植物细胞工程课件第二章细胞全能性及其生长调控.ppt

第二章第二章细胞全能性及其生长调控细胞全能性及其生长调控细细 胞胞 工工 程程电电 子子 课课件件华华中中农农业业大大学学生生命命科科学学技技术术学学院院细胞全能性及其表达细胞全能性及其表达植物细胞全能性表达与调控植物细胞全能性表达与调控动物细胞全能性特性动物细胞全能性特性主要内容主要内容2.1 细胞全能性及其表达胞全能性及其表达细胞全能性概述细胞全能性概述细胞脱分化细胞脱分化细胞再分化细胞再分化一一个个细胞胞所所具具有有的的产生生完完整整生生物物个个体体的的固有能力称之固有能力称之为细胞的全能性。胞的全能性。正确理解正确理解细胞全能性的胞全能性的绝对性与相性与相对性。性。2.1.1 2.1.1 细胞全能性概述胞全能性概述 植物植物细胞按照分裂能力分胞按照分裂能力分为三三类：u第第一一类是是始始终保保持持分分裂裂能能力力，从从一一个个周周期期进入入另另一一个个周周期期的的周周期期细胞胞。如如茎茎尖尖、根根尖尖及及形形成成层细胞；胞；u第第二二类是是永永久久失失去去分分裂裂能能力力的的细胞胞，为终端端分分化化细胞胞。如如筛管管、导管管、气气孔孔保保卫细胞胞等等特特化化细胞；胞；u第第三三类是是在在通通常常情情况况下下不不分分裂裂，但但在在受受到到外外界界刺刺激激后后可可重重新新启启动分分裂裂的的GoGo细胞胞。如如表表皮皮细胞胞及及各种薄壁各种薄壁细胞。胞。一一个个植植物物细胞胞向向分分生生状状态回回复复过程程所所能能进行行的的程程度度，取决于它在自然部位上所取决于它在自然部位上所处位置和生理状位置和生理状态。植物植物细胞全能性表胞全能性表现根据根据细胞胞类型不同从型不同从强到弱：到弱：营养养生生长中中心心 形形成成层 薄薄壁壁细胞胞 厚厚壁壁细胞胞(木木质化化细胞胞)特化特化细胞胞(筛管、管、导管管细胞胞)；根据根据细胞所胞所处的的组织不同从不同从强到弱到弱为：顶端端分分生生组织 居居间分分生生组织 侧生生分分生生组织 薄薄壁壁组织(基基本本组织)厚厚角角组织 输导组织 厚厚壁壁组织。细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化再分化再分化细胞分裂细胞分裂个体再生个体再生细胞胞全全能能性性的的表表达达是是通通过细胞胞脱脱分分化化和和再再分分化化实现的的，在在大大多多数数情情况况下下，脱脱分分化化是是细胞胞全全能能性性表表达达的的前前体体，再再分分化化是是细胞胞全全能能性性表表达达的的最最终体体现。细胞全能性概念的拓展细胞全能性概念的拓展利利用用培培养养细胞胞进行行次次生生代代谢产物物的的生生产，是是将将细胞胞全能性概念从培养全能性概念从培养细胞的胞的营养代养代谢角度得到了拓展。角度得到了拓展。19841984年年，国国际组织培培养养协会会对细胞胞全全能能性性又又给出出了了定定义：细胞胞全全能能性性概概念念为细胞胞的的某某种种特特征征，有有这种种能能力力的的细胞胞可可保保留留形形成成有有机机体体所所有有的的细胞胞类型型的的能能力。力。次生产物次生产物2.1.2 2.1.2 细胞脱分化胞脱分化细胞生理与结构变化细胞生理与结构变化细胞脱分化调控机理细胞脱分化调控机理细胞分裂与愈伤组织形成细胞分裂与愈伤组织形成培培养养条条件件下下使使一一个个已已分分化化的的细胞胞回回复复到到原原始始无无分分化化状状 态 或或 分分 生生 细 胞胞 状状 态 的的 过 程程 就就 是是 细 胞胞 脱脱 分分 化化（dedifferentiationdedifferentiation）。）。离离体体培培养养下下，脱脱分分化化过程程发生生在在第第一一次次有有丝分分裂裂之之前前 。静静止止细胞胞启启动分分裂裂是是分分化化细胞胞成成功功脱脱分分化化的的重重要要标志。志。细胞脱分化胞脱分化过程中生理和程中生理和结构构变化化 根根据据脱脱分分化化细胞胞过程程中中细胞胞结构构发生生变化化的的时空空顺序，序，细胞的脱分化胞的脱分化过程可分程可分为3 3个个阶段：段：第一阶段为启动阶段，表现为第一阶段为启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中细胞质增生，并开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡蛋白央伸出细胞质丝，液泡蛋白体出现；体出现；第二阶段为演变阶段，此时细第二阶段为演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演胞核开始向中央移动，质体演变成原质体；变成原质体；第三阶段为脱分化终结期，细第三阶段为脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞胞回复到分生细胞状态，细胞分裂即将开始。分裂即将开始。Flash细胞脱分化的胞脱分化的调控机理控机理细胞脱分化胞脱分化调控的控的实质是是G G0 0期期细胞回复到分裂周胞回复到分裂周期的期的调控控过程。程。细胞周期的主要胞周期的主要调控分子：控分子：pCyclinCyclin（细胞周期蛋白）胞周期蛋白）pCDKCDK（周期蛋白依（周期蛋白依赖激激酶）pCKICKI（周期蛋白依（周期蛋白依赖激激酶抑制子）抑制子）植物激素与脱分化植物激素与脱分化植物激素是离体培养中所必需的条件，与植物激植物激素是离体培养中所必需的条件，与植物激素相关的基因表达被素相关的基因表达被认为是启是启动细胞脱分化的关胞脱分化的关键。p2,4-D2,4-D诱导表达的基因表达的基因parpar从叶肉原生从叶肉原生质体体cDNAcDNA主主库中分离得到（中分离得到（TakahashiTakahashi等等,1989),1989)p花粉富含硫蛋白基因花粉富含硫蛋白基因NtEPaNtEPa、NtEPbNtEPb、NtEPcNtEPc被被克隆得到，其中克隆得到，其中NtEPcNtEPc的表达与的表达与BABA浓度有关。度有关。激素的作用需要受体蛋白及其它信号激素的作用需要受体蛋白及其它信号转导过程的程的参与。参与。p促分裂促分裂肽PSKPSK 、PSKPSK被被发现发现(MatsubayashiMatsubayashi&Sakagami,1996)&Sakagami,1996)PSKPSK在低在低细细胞密度下能促胞密度下能促进细进细胞启胞启动动分裂分裂PSKPSK基因的表达受基因的表达受NAANAA诱导诱导在在PSKPSK 基因表达的同基因表达的同时细时细胞分裂才能被启胞分裂才能被启动动细胞脱分化与愈胞脱分化与愈伤组织形成形成细胞胞脱脱分分化化是是细胞胞状状态的的改改变，但但成成功功的的脱脱分分化化必然会必然会导致致细胞分裂。胞分裂。对于于单个个细胞胞而而言言，分分化化细胞胞启启动分分裂裂显然然是是发生在生在细胞完全脱分化之后。胞完全脱分化之后。在在一一个个细胞胞群群体体培培养养或或组织器器官官培培养养体体系系中中，有有时很很难区分区分细胞脱分化与胞脱分化与进入增殖状入增殖状态的界限。的界限。细胞胞初初期期分分裂裂方方式式与与外外植植体体细胞胞类型型有有关关，如如果果外外植植体体细胞胞均均为正正常常二二倍倍体体细胞胞，第第一一次次分分裂裂通通常常是是有有丝分分裂裂，如如果果外外植植体体含含有有高高倍倍化化细胞胞，脱脱分分化化的第一次分裂可能是有的第一次分裂可能是有丝分裂，也可能是无分裂，也可能是无丝分裂。分裂。细胞脱分化与愈胞脱分化与愈伤组织形成形成愈愈伤组织的形成的形成愈愈伤组织（callus）：由外植体生）：由外植体生长得到的得到的一一团无序的薄壁无序的薄壁细胞。胞。2.1.3 2.1.3 细胞再分化胞再分化 所所谓细胞胞分分化化（DifferentiationDifferentiation），是是指指导致致细胞胞形形成成不不同同结构构，引引起起功功能能改改变或或潜潜在在发育育方方式式改改变的的过程。程。u一一个个细胞胞在在不不同同的的发育育阶段段上上可可以以有有不不同同的的形形态和机能，和机能，这是在是在时间上的分化；上的分化；u同同一一种种细胞胞后后代代，由由于于所所处的的环境境不不同同而而可可以以有相异的形有相异的形态和机能，和机能，这是在空是在空间上的分化。上的分化。从分化的从分化的遗传控制角度控制角度讲，细胞分化是各个胞分化是各个处于于不同不同时空条件下的空条件下的细胞，基因表达与修胞，基因表达与修饰差异的反差异的反应，所以，分化也可以，所以，分化也可以说是相同基因型的是相同基因型的细胞由于胞由于基因基因选择性表达所反性表达所反应的各种不同的表的各种不同的表现型。型。在离体条件下，当在离体条件下，当细胞脱分化以后，无序生胞脱分化以后，无序生长的的细胞及其愈胞及其愈伤组织要重新要重新进入有序生入有序生长进而才能再而才能再生个体，通常把离体培养下的生个体，通常把离体培养下的这一一过程称程称为再分化再分化（redifferentiationredifferentiation）。）。极性（极性（polaritypolarity）是植物是植物细胞分化中的一个基本胞分化中的一个基本现象。象。所所谓极性是指植物的器官、极性是指植物的器官、组织、甚至、甚至单个个细胞在胞在不同的不同的轴向上存在的某种形向上存在的某种形态结构以及生理生化上的构以及生理生化上的梯度差异。梯度差异。在很多情况下，在很多情况下，细胞的不均等分裂是是胞的不均等分裂是是细胞极性建胞极性建立的立的标志。志。极性与极性与细胞分化胞分化2.22.2植物植物细胞全能性表达与胞全能性表达与调控控细胞分化状胞分化状态调控控形形态发生生调控控激激素素是是离离体体培培养养条条件件下下调控控细胞胞脱脱分分化化和和再再分分化化的的主主要要因因素素，其其中中生生长素素和和细胞胞分分裂裂素素是是两两类主主要要的的调控控培培养养条条件件下下细胞胞生生长和和分分化化的的植植物物激激素素。此此外外，在在有有些些试验中中也也显示示，GA3GA3、ABAABA、乙乙烯等等也也在在细胞分化中起到一定胞分化中起到一定调节作用。作用。激素激素对细胞分化的胞分化的调控作用控作用在在众众多多植植物物离离体体培培养养中中证明明，细胞胞分分裂裂素素和和生生长素素对于于细胞胞生生长和和分分化化具具有有同同等等重重要要的的协同同作作用用，它它们的的量量与与比比值的的不不同同配配合合，对细胞胞分分化化起起着重要着重要调节作用。作用。在在离离体体条条件件下下，如如果果用用生生长素素和和细胞胞分分裂裂素素处理理的的顺序序不不同同，其其作作用用也也不不一一样。如如果果先先用用生生长素素处理理，后后用用细胞胞分分裂裂素素处理理，则有有利利于于细胞胞分分裂裂而而不不利利于于细胞胞分分化化；反反之之，则有有利利于于细胞胞分分化化。如如果果两两者者同同时处理理，则可可促促使使分分化化频率的提高。率的提高。细胞胞脱脱分分化化和和再再分分化化是是离离体体培培养养过程程中中细胞胞全全能能性性表表现的的基基本本过程程，了了解解这一一过程程的的调控控机机理理，最最终是是为再生个体奠定基再生个体奠定基础。生生物物个个体体形形成成是是通通过形形态发生生（morphogenesismorphogenesis）实现的的，建建立立在在离离体体培培养养基基础上上的的形形态发生生称称之之为体体细胞胞形形态发生生（somatic somatic morphogenesismorphogenesis）。体体细胞胞形形态发生生过程程及及其其调控控机机理理是是细胞胞工工程程学学研研究究的的核心内容。核心内容。2.2.2 2.2.2 形形态发生生调控控 器官器官发生生体体细胞胚胎胞胚胎发生生器官器官发生生 植植物物的的离离体体器器官官发生生是是指指培培养养条条件件下下的的组织或或细胞胞团（愈愈伤组织）分分化化形形成成不不定定根根（adventitious adventitious rootsroots）、不不 定定 芽芽（adventitious shootsadventitious shoots）等器官的等器官的过程。程。先芽后根先芽后根 先根后芽先根后芽 根芽同步根芽同步发生生 器官器官发生方式生方式（引自Sunnichan,1998;Tylicki,2000;Zambre,1998）经过愈伤组织的器官发生不经过愈伤组织的器官发生器官器官发生生过程程经过愈愈伤组织的器官的器官发生生过程程愈愈伤组织形成形成 生生长中心形成中心形成器官原基及器官形成器官原基及器官形成不不经过愈愈伤组织的器官的器官发生生在在有有些些情情况况下下，外外植植体体不不经过典典型型的的愈愈伤组织即可形成器官原基，即可形成器官原基，这一途径有两种情况：一途径有两种情况：u另另一一种种情情况况是是外外植植体体某某些些部部位位的的细胞胞在在重重新新分分裂裂后后，直直接接形形成成分分生生细胞胞团，然然后后由由分分生生细胞胞团形成器官原基。形成器官原基。u一一是是外外植植体体中中已已存存在在器器官官原原基基，进一一步步培培养养即即形形成成相相应组织器器官官进而而再再生生植植株株，如如茎茎尖尖、根根尖尖分生分生组织培养。培养。这种种不不经过愈愈伤组织直直接接发生生器器官官的的途途径径在在以以品品种种繁繁殖殖为目目的的的的离离体体培培养养中中具具有有重重要要的的实践意践意义。不不经过愈愈伤组织的器官的器官发生生外植体的类型母体植物的遗传基础起始材料起始材料对器官分化的影响器官分化的影响 总体体上上说，被被子子植植物物比比裸裸子子植植物物容容易易培培养养，在在被被子子植植物物中中又又以以茄茄科科、秋秋海海棠棠科科、景景天天科科、苦苦苣苣苔苔科科以以及及十十字字花花科科植植物物培培养养成成功功的的报道道最最多多。通通常常情情况况下下，自自然然繁繁殖殖以以无无性性繁繁殖殖为主主的的植植物物在在培培养养条条件件下下也有也有较强的器官分化的能力。的器官分化的能力。基基因因型型对于于培培养养反反应的的差差异异，器器官官分分化化能能力力的的差异大于愈差异大于愈伤组织诱导的差异。的差异。同同种种植植物物不不同同品品种种（基基因因型型）的的培培养养效效果果具具有有较大差异已是不争的事大差异已是不争的事实。外外植植体体对诱导反反应及及其其再再生生能能力力的的影影响响体体还现在生理状在生理状态上。上。u一一、二二年年生生无无性性繁繁殖殖植植物物的的取取材材则可可塑塑性性较大，但仍以自然繁殖器官大，但仍以自然繁殖器官为外植体更易成功。外植体更易成功。u对于于多多年年生生植植物物而而言言，以以幼幼嫩嫩组织为材材料料无无论是是诱导还是分化均是分化均较容易。容易。u来来源源于于生生长活活跃或或生生长潜潜力力大大的的组织、器器官官的的细胞更有利于培养。胞更有利于培养。激素激素对器官器官发生的影响生的影响离离体体培培养养下下的的器器官官分分化化在在大大多多数数情情况况下下是是通通过外外源源提提供供适适宜宜的的植植物物激激素素而而实现的的。在在众众多多的的植植物物激激素素中中，生生长素素与与细胞胞分分裂裂素素是是2 2类主主要要的的植植物物激激素素，在离体器官分化在离体器官分化调控中占有主控中占有主导地位。地位。GA3,PSKGA3,PSK在器官分化中也具有一定在器官分化中也具有一定调控作用。控作用。（引自Pierik,1987）u生生长素素/细胞分裂素高胞分裂素高 有利于根分化有利于根分化 u生生长素素/细胞分裂素低胞分裂素低 有利于芽分化有利于芽分化 u生生长素与素与细胞分裂素必胞分裂素必须协调使用才能再生正使用才能再生正常个体常个体光照是离体培养中比光照是离体培养中比较复复杂的的调节因子，光照因子，光照时间、强度以及光度以及光质队器官分化均有影响。器官分化均有影响。光照光照对器官分化的影响器官分化的影响连续的光照有利于培养的光照有利于培养细胞胞维管管组织的形成，而的形成，而一定的昼夜光照周期一定的昼夜光照周期则有利于极性建立和形有利于极性建立和形态发生。生。培培养养条条件件下下，光光照照的的作作用用更更大大程程度度上上是是调节细胞胞的的分化状分化状态，而不是合成光合，而不是合成光合产物。物。光光照照对器器官官发生生的的调节可可能能与与调节培培养养物物的的内内源源激激素素平平衡衡有有关关，光光照照还可可能能影影响响生生长素素的的信信号号转导系系统，调整生整生长素的极性运素的极性运输，从而引起器官分化。，从而引起器官分化。光光质对器器官官分分化化的的影影响响可可能能与与光光受受体体精精确确调节系系统有关。有关。体体细胞胚胎胞胚胎发生生离离体体培培养养下下没没有有经过受受精精过程程，但但经过了了胚胚胎胎发育育过程程所所形形成成的的胚胚的的类似似物物（不不管管培培养养的的细胞胞是是体体细胞胞还是生殖是生殖细胞），胞），统称称为体体细胞胚或胚状体。胞胚或胚状体。这一定一定义有以下几方面的界定：有以下几方面的界定：u其其一一，体体细胞胞胚胚是是离离体体培培养养的的产物物，只只限限于于离离体培养范体培养范围使用，以区使用，以区别于无融合生殖胚；于无融合生殖胚；u其其二二，体体细胞胞胚胚起起源源于于非非合合子子细胞胞，以以区区别于于合子胚；合子胚；u其其三三，体体细胞胞经过了了胚胚胎胎发育育过程程，以以区区别与与离体培中器官离体培中器官发生形成个体的途径。生形成个体的途径。体体细胞胚胎胞胚胎发生生一一.体体细胞胚的形成胞胚的形成体体细胞胚从外植体上直接胞胚从外植体上直接发生生 1.诱导阶段段2.胚胎胚胎发育育阶段段（引自（引自Chen等等,1999）经过愈愈伤组织的体的体细胞胚形成胞胚形成经过悬浮浮细胞的体胞的体细胞胚形成胞胚形成间接发生诱导愈愈伤组织形成形成愈愈伤组织胚性化胚性化球性胚形成球性胚形成子叶胚期子叶胚期（引自Lin等，2000）体体细胞胚胞胚发育的育的细胞学特点胞学特点体体细胞胚的胞胚的结构特点构特点二二.体体细胞胚的胞胚的发育与育与结构特点构特点类似于植物合子胚的发育类似于植物合子胚的发育早期原早期原胚胚发生生胚胎胚胎细胞胞发生生球形胚球形胚形成形成完整胚完整胚结构形构形成成（引自Figueroa等，2002）结 构构 特特 点点与与器器官官发生生形形成成个个体体的的途途径径相相比比，体体细胞胞胚胚发育再生植株有两个明育再生植株有两个明显的特点：的特点：u一一 是是 体体 细 胞胞 胚胚 具具 有有 双双 极极 性性（doulbledoulble polaritypolarity）；）；u二二是是体体细胞胞胚胚形形成成后后与与母母体体的的维管管束束系系统连系系 较 少少，即即 出出 现 所所 谓 的的 生生 理理 隔隔 离离（physiological isolationphysiological isolation）现象。象。与合子胚比与合子胚比较：u合合子子胚胚在在胚胚胎胎发育育完完全全进入入子子叶叶期期胚胚以以后后，经过一一系系列列的的物物质积累累和和脱脱水水就就进入入休休眠眠，而而体体细胞胞胚胚则直直接接形形成成植植株株，在在不不同同的的培培养养条条件件和和植植株株种种类中中，形形成成植植株株的的胚胚胎胎时期期有有所所不不同同，一一般般在在心心形形期期以以后后的的各各个个阶段段均均可可直接直接发育成小植株。育成小植株。u与与相相同同植植物物比比较体体细胞胞胚胚的的体体积明明显小小于于合合子子胚胚，在在一一些些贮藏藏物物质的的含含量量上上也也存存在在较大大差差异异。并并且且，体体细胞胞胚不能有明胚不能有明显的脱水干燥的脱水干燥过程。程。u合合子子胚胚的的子子叶叶是是相相当当规范范的的，可可以以作作为分分类的的依依据据，体体细胞胚的子叶常不胞胚的子叶常不规范。范。u合合子子胚胚在在发育育初初期期具具有有明明显的的胚胚柄柄，而而体体细胞胞胚胚一一般般没有真正的胚柄只有没有真正的胚柄只有类似胚柄的似胚柄的结构。构。三三.影响体影响体细胞胚胞胚发生的因素生的因素 激素的调控作用激素的调控作用培养基及培养条件的影响培养基及培养条件的影响基因型的影响基因型的影响2.32.3动物物细胞全能性特性胞全能性特性动物物细胞特点胞特点动物物细胞全能性的胞全能性的局限性和可塑性局限性和可塑性2.3.1 2.3.1 动物物细胞的特点胞的特点动物细胞与植物细胞比动物细胞与植物细胞比较较动物细胞在活体内的特动物细胞在活体内的特性性培养条件下动物细胞生长培养条件下动物细胞生长特性特性培养条件下动物细胞生培养条件下动物细胞生理特性理特性 一一.动物物细胞与植物胞与植物细胞比胞比较 二二.动物物细胞在活体内的特性胞在活体内的特性 在在活活体体内内，动物物细胞胞在在胚胚胎胎期期即即已已高高度度分分化化，而且而且这种分化是不可逆种分化是不可逆转的。的。一一经分分化化的的动物物细胞胞在在功功能能上上具具有有明明确确的的分分工工，同同时也具有明也具有明显的形的形态特征。特征。如如肌肌肉肉细胞胞为纺锤形形，以以便便于于行行使使收收缩伸伸展展功功能能；神神经细胞胞具具有有很很长的的分分支支，很很多多的的纤维，以以便便接接受受和和传递刺刺激激；红细胞胞呈呈园园盘状状，使使其其与与外外界界接接触触面面相相对地地增增大大，有有利利于于和和周周围环境境交交换气气体体和和在在血血管管内内流流动；而而上上皮皮细胞胞由由于于它它要要覆覆盖盖于于表表面面，常常常常相相互互挤压成不成不规则形状。形状。活活体体内内的的动物物细胞胞按按照照分分裂裂能能力力可可以以分分为三三大大类：u第第一一类是是能能保保持持继续分分裂裂能能力力的的细胞胞，可可以以继续不不断断地分裂，如骨髓干地分裂，如骨髓干细胞、各胞、各类前体前体细胞；胞；u第第二二类细胞胞群群是是永永久久失失去去分分裂裂能能力力的的细胞胞，如如各各类高高度特化的度特化的细胞；胞；u第第三三类是是静静止止细胞胞群群，即即所所谓的的G0G0细胞胞，在在正正常常情情况况下下，它它们不不分分裂裂，也也不不合合成成DNADNA，但但在在受受到到刺刺激激后后，则重新重新进入入细胞分裂。如人的肝胞分裂。如人的肝脏细胞等。胞等。第一第一类和第三和第三类细胞在适当条件下可胞在适当条件下可进行离体培养。行离体培养。三三.培养条件下培养条件下动物物细胞的生胞的生长特性特性 离体培养的离体培养的动物物细胞可分胞可分为：u贴壁依壁依赖型型(anchorage-dependent)(anchorage-dependent)u非非贴壁依壁依赖型型(anchorage-independent)(anchorage-independent)u兼性兼性贴壁壁细胞胞1.1.贴壁壁依依赖型型 简称称为贴壁壁细胞胞，包包括括成成纤维细胞胞型型、上上皮皮细胞型。胞型。u成成纤维细胞胞型型 这种种细胞胞形形态与与体体内内成成纤维细胞胞形形态相相似似，胞胞内内呈呈梭梭形形或或不不规则三三角角形形，中中央央有有园园形形核核，胞胞质向向外外伸伸出出2 23 3个个长短短不不同同的的突突起起。细胞胞群群常常原原生生质突突连接接成成网网，生生长时呈呈放放射射状状或或火火焰焰状状。除除真真正正的的成成纤细胞胞外外，心心肌肌、平平滑滑肌肌、成成骨骨肌肌细胞胞培培养养时均均属属这一一类型。型。u上上皮皮细胞胞型型 细胞胞培培养养时呈呈扁扁平平的的不不规则三三角角形形，中中央央有有圆形形核核，生生长时常常彼彼此此紧密密连接接成成单层细胞胞片片，如如皮皮肤肤表表皮皮细胞胞、肝肝细胞、胰胞、胰脏细胞和肺泡上皮胞和肺泡上皮细胞的培养胞的培养细胞。胞。2.2.非非贴壁依壁依赖型型 也也称称悬浮浮型型，这类细胞胞培培养养时不不贴附附于于支支持持物物上上，可可在在培培养养液液中中悬殊殊浮浮生生长。来来源源于于血血液液、淋淋巴巴组织的的细胞胞。许多多肿瘤瘤细胞等均属于此胞等均属于此类，细胞一般呈胞一般呈圆形。形。3.3.兼性兼性贴壁壁细胞胞 动物物细胞胞培培养养中中，有有些些细胞胞呈呈现双双重重性性，既既可可以以贴壁壁生生长，也也可可以以悬浮浮培培养养，如如中中国国地地鼠鼠卵卵巢巢细胞胞、小小鼠鼠L929L929细胞胞等。等。1 1、成、成纤维细胞型胞型2 2、上皮、上皮细胞型胞型3 3、游走、游走细胞型胞型4 4、多型性、多型性细胞型胞型四四.培养条件下培养条件下动物物细胞的生理特点胞的生理特点 1.1.动物物细胞的分裂周期胞的分裂周期长动物物细胞胞分分裂裂周周期期一一般般为12124848小小时，它它不不仅随随细胞胞种种属属的的不不同同而而有有差差异异，即即使使是是同同一一种种属属，不不同同部部位位的的细胞胞所所需需的的时间也也不不同同。此此外外，培培养养条条件件如如温温度度、pHpH、培培养养基基的的成成分分等等，也会影响分裂周期的也会影响分裂周期的长短。短。2 2接触抑制接触抑制(contact inhibition)(contact inhibition)现象象除除少少数数悬浮浮培培养养细胞胞外外，大大多多数数正正常常二二倍倍体体细胞胞的的生生长都都需需要要在在一一定定的的基基质（如如玻玻璃璃、塑塑料料等等）上上贴附附，伸伸展展后后才才能能增增殖殖。当当细胞胞在在基基质上上分分裂裂增增殖殖，逐逐渐汇合合成成片片即即每每个个细胞胞与与其其周周围的的细胞胞相相互互接接触触时，细胞胞就就停停止止增增殖殖，即即细胞胞密密度度不不再再增增加加，这一一现象象称称之之为接接触触抑抑制或密度依制或密度依赖抑制抑制现象。象。3 3有限有限细胞系和永久胞系和永久细胞系胞系动物物细胞胞离离体体培培养养起起始始物物，我我们称称之之为原原代代培培养养（primary cultureprimary culture）。）。经继代代培培养养后后即即成成为有有限限细胞胞系系(finite(finite cell cell line)line)。有有限限细胞胞系系即即使使培培养养条条件件均均能能满足足细胞胞繁繁殖殖生生长，它它们也也只只能能在在有有限限的的时间内内生生存存，经过运运动世世代代后后细胞胞将将逐逐渐死死亡。亡。继代代次次数数和和存存活活时间的的长短短因因细胞胞来来源源的的年年龄和和种种族族不不同同而而有有差差异异。年年龄越越大大继代代次次数数越越少少。人人胚胚成成纤维细胞胞约可可以以培培养养5050代代，而而成成年年人人的的成成纤维细胞胞则不不能能继代代5050次次，同同样是是成成纤维细胞胞，取取自自鸡胚胚的的成成纤维细胞胞可可继代代培培养养3030代，而小鼠的只能培养代，而小鼠的只能培养8 8代。代。大大多多数数细胞胞系系在在有有限限的的代代数数内内以以不不变的的形形式式增增殖殖，当当超超过有有限限世世代代后后，它它们可可能能有有两两种种情情况况，一一是是衰衰老老死死亡亡，二二是是发育育成成永永久久细胞胞系系或或称称连续细胞胞系系。有有限限细胞胞系系转换成成永永久久细胞胞系系的的过度度期期称称为转换期期(crisis)(crisis)，其其转换过程程在在动物物细胞胞培培养养中中称称为体外体外转化化(in vitro transformation)(in vitro transformation)。u细胞胞形形态变化化，如如细胞胞变小小，黏黏附附性性减减少少，具有具有较高的核高的核质比；比；u生生长速率增加，倍增速率增加，倍增时间缩短；短；u对血清的依血清的依赖性减小；性减小；u贴壁依壁依赖性降低；性降低；u细胞胞异异倍倍体体和和非非整整倍倍体体增增加加，细胞胞接接种种到到体体内后，生癌率上升。内后，生癌率上升。永久永久细胞系有如下特征：胞系有如下特征：4 4动物物细胞的胞的环境敏感性境敏感性动物物细胞胞与与微微生生物物和和植植物物细胞胞相相比比，其其培培养养难度度要要大大一一些些，其其主主要要原原因因是是动物物细胞胞只只有有细胞胞膜，而没有膜，而没有细胞壁的保胞壁的保护。动物物相相比比对培培养养环境境十十分分敏敏感感，一一切切影影响响细胞膜胞膜变形的因素都会影响形的因素都会影响动物物细胞存活。胞存活。动物物细胞培养胞培养对营养条件的要求也十分复养条件的要求也十分复杂。随随着着胚胚胎胎的的发育育，高高等等动物物的的细胞胞失失去去了了发育育成成完完整整个个体体的的能能力力，由由全全能能性性(totipotency)变成成多多能能 性性(pluripotency)，进 而而 变 成成 单 能能 性性(monopotency)。如如囊囊胚胚阶段段的的小小鼠鼠原原始始外外胚胚层细胞胞能能分分化化成成包包括括生生殖殖细胞胞在在内内的的各各种种组织细胞胞，而而成成体体中中的的表表皮皮干干细胞胞就就只只能能分化形成皮肤分化形成皮肤细胞了胞了。由由此此可可见，在在发育育过程程中中，随随着着细胞胞的的分分化化，细胞的分化潜能逐胞的分化潜能逐渐变窄。窄。2.3.2 2.3.2 动物全能性的局限性和可塑性物全能性的局限性和可塑性受精卵的全能性受精卵的全能性干干细胞分化潜能胞分化潜能造血干造血干细胞的分化胞的分化天津市天津市脐血干血干细胞胞库动物物细胞胞的的全全能能性性随随着着细胞胞分分化化程程度度提提高高而而逐逐渐受受到到限限制制，分分化化潜潜能能变窄窄，这是是指指整整体体细胞胞而而言言。可可是是细胞胞核核则不不同同，它它含含有有物物种种的的全全套套基基因因，并并没没有有因因细胞胞分分化化而而丢弃弃基基因因，因因此此高高度度分分化化细胞胞的核仍具有全能性。的核仍具有全能性。“多多利利”绵羊羊证明明了了一一个个已已经完完全全分分化化了了的的动物物体体细胞胞仍仍然然保保持持着着当当初初胚胚胎胎细胞胞的的全全部部遗传信信息息，并并且且经此此技技术处理理后后，体体细胞胞恢恢复复了了失失去去的的全全能能性性形形成成完完整整个个体体。这就就是是说哺哺乳乳动物物业已已分分化化的的细胞胞不不具具有有细胞胞全全能能性性的的传统概念，在一定条件下是可塑的。概念，在一定条件下是可塑的。例例题辨析辨析 1、下列有关细胞全能性的含义，正确的是：、下列有关细胞全能性的含义，正确的是：A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能能 C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能能 D、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程衰老、死亡的全过程 2、在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是、在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为：分化为不同的组织、器官，是因为：A、细胞丧失了全能性、细胞丧失了全能性 B、基因的表达有选择性、基因的表达有选择性 C、不同的细胞内基因不完全相同、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化生了变化 3、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，又又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：A、脱分化、脱分化 B、去分化、去分化 C、再分化、再分化 D、脱分化或去分化、脱分化或去分化 4、下列不能作为植物组织培养的材料是：、下列不能作为植物组织培养的材料是：A、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B、马铃薯的块茎、马铃薯的块茎C、成熟的花粉、成熟的花粉 D、木质部中的导管细胞、木质部中的导管细胞