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专题2细胞工程
植物组织培养
动物细胞培养
原理
细胞的全能性
细胞的增殖
培养基的物理性质
固体
液体(合成培养基)
培养基的成分
水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂、激素等
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等
结果
培育成新的植株或组织
培育成细胞系或细胞株
培养目的
①植株快速繁殖
②脱毒植株的培育
③人工种子
④生产药物、杀虫剂等
⑤转基因植物的培育
①蛋白质生物制品的生产②皮肤移植材料的培育
③检测有毒物质
④生理、病理、药理学研究
取材
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
其他条件
均为无菌操作,需要适宜的温度、pH、O2等条件
(1)植物组织培养
(2)动物细胞培养
①概念:取动物体的相关组织分散成单个细胞后,在适宜培养基中使细胞生长和增殖的过程。
②基本过程:培养的动物细胞大都取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官组织,将组织取出来以后,先用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理,使细胞分散成单个细胞,然后配制一定浓度的悬浮液,在培养瓶中进行原代培养。随着细胞的生长和增殖,大多数细胞不适应悬浮生长,它们必须在固定的表面上生长和分裂,细胞在培养瓶中贴壁生长,随着细胞越来越多,贴壁生长的细胞分裂生长到表面相互接触时就停止分裂增殖,这种现象叫接触抑制。这样就需定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来,配成细胞悬浮液,分装到两个或两上以上的培养瓶中进行传代培养。在传代培养中出现细胞株和细胞系两种类型。(如图所示)
植物体细胞杂交
动物细胞融合
细胞融合原理
细胞膜的流动性、细胞的全能性
细胞的全能性
细胞融合方法
用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合
用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散后,诱导细胞融合
诱导手段
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
结果
获取杂种植株
获得杂种细胞,以生产细胞产品
用途
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
(1)植物体细胞杂交技术
植物体细胞杂交就是将不同种植物的体细胞,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。植物体细胞杂交的障碍,一是植物细胞有细胞壁,二是如何诱导植物细胞融合。利用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁,这样可保持原生质体的活性。去除细胞壁的原生质体再利用人工诱导的方法融合,人工诱导的方法包括物理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等,化学法一般是用聚乙二醇(PEG)诱导原生质体融合。原生质体融合后的细胞是杂种细胞,利用植物组织培养技术把杂种细胞培养成杂种植株。
(2)动物体细胞核移植
动物体细胞核移植依据的原理还是细胞的全能性。动物细胞的全能性随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到抑制,全能性表达很难,但是动物的细胞核内仍含有该种动物的全部遗传基因,具有发育成完整个体的潜能,即动物的细胞核仍具有全能性。但只靠动物的细胞核是不行的,必需提供促进细胞核表达全能性的物质和营养条件,还要保证细胞的完整性,这样去核的卵母细胞是最合适的细胞。因为卵母细胞体积大、易操作,含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。通过核移植形成重组细胞,重组细胞必须通过细胞培养形成重组胚胎,然后才能进行胚胎移植,进入代孕母体,发育成成熟胚胎,产出即是克隆动物,该动物的核基因型与供体体细胞完全相同,该技术是一种无性繁殖技术。
(3)动物细胞融合、单克隆抗体制备
细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程,也叫细胞杂交。杂交细胞是具有两个或多个细胞的遗传信息的单核细胞。杂交细胞的形成需要人工诱导,如聚乙二醇(PEG)、灭活的仙台病毒、电激等。融合的细胞要繁殖就要进行动物细胞的培养,通过动物细胞的培养,杂交细胞表现出两个亲本各自的优良特点。
单克隆抗体的制备,首先应获得杂交瘤细胞,其过程是用已免疫的效应B细胞和骨髓瘤细胞杂交获得三种细胞:BB细胞、B瘤细胞、瘤瘤细胞,然后用选择培养基筛选获得杂交瘤细胞。杂交瘤细胞要发挥其繁殖快、产生特异性抗体的优点,应通过动物细胞培养才能实现。所以无论是动物细胞融合还是单克隆抗体的制备,都是以动物细胞培养为基础的。
技术
原理
优点
缺点
诱变育种
基因突变
提高生物便宜的频率,使后代变异性状较快稳定;可大幅度改良某些性状,缩短育种进程
盲目性大,需大量处理供试材料
杂交育种
基因重组
使位于不同个体的优良性状集中于一个个体
周期长,难以克服远缘杂交不亲和的障碍
单倍体育种
染色体变异
获得个体均为纯种,明显缩短育种年限
技术复杂,须与杂交育种配合、且需细胞工程参与
多倍体育种
染色体变异
器官大,提高产量和营养成分
适用于植物,动物方面难以展开
基因工程育种
分子遗传学原理
打破物种界限,定向地改造生物遗传性状
技术要求高
细胞工程育种
细胞生物学和分子生物学原理、基因突变
植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍,扩大了用于杂交的亲本范围;定向改造生物遗传性状
远缘杂种不能按人们的需要表现出亲代的优良性状