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第七章生物工程第1节生物工程概述生物工程：应用生命科学理论和工程科学技术手段，按照预先设计的蓝图，大规模地生产人类所需要的物质和产品的技术。一、生物工程的主要领域四大工程，基因工程是核心技术。发酵工程通过工程技术手段，由微生物生产人类所需产品的技术基因工程通过体外DNA重组创造生物新类型，获得多肽或蛋白质等产品的技术细胞工程植物组织和细胞培养技术动物组织和细胞培养技术干细胞技术细胞融合技术细胞核移植技术胚胎移植技术酶工程借助生物反应装置和工艺过程，生产人类所需酶产品的技术生物工程主要领域之间的关系基因工程微生物工程菌发酵工程酶酶工程动植物个体或细胞细胞工程优良品种产品核心技术二、生物工程的特点①高效性和经济性。例：过去：450kg猪胰脏产10g胰岛素。现在：转基因工程菌发酵只需要200L发酵液就产10g胰岛素。②清洁和低耗：主要反应在生物体或活细胞内完成，有害废物极少③强调技术设计。④可遗传和可扩散：主要是基因工程改造的生物可能破坏生态平衡。⑤对人类伦理道德观的影响。应用的原理和方法细胞生物学理论和技术细胞水平研究、开发和利用细胞概念研究的目的研究的水平第2节细胞工程在细胞水平上，以细胞生物学理论和技术为基础，结合现代工程技术手段以及其他学科的科学原理和技术，研究、开发和利用细胞的现代生物技术。第七章生物工程一、植物组织和细胞培养技术1、植物组织培养技术再分化脱分化1958年美Steward等将胡萝卜根切片（韧皮部细胞）诱导成愈伤组织，在添加了椰乳（含细胞分裂素）的液体中培养，经过分化发育成完整植株。证明植物细胞具有全能性理论基础：植物细胞具有全能性愈伤组织：形态多样、不定形、未分化状态的薄壁细胞。外植体：用于培养的植物器官和组织。离体的植物器官、组织或细胞未分化细胞群芽、根植物体脱分化再分化细胞分裂素、生长素愈伤组织芽、根植物体再分化注：不同阶段细胞分裂素和生长素的比值不同植物组织培养技术将无菌的外植体接种在含有营养物质和植物激素等的培养基中进行无菌培养，使其形成芽、根，并发育成完整植株的技术。2、操作过程（1）预备阶段：①选合适的外植体：幼嫩的、分裂旺盛且来源丰富的组织或器官。②外植体表面消毒：选用合适的消毒剂。③选合适的培养基：通常用MS培养基（需加植物激素）。（2）诱导去分化：外植体经细胞分裂素和生长素的诱导，形成未分化细胞，或进一步诱导形成愈伤组织。（3）诱导再分化：愈伤组织经细胞分裂素和生长素的诱导，一般先形成芽，再诱导形成根。注：细胞分裂素和生长素的摩尔浓度的比值﹥1诱导出芽；若﹤1诱导出根；=1诱导形成愈伤组织。芽形成后，将芽切下接种到细胞分裂素和生长素比值很小或仅含生长素的培养基中诱导芽基部形成根。（4）移栽：上一步的试管苗长到5—10cm后，移栽到土壤。移栽初期，由于幼苗吸水能力差，生理功能较弱，需保持高湿度和适宜的温度，并避免强光照射。2、植物细胞大规模培养技术将分离的细胞或愈伤组织细胞，置于培养罐进行液体培养，从细胞内或培养液中提取、纯化有效物质。如用细胞培养的方法生产黄连素、紫杉醇、天然色素、香料等。3、植物组织和细胞培养技术的应用前景快速培养试管苗，实现珍贵植物品种的快速繁殖对于繁殖比较困难的植株，可用愈伤组织或试管苗保存种质资源通过组培方法去除马铃薯等由于病毒感染引起的退化用植物细胞培养的方法生产药物和天然色素等将基因工程改造的细胞培养成植株二、动物组组织和细胞培养技术2、理论基础：动物细胞增殖（有丝分裂）。1、定义：从动物体分离出组织或细胞，在无菌和适宜的条件下，使组织或细胞生长繁殖的技术。3、培养条件：比植物和微生物细胞培养更严格，要控制好温度、PH、氧、渗透压等，培养基应添加动物血清。盖玻片凹窝载玻片[美]哈里森开创了动物组织体外培养技术。上图为悬滴培养法示意图。悬滴培养法将蛙胚的神经组织置于一滴淋巴液中，然后将滴有淋巴液的盖玻片倒置覆盖于凹窝载玻片上三、干细胞技术1、干细胞：具有自我更新和增殖、分化能力的细胞。通常圆型或椭圆形，体积小，核质比大。2、干细胞类型①胚胎干细胞：早期胚胎（囊胚期）内部一群内细胞，具有全能性，能分化成各种类型的细胞。②成体干细胞：在成体组织或器官中，某些细胞仍具有分裂和分化产生不同组织细胞的能力。多能干细胞：如骨髓多能造血干细胞单能干细胞：如皮肤中的皮肤基底层干细胞、脑组织和外周神经系统中的神经干细胞等根据来源全能干细胞：如胚胎干细胞根据发育潜能成体干细胞四、细胞融合技术细胞融合是指用人工方法，使不同来源的细胞相互融合，形成一个新的细胞，即重组细胞的过程。杂种植株融合的原生质体AB再生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植物细胞B原生质体B原生质体A杂种细胞AB去壁去壁人工诱导1、植物细胞融合技术（体细胞杂交）促融剂：聚乙二醇番茄—马铃薯白菜甘蓝白菜－甘蓝植物体细胞杂交的意义：克服远源杂交的不亲和性，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围，从而培育出新品种。利用杂交瘤细胞生产单克隆抗体（1984诺贝尔奖）能产生相应单一的特异性抗体的B淋巴细胞2、动物细胞融合技术用某种抗原刺激过的小鼠，抗原可以是细胞、细菌、病毒或某一种蛋白质由单个杂交瘤细胞增殖产生的杂交瘤细胞群持续分泌的成分单一的特异性抗体称为单克隆抗体。可注射到小鼠腹腔或在容器中体外培养单克隆五、细胞核移植技术和胚胎移植技术细胞核移植技术：将一种细胞的细胞核移植到另一种去核的细胞中的技术。其中供体是一种生物的细胞核，受体是另一种生物的去核细胞，因此杂种生物可称为核质杂种生物。胚胎移植技术：将动物的受精卵或早期胚胎移植到母体子宫内，使之继续了妊娠发育成新个体的技术。例：童第周鲤鲫核质杂交鱼动物克隆过程（多利羊的培育）：A绵羊去核卵细胞B绵羊乳腺细胞核重组细胞细胞核移植体外培养早期胚胎胚胎移植C羊子宫妊娠多利思考多利羊的培育应用了哪些细胞工程技术？试管婴儿培育过程：卵细胞精子受精卵体外受精体外培养早期胚胎胚胎移植子宫妊娠幼体意义：A.解决不孕、不育B.避免遗传病C.提高优生优育克隆技术（第二册P95）克隆：不用雌雄两性生殖细胞，而仅仅用一个个体的部分组织或一个体细胞，通过细胞分裂和分化产生新个体的过程。无性生殖克隆在植物界和低等动物中很常见。格登[英]的“非洲爪蟾移核实验”动物的第一次人工克隆：第一次证明了动物的体细胞核具有全能性。“多利”羊的诞生哺乳动物的首次克隆：多利的培育过程动物克隆技术的应用园艺业和畜牧业中繁育遗传性状稳定的优质品种和良种家畜。结合转基因技术和克隆技术，使后代保持转基因生物的特性。挽救珍稀、濒危动物。医学领域：治疗性克隆。动物克隆技术与社会伦理