细胞工程总结_细胞工程重点总结

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★绪论：

细胞工程：是应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程学的实验方法或技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特征，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体有关理论和技术方法的学科。★第一章：

细胞全能性：一个生活细胞所具有得产生完整生物个体的潜在能力。（作为植物组织或器官的基本单位细胞，在离题培养条件下，实现分裂和分化并能发育成胚胎和完整植株的能力）

细胞分化：导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。

脱分化：培养条件下使一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程。

再分化：当细胞脱分化以后，无序生长的细胞及其愈伤组织要重新进入有序生长才能再生为个体的过程。

按细胞分裂能力植物细胞可分为3类：第一类始终保持分裂能力：茎尖、根尖及形成层细胞。第二类分化终端细胞，永远失去分裂能力：筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞。第三类暂不分裂细胞（G0细胞）在受到外界刺激后可重新启动分裂：表皮细胞及各种薄壁细胞。离体培养中器官发生的方式：先芽后根、先根后芽、愈伤组织的不同部位形成芽和根，在通过维管组织的联系形成完整植株。

器官分化过程：第一阶段外植体经过诱导形成愈伤组织。第二阶段是“生长中心”（即分生组织，愈伤组织中形成器官的部位）形成。第三阶段器官原基及器官形成（生长中心部位形成不同的器官原基，进而分化出相应的组织和器官）。

体细胞胚：离题培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物。

体细胞胚形成的途径：1直接途径就是从外植体某些部位直接诱导分化出体细胞胚，如：直接从子叶基部的表皮细胞或切口处产生体细胞胚。

2、间接途径是在固体培养中外植体先形成愈伤组织，再分化发育产生体细胞胚；悬浮培养中先产生胚性细胞团再形成体细胞胚。与器官发生形成个体的途径相比，体细胞胚发育再生植株的特点：一是体细胞胚具有双极性，二是体细胞胚形成后与母体的维管束系统联系较少，即出现生殖隔离现象。

体细胞胚的特点：

1、起源于非合子细胞

2、双极性细胞能同时允许根芽发生

3、存在生殖隔离

4、经历类似合子胚发育的各种胚共四个发育阶段

5、遗传稳定变异相对较小

6、由性细胞发育而来 ★第二章;

离体培养条件下遗传变异的特点：普遍性、局限性、嵌合性、生理适应性。

影响体细胞遗传与变异的因素：1供体植物（原有的倍性水平在培养细胞多倍化过程中起着重要作用）2培养基及培养方式（培养方式、激素以及其他附加成分均会诱导体细胞变异的发生）3继代培养的次数（继代时间越长继代次数愈多细胞变异的概率就越高）。★第三章：

实验室的组成：基本实验室，辅助实验室，实验室布局。其中基本实验室分为准备室（进行一切与实验有关的准备工作）接种室（进行材料的离体无菌操作）培养室（对离体材料进行控制条件下的培养）。辅助实验室又分细胞学实验室和生化分析实验室。

基本设备配置：常规设备（天平、冰箱、酸度计、离心机、加热器、纯水器、分装设备）、灭菌设备（高压蒸汽灭菌锅、干热消毒柜、过滤灭菌装置、喷雾消毒装置、紫外灯）、无菌操作设备（净化工作台、接种箱）、培养设备（培养架、培养箱、摇床、生物反应器）、其他设备。灭菌技术：培养基灭菌（高压蒸汽灭菌或过滤灭菌）玻璃器皿灭菌（湿热和干热灭菌）金属用具灭菌（使用前干热灭菌使用中浸泡在70%的酒精中，再以火焰将酒精烧去，冷却）操作环境灭菌（气体熏蒸或紫外线照射）

培养基成分：无机盐类、有机化合物、生长调节物质、水、其他附加成分。

外植体：指用于离体培养的活的植物组织，器官等材料。

外植体的来源有三种：生长在自然环境下的植物、有目的地培养在温室控制条件下的生长的植物、无菌环境下已经经过离体培养的植物。培养基组成：

1、无机盐类：大量元素、微量元素；

2、有机化合物：糖类、维生素、肌醇、腺嘌呤、氨基酸、其他复合成分；

3、生长调节物质：生长素类、细胞分裂素类、赤霉素类；

4、水；

5、其他附加成分：琼脂、活性炭。

外植体灭菌选择：

1、种子灭菌；

2、芽，叶片，茎等组织材料灭菌；

3、未成熟胚，子房，及花药灭菌。注意：灭菌后的材料应立即接种培养，否则会造成二次污染。★第四章：

快速繁殖：利用细胞的再生特性，在组织培养条件下加速繁殖材料的个体生产提高繁殖系数

植物脱毒和快繁的意义：1能够有效保持优良品种特性2生产无病毒种苗，防止品种退化3快速繁殖新品种，加速优良品种推广4节约耕地，提高农产品商品产出率5便于运输

离体繁殖：在人工控制的无菌条件下，使植物在人工培养基上繁殖的技术。

立体繁殖的一般技术环节：1无菌培养物的建立2培养物的增殖3器官分化4植株的形成和移栽

培养基的增殖方式：芽增殖，不定芽增殖，胚状体的增殖，愈伤组织增殖。

增值方式的选择：首先选择茎芽增殖，其次是不定芽，除非万不得已不宜选择愈伤组织增值方式。

花药培养：把发育到一定阶段的花药接种到人工培养基上，使其发育和分化成为植株的过程。

花粉培养：从花粉中分离出花粉粒使之成为分散的或游离的状态，通过培养使花粉粒脱分化进而发育成完整植株的过程。共同点：利用花粉染色体、单倍体性培养发育

不同点：1.花粉培养可以避免花药壁花丝和药隔等体细胞组织的干扰能更好地调节控制雄核发育的各种因子；2.花粉数量大具有单细胞单倍性和较高同步性等特点，可以从较少的花药获得大量的花粉植物，3.花粉培养还能为研究细胞分化条件胚胎发生和形态发生机理提供较为理想的实验系统，4花药培养的成功为深入展开原生质体的培养遗传操作和发育分子生物学的研究提供了有用的材料和良好的技术基础。

单培体培养的特点;1体细胞染色体数目减半；生长发育弱，体型小，各种器官明显减小；2各种器官明显减少；3雌雄配子严重败育，有的甚至不能进入有性世代。

单培应用潜力:1迅速获得纯和性材料，缩短育种年限2获得育种中间材料3与诱变育种结合可提高诱变率4作为遗传工程受体更有效5与体细胞融合6用作基础研究的各个领域。

胚培养的意义:1克服杂交育种中杂种胚的早期夭折2克服珠心胚的干扰，提高育种效率3理论研究的意义，胚培养可用于探讨植物器官发生过程的许多问题，研究胚发育中胚乳的作用和进行胚胎切割实验等。胚培养类型:成熟胚培养和幼胚培养。

幼胚培养的生长发育方式：1胚胎发育2早熟萌发3愈伤组织 胚乳发育类型：核型 细胞型 沼生目型 ★第五章

植物细胞培养：在离体条件下对植物单个细胞或小的细胞团进行培养使其增殖的技术。

细胞悬浮培养：将单个游离细胞或小细胞团在液体培养基中进行培养增殖的技术。

用于建立细胞悬浮培养的愈伤组织要求：有较好的松散型，使之在悬浮培养的起始阶段易打散；还必须必备较强的增殖和再生能力。满足细胞悬浮培养体系的三条件：1悬浮培养物分散性良好，细胞团较小一般在30到50个细胞以下；2均一性好，细胞形状和细胞团大小大致相同，悬浮系外观为大小均一的小颗粒，培养基清澈透亮，细胞色泽呈鲜艳的乳白或淡黄色；3细胞生长迅速，悬浮细胞的生长量一般2到3天甚至更短时间可增加一倍。

悬浮细胞培养的同步化:同一悬浮培养体系中的所有细胞都同时通过细胞周期的某一特定时期。

同步化方法：分选法，饥额法，抑制剂法，低温处理法。

单细胞培养方式:微室培养，看护培养，平板培养，其他单细胞培养技术。

生物反应器类型：搅拌式，气动式，固定化细胞。悬浮细胞的生长动态（S曲线）：延迟期、指数生长期、直线生长期、减缓期、静止期。当细胞生长进入减缓期时，就要及时继代。★第六章

原生质体：除去细胞壁后的裸露的球形细胞。

原生质体的特点：虽然没有了细胞壁，但仍能进行植物细胞的各种基本生命活动，如蛋白质和核酸的合成、光合作用、呼吸作用以及通过质膜的物质交换等。

原生质体纯化方法：

1、沉降法；优点是搜集方法方便，操作简单，原生质体丢失少。但这种方法在漂洗过程中易造成原生质的损害且纯度不够好，常存在少量脱壁不完全的细胞和破碎的原生质体。

2、飘浮法；优点是可收集较纯净的原生质，还可避免在离心纯化过程中因震荡撞击或挤压引起的原生质损伤或破裂，所用试剂简单，成本低，从而造成原生质体的获得率较低。缺点是原生质在数量上损失较多。

3、梯度离心法：优点：获得原生质体更为纯净。原生质活力测定原理：

方法:荧光素双醋酸酯染色法（FDA），酚藏花红染色法，荧光增白剂染色法(CFW)，伊凡蓝染色法。

原生质的应用：1原生质由于脱去了细胞壁并且在离体培养条件下能够实现细胞的全能性而且再生植株，可以作为一个良好的试验系统而用于细胞壁的形成与功能，质膜的结构与功能，细胞骨架细胞分化与脱分化等基础理论问题的研究。2原生质体容易摄取外缘DNA、染色体、细菌、细胞器和质粒等，从而为高等植物细胞水平和分子水平的遗传操作提供理想的实验体系。3原生质体还可应用于体细胞杂交，无性系变异及突变体的筛选，细胞器的分离等研究。4原生质体可以作为植物生理学，分子生物学，遗传学，病毒学，育种学，体细胞遗传学和实验生物学等学科的理论和应用研究提供重要的实验体系。5作为遗传转化的受体。★第七章

植物体细胞杂交:又称原生质体融合将植物不同属种甚至科间的原生质体通过人工方法诱导融合，然后进行离体培养，使其再生杂种植株的技术。

融合方法：

1、PGE诱导融合方法，优点是融合成本低，不需特殊设备；融合子产生的异核率较高，融合过程不受物种限制。缺点是融合过程繁琐，PEG可能对细胞有毒害作用。

2、电融合法：优点是不存在对细胞的毒害问题，融合效率高，融合技术操作简便。缺点是仪器昂贵，给融合技术的实际应用带来一定的限制。★第八章

人工种子的概念：任何一种人工种皮包被或裸露的具有形成完整植株能力的繁殖体。人工种子的分类：（根据包被的需要程度分）

1、裸露或休眠的繁殖体。

2、被人工种皮包被的繁殖体。

3、水凝胶包埋在包被的人工种皮的繁殖体。（根据繁殖体的类型分）1体细胞人工种子2非体细胞人工种子 人工种子的特点：一 重要的经济作物、粮食作物以及多年生经济林木的人工种子报道日益增多。二 是以微器官为繁殖体的报道呈增加趋势，其中包括微芽、微枝、原球茎、小鳞茎和小块茎等。人工种子组成的三个部分：繁殖体、人工胚乳和人工种皮。★第九章

玻璃化:是指液体转化为非晶体的固化过程。

玻璃化法：是将生物材料经极高密度的玻璃化溶液快速脱水后直接投入液氮，使生物材料连同玻璃化溶液发生玻璃化转变，进入玻璃态。玻璃化的途径：1 大幅度提高冷却速率 2 增加溶液浓度 影响超低温保存效果的因素：植物的基因型 抗冻性及器官、组织和细胞的年龄及生理状态。

冰冻保护剂的特点：易溶于水，对细胞无毒，容易从组织细胞中清除。冰冻保护剂的类型：渗透型冰冻保护剂、非渗透型冰冻保护剂。第十章

植物基因转化受体系统：用于转化的外植体通过组织培养途径及其它非组织培养途径，能高效、稳定的再生无性系，并能接受外源基因的整合，对用于转化选择的抗生素敏感的再生系统。植物基因转化受体系统的类型：1 经过愈伤组织的受体系统 2 不经过愈伤组织的受体系统 3 原生质体在生系统 4 细胞系及其体细胞胚受体系统 5 生殖细胞受体系统。★论述题：

植物细胞工程的应用：

1、在植物育种上的应用：将常规植物育种技术与植物组织培养技术相结合，可以获得常规技术难以获得或无法获得的种质材料。（快速获得特殊倍性材料、克服远源杂交不亲和、克服杂种胚早期夭折、导入外援基因、突变体筛选、种质资源保存）

2、种苗脱病毒与快速繁殖：利用茎尖培养脱毒，在组织培养条件下或在具有良好的病毒传播隔离条件下进行无病毒种苗的快速繁殖；利用组织培养技术，亦使许多传统上繁殖系数很低的有性繁殖植物得以快速繁殖，大大提高了经济效益。

3、细胞培养生产有用次生产物：植物几乎能生产人类所需要的一切天然有机化合物，如：蛋白质、脂肪、糖类、天然药物、香料、生物碱及其它活性物质。4在植物生物学和发育生物学研究中的应用：植物不同组织、细胞培养获得再生个体，及其在此过程中所形成的调控技术本身，进一步揭示里植物细胞全能性学说的本质和内涵，是对细胞生物学领域的重要贡献。

5、在植物遗传、生理生化以及植物病理等基础研究中心的应用：利用细胞途径进行染色体操作，可以有目的地创造植物附加系，代换系，易位系为染色体工程的研究开辟新途径；细胞培养和组织培养为研究植物生理活动提供了理想技术体系；在人工培养条件下对植物抗病性进行研究，免除了环境条件的干扰，使得结果更加真实可靠。人工种子的应用前景：

1、微器官人工种子可能最先用于无性繁殖植物：微器官如微芽、试管块茎和试管鳞茎等作为繁殖体时，成苗率高且出苗整齐，具有田间应用的可行性，同时，在立体培养中，可采用脱毒技术首先出去病毒后再进行人工种子生产，可大大提高无性繁殖植物种子的质量，避免天然种苗引起的病害传播。

二、人工种子可用于天然种子繁殖后代群体变异大的植物：不定芽试管苗繁殖体技术已在生产上显示了树体整齐的优越性，以微芽为繁殖体的人工种子技术已经建立，可大大降低生产成本，减少运输损耗。

三、以体细胞胚为繁殖体的应用的可能性体细胞胚胎发生在多种作物中已经进行过深入研究，然而迄今仍未达到实际应用的程度。总之，目前体细胞人工种子技术还不完全成熟，但它在生物学和社会经济发展中的潜在利用价值不容否认。