：对细胞培养的选择有两个基本要求：（1）有用物质的合成积累能力强）有用物质的合成积累能力强 （2）生长速度快）生长速度快 2.2.3.2 2.2.3.2 细胞生长与次生物质的产生对培养基与培养细胞生长与次生物质的产生对培养基与培养条件的要求不同，因而在细胞工厂化培养条件的要求不同，因而在细胞工厂化培养中采用二步培养方法，既使细胞生长快，中采用二步培养方法，既使细胞生长快，又使次生物质代谢多又使次生物质代谢多生物碱 苦参的愈伤组织苦参碱降血压、扩张血管，治冠心病乌头愈伤组织乌头碱驱寒、散风、通经、止痛 长春花愈伤组织长春花碱治白血病高效药 喜树叶愈伤组织喜树碱抗肿瘤 黄连愈伤组织小蘖碱（黄连素的主要成分）抗菌消炎蛋白质 商品胰岛素多数从动物的胰脏提取，但价格昂贵。

从苦瓜离体培养物种可提取胰岛素SOD、木瓜蛋白酶、木瓜凝乳酶2.3 2.3 植物非试管克隆技术植物非试管克隆技术 Technique of Efficient&Rapid Non-tube Plant Cloning http:/ 该技术是基于一个集温度、湿度、光照、二氧化碳浓度、该技术是基于一个集温度、湿度、光照、二氧化碳浓度、蒸发系数、营养液浓度等为一体的传感器（智能叶片），蒸发系数、营养液浓度等为一体的传感器（智能叶片），通过计算机控制系统为植物的离体材料创造最佳的生根通过计算机控制系统为植物的离体材料创造最佳的生根环境，并采用无土栽培及技术，实现苗木快速繁殖的一环境，并采用无土栽培及技术，实现苗木快速繁殖的一项高新技术项高新技术非试管繁殖与组培的区别培养地点试管内大田内成活率移栽成活率低移栽成活率高成本投入成本高投入成本低操作操作复杂操作简易品种范围快繁品种范围窄繁品种范围广 非试管繁殖与传统营养繁殖的区别非试管繁殖与传统营养繁殖的区别非试管繁殖非试管繁殖传统营养繁殖传统营养繁殖季节限制季节限制不受季节限制受季节限制集约化程度集约化程度土地使用率高，有高度的集约化与规模化土地使用率低，集约化与规模化不高品种限制品种限制品种限制不大，传统扦插品种限制大插穗需求量插穗需求量对插穗需求量小传统扦插对插穗需求量大操作管理与劳动投操作管理与劳动投入入有优势无优势根系根系发达，成活率高不发达，成活率较低 智能叶片智能模拟计算机豆腐菜（马鞭草科）桂花（木樨科）葡萄（葡萄科）松（松科）2.4 2.4 植物原生质体制备与融合植物原生质体制备与融合 什么是原生质体：？什么是原生质体：？原生质体制备：原生质体制备：将旺盛生长的植物细胞起来，悬浮在含渗将旺盛生长的植物细胞起来，悬浮在含渗透压稳定剂的高渗缓冲液中，加入适量的细胞壁水解酶，透压稳定剂的高渗缓冲液中，加入适量的细胞壁水解酶，在一定条件下作用一段时间，使细胞壁破坏。

除去细胞在一定条件下作用一段时间，使细胞壁破坏除去细胞壁碎片、未作用的细胞等，即得壁碎片、未作用的细胞等，即得原生质体培养原生质体培养是将植物原生质体在一定条件下培养，经过是将植物原生质体在一定条件下培养，经过细胞壁再生而形成细胞壁再生而形成 细胞，再分裂成细胞团的过程细胞，再分裂成细胞团的过程植物原生质体的特点（与植物细胞比）：仍然具细胞全能性：？（学生总结）吸收能力增强利于.?（学生总结）分泌能力增强利于.?（学生总结）稳定性较差不利于.?（学生总结）解决？原生质体融合，即体细胞杂交用人工的方法，把分离的不同品种或不同种的原生质体诱导成融合细胞，再经离体培养诱导分化和再生完整植株的整个过程若取材为体细胞，则成为体细胞杂交原生质体制备和培养是原生质体融合的先导技术2.2.人工种子（人工种子（artificial artificial seedsseeds）的研制）的研制 小结：植物细胞工程的应用小结：植物细胞工程的应用辐射育种2.6 2.6 植物细胞工程研究进展植物细胞工程研究进展 （学生学生综述）综述）3 3 动物细胞工程动物细胞工程3.1 3.1 动物细胞工程概述动物细胞工程概述技术路线技术路线胚胎干细胞克隆胚胎分割胎儿成纤维细胞核移植成体细胞克隆 技术路线图P237 体细胞克隆技术路线我国体细胞克隆牛康康，在莱阳农学院动物胚胎工程中心 西北农林科技大学 克隆山羊山东曹县五里墩中大动物胚胎工程中心 克隆动物引来的争论克隆动物引来的争论动物克隆给人类带来什么动物克隆给人类带来什么动物克隆技术存在的问题动物克隆技术存在的问题 干细胞的分化潜能受精卵全能性4 4 微生物细胞工程微生物细胞工程。