1、高中生物奧賽輔導高中生物奧賽輔導之五之五細胞生物學細胞生物學主講：主講： 王曉駒王曉駒細胞學說細胞學說 生命體是多層次、非線性、多側面的復雜結構體系，而細胞是生生命體是多層次、非線性、多側面的復雜結構體系，而細胞是生命體的結構與生命活動的基本單位，有了細胞才有完整的生命活動。命體的結構與生命活動的基本單位，有了細胞才有完整的生命活動。 認為細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發育而來認為細胞是有機體，一切動植物都是由細胞發育而來, ,并由細胞和細胞并由細胞和細胞產物所構成；產物所構成； 每個細胞作為一個相對獨立的單位，既有它每個細胞作為一個相對獨立的單位，既有它“自己的自己的”生命生命, ,又對

2、與其又對與其它細胞共同組成的整體的生命有所助益；它細胞共同組成的整體的生命有所助益； 新的細胞可以通過老的細胞繁殖產生。新的細胞可以通過老的細胞繁殖產生。真核細胞的結構真核細胞的結構( (一一) )細胞膜細胞膜( (質膜質膜) 1、基本組成成分 (1)膜脂：磷脂、膽固醇和糖脂 占50 以上,具有一個極性頭和兩個由脂肪酸鏈形成的非極性尾。(2)膜蛋白：外在膜蛋白(或稱外周膜蛋白)和內在膜蛋白(或稱整合膜蛋白) (3)膜糖類：與膜脂、膜蛋白以共價鍵形成的糖脂或糖蛋白，與細胞識別有關 細胞膜的流動鑲嵌模型細胞膜的流動鑲嵌模型(Singer(Singer和和Nicolson )Nicolson )真核

3、細胞的結構真核細胞的結構( (一一) )細胞膜細胞膜( (質膜質膜) 2、細胞膜與物質的跨膜運輸簡單擴散：疏水的小分子或小的不帶電荷的極性分子(如O2、CO2、乙醇、尿素等)；小分子比大分子容易穿膜，非極性分子比極性分子容易穿膜，而帶電離子的跨膜運輸則需要更高的自由能。協助擴散：載體蛋白、通道蛋白，它橫跨質膜形成。如動物吸收葡萄糖。主動運輸：由ATP直接供能，如Na+-K+-泵。 Na+-K+泵（Na+-K+-ATP酶）每消耗1個ATP分子，可使細胞內減少3個Na+并增加2個K+內吞作用與外排作用：大分子(如蛋白質、多核苷酸、多糖)或顆粒物質。 吞噬作用、胞飲作用。內吞作用與外排作用都需要細胞

4、提供能量。( (二二) )線粒體線粒體（1 1）線粒體的形態、大小、數目與分布）線粒體的形態、大小、數目與分布 卵圓形顆粒或短線狀；橫徑約0.2um1um，長約2um8um，相當于一個細菌的大小 ；需要能量較多的細胞，線粒體數目也較多 ，植物細胞的線粒體數量比動物細胞的要少 ；多數細胞中線粒體均勻分布于細胞質，但也常常聚集在需能較多的部位 。真核細胞的結構真核細胞的結構（2 2）線粒體的結構）線粒體的結構 線粒體內、外膜上脂類與蛋白質的比值不同，內膜為0.3：1而外膜為1：1 。（3 3）線粒體的功能：）線粒體的功能： 進行氧化磷酸化，合成ATP （4 4）線粒體是半自主性細胞器）線粒體是半自

5、主性細胞器（5 5）線粒體的起源：）線粒體的起源： 內共生假說：被原始的前真核生物吞噬的好氧性細菌，這種細菌與前真核生物共生，在長期的共生過程中通過演化變成了線粒體。 分化假說：線粒體是由于質膜的內陷，再經過分化后形成的。( (二二) )線粒體線粒體真核細胞的結構真核細胞的結構(1)前質體(或稱原質體) (2)白色體(造粉體、造蛋白體和造油體)(3)有色體 (4)葉綠體 葉綠體功能：光合作用，光反應類囊體上進行，而暗反應在基質中完成。半自主性細胞器葉綠體的起源 內共生說和分化說；按內共生假說，葉綠體的祖先是蘭藻或光合細菌。真核細胞的結構真核細胞的結構( (三三) )葉綠體葉綠體葉綠體結構真核細

6、胞的結構真核細胞的結構( (四四) )細胞骨架細胞骨架包括微管、微絲、中間纖維和微梁系統真核細胞的結構真核細胞的結構微管微管微管蛋白組裝成的長管狀結構。可裝配成單管、二聯管、三聯管三種形式。秋水仙素和能阻斷微管組裝。 中心體 與胞質分裂、肌肉的收縮、細胞變形運動、胞質環流運動有關、與微絨毛的形成也有關。 真核細胞的結構真核細胞的結構微絲微絲微梁系統：將微管、微絲、中間纖維整合在一起，并且與線粒體、核糖體等各種細胞器相聯系。真核細胞的結構真核細胞的結構( (五五) )細胞核細胞核真核細胞的結構真核細胞的結構染色質染色質( (體體) ) 化學組成：DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA 。組蛋白是染

7、色體的基本結構蛋白，分為5種組分，即 H1、H2A、H2B、H3和H4 ；非組蛋白富含有天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸，主要包括各種酶(如連接酶、轉錄酶等)以及少量的結構蛋白 核小體串珠結構核小體串珠結構螺線管螺線管超螺旋管超螺旋管染色體染色體細胞分裂細胞分裂有絲分裂有絲分裂間期間期包括包括G1G1期、期、S S期和期和G2G2期，主要進行期，主要進行DNADNA復制、中心體復制、細胞體積復制、中心體復制、細胞體積增大等準備工作。增大等準備工作。前期前期中期中期細胞分裂細胞分裂有絲分裂有絲分裂后期后期細胞分裂細胞分裂有絲分裂有絲分裂后期后期從子染色體到達兩極，至形成兩個新細胞為止的時期。從子染色

8、體到達兩極，至形成兩個新細胞為止的時期。涉及子核的形成和胞質分裂兩個方面。涉及子核的形成和胞質分裂兩個方面。動物細胞的胞質分裂通過胞質收縮環的收縮實現，收縮動物細胞的胞質分裂通過胞質收縮環的收縮實現，收縮環由大量平行排列的肌動蛋白組成。環由大量平行排列的肌動蛋白組成。用細胞松弛素處理這一時期的細胞，會出現什么現象？用細胞松弛素處理這一時期的細胞，會出現什么現象？植物細胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，并數量增加，形成成膜體。來自高爾基體囊泡沿微管轉運到成膜體中間。融合形成細胞板，囊泡的內含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質膜，融合留下的管道形成胞間連絲。細胞分裂細胞分裂有絲分裂有絲分裂細

9、胞分裂細胞分裂減數分裂減數分裂由連續兩次分裂構成由連續兩次分裂構成通常減數分裂通常減數分裂I I分離的是同源染色體，所以稱為異型分裂或減數分裂。分離的是同源染色體，所以稱為異型分裂或減數分裂。減數分裂減數分裂II II分離的是姊妹染色體，類似于有絲分裂，所以稱為同型分裂或分離的是姊妹染色體，類似于有絲分裂，所以稱為同型分裂或均等分裂。均等分裂。間期間期也可分為也可分為G1G1期、期、S S期和期和G2G2期。期。G2G2期是有絲分裂向減數分裂轉化的關鍵時期。期是有絲分裂向減數分裂轉化的關鍵時期。減數分裂的減數分裂的S S期時間較長，部分期時間較長，部分DNADNA（約（約0.3%0.3%左右）

10、是在合線期合成的。左右）是在合線期合成的。細胞分裂細胞分裂減數分裂減數分裂分裂期分裂期減數分裂的特殊過程主要發生在前期減數分裂的特殊過程主要發生在前期I I細線期細線期: :染色體呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。染色體呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。合線期合線期: :亦稱偶線期，是同源染色體配對的時期。亦稱偶線期，是同源染色體配對的時期。粗線期粗線期: :同源染色體的非姊妹染色單體間發生交同源染色體的非姊妹染色單體間發生交換的時期。換的時期。雙線期雙線期: :聯會的同源染色體相互排斥、開始分離，聯會的同源染色體相互排斥、開始分離，交叉開始端化，聯會復合體消失。交叉開始端化，聯會復合體消失。 細菌的

11、質粒是除核區DNA外，可進行自主復制的遺傳因子，是裸露的環狀DNA分子，所含遺傳信息量為2200個基因。 能進行自我復制，有時能整合到核DNA中去。 質粒常用作基因重組與基因轉移的載體。細菌的質粒細菌的質粒植物細胞工程植物細胞工程原理原理l植物細胞工程的理論基礎是建立在植物細胞的全能性這一理論基礎上的。所植物細胞工程的理論基礎是建立在植物細胞的全能性這一理論基礎上的。所謂植物細胞全能性就是指組成多細胞生物體的每一個生活細胞，當處于適宜謂植物細胞全能性就是指組成多細胞生物體的每一個生活細胞，當處于適宜的外界條件下時可以進行獨立的生長發育，并形成一個完整的生物個體的潛的外界條件下時可以進行獨立的生

12、長發育，并形成一個完整的生物個體的潛在能力。在能力。1 1、消毒、消毒 培養植物組織和細胞的培養基，因含有植物細胞所需的高度營養物質，培養植物組織和細胞的培養基，因含有植物細胞所需的高度營養物質，而且對于細菌和霉菌也是很好的營養物質，往往微生物比植物細胞生長更為迅速，并而且對于細菌和霉菌也是很好的營養物質，往往微生物比植物細胞生長更為迅速，并且產生毒素，以致培養的細胞。死亡，因此防止污染是植物組織培養技術中的重要環且產生毒素，以致培養的細胞。死亡，因此防止污染是植物組織培養技術中的重要環節。發生污染的來源有：節。發生污染的來源有：（1）器皿與用具）器皿與用具 （2）培養基）培養基 （3）培養的

13、材料）培養的材料（4）操作時的空氣）操作時的空氣 （5）工作人員本身。）工作人員本身。過程過程一般采用濕熱消毒法，即高溫高壓消毒。無論固體培養一般采用濕熱消毒法，即高溫高壓消毒。無論固體培養基還是液體培養基，均應分裝在較小的器皿中加塞封口，基還是液體培養基，均應分裝在較小的器皿中加塞封口，洗凈的培養皿可用牛皮紙或紗布包扎好，然后置入蒸氣洗凈的培養皿可用牛皮紙或紗布包扎好，然后置入蒸氣消毒鍋中。培養基消毒時間不宜過長，一般為消毒鍋中。培養基消毒時間不宜過長，一般為1.21.2大氣壓，大氣壓，1515分鐘。如果過長，高壓消毒過程中引起培養基成分的分鐘。如果過長，高壓消毒過程中引起培養基成分的變化。

14、培養器皿可延長消毒時間達變化。培養器皿可延長消毒時間達25-3025-30分鐘。分鐘。植物細胞培養植物細胞培養原理原理l2 2、外植體、外植體 植物的各種組織，如維管束形成層、貯藏器官的薄壁組織、植物的各種組織，如維管束形成層、貯藏器官的薄壁組織、根的中柱鞘、胚乳、子葉、葉肉等，在合適的條件下，都能形成愈傷組織。根的中柱鞘、胚乳、子葉、葉肉等，在合適的條件下，都能形成愈傷組織。 但盡量選取莖尖分生組織，因為含病原體少。但盡量選取莖尖分生組織，因為含病原體少。 3 3、培養基、培養基 目前，在植物組織培養中應用的培養基，一般都包括目前，在植物組織培養中應用的培養基，一般都包括大量元素、微大量元素

15、、微量元素和一種碳水化合物，量元素和一種碳水化合物，最常用的碳水化合物是蔗糖。還需要最常用的碳水化合物是蔗糖。還需要添加各種各樣的附添加各種各樣的附加物，如維生素、氨基酸、糖醇，生長素、激動素、赤霉素，螯合劑如加物，如維生素、氨基酸、糖醇，生長素、激動素、赤霉素，螯合劑如EDTAEDTA、各各種營養性的提取物如椰子汁等。種營養性的提取物如椰子汁等。 在誘導愈傷組織中，常用的植物激素是在誘導愈傷組織中，常用的植物激素是2 2，4-D4-D。l4 4、培養技術、培養技術 愈傷組織在培養基上生長一段時間以后，由于營養物質的枯竭，水分愈傷組織在培養基上生長一段時間以后，由于營養物質的枯竭，水分散失，以

16、及積累了一些組織的代謝產物，因此必須將組織轉移到新的培養基上。這種散失，以及積累了一些組織的代謝產物，因此必須將組織轉移到新的培養基上。這種轉移過程叫繼代培養。一般在轉移過程叫繼代培養。一般在25-2825-28度下進行固體培養時，每隔度下進行固體培養時，每隔4-64-6周進行一次繼代周進行一次繼代培養。在組織塊較小的情況下，繼代培養時，可以將整塊組織轉移過去。若組織塊較培養。在組織塊較小的情況下，繼代培養時，可以將整塊組織轉移過去。若組織塊較大，可以將組織分成小塊再接種。繼代培養必須及時進行，否則愈傷組織會出現褐化大，可以將組織分成小塊再接種。繼代培養必須及時進行，否則愈傷組織會出現褐化現象

17、。現象。動物細胞工程動物細胞工程常用的技術手段常用的技術手段動物細胞培養動物細胞培養核移植核移植胚胎移植胚胎移植單克隆抗體單克隆抗體動物細胞融合動物細胞融合動物細胞工程技術與植物細胞工程技術的原理基本相同動物細胞工程技術與植物細胞工程技術的原理基本相同一、動物細胞培養一、動物細胞培養動物胚胎或幼齡動動物胚胎或幼齡動物的組織、器官物的組織、器官細胞懸浮液細胞懸浮液胰蛋白酶胰蛋白酶（分解彈性纖維、膠原蛋白）（分解彈性纖維、膠原蛋白）1010代細胞代細胞原代培養原代培養5050代細胞代細胞傳代培養傳代培養細胞株細胞株無限傳代無限傳代細胞系細胞系遺傳物質遺傳物質改變改變遺傳物質未遺傳物質未改變改變 培

18、養條件：培養條件：無菌、無毒的環境無菌、無毒的環境( (措施：培養液和所有培養用具措施：培養液和所有培養用具進行無菌處理進行無菌處理, ,培養液中加抗生素，定期更換培養液培養液中加抗生素，定期更換培養液) ) 營養營養: : 糖、氨基酸、無機鹽、微量元素、促生長因子（維生素、激糖、氨基酸、無機鹽、微量元素、促生長因子（維生素、激素等）和素等）和動物血清。動物血清。獲得細胞產物，如蛋白質生物制品病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等。獲得細胞產物，如蛋白質生物制品病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等。獲得燒傷病人植皮所需的細胞。獲得燒傷病人植皮所需的細胞。獲得細胞用于檢測有毒物質。獲得細胞用于檢測有毒物質。

19、動物細胞培養的運用：動物細胞培養的運用：思考？思考？2 2、為什么選用動物胚胎或幼齡個體的器官或組織做動物細胞培養材料？、為什么選用動物胚胎或幼齡個體的器官或組織做動物細胞培養材料？1 1、動物細胞培養液的主要成分是什么？較植物組織培養基有何獨特之處？、動物細胞培養液的主要成分是什么？較植物組織培養基有何獨特之處？3 3、為什么培養前要將組織細胞分散成單個細胞？、為什么培養前要將組織細胞分散成單個細胞？4 4、動物細胞培養能否像綠色植物組織培養那樣最終培養成新個體？、動物細胞培養能否像綠色植物組織培養那樣最終培養成新個體？主要成分：葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清等。主要成分：葡萄糖、

20、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清等。獨特之處有：獨特之處有：1 1、液體培養基、液體培養基 2 2、成分中有動物血清等。、成分中有動物血清等。因為這些組織或器官上的細胞生命力旺盛，分裂能力強。因為這些組織或器官上的細胞生命力旺盛，分裂能力強。成塊組織不利培養，分散了做成細胞懸浮液利于培養成塊組織不利培養，分散了做成細胞懸浮液利于培養不能。動物細胞培養只能使細胞數目增多，不能發育成新的不能。動物細胞培養只能使細胞數目增多，不能發育成新的動物個體。動物個體。二、核移植技術二、核移植技術克隆羊培育過程克隆羊培育過程黑面綿羊去黑面綿羊去核卵母細胞核卵母細胞白面綿羊乳白面綿羊乳腺細胞核腺細胞核細胞核移植細胞核移植重組細胞重組細胞電脈沖刺激電脈沖刺激早期胚胎早期胚胎胚胎移植胚胎移植另一頭綿羊的子宮另一頭綿羊的子宮妊娠、出生妊娠、出生克隆羊多利克隆羊多利體細胞核移植體細胞核移植 胚胎細胞核移植胚胎細胞核移植將動物的一個細胞的將動物的一個細胞的細胞核細胞核移入一個已經移入一個已經去掉細胞核去掉細胞核的的卵母細胞卵母細胞中，使其中，使其重組重組并發育成一個新的胚胎，這個新并發育成一個新的胚胎，這個新的胚胎