細(xì)胞工程人教版教材

專題2細(xì)胞工程

你紀(jì)道用一枚姆棧條就可以培育出‘。萬株以上的幼苗用工產(chǎn)奶午的三細(xì)胞犍供體就可

以生產(chǎn)出眾多的之產(chǎn)奶嗎，這里都需要通過紐胞工程來實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞工程應(yīng)月的領(lǐng)域一分廣

泛例紀(jì)應(yīng)用動(dòng)物細(xì)胞吧人我術(shù)可以大津地住產(chǎn)各種抗病疫苗應(yīng)用雜交錦技大能為

人類提供診治腫瘠的單克駢抗體應(yīng)用動(dòng)物克隆和植物微繁技術(shù)可以快速察始動(dòng)，魚物的生

良品M應(yīng)用喳物幺細(xì)胞雜交技術(shù)能創(chuàng)造出界第反雜交仃3尢法為象的竹物新總科……近

年會(huì)細(xì)胞L鼓較或成尖送出方興未艾，

細(xì)胞工心是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)打分子生物學(xué)

的原理和方法,通過細(xì)史不平或M胞器根平

上的操作.按照人的意息來改變細(xì)胞內(nèi)的逞

傳物質(zhì)販長得用的產(chǎn)品的一門娃合科學(xué)技

術(shù).根攜攤作對象的不同.可分為狀物用胞

工程和動(dòng)物細(xì)胞工程兩大的域.

r

產(chǎn)y

“⑹科技探就拓

細(xì)胞工程的發(fā)展歷程

我們其道.柳樹的嫩枝插入土中就能成活.并能逐漸

長成一株枝繁葉弱的大樹。邠么，依物的一片葉、一段根，

甚至單獨(dú)一個(gè)細(xì)胞、是否也能裝成一個(gè)宅接的植株呢？圖

統(tǒng)這一問題，世界名國的升孝攣早&一個(gè)世圮前就開始了

漫長的探索歷程.

1902年，健國科學(xué)東哈伯蘭轉(zhuǎn)(G.Haberlandt,1854—

1945)就提出了細(xì)疸全能桂的理論。19374-,美國科學(xué)家

懷特(P.R.White)用煙草莖段形成層作材料，在誠管中培

養(yǎng)出了煙草依樵。1958年，美國科學(xué)軍斯圖爾段(F.C.

Steward)等利用胡，卜根的組織培養(yǎng)再次證明了植物細(xì)胞

的全能柱.1965斗，流索(V.Vasil)等在一定成分的培養(yǎng)

基上，由蛆草的單細(xì)胞得到再生搐株。1970斗，斯困爾色

用懸浮培養(yǎng)的單個(gè)細(xì)胞也熔芥出了可育的新植林，進(jìn)一步

證實(shí)了細(xì)胞的全能性.20世紀(jì)70年代.以植物細(xì)胞克隆為

代A的細(xì)胞工程誕生.隨后，依物的花藥培暴、原生殖體

培養(yǎng)，以及值物體細(xì)胞雜交技術(shù)得以確立和發(fā)放，標(biāo)志君

植物細(xì)胞工在技術(shù)進(jìn)入了高途發(fā)展的階段.

在植物學(xué)攣辛物探索的同時(shí)，各國的動(dòng)物學(xué)攣冬動(dòng)粕

細(xì)胞工趙領(lǐng)域也取舟了長足的進(jìn)展.1907-if-,美國生物學(xué)

家哈里A(R.G.Harrison,1870—1959)用一浦淋巴液成

功他培養(yǎng)了蝌外的科經(jīng)元細(xì)胞，證明了動(dòng)物姐坎體外培養(yǎng)的

可行性.并首創(chuàng)了動(dòng)物體外組織培養(yǎng)法.我國生物學(xué)家支

第周(1902—1979),在20世紀(jì)60年代初就開展了魚類的

細(xì)胞板移植工作，并取■得了一些具有國際影響的成果，同

時(shí)他還通過花黑腐灶紅細(xì)胞的板轉(zhuǎn)移到同件生物的去核卵

中，得到了正常發(fā)育的楙蚌.1975年，英國升學(xué)索米爾斯

坦(C.Milstein.1929—)和思國什學(xué)家科勒(G.Kohler.

1945—)不用產(chǎn)生抗體的單個(gè)細(xì)胞與腫病細(xì)的雜文，創(chuàng)

立了單克隆抗體技術(shù).1996年7月，世界上第一只克窿羊

多利(Dolly)在英國誕生.其后僅兩年葉間，克隆牛、克

隆雙也杷縫問世。2001年11月3日，我國首例體細(xì)胞克隆

?？悼翟谏綎|萊陽農(nóng)手吃動(dòng)物胚胎工總中心實(shí)舲場降生.

這一切衣明，動(dòng)物細(xì)胞工包技術(shù)，已經(jīng)成為生物升學(xué)領(lǐng)域

中一顆十分林眼的明珠.

2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

無論是絢麗多姿的花草，還是碧綠參天的大樹，大多

都是通過種子播種或枝條桿插實(shí)現(xiàn)瞥殖的,其實(shí)在一定

的條件下，利用它們的一片葉子、一端花瓣.甚至一

?；ǚ?，同樣可以褥到大量的幼小植株。圖2-I就

是科學(xué)家利用金花的花瓣培養(yǎng)出的狗花。那么.植物

的花瓣是怎樣長成一株完整植株的呢？

植物的花瓣屬干高度分化的組織，利用它來培

育出新的植株，首先要通過細(xì)胞的脫分化過程，培養(yǎng)

出愈傷組織，然后再從愈傷組織分化形成小植株。這里

圖2-1微梨繁殖的菊花

所說的細(xì)胞脫分化（dedifferentiation）就是讓已經(jīng)分化的

細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后,失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未

分化細(xì)胞的過程.在植物中,一些分化的細(xì)胞.經(jīng)過激素

的誘導(dǎo)，可以脫分化為具有分生能力的薄壁細(xì)胞，進(jìn)而形

成植物的愈傷組織（圖2-2）。愈傷組織在一定的培養(yǎng)條

件下，又可以再分化出幼根和芽，形成完整的小植株（圖

2—3）.

為什么植物的一瓣花搟就可以培育出完整的植株呢？

我們知道，具有某種生物全部遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞,

都具有發(fā)育成完整生物體的潛能也就是說每個(gè)生物細(xì)

圖2-2吳伍初的患傷組綱

專建2細(xì)胞工程33

胞都具有全能性的特點(diǎn)。因此，在理愴上，生物的任何一

個(gè)細(xì)胞都具有發(fā)育成完整植株的潛力。但是.在生物的生

長發(fā)育過程中,細(xì)胞并不會(huì)表現(xiàn)出全能性，而是分化成各

種組織和器官。這是因?yàn)樵诟穸ǖ臅r(shí)間和空間條件下,細(xì)

胞中的基因會(huì)有選擇性地表達(dá)出各種重白質(zhì)，從而構(gòu)成生

物體的不同組織和器官.

植物蛆織培養(yǎng)技大

要把某種植物的一塊組織通過培養(yǎng)得到一株完整植株,

應(yīng)該如何操作呢？這就涉及到植物細(xì)胞工程中最基本的技

術(shù)之------植物組織培養(yǎng)。下面我們就通過“胡蘿卜的組

織培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)來了解這一技術(shù)。

胡蘿卜的組織培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)原理方法步驟

植物體的根、莖、葉細(xì)胞一般都具有

全能性，在一定的菅養(yǎng)和激素等條件下，

可以脫分化形成愈傷組紈。將愈傷組織轉(zhuǎn)

接到含有不同激素成分的培養(yǎng)星上，就可

以誘導(dǎo)其再分化生成胚狀體或叢芽，進(jìn)而

發(fā)育成完整的小植株.植物組織培養(yǎng)的全

過程，證明了分化的植物細(xì)題，仍具有形

將胡蘿卜根用自來水充分洗冷,削去外皮,并

成完整植株所需要的全部基因。

切成段【約10cml.用酒常棉球擦手消毒.

實(shí)駛目的

1.嘗試進(jìn)行植物的組織培養(yǎng).

2.了解植物組織培養(yǎng)的基本原理。

材料用具

胡蘿卜根（或煙草葉片.小麥花藥，第

花花樣等）,經(jīng)過滅國的培養(yǎng)星.體積分?jǐn)?shù)

為70%的酒精、體積分?jǐn)?shù)為20%的次氮酸

物溶液，無菌水、50mL推形瓶或大試管，

燒杯、酒精燈、恒溫箱、超凈工作臺(tái)（或

在超凈工作臺(tái)I或接種箱）上將胡蘿卜段用酒

接種箱）、高壓天菌鋸（或普通高任福）、謔

精溶液消毒30s后.立即用無函水清洗2—軟,

紙、標(biāo)簽.消毒用酒精槁球、培養(yǎng)皿（或再用次趣酸鈉溶液處理30min后.立即用無曲

瓷謗）.解剖刀、被子等.水清洗2-3次.

34專題2細(xì)胞工程

a用無的的逋紙吸去胡蘿卜段景面的水分.然4將胡蘿卜組織塊接種到培養(yǎng)基上.用筋箔紙封

后.在酒春假痔上.用無的的解剖刀將胡蘿卜蓋瓶口,并用糠皮筋扎累.然后.在珞養(yǎng)瓶上貼

段切成1CE厚的橫切片，再選取有形成層的郃上標(biāo)簽.寫明材料名稱.接種日期和小組編號.

位.切取1an'左右的小塊.

5.將接種后的胡蘿卜組織塊,放在23-26P恒溫6培養(yǎng)一段時(shí)間后.將生長良好的重儕組織轉(zhuǎn)接

避光條件下培養(yǎng).4d后，檢查培養(yǎng)材料的污染到分化培養(yǎng)基上,培養(yǎng)一段時(shí)間后.胡蘿卜的

情況?14d后.觀察愈傷組織的生長狀況.然愈飭組織就可以透導(dǎo)出試管菌.然后將試著苗

后.在恒濕箱中繼續(xù)避光培養(yǎng).在培養(yǎng)過程中，移栽到大田，培養(yǎng)成正常植株.

注意定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況.

討論

1.在后坎培養(yǎng)實(shí)聆中.為什么要強(qiáng)貨卜的其他部分《。莖、葉、花）.是否也

調(diào)所用器嫉的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無菌操能培養(yǎng)成小依株，你能用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行

作？驗(yàn)證嗎？

2.在本實(shí)驗(yàn)中、切取胡蘿卜塊時(shí)強(qiáng)3,請根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)過程，概括出

調(diào)要切取含有力成層部分，原因是這部分植物出織培土技術(shù)的流程商困，并與其他

容另鑄導(dǎo)型成愈傷組織。請思考一下，胡同學(xué)文流.

專題2細(xì)電工程35

通過上面的實(shí)驗(yàn)，我們可以總結(jié)出：植物組織培養(yǎng)

售小知識

t（planttissueculture）就是在無菌和人工控制條件下,將離

培養(yǎng)基的組成體的植物器官.組織.細(xì)胞培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上.

固儂培界』大多數(shù)都是由無機(jī)管給予適宜的培養(yǎng)條件.誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織,叢芽彘終

養(yǎng)成分.有機(jī)管養(yǎng)成分.漱素、球形成完整的植株.

期■四部分姐戌.

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

在20世紀(jì)60年代，一些科學(xué)家就嘗試將番茄和馬玲

薯雜交，試圖培育出一種地上長番茄、地下結(jié)馬舲薯的“超

級作物”（圖2-4）,但是，不同的兩種生物之間.存在著

天然的生殖隔離，用傳統(tǒng)的有性雜交方法不可能蹲到二者

的雜種后代。經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們采用體細(xì)胞雜交

的方法，終于得到了“番茄一馬區(qū)薯"雜種植株。那么，科

學(xué)家是怎樣得到雜種植株的呢？

我們知道.植物細(xì)胞外面有一層細(xì)胞空，這層細(xì)胞壁

阻礙著細(xì)胞間的雜交。因此，在進(jìn)行體細(xì)胞雜交之前，必

須先利用纖維素陶和果膠酶去除這層細(xì)胞壁，獲得具有活

力的原生質(zhì)體（圖2-5）.雜交過程中的另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié).

是原生質(zhì)體間的聯(lián)合。進(jìn)行原生質(zhì)體間的融合，必須要借

助一定的技術(shù)手段進(jìn)行人工誘導(dǎo)。人工誘導(dǎo)的方法基本可

以分為兩大類一物理法和化學(xué)法。物理法包括禹心，振

動(dòng)、電激（田2-6）等，化學(xué)法一般是用聚乙二薛（PEG）

作為誘導(dǎo)劑來誘導(dǎo)細(xì)胞融合。

36專題2細(xì)胞工程

圖2Y利用電漱法將野生烏竹■與栽培丹的?進(jìn)行鈿胞或合

通過上面的介紹,我們可以總結(jié)出：植物體細(xì)胞雜

交就是將不同種的植物

(plantsomatichybridization)?異想天開

體細(xì)胞在一定條件下融合成雜種妃胞并把雜種細(xì)要是把我老牛的細(xì)胞與植物匈隨

胞培育成新的植物體的技術(shù)。雜交.算到蛾包的小豺牛,那豈

雖然科學(xué)家們歷盡艱辛，終于實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)物種不是只要筆造大

間的雜交,可惜這株同時(shí)具有兩個(gè)物種遺傳物質(zhì)的超用就可以擠出年

奶也

級植物，并沒有如科學(xué)家所想像的那樣.地上長番茄、

地下結(jié)馬竹薯.盡管如此,這項(xiàng)肝究還是在克服不同生

物遠(yuǎn)緣雜交的障礙上，取得了巨大的突破。在此基礎(chǔ)上，科

學(xué)家們利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，又相繼培育出了煙草一

海島煙草,胡蘿卜一羊角芹、白菜一甘藍(lán)(圖2-7)等

種間或?qū)匍g雜種，在生產(chǎn)上有較高的應(yīng)用價(jià)值.例如，“白

菜一甘藍(lán)”同普通白菜相比，具有生長期短、耐熱性強(qiáng)和

易于貯堿等優(yōu)點(diǎn).

圖2-7白要與甘瓦體俎脆奈文肓成臺(tái)英一甘E

專題2細(xì)胞工程37

＞思考與探究

L為什么“番茄一馬鈴3r超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想做的那

樣，地上長番茄.地下結(jié)馬性薯？

2自然界中有一種含有葉綠悻的原生動(dòng)物一眼蟲，這說明楂物的

班胞等同樣可以在某些動(dòng)物斑胞中存活.情探忖：動(dòng)物細(xì)他與植物妊胞之

間可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，情會(huì)憂設(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案.

2.1.2植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用

埴著生物科技的進(jìn)步，生活中處處可以發(fā)現(xiàn)生物技術(shù)

的蹤影。植物細(xì)胞工程作為一門新興的生物技術(shù)，已經(jīng)普

遍應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的方方面面。

噴物繁殖的即途徑

植物組織培養(yǎng)技術(shù)不僅可以保持優(yōu)良品種的遺傳

特性，還可以高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖，因此

人們形象地把用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)

技術(shù)，叫做植物的微型繁殖技術(shù),也叫快速繁殖技術(shù)

（圖2-8）.

目前.一些優(yōu)良的觀賞植物、經(jīng)濟(jì)林木，無性繁

圖2-8技術(shù)人員正在進(jìn)行快速最短民作殖作物等都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用快速繁殖技術(shù)來提供苗

木.絲花、生菜、楊樹以及無子西瓜的試管苗，都已

形成一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)（圖2-9、2-10）。早在20

世紀(jì)60年代.荷絲的科學(xué)家就成功地實(shí)現(xiàn)了利用組織培養(yǎng)

技術(shù)來培育絲花.目前，荷蘭的蘭花生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展成為舉

世聞名的蘭花工業(yè)，每年為荷蘭創(chuàng)造了巨額的外匯收入。

?S

?■

人m利用伎物的紙型繁班技求來進(jìn)懺工廠化育苗

生產(chǎn)，這是利用了該喳拽術(shù)的哪些甜點(diǎn)？

作物同命

馬鈴薯和草莓都是無性繁殖的作物,它們感染的病毒

圖2-g植飭組織培養(yǎng)車汨很容易傳播給后代.病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會(huì)導(dǎo)致

38專題2細(xì)胞工程

002-10生菜的產(chǎn)業(yè)化肓苗

作物產(chǎn)量降低,品質(zhì)變差。早在20世紀(jì)50年代.科學(xué)家

們就發(fā)現(xiàn)植物分生區(qū)附近（如莖尖）的病毒極少.甚至無

病毒。因此，切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng),再生的

植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗.用脫毒苗進(jìn)行

繁殖，種植的作物就不會(huì)或極少感染病毒.

目前采用莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)來脫除病毒，在馬鈴薯,

草莓（圖2-11）、甘蔗、菠蘿和香蕉笄主要經(jīng)濟(jì)作物上巳

森得成功，人們用組織培養(yǎng)技術(shù)脫毒培育出的馬特薯，要

比未經(jīng)脫毒的增產(chǎn)約50%以上。

網(wǎng)2-11脫寺草苔《左）與沒有

就4■的人工”孑脫春的草身（右｝

農(nóng)業(yè)，林業(yè)生產(chǎn)離不開種子.但不少樹木需要生長數(shù)

年后才能結(jié)出種子，一些作物優(yōu)良雜種的后代也會(huì)因發(fā)生

性狀分離而喪失其優(yōu)良特性。另外，常規(guī)種子的生產(chǎn)還會(huì)

受到季節(jié)、氣候和地域的限制，并且需要占用大最的土地

來實(shí)現(xiàn)制種。所以人們就產(chǎn)生了這樣的想法，是否可以找

出一種天然種子的替代品，來克服這些缺陷呢？

科學(xué)家們經(jīng)過大量的研究,終于在203280年代，利

用植物的組織培養(yǎng)技術(shù)制造出了神奇的人工種子。所謂人

工種子.就是以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂

芽和腋芽等為材料,經(jīng)過人工薄膜包裝褥到的種子（圖2-

12）.人工種子在適宜條件下同樣能夠萌發(fā)長成幼苗。圖2-12人工種子

專題2細(xì)胞工程39

「'5戶小知識

胚狀體

胚狀體是指在組冢培養(yǎng)過程中.人工仲子之所以神奇、是由于它具有天黑種子不

在植物組織塊成愈傷組史上產(chǎn)生可比擬的特點(diǎn)，想一想，它們具有哪些優(yōu)點(diǎn)？

的一種結(jié)構(gòu).它與正常受精即發(fā)在人工仲子中，人工種皮是保證包和在其中的胚

W影成的胚有類似的結(jié)構(gòu)和發(fā)*

狀體順利生長成小長株的關(guān)健部分.請饃討：人工件

itft.其不閏的發(fā)育階現(xiàn).也可

以用正常胚發(fā)育中各個(gè)時(shí)期的求友中應(yīng)該具有的有效成分是什么？為了促進(jìn)胚狀體的

語來楂述,如摩胚、琮形照.心生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？

步麻、魚雷般胚等.

我國的科學(xué)工作者已經(jīng)成功地把芹菜，花椰菜，枝樹

和水稻的胚狀體蒯備成了人工種子.并得到了較高的發(fā)芽

率，

作物新品種的培育

單俗體方升

常規(guī)選育出一個(gè)可以穩(wěn)定遺傳的農(nóng)作物優(yōu)良品種，一

般要經(jīng)過5~6年的連續(xù)篩選。而單倍體育種則是通過花藥

培養(yǎng)獲得單倍體植株，染色體加倍后當(dāng)年便可得到穩(wěn)定遺傳

的優(yōu)良品種.這樣就極大地縮短了育種的年限，節(jié)約了大量

的人力物力。單倍體育種已成為作物育種的一條新途徑，

目前全世界巳經(jīng)有40多種植物獲解了單倍體植株。我

國在水稻、小麥，煙草.柏、橫膠和辣椒等植物的單倍體

育種上.處于世界領(lǐng)先地位。在單倍體育種領(lǐng)域,我國科

圖2-13中花11號水程

學(xué)家作出了突出貢獻(xiàn),早在1974年就成功地培育出世界上

第一個(gè)作物新品種——單育I號煙草品種。隨后又成功地

培育出中花8號、II號水稻（圖2-13）和京花I號小麥

等作物新品種，

W小知識史文體的利用

體細(xì)胞語變育種在植物的組織培養(yǎng)過程中,由干培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不

在作物育林中.可以對植物的愈斷的分生狀態(tài),因此容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力（如射

傷組織進(jìn)行化學(xué)或物理的博受處線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。從這些產(chǎn)生突變的個(gè)

理.促使其發(fā)生突交，再通過講

體中可以篩選出對人們有用的突變體，進(jìn)而培育成新品種.

導(dǎo)分化彩龍植株.從這空植株中

儡選出高抗、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的突受20世紀(jì)70年代以來,世界各國的科學(xué)家用這種方法已

體.就可以培育成行目鐘.經(jīng)篩選到抗病、抗鹽，含高墨白，以及高產(chǎn)的突變體，有

化學(xué)誘受一般是利用一些化學(xué)儕些品種已經(jīng)用于生產(chǎn)，如抗花葉病毒的甘蔗、抗蕊就的野

變劑進(jìn)行處理.常見的有甲基成生煙草、抗除草劑的白三葉草等。

酸乙/（EMS）和蜃氮化鈉（SA）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

等.物理誘受一般采用電離輯射

組織培養(yǎng)技術(shù)除了在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用外.還廣泛應(yīng)用干

處理.電離輻射主要包括丫射及、

另一個(gè)重要的領(lǐng)域，即細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。這些細(xì)胞

0射及、中子等.

產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)、脂肪、精類、藥物、香料、生物堿等.

40專題2細(xì)胞工程

人參為我國名貴藥材，現(xiàn)今因野生資源缺少，多用人

工栽培，但人工栽培生長緩慢，6年才能生成10g左右（干

重）人參根。我國科學(xué)家早在1963年就成功地培育了人參

的組織.近年來又實(shí)現(xiàn)了利用組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)人

參皂式干粉，用組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)的人參,生長速度比栽

培人參約快100倍以上,其藥用成分和藥理活性與栽培人

參相似,甚至更加優(yōu)良（圖2-14）。這項(xiàng)技術(shù)目前巳經(jīng)投

入規(guī)?；a(chǎn).

三七、紫草和銀杏的細(xì)胞產(chǎn)物也都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工廠化

人參細(xì)胞發(fā)醉置多

生產(chǎn)。目前世界各國的科學(xué)家正在深入研究，是否可以通

圖2-1，人參皂St的工廠化金產(chǎn)

過組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)抗癌物質(zhì)--紫杉薛。使產(chǎn)量大大增加

資料分析

紅豆杉，又名紫杉.1971年，美國化學(xué)

家從紅豆杉樹皮中分離出高抗癌活性的紫杉

醇，發(fā)現(xiàn)紫杉醇具有獨(dú)特的抗腫瘤作用.據(jù)

估計(jì)，世界每年紫杉醇的需求量為4000kg

左右,但全世界紫杉碑的產(chǎn)量僅約250kg，供

求關(guān)系嚴(yán)重失衡.

據(jù)《人民日報(bào)》2001年10月17日第5版

報(bào)道，2000年國際市場上優(yōu)質(zhì)紫杉醇的售價(jià)

已高達(dá)每千克18萬美元.

從1994~1996年，在紅豆杉分布最多、

最集中的云南，紅豆杉遭受了第一輪浩劫.

1995年春天的一段時(shí)間內(nèi)，每天清晨,在通

往云南省志奔山國家自然保護(hù)區(qū)的鄉(xiāng)何公路

上，都有數(shù)十輛拖拉機(jī)組成的車隊(duì)，浩浩蕩蕩

向大山進(jìn)發(fā).盜伐者們的目標(biāo)正是國家重點(diǎn)高效抗癌的藥物紫杉崎，雖然能

保護(hù)珍稀樹種一.紅豆杉”.大大小小的山遭福人矣，但卻為淵危的紅立杉帝來一

溝里，精滿了被剝光樹皮的裸樹，浜河里浸場滅頂之災(zāi).以“我們能否利用植物犯

出鮮血般的紅色樹汁……織培養(yǎng)技術(shù)大量生產(chǎn)素杉醉，從而拯款

2002年7月，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民花了4天時(shí)同，將紅豆杉”為題，與同學(xué)的展開討論.說

生長了數(shù)千年之久、直徑達(dá)2.6m的,紅豆說值物組織培養(yǎng)技術(shù)在節(jié)箝費(fèi)源、保掙

杉王"剝了皮，只因?yàn)樗臉淦つ塬@利.環(huán)境方面的支要意義.

實(shí)踐活動(dòng)

有柒件的學(xué)校，可以姐織學(xué)生系現(xiàn)植物優(yōu)良仲苗

的工廠化生產(chǎn)車間，了解依物姐織培養(yǎng)技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)

踐中的應(yīng)用情況，并寫出調(diào)查報(bào)告.

＞思考與探究

L通過查閱資料，你能列舉出植物組織培程,并設(shè)計(jì)出制備技術(shù)的主要流程圖.

養(yǎng)技術(shù)在我們生活中的另外一些應(yīng)用嗎？1請查閱相關(guān)文獻(xiàn),設(shè)計(jì)出一種通過植物

2請查閱植物人工種子制備技術(shù)的洋細(xì)過花藥組織培養(yǎng)生成正常植誄的實(shí)驗(yàn)流程.

植物生長調(diào)節(jié)劑在組織培養(yǎng)中的神奇作用

要強(qiáng)細(xì)胞分裂的

植狗生長胃節(jié)劑植物生長調(diào)節(jié)劑在組織培養(yǎng)中具有極其重要的作用,

是人工調(diào)控組織培養(yǎng)的.魔術(shù)棒、.根據(jù)其功能特點(diǎn)，培

養(yǎng)基中常用的植物生長調(diào)節(jié)劑一般可以分為生長素類，

細(xì)施分裂素類和赤霉素類.此外，脫落酸（ABA）和多

效哇（PPjQ也可以用于植物的組織培養(yǎng).

生長素英在組織培養(yǎng)中，生長素用于誘導(dǎo)細(xì)胞

的分裂和根的分化.常用的生長素有IAA（引嘖乙酸）、

促進(jìn)芽第案的植IBAGlA，3?丁酸）、NAA（泰乙酸）和2,4-D（2,4-二

氫紫氯乙酸）.其中IBA和NAA廣泛用于誘導(dǎo)分化生

長物的生根，并能與細(xì)胞分裂素互相作用而促進(jìn)莖

的增殖.2,4-D常用于植物愈傷組織的誘導(dǎo)和生長，

但它趨向于抑的植物形杰的發(fā)生，所以在分化培養(yǎng)

基中很少利用。

細(xì)胞分裂室奧在培養(yǎng)墓中細(xì)胞分裂素的主要作用

是促進(jìn)組織細(xì)胞的分裂或從愈傷組織和器官上分化出不

定芽.比較常用的細(xì)鹿分裂素有6-BA（6-辛基藤嚎吟）、

KT（激動(dòng)素，味喃氨基嚎吟）和玉米素（zeatin）.其中

植物生長ii節(jié)劑在組織培養(yǎng)中的作用

6-BA一般用于誘導(dǎo)植物的愈傷組織分化出叢芽，而KT

42專題2細(xì)胞工程

的作用主要是剌激培養(yǎng)物的細(xì)施加速分裂,化和芽原基的形成.另外，植物生長調(diào)節(jié)

加快培養(yǎng)物的生長速度.劑在培養(yǎng)基中的用量要考慮組織內(nèi)源激素

蘇霉米奧赤霉素類楂物生長洞節(jié)劑的含量.只有準(zhǔn)確把握內(nèi)源激素與外源激

的主要作用是剌激培養(yǎng)細(xì)胞的仲長，所以素的怖同作用，才能有效地操作蛆綱培養(yǎng)

在組織培養(yǎng)中一般使用赤霉素來刺激分化中的、激素杠桿”，用好植物生長調(diào)節(jié)劑這

的叢芽或小植株快途長高.赤*素在高溫根“魔術(shù)棒".

下極易降解，一般是在過濾消毒后再加入

到巳經(jīng)商溫滅菌的培養(yǎng)基中。

生長素與細(xì)胞分裂素的協(xié)同調(diào)控作用

在蛆級培養(yǎng)中非常重要，人們常把它們稱

為?激素杠桿”.例如，當(dāng)生長素含量需于

細(xì)胞分裂素時(shí)，主要誘導(dǎo)植物蛆織脫分化

和根原基的形成，而當(dāng)細(xì)底分裂素的效應(yīng)

高于生長素時(shí)，則主要誘導(dǎo)植物組織再分

1.植物組織培養(yǎng).潘瑞幟，廣州：廣東高等教育出版社，2001年5月.

2.植物組織培養(yǎng)教程.李浚明，北京：北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1992年「月.

3.改造生命之^—細(xì)胞工程。邵健忠等，杭州：浙江大弋出版為嚓年12月.

4.細(xì)腿工程。高偉良，北京：北京大學(xué)出版社，1988年?:嗎A

0@網(wǎng)站鏈接

「第三三j

卓

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專題2細(xì)胞工程43

動(dòng)物細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段有動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物

細(xì)胞核移植.動(dòng)物細(xì)胞融合、生產(chǎn)單克嚎抗體等，其中動(dòng)

物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是其他動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)的甚礎(chǔ)。

2.2.1動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)

在治療燒傷病人時(shí)，通常采用的方法是取燒傷病人

的健康皮膚進(jìn)行自體移植。但對一個(gè)大面積燒傷的病人

來說，自體健康皮膚非常有限，使用他人皮膚來源不足，

而且會(huì)產(chǎn)生本屏反應(yīng)。那么，怎樣才能獲得大量的自體

健康皮膚呢？

許多動(dòng)物的細(xì)胞能夠分泌蛋白質(zhì)，如抗體等。但

是，單個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)量是很少的，怎樣才能獲得

大量的分泌重白呢？

細(xì)胞工程中的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)為解決這些問題找

到了出路（圖2-15）.

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)

動(dòng)物細(xì)胞^養(yǎng)（animalceUculture）就是從動(dòng)物機(jī)

體中取出相關(guān)的組織.將它分散成單個(gè)細(xì)胞然后.放

圖2-15用培養(yǎng)的人細(xì)胞構(gòu)建的人造皮膚在適宜的培養(yǎng)基中,讓這些細(xì)胞生長和增殖.那么,動(dòng)

物細(xì)胞培養(yǎng)的過程是怎樣的？培養(yǎng)時(shí)又需要提供，那些必要

的條件呢？

鄉(xiāng)聲,行動(dòng)物細(xì)魔傳代培養(yǎng)時(shí)用展

動(dòng)物加息冷臬的過程

金白?分散細(xì)胞,說明她朦問成塊的組織中細(xì)胞與細(xì)胞靠在一起，彼此限制了細(xì)

的物質(zhì)主要是什么成分？用胃

胞的生長和增殖,因此，進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)（圖2-16）,首

受白■行嗎？

先將組織分散成許多單個(gè)細(xì)胞。方法是從健康動(dòng)物體內(nèi)

取出組織塊，狎碎,用胰蛋白酶或膠原蛋白的處理一段

時(shí)間,這樣組織就會(huì)分散成單個(gè)細(xì)胞，然后.用培養(yǎng)液將

?尋根問底分散的細(xì)胞稀釋制成細(xì)胞懸液，再將細(xì)胞懸液放入培養(yǎng)

總金白?真的不會(huì)把細(xì)施消化排

瓶內(nèi),置于適宜環(huán)境中培養(yǎng)。懸液中分敝的細(xì)胞很快就

嗎，為什么？

貼附在瓶醴上,稱為細(xì)胞貼里,培養(yǎng)貼附性細(xì)胞時(shí),細(xì)胞

44專題2細(xì)胞工程

取動(dòng)物坦熾塊

剪碎出織

貼收包發(fā)的班迪用晨量白腳處理

分散成單個(gè)細(xì)腮.1M成如朗修液成人二幺

化碇培養(yǎng)

喈中培養(yǎng)

轉(zhuǎn)入培笄

液中進(jìn)行

住代培養(yǎng)

圖2-16動(dòng)物您胞培養(yǎng)過整示意困

要能夠貼附干底物上才能生長增殖（圖2-17）,這就要

求培養(yǎng)瓶或培養(yǎng)mi的內(nèi)表面光滑、無毒，易干貼附.以

后，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，數(shù)量不斷增多，當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂

生長到表面相互接觸時(shí)，細(xì)胞就會(huì)停止分裂增殖，這種

現(xiàn)象稱為細(xì)胞的接觸抑制.人們通常將動(dòng)物組織消化后

的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。

貼滿瓶壁的細(xì)胞需要重新用胰蛋白除等處理，然后分

瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細(xì)胞繼續(xù)增殖，這樣的培養(yǎng)過程通常被稱為

傳代培養(yǎng)。傳代培養(yǎng)的細(xì)胞一般傳至10代后就不易傳下去

了。一般來說，細(xì)胞在傳至10?50代左右時(shí)，增殖會(huì)逐漸圖2-17單店站里的楮輸M管上應(yīng)相胞

專題2細(xì)胞工程45

緩慢,以至于完全停止,這時(shí)部分細(xì)胞的細(xì)胞核型可能會(huì)發(fā)

?1小知識

生變化。當(dāng)繼續(xù)傳代培養(yǎng)時(shí)，少部分細(xì)胞會(huì)克服細(xì)胞壽命的

1957年，科學(xué)笊來用展墨白?浦自然極限，森得不死性，這些細(xì)胞已經(jīng)發(fā)生了突變.正在朝

化續(xù)理和應(yīng)用液體培養(yǎng)羊的方著等同于癌細(xì)胞的方向發(fā)展。目前使用的或冷凍保存的正常

法.茨得了單層繃胞培養(yǎng).單層

細(xì)胞通常為10代以內(nèi),以保持細(xì)胞正常的二倍體核型。

培養(yǎng)法的出現(xiàn).對細(xì)胞培養(yǎng)的發(fā)

展起了偎大的推動(dòng)作用.此后單

展培養(yǎng)成為細(xì)胞培養(yǎng)■泡應(yīng)用的

技術(shù).??_______

多細(xì)胞動(dòng)物和人體的細(xì)胞都生活在內(nèi)環(huán)境中，根

據(jù)你所學(xué)的內(nèi)環(huán)境的知識，思考并討論以下問題：

I.體外培蟲細(xì)胞時(shí)常要提供哪些物質(zhì)？

2.體外培養(yǎng)的細(xì)胞需要什么樣的環(huán)境條件？

動(dòng)物加胞培梟的急件

一般來說，動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)需要滿足以下條件。

無蓄、無毒的環(huán)境首先應(yīng)保證被培養(yǎng)的細(xì)胞處于無

的、無毒的環(huán)境,即對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進(jìn)行無的處

理.通常還要在細(xì)胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素,以防

培養(yǎng)過程中的污染。此外，應(yīng)定期更換培養(yǎng)液，以便清除

代謝產(chǎn)物，防止細(xì)胞代謝產(chǎn)物積累對細(xì)胞自身造成危害.

管養(yǎng)細(xì)胞體外培養(yǎng)所需營養(yǎng)物質(zhì)與體內(nèi)基本相同，

例如，需要有需.氨基酸、促生長因子、無機(jī)鹽、激量元

管,'什么對動(dòng)依細(xì)電進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)素等。將細(xì)胞所需的上述營養(yǎng)物質(zhì)按其種類和所需數(shù)量嚴(yán)

格配制而成的培養(yǎng)基，稱為合成培養(yǎng)基。由于人們對細(xì)胞

通常旻承加血清，

所需的營養(yǎng)物質(zhì)還沒有完全搞清楚，因此，在使用合成培

養(yǎng)基時(shí).通常需加入血清，血漿等一些天然成分.

溫度和PH細(xì)胞體外培養(yǎng)的適宜溫度一般與動(dòng)物的

；氨￡小知識

體溫相近，喃乳動(dòng)物多以36.5±0.5C為宜。多數(shù)細(xì)胞生

存的適宜為。

在科學(xué)引究中.川時(shí)育要明確界pH7.2-7.4

定培養(yǎng)液的戌分.而血清中由于天體環(huán)境細(xì)胞培養(yǎng)所需氣體主要有02和CCh,。?

含有許多未知成分,會(huì)對研究結(jié)是細(xì)胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的

果有所影晌.因比，在進(jìn)行冢胞pH。進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶.將

培養(yǎng)時(shí).電可采用無血清培養(yǎng).其置于含95%空氣加5%CCh的混合氣體的培養(yǎng)箱中進(jìn)

無血清培養(yǎng)某是在基本培養(yǎng)基行培養(yǎng)。

中.詐加一縷巳如的促進(jìn)細(xì)胞生

和物如通通系機(jī)求的應(yīng)用

長和增殖的物質(zhì).

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)有很多用途。許多有重要價(jià)值的生

46專也2細(xì)胞工程

物制品，女耐毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等，都可以借

助動(dòng)物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)來生產(chǎn)。動(dòng)物細(xì)胞是基因

細(xì)胞培養(yǎng)板

工程技術(shù)中常用的受體細(xì)胞.因此，基因工

程也離不開動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)。培養(yǎng)的動(dòng)物

細(xì)胞還可以用于檢測有毒物質(zhì)，判斷某種

物質(zhì)的毒性（圖2-18）.科學(xué)家培養(yǎng)正常

或各種病變的細(xì)胞，用于生理、病理、藥理等

方面的研究,如用于飾選抗癌藥物等，為治療和演

防癌癥及其他疾病提供理愴依據(jù).

動(dòng)物體細(xì)胞核移植技術(shù)和克隆動(dòng)物

離體的植物組織或細(xì)胞在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件下可發(fā)育成

完整的植株，那么，是否能用類似的方法，使動(dòng)物的細(xì)胞

發(fā)育成一個(gè)完整的個(gè)體呢？例如，能不能用高產(chǎn)奶牛的一

個(gè)體細(xì)胞，培育出一頭高產(chǎn)奶牛呢？

我們巳經(jīng)知道,高度分化的植物組織仍保持著全能性.

但動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞不同，動(dòng)物細(xì)胞的全能性會(huì)隕著動(dòng)

物細(xì)胞分化程度的提高而逐漸受到限制,分化潛能逐漸變圖2-18通過維艙培界檢視有毒物質(zhì)

弱。因此，目前還不能用類似植物組織培養(yǎng)的方法獲簿完

整的動(dòng)物個(gè)體，用動(dòng)物體細(xì)胞克隆的動(dòng)物，實(shí)際是通過核

移植（nucleartranter）來實(shí)現(xiàn)的。

動(dòng)物核厚植是將動(dòng)物的一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核琢入一個(gè)

己經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵母鈕胞中.使其重姐并發(fā)育成一個(gè)新

的胚胎這個(gè)新的胚胎最終發(fā)育為動(dòng)物個(gè)體.用核移植的

方法得到的動(dòng)物稱為克隆動(dòng)物。

哺乳動(dòng)物核移植可

以分為胚胎細(xì)胞核移植

（圖2-19）和體細(xì)胞核

移植（圖2-20）。由于

動(dòng)物胚胎細(xì)胞分化程度

低，恢復(fù)其全能性相對

容易，而動(dòng)物體細(xì)胞分

化程度高，恢復(fù)其全能

性十分困難，因此，動(dòng)

物體細(xì)胞核移植的睢度圖2-19用胚蛤細(xì)胞

也就明顯高于胚胎細(xì)胞克隆的黑

核移植。圖2-2。用體閣胞克隆的豬

體為胞垓?qū)Ｖ驳倪^枝

應(yīng)用體細(xì)胞核移植技術(shù)，我國巳成功地克隆了牛、羊

等多種哺乳動(dòng)物。下面以克隆高產(chǎn)奶牛為例，來說明體細(xì)：

胞核移植的大致過程（圖2-21）。：

專題2細(xì)胞工聯(lián)47

重復(fù)

比遼

慳可

產(chǎn)生

仔蓼

的克

金牛

用構(gòu)建戊化學(xué)方法（如電麻

沖.痔寓于羲體.乙醉.黑

白I1合成抑制新等1橫話受

體生胞.使其完成細(xì)電分裂

和發(fā)育青程

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