细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法 通过细胞水平或细胞器水平上的操作 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 按操作对象分类 植物细胞工程 动物细胞工程 一 细胞工程的概念 二 细胞工程的原理 动 植物细胞全能性 1 原因 生物体的每个细胞都含有发育成完整个体所必需的全部基因 2 全能性表现的大小 受精卵的全能性最大 其次是生殖细胞 体细胞相对较小 3 全能性表现与细胞种类有关 离体的植物体细胞的全能性在一定条件下可充分体现 离体的动物体细胞 全能性受到限制 但其细胞核仍具有全能性 需要借助卵细胞的细胞质才能体现出来 未离体细胞的全能性不能表达 只能在机体调控下定向分化 4 细胞的全能性是植物细胞工程技术的理论基础 离体的植物器官 组织或细胞 愈伤组织 脱分化 过程 植物激素 细胞分裂素 生长素 外植体 根 芽 植物体 再分化 三 植物组织培养 植物组织培养条件 含有全部营养成分的培养基 一定的温度 空气 无菌环境 适合的PH 适时光照等 蔗糖为生长 分化的必需成分 提供能量 光促进细胞分化 四 植物体细胞杂交技术 1 概念 将不同种的植物体细胞 在一定条件下融合成杂种细胞 并把杂种细胞培育成新的植物体的技术 2 过程 四 植物体细胞杂交技术 杂种植株 融合的原生质体AB 再生出细胞壁 脱分化 愈伤组织 再分化 植物细胞的融合 植物组织培养 植物细胞A 原生质体B 原生质体A 杂种细胞AB 去壁 去壁 人工诱导 植物细胞B 四 植物体细胞杂交技术 3 成果和未解决的问题 成果 克服不同生物远缘杂交的障碍 出现自然界没有的新品种 未解决的问题 未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状 单克隆抗体等 动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 是其他动物细胞工程技术的基础 五 动物细胞工程常用技术 一 动物细胞培养 从动物机体中取出相关组织 将它们分散成单个细胞 然后放在适宜的培养基中 让这些细胞生长和增殖 1 概念 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 比老龄动物的组织细胞增殖能力强 有丝分裂旺盛 分化程度越低 繁殖能力越强 越容易培养 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 剪碎 胰蛋白酶 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 剪碎 胰蛋白酶 动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质 将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织和器官 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 剪碎 胰蛋白酶 动物细胞培养适宜的PH为7 2 7 4 此环境下胃蛋白酶 1 5 没有活性 而胰蛋白酶 7 2 8 4 的活性较高 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 细胞悬液 剪碎 胰蛋白酶 2 动物细胞培养过程 细胞贴壁过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 细胞悬液 剪碎 胰蛋白酶 原代培养 贴壁生长接触抑制 2 动物细胞培养过程 3 有关概念 原代培养 从机体取出后立即培养的细胞为原代细胞 胚胎或幼龄动物的组织器官 细胞悬液 剪碎 胰蛋白酶 原代培养 贴壁生长接触抑制 原代细胞 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 细胞悬液 剪碎 胰蛋白酶 原代培养 贴壁生长接触抑制 传代培养 洗涤 稀释 分离 原代细胞 2 动物细胞培养过程 原代培养 从机体取出后立即培养的细胞为原代细胞 传代培养 将原代细胞从培养瓶中取出 配制成细胞悬浮液 分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养 称为传代培养 3 有关概念 胚胎或幼龄动物的组织器官 细胞悬液 剪碎 胰蛋白酶 原代培养 贴壁生长接触抑制 传代培养 洗涤 稀释 分离 原代细胞 传代细胞 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 细胞悬液 剪碎 胰蛋白酶 原代培养 贴壁生长接触抑制 传代培养 洗涤 稀释 分离 原代细胞 传代细胞 10代以内 保持正常二倍体核型 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 细胞悬液 剪碎 胰蛋白酶 原代培养 贴壁生长接触抑制 传代培养 洗涤 稀释 分离 细胞增殖缓慢 核型可能变化 原代细胞 传代细胞 2 动物细胞培养过程 胚胎或幼龄动物的组织器官 细胞悬液 剪碎 胰蛋白酶 原代培养 贴壁生长接触抑制 传代培养 洗涤 稀释 分离 动物细胞培养不能最终培养成生物体 原代细胞 传代细胞 2 动物细胞培养过程 原代培养和传代培养 细胞悬浮液 10代细胞 50代细胞 无限传代 原代培养 传代培养 多数组织细胞固定在表面生长和分裂 随细胞增多 细胞就会停止分裂增殖 3 动物细胞培养的条件 1 无菌 无毒的环境 2 必须的营养物质 葡萄糖 氨基酸 无机盐 维生素 激素 促生长因子 动物血清等 3 适宜的温度 36 5 0 5度 4 充足的氧气和适宜的酸碱度 O2和CO2 95 空气和5 CO2 4 动物细胞培养与植物组织培养的比较 固体 液体 水 矿质元素 维生素 蔗糖 氨基酸 激素 琼脂等 葡萄糖 氨基酸 无机盐 维生素 动物血清等 新的植株或组织 新的细胞系或细胞株 植株快速繁殖 脱毒植株的培 人工种子 生产药物 杀虫剂等 转基因植物的培育 蛋白质生物制品的生产 皮肤移植材料的培育 检测有毒物质 生理 病理 药理学研究 植物幼嫩的部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 均为无菌操作 需要适宜的温度 pH等条件 1 概念将动物的一个细胞核 移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中 使其重组并发育成为一个新的胚胎 这个新的胚胎最终发育为动物个体 克隆动物 二 动物细胞核移植 胚胎细胞核移植 体细胞核移植 细胞分化程度低 恢复全能性容易 细胞分化程度高 恢复全能性不容易 2 分类 3体细胞核移植过程 卵细胞 A母绵羊 B母绵羊 乳腺细胞 细胞质 细胞核 细胞核移植 早期胚胎 卵裂 C母绵羊子宫 胚胎移植 多莉羊 分娩 妊娠 融合后的卵细胞 1 核移植的受体细胞是什么 处在什么时期 M 中期卵母细胞 诱导方法 物理或化学方法激活受体细胞 完成细胞分裂和发育进程 思考 2 通过什么手段激活受体细胞 构建重组胚胎 4 体细胞核移植技术的应用前景 在畜牧业中可以加速家畜遗传改良的进程 保护濒危物种 医药卫生领域生产医用蛋白质及组织器官的移植 了解胚胎发育和衰老过程 追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病 细胞A 细胞B 杂种细胞 物理法化学法 三 动物细胞融合 灭活的病毒 1 概念 2 结果 3 原理 4 诱导方式 指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程 形成单核的杂交细胞 细胞膜的流动性 物理法 离心 振动 电激 化学法 聚乙二醇 PEG 生物法 灭活的病毒 三 动物细胞融合 5 意义 突破了有性杂交方法的局限 使远缘杂交 种间 属间 科间 动植物之间 成为可能 6 应用 成为研究细胞遗传 细胞免疫 肿瘤和生物新品种培育等的重要手段特别是利用杂交瘤技术制造单克隆抗体 7 植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较 细胞膜的流动性 细胞膜的流动性 用纤维素酶 果胶酶去除细胞壁后 诱导原生质体融合 用胰蛋白酶使细胞分散后 诱导细胞融合 离心 电刺激 振动 显微操作 聚乙二醇等诱导 与植物体细胞杂交相比 还可用灭活的病毒诱导 克服远缘杂交不亲和的障碍 扩展杂交亲本范围 培育新品种 制备单克隆抗体 病毒疫苗 干扰素等 四 单克隆抗体 1 概念 由单个B淋巴细胞经过无性繁殖 克隆 形成基因型相同的细胞群 这一细胞群所产生的化学性质单一 特异性强的抗体称为单克隆抗体 注射抗原 B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 细胞融合 筛选 杂交瘤细胞 细胞培养 筛选 继续培养 足够数量的 能产生特定抗体的细胞群 单克隆抗体 2 制备过程 体外培养 注射到小鼠腹腔 单克隆抗体的优点 特异性强 灵敏度高 作为诊断试剂 准确识别各种抗原物质 并与抗原特异性结合 用于 运载药物 制成 生物导弹 治疗疾病 主要用于癌症治疗 优点 准确 高效 简易 快速 优点 疗效高 毒副作用小 3 单克隆抗体的应用 诱导植物体细胞的原生质体融合的方法主要有离心 振动 电激或用聚乙二醇作为诱导剂 动物细胞融合常用的诱导因素有聚乙二醇 灭活的病毒 诱导动物细胞融合的特有因素 电激等 拓展提升 1 容易混淆的三种细胞 杂种细胞 重组细胞和杂交细胞 1 杂种细胞 植物体细胞杂交过程中 两种细胞去掉细胞壁之后形成的原生质体融合 融合的原生质体形成细胞壁之后形成的细胞叫杂种细胞 2 重组细胞 体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞之后形成的细胞叫重组细胞 3 杂交细胞 动物细胞融合形成的细胞常称为杂交细胞 2 植物体细胞杂交和动物细胞融合的结果及原理 1 植物体细胞杂交 过程 a 植物细胞融合 b 杂种细胞的植物组织培养 结果 形成杂种植株 产生了一个生物体 原理 细胞膜的流动性和细胞的全能性 2 动物细胞融合 结果 动物细胞融合形成杂交细胞 杂交细胞进行细胞培养 获得大量的克隆细胞 但没有形成生物体 原理 细胞增殖和细胞膜的流动性 不包含细胞全能性 3 克隆动物与试管动物认识的误区 1 误区一 试管动物与克隆动物的产生都是无性生殖 纠正 试管动物的产生是有性生殖 克隆动物的产生是无性生殖 2 误区二 试管动物 哺乳类 的产生是在体外进行的 克隆动物 哺乳类 的产生是在体内进行的 纠正 试管动物 哺乳类 和克隆动物 哺乳类 早期胚胎之前都是在体外进行的 早期胚胎经过胚胎移植之后是在体内进行的 3 误区三 胚胎移植的优势是充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 因此胚胎移植的胚胎只能来自体内受精的胚胎 纠正 胚胎移植的胚胎有三个来源 体内正常受精产生的胚胎 核移植产生的重组细胞培养而来的胚胎 体外受精产生的早期胚胎