第四章細胞工程

教學重點、難點、學時一、概述二、不同對象的細胞工程（一）微生物細胞工程（二）植物細胞工程（三）動物細胞工程三、細胞工程在環境方面的應用1、要點細胞工程基礎知識、微生物細胞工程、植物細胞工程、動物細胞工程、利用細胞融合技術構建環境工程菌、抗污染型植物2、重點細胞工程的定義、微生物細胞融合、植物組織培養、植物原生質體制備、培養和融合、動物細胞融合、單克隆抗體的制備、細胞拆合3、學時5學時教學要點、重點、學時一、概述（一）細胞工程相關名詞1、細胞是生物體的基本結構單位和功能單位，單細胞生物，一個細胞就是一個個體，而多細胞生物則由許多細胞成一個個體。2、細胞工程：是指在細胞水平上的遺傳操作，即通過細胞融合、核質移植、染色體或基因移植以及組織和細胞培養等方法，快速繁殖和培養出人們所需要的新物種的技術。

3、

細胞融合：是用自然或人工的方法使兩個或幾個不同細胞融合的為一個細胞（含有原來兩個細胞的染色體）的過程。4、細胞亞結構移植是指將細胞的亞結構（如細胞核、染色體等）移植到另一個細胞中，從而改變細胞的遺傳性狀。主要有細胞拆合、染色體工程和染色體組工程。5、細胞拆合：即細胞換核技術。是通過物理或化學方法將細胞質與細胞核分開，再進行不同細胞間核質的重新組合，重建成新細胞。6、染色體工程:染色體工程是按人們需要來添加或削減一種生物的染色體，或用別的生物的染色體來替換。7、染色體組工程:染色體組工程是整個改變染色體組數的技術。自從1937年秋水仙素用于生物學后，多倍體的工作得到了迅速發展，例如得到四倍體小麥，八倍體小黑麥等。三倍體西瓜是無籽西瓜，但沒有后代。一、概述8、雜交瘤細胞：現代免疫學早已查明，一種抗體是由一種B淋巴細胞產生的，人體內約有一億種不同的B淋巴細胞，可產生一億種不同的抗體。依據這種事實，1975年，著名免疫學家米爾斯坦和同事勒爾在英國劍橋大學分子實驗室內巧妙地把B淋巴細胞和能無限生長的骨髓細胞合并成一個雜交瘤細胞。雜交瘤細胞因而具備了雙重特性：既能無限生長，又能產生B淋巴細胞的抗體。9、單克隆抗體：被人們譽為對付癌癥的“生物導彈”。如果能選出一個制造一種專一抗體的細胞進行培養，就可得到由單細胞經分裂增殖而形成細胞群，即單克隆。單克隆細胞將合成一種決定簇的抗體，稱為單克隆抗體。

一、概述10、干細胞是一種具有多項分化潛能和自我復制能力的原始未分化細胞，是形成哺乳類各種組織器官的祖宗細胞。根據來源和個體發育過程中先后次序不同，干細胞可分為胚胎干細胞和成體干細胞／組織干細胞。11、虛擬細胞：是一個模擬的細胞。從短期來說，虛擬細胞可用于設計新的藥物和治療方法。人們可以利用模擬技術測試不同的治療方法，以發現最佳方案，并研究每種方案可能產生的副反應。從長期來說，虛擬細胞可被用于設計更好的生物學系統，甚至創造全新的系統。另外，模擬技術還可用于測試不同的變異，以找出表現最好的那些生物性狀。

一、概述12、愈傷組織：是指植物組織地離體狀態下，給以一定條件，使已經分化并停止生長的細胞重新分裂生長而形成的沒有組織結構的細胞團。13、細胞學說：一切動物和植物都是細胞的集合體，細胞是生命的基本單位，動物和植物都是在細胞的繁殖和分化中發育起來的。這一認識被稱為細胞學說。14、植物細胞全能假說：植物體的每一個細胞，包括體細胞，都具有發育成整個個體的潛能。一、概述（二）細胞工程的分類1、按研究對象中需要改造的遺傳物質不同，將細胞工程分為基因工程（geneengineering）、染色體工程（chromosomeengineering）、染色體組工程（genomeengineering）、細胞質工程（cytoplasmengineering）和細胞融合等五個方面。這個范圍相當廣泛，幾乎包括了所有的細胞操作和遺傳操作。2、細胞工程按其對象不同，也可分為微生物細胞工程、植物細胞工程和動物細胞工程。本章將主要介紹動物細胞工程。一、概述（三）細胞1、細胞的大小與形態一、概述各類細胞大小的比較一、概述

體內最大的細胞

體內最大的細胞有各種說法：（1）按細胞直徑而言，要數卵細胞，其直徑約200微米（1微米＝1/1000毫米）。（2）以細胞長度來說，當之為骨骼肌細胞，長的可超過4厘米。（3）而以細胞突出的長度來劃分，當之無愧的是神經細胞（也稱神經元）。神經元的軸突長的可達1米以上。故神經元可稱之為體內最大的細胞了。它們的活動受機體神經體液因素的調節。

線粒體最多的細胞

：人體內線粒體最多的細胞是肝臟的肝細胞。每一個肝細胞內約有2000個線粒體。

溶酶體最多的細胞：最多要數巨噬細胞，溶酶體內含有50多種水解酶。

內質網最多的細胞

：漿細胞是含有內質網最多的細胞。漿細胞是由B淋巴細胞在抗原刺激下分化增生而來的，是一種不再具有增殖分化能力的終末細胞。

壽命最長的細胞

：神經細胞的壽命最長。細胞形態的多樣性酵母菌植物纖維細胞植物表皮細胞動物精子一、概述2、細胞的結構

無論各種細胞的大小和形態有多大的差異，它們都由一層具有一定生物學功能的細胞膜包裹在細胞外層。

根據細胞的內部結構，可將生物界的細胞分為兩大類：原核細胞和真核細胞

細菌、藍藻和放線菌等由原核細胞構成的有機體稱為原核生物，幾乎所有的原核生物都由單個原核細胞構成，而由真核細胞構成的有機體則稱為真核生物。(1)原核細胞的形態結構基本特點：A.主染色體為一個環狀裸露DNAB.無核膜

C.無膜系構造細胞器

D.以無絲分裂繁殖主要代表：細菌、

藍藻等一、概述纖毛細胞壁擬核鞭毛核糖體質膜內含物細菌結構模式圖一、概述(2)真核細胞的形態結構三大結構體系：

生物膜系統質膜、內膜系統（細胞器）

遺傳信息表達系統染色質(體)、核糖體、

mRNA、tRNA等

細胞骨架系統胞質骨架、核骨架一、概述微絲葉綠體線粒體質膜液泡細胞核內質網微管細胞壁高爾基體植物細胞模式圖動物細胞模式圖微絲微管質膜線粒體中心體細胞核溶酶體內質網高爾基體(1)無絲分裂——無紡錘絲出現，染色體（DNA）復制后直接移到兩個仔細胞中。(2)細胞增殖周期（有絲分裂）G0期：休眠期G1期：DNA合成前期

S期：DNA合成期

G2期:DNA合成后期

M期：有絲分裂期3、細胞的分裂和分化①細胞分裂間期②有絲分裂期前期中期后期末期子細胞分為G1期、S期和G2期三個階段。新生細胞的去向：重新進入細胞周期、細胞分化成為Go期細胞(3)細胞分化

多細胞生物體是由各種各樣形態和功能都不同的細胞群所組成。高等動、植物由受精卵細胞開始的胚胎發生過程隨著細胞分裂次數的增加而使得早期胚胎的細胞數量也增加許多。其中有些細胞在形態、結構和功能上逐漸發生了差異，這種細胞之間差異的發生過程就是細胞分化。個體發育的過程就是細胞分化的過程，個體的各種器官和組織都是通過細胞分化形成的。

一、概述4、癌細胞癌細胞的主要特征1.脫分化：已分化細胞失去分化后的特性，恢復分裂增殖能力。2.無限增殖3.失去接觸抑制現象4.細胞表面和粘附性質改變5.細胞骨架紊亂6.對生長因子需求降低一、概述二、不同對象的細胞工程

（一）微生物細胞工程

1、

定義：微生物細胞工程應用微生物進行細胞水平的研究與生產，具體內容包括各種微生物細胞的培養、遺傳性狀的改造、微生物細胞的直接利用或獲得細胞代謝產物等。2、細胞融合基本過程原生質體的制備→融合重組→原生質體再生成細胞→融合重組的測定

（1）原生質體的制備酶解法質生質體的形成率＝原生質體數/未經酶處理的總菌數。①革蘭氏陽性菌：溶菌酶，肽聚糖中N－乙酰胞壁酸與N－乙酰葡萄糖胺之間的β－1,4－糖苷鍵

②革蘭氏陰性菌：溶菌酶+(數分鐘后）0.1mol/L的EDTA共同作用15－20min，則可使90%以上的革蘭氏陰性菌轉變為可供細胞融合用的球狀體。③真核細胞：消解酶、蝸牛酶、纖維素酶、幾丁質酶等處理，原生質體得率在90%以上。二、不同對象的細胞工程

注意：原生質體制備后必須用滲透壓穩定劑維持其穩定性。（2）融合重組

p146圖4－6注意：原生質體融合重組作為基因聲稱的一種有效方法，需經歷三個主要階段：細胞融合形成異核體、不同核融合產生二倍體、融合核交換和重組生成重組體（3）原生質體再生成細胞

二、不同對象的細胞工程置于高滲再手固體培養基中。再生頻率＝（原生質體再生細胞數/總菌落數）×100%(主要是利用原生質體對滲透壓的敏感性）（4）融合重組的測定

①直接法：不補充兩親株生長所需營養物或補充兩種藥物

②間接法:親株和重組子都再生，然后用影印法復制到選擇培養基上以檢出重組子。融合頻率＝融合子數/再生的原生質體數二、不同對象的細胞工程二、不同對象的細胞工程（二）植物細胞工程1、定義:p1482、植物組織培養（1）植物組織培養：是一種將植物組織、器官或細胞在適當的培養基上進行無菌培養，并重新再生細胞或植株的技術，包括植物培養、胚胎培養、器官培養、懸浮培養外植體愈傷組織新植株植物組織培養二、不同對象的細胞工程(2)進行植物組織培養，一般要經歷以下五個階段：

a外植體的選擇及培養。

b誘導去分化階段。

c繼代增殖階段。

d誘導分化生根成芽階段。

e移栽成活階段。3、植物細胞培養二、不同對象的細胞工程單個細胞營養培養基克隆植株工業化植物細胞培養系統主要有兩大類：懸浮細胞培養系統和固定化細胞培養系統

4、植物細胞雜交1960年英國諾丁漢大學Cocking教授領導的小組率先利用真菌纖維素酶，成功地制備出了大量具有高度活性可再生的番茄幼根細胞原生質體,開辟了原生質體融合研究的新階段。

植物細胞雜交的主要過程如下：(1)原生質體的制備：機械法與酶法

(2)原生質體的融合：物理方法與化學法

；膜融合與核融合

二、不同對象的細胞工程

(3)雜合體的鑒別與篩選：顯微鏡、互補法、細胞與分子生物學法注：原生質體培養過程：脫去細胞壁的原生質體→

細胞壁再生→細胞分裂形成細胞團→愈傷組織→分化形成芽和根→完整植株二、不同對象的細胞工程細胞育種

誘導突變，篩選新品系、新品種次生代謝產物生成

從培養的植物細胞中提取所需的代謝產物。優點

比栽培原料作物更易控制最佳生產條件；

培養物為無菌、無蟲材料，能保證產品質量；

工藝操作較為簡單，可減少勞動費用，提高生產率。5、植物細胞工程的應用二、不同對象的細胞工程（三）動物細胞工程1、定義:p1572、動物組織培養：是指將取自動物的某類組織，在體外培養并一直保持原本已分化的特性，該組織的結構與功能持續不發生明顯變化。3、細胞培養：是指離體細胞在無菌培養條件下的分裂、生長。在整個培養過程中細胞不出現分化，不再形成組織。可分懸浮型和貼附型。4、動物細胞雜交（1）融合方法：病毒誘導融合、化學誘導融合、電激誘導融合二、不同對象的細胞工程（2）篩選形成五種類型的細胞：異型融合細胞（雙核、多核）、兩種同型融合細胞（雙核、多核）、未發生融合的兩種親本細胞。篩選原理：后四種不成活，多核融合細胞因核分裂受阻而死亡。

a、HAT選擇系統二、不同對象的細胞工程b、抗藥性選擇系統c、營養缺陷型選擇系統5、克隆（1）定義：兩種說法，克隆是指離體條件下的無性繁殖。（2）克隆“多莉”二、不同對象的細胞工程綿羊B乳腺細胞核易核卵融合卵綿羊C子宮多莉植入植入生產克隆多莉羊示意圖取出未受精卵去核電激體外胚胎發育綿羊A(3)克隆意義

a遺傳素質完全一致的克隆動物將更有利于開展對動物(人)生長、發育、衰老和健康等機理的研究；

b有利于大量培養品質優良的家畜;

c經轉基因的克隆哺乳動物，將能為人類提供源源不斷的廉價的藥品、保健品以及較易被人體接受的移植器官；

d科學家將很快地從目前的同種克隆技術推進到異種克隆,即借腹懷胎的新領域,這無疑將大大促進對瀕臨滅種的哺乳動物的