植物细胞工程细胞全能性及其生长调控.pptx

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1、2.1 细胞全能性及其表达细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第1页/共78页一一个个细细胞胞所所具具有有的的产产生生完完整整生生物物个个体体的的固有能力称之为细胞的全能性。固有能力称之为细胞的全能性。正确理解细胞全能性的绝对性与相对性。正确理解细胞全能性的绝对性与相对性。2.1.1 2.1.1 细胞全能性概述细胞全能性概述第2页/共78页 植物细胞按照分裂能力分为三类：植物细胞按照分裂能力分为三类：u第第一一类类是是始始终终保保持持分分裂裂能能力力，从从一一个个周周期期进进入入另另一一个个周周期期的的周周期期细细胞胞。如如茎茎尖尖、根根尖尖及

2、及形形成成层层细胞；细胞；u第第二二类类是是永永久久失失去去分分裂裂能能力力的的细细胞胞，为为终终端端分分化化细细胞胞。如如筛筛管管、导导管管、气气孔孔保保卫卫细细胞胞等等特特化化细细胞；胞；u第第三三类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动分分裂裂的的GoGo细细胞胞。如如表表皮皮细细胞胞及及各种薄壁细胞。各种薄壁细胞。第3页/共78页一一个个植植物物细细胞胞向向分分生生状状态态回回复复过过程程所所能能进进行行的的程程度度，取决于它在自然部位上所处位置和生理状态。取决于它在自然部位上所处位置和生理状态。第4页/共78页植物细胞全能

3、性表现根据细胞类型不同从强到弱：植物细胞全能性表现根据细胞类型不同从强到弱：营营养养生生长长中中心心 形形成成层层 薄薄壁壁细细胞胞 厚厚壁壁细细胞胞(木质化细胞木质化细胞)特化细胞特化细胞(筛管、导管细胞筛管、导管细胞)；根据细胞所处的组织不同从强到弱为：根据细胞所处的组织不同从强到弱为：顶顶端端分分生生组组织织 居居间间分分生生组组织织 侧侧生生分分生生组组织织 薄薄壁壁组组织织(基基本本组组织织)厚厚角角组组织织 输输导导组组织织 厚厚壁组织。壁组织。第5页/共78页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细胞胞全全能能性性的的表表达达是是通通过过细

4、细胞胞脱脱分分化化和和再再分分化化实实现现的的，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细胞胞全全能能性性表表达达的的最最终终体现。体现。第6页/共78页第7页/共78页细胞全能性概念的拓展利利用用培培养养细细胞胞进进行行次次生生代代谢谢产产物物的的生生产产，是是将将细细胞胞全全能能性性概概念念从从培培养养细细胞胞的的营营养养代代谢谢角角度度得得到到了拓展。了拓展。19841984年年，国国际际组组织织培培养养协协会会对对细细胞胞全全能能性性又又给给出出了了定定义义：细细胞胞全全能能性性概概念念为为细细胞胞的的某某种种特特征征，

5、有有这这种种能能力力的的细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细胞胞类型的能力。类型的能力。第8页/共78页次生产物第9页/共78页2.1.2 2.1.2 细胞脱分化细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第10页/共78页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细胞胞回回复复到到原原始始无无分分化化状状 态态 或或 分分 生生 细细 胞胞 状状 态态 的的 过过 程程 就就 是是 细细 胞胞 脱脱 分分 化化（dedifferentiationdedifferentiation）。

6、）。离离体体培培养养下下，脱脱分分化化过过程程发发生生在在第第一一次次有有丝丝分分裂裂之之前前 。静静止止细细胞胞启启动动分分裂裂是是分分化化细细胞胞成成功功脱脱分分化化的的重重要要标标志。志。细胞脱分化过程中生理和结构变化细胞脱分化过程中生理和结构变化第11页/共78页 根根据据脱脱分分化化细细胞胞过过程程中中细细胞胞结结构构发发生生变变化化的的时时空空顺顺序序，细细胞胞的的脱分化过程可分为脱分化过程可分为3 3个阶段：个阶段：第一阶段为启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡蛋白体出现；第二阶段为演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成原质体；第三阶段为脱分化终

7、结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞分裂即将开始。Flash第12页/共78页细胞脱分化的调控机理细胞脱分化的调控机理细胞脱分化调控的实质是细胞脱分化调控的实质是G G0 0期细胞回复到分裂期细胞回复到分裂周期的调控过程。周期的调控过程。第13页/共78页细胞周期的主要调控分子：细胞周期的主要调控分子：pCyclinCyclin（细胞周期蛋白）（细胞周期蛋白）pCDKCDK（周期蛋白依赖激酶）（周期蛋白依赖激酶）pCKICKI（周期蛋白依赖激酶抑制子）（周期蛋白依赖激酶抑制子）第14页/共78页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，与植物植物激素是离体培养中所必需的条

8、件，与植物激素相关的基因表达被认为是启动细胞脱分化激素相关的基因表达被认为是启动细胞脱分化的关键。的关键。p2,4-D2,4-D诱导表达的基因诱导表达的基因parpar从叶肉原生质体从叶肉原生质体cDNAcDNA主库中分离得到主库中分离得到（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被克隆得到，其中被克隆得到，其中NtEPcNtEPc的表达的表达与与BABA浓度有关。浓度有关。第15页/共78页激素的作用需要受体蛋白及其它信号转导过程激素的作用需要受体蛋白及其它信号转导过

9、程的参与。的参与。p促分裂肽促分裂肽PSKPSK 、PSKPSK被发现被发现(Matsubayashi&Sakagami,1996)(Matsubayashi&Sakagami,1996)PSKPSK在低细胞密度下能促进细胞启动分裂在低细胞密度下能促进细胞启动分裂PSKPSK基因的表达受基因的表达受NAANAA诱导诱导在在PSKPSK 基因表达的同时细胞分裂才能被启动基因表达的同时细胞分裂才能被启动第16页/共78页细胞脱分化与愈伤组织形成细胞脱分化与愈伤组织形成细细胞胞脱脱分分化化是是细细胞胞状状态态的的改改变变，但但成成功功的的脱脱分分化化必然会导致细胞分裂。必然会导致细胞分裂。对对于于单

10、单个个细细胞胞而而言言，分分化化细细胞胞启启动动分分裂裂显显然然是是发发生在细胞完全脱分化之后。生在细胞完全脱分化之后。在在一一个个细细胞胞群群体体培培养养或或组组织织器器官官培培养养体体系系中中，有有时很难区分细胞脱分化与进入增殖状态的界限。时很难区分细胞脱分化与进入增殖状态的界限。第17页/共78页细细胞胞初初期期分分裂裂方方式式与与外外植植体体细细胞胞类类型型有有关关，如如果果外外植植体体细细胞胞均均为为正正常常二二倍倍体体细细胞胞，第第一一次次分分裂裂通通常常是是有有丝丝分分裂裂，如如果果外外植植体体含含有有高高倍倍化化细细胞胞，脱脱分分化化的的第第一一次次分分裂裂可可能能是是有有丝丝

11、分分裂裂，也也可可能能是是无丝分裂。无丝分裂。细胞脱分化与愈伤组织形成细胞脱分化与愈伤组织形成第18页/共78页愈伤组织的形成愈伤组织的形成愈伤组织（愈伤组织（callus）：由外植体生长得到的）：由外植体生长得到的一团无序的薄壁细胞。一团无序的薄壁细胞。第19页/共78页2.1.3 2.1.3 细胞再分化细胞再分化 所所谓谓细细胞胞分分化化（DifferentiationDifferentiation），是是指指导导致致细细胞胞形形成成不不同同结结构构，引引起起功功能能改改变变或或潜潜在在发发育育方方式式改改变变的过程。的过程。u一一个个细细胞胞在在不不同同的的发发育育阶阶段段上上可可以以有

12、有不不同同的的形形态和机能，这是在时间上的分化；态和机能，这是在时间上的分化；u同同一一种种细细胞胞后后代代，由由于于所所处处的的环环境境不不同同而而可可以以有相异的形态和机能，这是在空间上的分化。有相异的形态和机能，这是在空间上的分化。第20页/共78页从分化的遗传控制角度讲，细胞分化是各个处于从分化的遗传控制角度讲，细胞分化是各个处于不同时空条件下的细胞，基因表达与修饰差异的反不同时空条件下的细胞，基因表达与修饰差异的反应，所以，分化也可以说是相同基因型的细胞由于应，所以，分化也可以说是相同基因型的细胞由于基因选择性表达所反应的各种不同的表现型。基因选择性表达所反应的各种不同的表现型。在离

13、体条件下，当细胞脱分化以后，无序生长的在离体条件下，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进而才能再细胞及其愈伤组织要重新进入有序生长进而才能再生个体，通常把离体培养下的这一过程称为再分化生个体，通常把离体培养下的这一过程称为再分化（redifferentiationredifferentiation）。）。第21页/共78页极性（极性（polaritypolarity）是植物细胞分化中的一个基本现）是植物细胞分化中的一个基本现象。象。所谓极性是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在所谓极性是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的不

14、同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的梯度差异。梯度差异。在很多情况下，细胞的不均等分裂是是细胞极性建在很多情况下，细胞的不均等分裂是是细胞极性建立的标志。立的标志。极性与细胞分化极性与细胞分化第22页/共78页2.22.2植物细胞全能性表达与调控植物细胞全能性表达与调控细胞分化状态调控细胞分化状态调控形态发生调控形态发生调控第23页/共78页激激素素是是离离体体培培养养条条件件下下调调控控细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，其其中中生生长长素素和和细细胞胞分分裂裂素素是是两两类类主主要要的的调调控控培培养养条条件件下下细细胞胞生生长长和和分分化化的的植植物物激激素

15、素。此此外外，在在有有些些试试验验中中也也显显示示，GA3GA3、ABAABA、乙乙烯烯等等也也在在细胞分化中起到一定调节作用。细胞分化中起到一定调节作用。2.2.12.2.1激素对细胞分化的调控作用激素对细胞分化的调控作用第24页/共78页在在众众多多植植物物离离体体培培养养中中证证明明，细细胞胞分分裂裂素素和和生生长长素素对对于于细细胞胞生生长长和和分分化化具具有有同同等等重重要要的的协协同同作作用用，它它们们的的量量与与比比值值的的不不同同配配合合，对对细细胞胞分分化化起起着重要调节作用。着重要调节作用。第25页/共78页在在离离体体条条件件下下，如如果果用用生生长长素素和和细细胞胞分分

16、裂裂素素处处理理的的顺顺序序不不同同，其其作作用用也也不不一一样样。如如果果先先用用生生长长素素处处理理，后后用用细细胞胞分分裂裂素素处处理理，则则有有利利于于细细胞胞分分裂裂而而不不利利于于细细胞胞分分化化；反反之之，则则有有利利于于细细胞胞分分化化。如如果果两两者者同同时时处处理理，则则可可促促使使分分化化频频率的提高。率的提高。第26页/共78页细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过程程中中细细胞胞全全能能性性表表现现的的基基本本过过程程，了了解解这这一一过过程程的的调调控控机机理理，最最终是为再生个体奠定基础。终是为再生个体奠定基础。生生物物个个体体形形成成是是通

17、通过过形形态态发发生生（morphogenesismorphogenesis）实实现现的的，建建立立在在离离体体培培养养基基础础上上的的形形态态发发生生称称之之为为体体细细胞胞形形态态发发生生（somatic somatic morphogenesismorphogenesis）。体体细细胞胞形形态态发发生生过过程程及及其其调调控控机机理理是是细细胞胞工工程程学学研研究究的的核心内容。核心内容。第27页/共78页2.2.2 2.2.2 形态发生调控形态发生调控 器官发生器官发生体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生第28页/共78页器官发生器官发生 植植物物的的离离体体器器官官发发生生是是指指培培养养条

18、条件件下下的的组组织织或或细细胞胞团团（愈愈伤伤组组织织）分分化化形形成成不不定定根根（adventitious adventitious rootsroots）、不定芽（）、不定芽（adventitious shootsadventitious shoots）等器官的过程。）等器官的过程。第29页/共78页先芽后根先芽后根 先根后芽先根后芽 根芽同步根芽同步发生生 器官发生方式器官发生方式（引自Sunnichan,1998;Tylicki,2000;Zambre,1998）第30页/共78页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发生过程器官发生过程第31页/共78页经过愈伤组织的

19、器官发生过程经过愈伤组织的器官发生过程愈伤组织形成愈伤组织形成 生长中心形成生长中心形成器官原基及器官形成器官原基及器官形成第32页/共78页不经过愈伤组织的器官发生不经过愈伤组织的器官发生在在有有些些情情况况下下，外外植植体体不不经经过过典典型型的的愈愈伤伤组组织织即可形成器官原基，这一途径有两种情况：即可形成器官原基，这一途径有两种情况：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细胞胞团团，然然后后由由分分生生细细胞胞团团形成器官原基。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，进进一一步

20、步培培养养即即形形成成相相应应组组织织器器官官进进而而再再生生植植株株，如如茎茎尖尖、根根尖尖分生组织培养。分生组织培养。第33页/共78页这这种种不不经经过过愈愈伤伤组组织织直直接接发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为目目的的的的离离体体培培养养中中具具有有重要的实践意义。重要的实践意义。不经过愈伤组织的器官发生不经过愈伤组织的器官发生第34页/共78页外植体的类型母体植物的遗传基础起始材料对器官分化的影响起始材料对器官分化的影响第35页/共78页 总总体体上上说说，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

21、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为主主的的植植物物在在培培养养条条件件下下也有较强的器官分化的能力。也有较强的器官分化的能力。基基因因型型对对于于培培养养反反应应的的差差异异，器器官官分分化化能能力力的的差异大于愈伤组织诱导的差异。差异大于愈伤组织诱导的差异。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较大差异已是不争的事实。大差异已是不争的事实。第36页/共78页 外外植植体体对对诱诱导导反反应应及及其其再再生生能能力力的的

22、影影响响体体还还现现在生理状态上。在生理状态上。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则可可塑塑性性较较大，但仍以自然繁殖器官为外植体更易成功。大，但仍以自然繁殖器官为外植体更易成功。u对对于于多多年年生生植植物物而而言言，以以幼幼嫩嫩组组织织为为材材料料无无论是诱导还是分化均较容易。论是诱导还是分化均较容易。u来来源源于于生生长长活活跃跃或或生生长长潜潜力力大大的的组组织织、器器官官的细胞更有利于培养。的细胞更有利于培养。第37页/共78页激素对器官发生的影响激素对器官发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过外外源源提提供

23、供适适宜宜的的植植物物激激素素而而实实现现的的。在在众众多多的的植植物物激激素素中中，生生长长素素与与细细胞胞分分裂裂素素是是2 2类类主主要要的的植植物物激激素素，在离体器官分化调控中占有主导地位。在离体器官分化调控中占有主导地位。GA3,PSKGA3,PSK在器官分化中也具有一定调控作用。在器官分化中也具有一定调控作用。第38页/共78页（引自Pierik,1987）u生长素生长素/细胞分裂素高细胞分裂素高 有利于根分化有利于根分化 u生长素生长素/细胞分裂素低细胞分裂素低 有利于芽分化有利于芽分化 u生长素与细胞分裂素必须协调使用才能再生正生长素与细胞分裂素必须协调使用才能再生正常个体常

24、个体第39页/共78页光照是离体培养中比较复杂的调节因子，光照光照是离体培养中比较复杂的调节因子，光照时间、强度以及光质队器官分化均有影响。时间、强度以及光质队器官分化均有影响。光照对器官分化的影响光照对器官分化的影响连续的光照有利于培养细胞维管组织的形成，而连续的光照有利于培养细胞维管组织的形成，而一定的昼夜光照周期则有利于极性建立和形态发生。一定的昼夜光照周期则有利于极性建立和形态发生。第40页/共78页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调节节细细胞胞的的分化状态，而不是合成光合产物。分化状态，而不是合成光合产物。光光照照对对器器官官发发生生的的调调节节可

25、可能能与与调调节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，光光照照还还可可能能影影响响生生长长素素的的信信号号转转导导系系统，调整生长素的极性运输，从而引起器官分化。统，调整生长素的极性运输，从而引起器官分化。光光质质对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调节节系系统统有关。有关。第41页/共78页体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生离离体体培培养养下下没没有有经经过过受受精精过过程程，但但经经过过了了胚胚胎胎发发育育过过程程所所形形成成的的胚胚的的类类似似物物（不不管管培培养养的的细细胞胞是是体体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。细胞还是生殖细胞），统

26、称为体细胞胚或胚状体。第42页/共78页这一定义有以下几方面的界定：这一定义有以下几方面的界定：u其一，体细胞胚是离体培养的产物，只限于离体培养范围使用，以区别于无融合生殖胚；其一，体细胞胚是离体培养的产物，只限于离体培养范围使用，以区别于无融合生殖胚；u其二，体细胞胚起源于非合子细胞，以区别于合子胚；其二，体细胞胚起源于非合子细胞，以区别于合子胚；u其三，体细胞经过了胚胎发育过程，以区别与离体培中器官发生形成个体的途径。其三，体细胞经过了胚胎发育过程，以区别与离体培中器官发生形成个体的途径。体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生第43页/共78页直直接接途途径径间间接接途途径径一一.体细胞胚的形成体细

27、胞胚的形成第44页/共78页体细胞胚从外植体上直接发生体细胞胚从外植体上直接发生 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）第45页/共78页经过愈伤组织的体细胞胚形成经过愈伤组织的体细胞胚形成经过悬浮细胞的体细胞胚形成经过悬浮细胞的体细胞胚形成间接发生第46页/共78页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）第47页/共78页体细胞胚发育的细胞学特点体细胞胚发育的细胞学特点体细胞胚的结构特点体细胞胚的结构特点二二.体细胞胚的发育与结构特点体细胞胚的发育与结构特点第48页/共78页类似于植物合子胚

28、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）第49页/共78页结结 构构 特特 点点与与器器官官发发生生形形成成个个体体的的途途径径相相比比，体体细细胞胞胚胚发发育再生植株有两个明显的特点：育再生植株有两个明显的特点：u一一 是是 体体 细细 胞胞 胚胚 具具 有有 双双 极极 性性（doulble doulble polaritypolarity）；）；u二二是是体体细细胞胞胚胚形形成成后后与与母母体体的的维维管管束束系系统统连连系系 较较 少少，即即 出出 现现 所所 谓谓 的的 生

29、生 理理 隔隔 离离（physiological isolationphysiological isolation）现象。）现象。第50页/共78页与合子胚比较：与合子胚比较：u合合子子胚胚在在胚胚胎胎发发育育完完全全进进入入子子叶叶期期胚胚以以后后，经经过过一一系系列列的的物物质质积积累累和和脱脱水水就就进进入入休休眠眠，而而体体细细胞胞胚胚则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类中中，形形成成植植株株的的胚胚胎胎时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阶段段均均可可直接发育成小植株。直接发育成小植株。u与与相相同同植

30、植物物比比较较体体细细胞胞胚胚的的体体积积明明显显小小于于合合子子胚胚，在在一一些些贮贮藏藏物物质质的的含含量量上上也也存存在在较较大大差差异异。并并且且，体体细细胞胞胚不能有明显的脱水干燥过程。胚不能有明显的脱水干燥过程。u合合子子胚胚的的子子叶叶是是相相当当规规范范的的，可可以以作作为为分分类类的的依依据据，体细胞胚的子叶常不规范。体细胞胚的子叶常不规范。u合合子子胚胚在在发发育育初初期期具具有有明明显显的的胚胚柄柄，而而体体细细胞胞胚胚一一般般没有真正的胚柄只有类似胚柄的结构。没有真正的胚柄只有类似胚柄的结构。第51页/共78页三三.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素 激素的调

31、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第52页/共78页2.32.3动物细胞全能性特性动物细胞全能性特性动物细胞特点动物细胞特点动物细胞全能性的动物细胞全能性的局限性和可塑性局限性和可塑性第53页/共78页2.3.1 2.3.1 动物细胞的特点动物细胞的特点动物细胞与植动物细胞与植物细胞比较物细胞比较动物细胞在活动物细胞在活体内的特性体内的特性培养条件下动物培养条件下动物细胞生长特性细胞生长特性培养条件下动培养条件下动物细胞生理特物细胞生理特性性第54页/共78页 一一.动物细胞与植物细胞比较动物细胞与植物细胞比较 第55页/共78页二二.动物

32、细胞在活体内的特性动物细胞在活体内的特性 在在活活体体内内，动动物物细细胞胞在在胚胚胎胎期期即即已已高高度度分分化化，而且这种分化是不可逆转的。而且这种分化是不可逆转的。一一经经分分化化的的动动物物细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，同时也具有明显的形态特征。同时也具有明显的形态特征。第56页/共78页如如肌肌肉肉细细胞胞为为纺纺锤锤形形，以以便便于于行行使使收收缩缩伸伸展展功功能能；神神经经细细胞胞具具有有很很长长的的分分支支，很很多多的的纤纤维维，以以便便接接受受和和传传递递刺刺激激；红红细细胞胞呈呈园园盘盘状状，使使其其与与外外界界接接触触面面相相对对地地增增大大，有有

33、利利于于和和周周围围环环境境交交换换气气体体和和在在血血管管内内流流动动；而而上上皮皮细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挤压成不规则形状。压成不规则形状。第57页/共78页活活体体内内的的动动物物细细胞胞按按照照分分裂裂能能力力可可以以分分为为三三大大类：类：u第第一一类类是是能能保保持持继继续续分分裂裂能能力力的的细细胞胞，可可以以继继续续不不断断地分裂，如骨髓干细胞、各类前体细胞；地分裂，如骨髓干细胞、各类前体细胞；u第第二二类类细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细胞胞，如如各各类类高高度特化的细胞；度特化的细胞；u第第三三类类是是静静止止

34、细细胞胞群群，即即所所谓谓的的G0G0细细胞胞，在在正正常常情情况况下下，它它们们不不分分裂裂，也也不不合合成成DNADNA，但但在在受受到到刺刺激激后后，则则重新进入细胞分裂。如人的肝脏细胞等。重新进入细胞分裂。如人的肝脏细胞等。第一类和第三类细胞在适当条件下可进行离体培养。第一类和第三类细胞在适当条件下可进行离体培养。第58页/共78页 三三.培养条件下动物细胞的生长特性培养条件下动物细胞的生长特性 离体培养的动物细胞可分为：离体培养的动物细胞可分为：u贴壁依赖型贴壁依赖型(anchorage-dependent)(anchorage-dependent)u非贴壁依赖型非贴壁依赖型(anc

35、horage-independent)(anchorage-independent)u兼性贴壁细胞兼性贴壁细胞第59页/共78页1.1.贴贴壁壁依依赖赖型型 简简称称为为贴贴壁壁细细胞胞，包包括括成成纤纤维维细细胞胞型型、上上皮皮细胞型。细胞型。u成成纤纤维维细细胞胞型型 这这种种细细胞胞形形态态与与体体内内成成纤纤维维细细胞胞形形态态相相似似，胞胞内内呈呈梭梭形形或或不不规规则则三三角角形形，中中央央有有园园形形核核，胞胞质质向向外外伸伸出出2 23 3个个长长短短不不同同的的突突起起。细细胞胞群群常常原原生生质质突突连连接接成成网网，生生长长时时呈呈放放射射状状或或火火焰焰状状。除除真真正

36、正的的成成纤纤细细胞胞外外，心心肌肌、平平滑滑肌肌、成成骨骨肌肌细细胞胞培培养养时时均均属这一类型。属这一类型。u上上皮皮细细胞胞型型 细细胞胞培培养养时时呈呈扁扁平平的的不不规规则则三三角角形形，中中央央有有圆圆形形核核，生生长长时时常常彼彼此此紧紧密密连连接接成成单单层层细细胞胞片片，如如皮皮肤肤表表皮皮细细胞胞、肝肝细细胞、胰脏细胞和肺泡上皮细胞的培养细胞。胞、胰脏细胞和肺泡上皮细胞的培养细胞。第60页/共78页2.2.非贴壁依赖型非贴壁依赖型 也也称称悬悬浮浮型型，这这类类细细胞胞培培养养时时不不贴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悬殊殊浮浮生生长长。来来源源于于血

37、血液液、淋淋巴巴组组织织的的细细胞胞。许多肿瘤细胞等均属于此类，细胞一般呈圆形。许多肿瘤细胞等均属于此类，细胞一般呈圆形。3.3.兼性贴壁细胞兼性贴壁细胞 动动物物细细胞胞培培养养中中，有有些些细细胞胞呈呈现现双双重重性性，既既可可以以贴贴壁壁生生长长，也也可可以以悬悬浮浮培培养养，如如中中国国地地鼠鼠卵卵巢巢细细胞胞、小小鼠鼠L929L929细胞等。细胞等。第61页/共78页1 1、成纤维细胞、成纤维细胞型型2 2、上皮细胞型、上皮细胞型3 3、游走细胞型、游走细胞型4 4、多型性细胞、多型性细胞型型第62页/共78页四四.培养条件下动物细胞的生理特点培养条件下动物细胞的生理特点 1.1.动

38、物细胞的分裂周期长动物细胞的分裂周期长动动物物细细胞胞分分裂裂周周期期一一般般为为12124848小小时时，它它不不仅仅随随细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细胞胞所所需需的的时时间间也也不不同同。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长短。也会影响分裂周期的长短。第63页/共78页2 2接触抑制接触抑制(contact inhibition)(contact inhibition)现象现象除除少少数数悬悬浮浮培培养养细细胞胞外外，大大多多数数正正常常二二倍倍体体细细胞胞

39、的的生生长长都都需需要要在在一一定定的的基基质质（如如玻玻璃璃、塑塑料料等等）上上贴贴附附，伸伸展展后后才才能能增增殖殖。当当细细胞胞在在基基质质上上分分裂裂增增殖殖，逐逐渐渐汇汇合合成成片片即即每每个个细细胞胞与与其其周周围围的的细细胞胞相相互互接接触触时时，细细胞胞就就停停止止增增殖殖，即即细细胞胞密密度度不不再再增增加加，这这一一现现象象称称之之为为接接触触抑抑制或密度依赖抑制现象。制或密度依赖抑制现象。第64页/共78页3 3有限细胞系和永久细胞系有限细胞系和永久细胞系动动物物细细胞胞离离体体培培养养起起始始物物，我我们们称称之之为为原原代代培培养养（primary culturepr

40、imary culture）。）。经经继继代代培培养养后后即即成成为为有有限限细细胞胞系系(finite(finite cell cell line)line)。有有限限细细胞胞系系即即使使培培养养条条件件均均能能满满足足细细胞胞繁繁殖殖生生长长，它它们们也也只只能能在在有有限限的的时时间间内内生生存存，经经过过运运动动世世代代后后细细胞胞将将逐逐渐渐死亡。死亡。继继代代次次数数和和存存活活时时间间的的长长短短因因细细胞胞来来源源的的年年龄龄和和种种族族不不同同而而有有差差异异。年年龄龄越越大大继继代代次次数数越越少少。人人胚胚成成纤纤维维细细胞胞约约可可以以培培养养5050代代，而而成成年年

41、人人的的成成纤纤维维细细胞胞则则不不能能继继代代5050次次，同同样样是是成成纤纤维维细细胞胞，取取自自鸡鸡胚胚的的成成纤纤维维细细胞胞可可继继代代培培养养3030代，而小鼠的只能培养代，而小鼠的只能培养8 8代。代。第65页/共78页大大多多数数细细胞胞系系在在有有限限的的代代数数内内以以不不变变的的形形式式增增殖殖，当当超超过过有有限限世世代代后后，它它们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，二二是是发发育育成成永永久久细细胞胞系系或或称称连连续续细细胞胞系系。有有限限细细胞胞系系转转换换成成永永久久细细胞胞系系的的过过度度期期称称为为转转换换期期(crisis)(cr

42、isis)，其其转转换换过过程程在在动动物物细细胞胞培培养养中中称称为为体外转化体外转化(in vitro transformation)(in vitro transformation)。第66页/共78页u细细胞胞形形态态变变化化，如如细细胞胞变变小小，黏黏附附性性减减少少，具有较高的核质比；具有较高的核质比；u生长速率增加，倍增时间缩短；生长速率增加，倍增时间缩短；u对血清的依赖性减小；对血清的依赖性减小；u贴壁依赖性降低；贴壁依赖性降低；u细细胞胞异异倍倍体体和和非非整整倍倍体体增增加加，细细胞胞接接种种到到体内后，生癌率上升。体内后，生癌率上升。永久细胞系有如下特征：永久细胞系有如下

43、特征：第67页/共78页4 4动物细胞的环境敏感性动物细胞的环境敏感性动动物物细细胞胞与与微微生生物物和和植植物物细细胞胞相相比比，其其培培养养难难度度要要大大一一些些，其其主主要要原原因因是是动动物物细细胞胞只只有有细细胞胞膜，而没有细胞壁的保护。膜，而没有细胞壁的保护。动动物物相相比比对对培培养养环环境境十十分分敏敏感感，一一切切影影响响细细胞膜变形的因素都会影响动物细胞存活。胞膜变形的因素都会影响动物细胞存活。动物细胞培养对营养条件的要求也十分复杂。动物细胞培养对营养条件的要求也十分复杂。第68页/共78页随随着着胚胚胎胎的的发发育育，高高等等动动物物的的细细胞胞失失去去了了发发育育成成

44、完完整整个个体体的的能能力力，由由全全能能性性(totipotency)变变成成多多能能性性(pluripotency)，进进而而变变成成单单能能性性(monopotency)。如如囊囊胚胚阶阶段段的的小小鼠鼠原原始始外外胚胚层层细细胞胞能能分分化化成成包包括括生生殖殖细细胞胞在在内内的的各各种种组组织织细细胞胞，而而成成体体中中的的表表皮皮干干细细胞胞就只能分化形成皮肤细胞了就只能分化形成皮肤细胞了。由由此此可可见见，在在发发育育过过程程中中，随随着着细细胞胞的的分分化化，细胞的分化潜能逐渐变窄。细胞的分化潜能逐渐变窄。2.3.2 2.3.2 动物全能性的局限性和可塑动物全能性的局限性和可塑

45、性性第69页/共78页受精卵的全能性受精卵的全能性第70页/共78页干细胞分化潜能干细胞分化潜能造血干细胞的分化造血干细胞的分化天津市脐血干细胞库天津市脐血干细胞库第71页/共78页动动物物细细胞胞的的全全能能性性随随着着细细胞胞分分化化程程度度提提高高而而逐逐渐渐受受到到限限制制，分分化化潜潜能能变变窄窄，这这是是指指整整体体细细胞胞而而言言。可可是是细细胞胞核核则则不不同同，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细胞胞分分化化而而丢丢弃弃基基因因，因因此此高度分化细胞的核仍具有全能性。高度分化细胞的核仍具有全能性。第72页/共78页“多多利利”绵绵羊羊证证明明了了一一

46、个个已已经经完完全全分分化化了了的的动动物物体体细细胞胞仍仍然然保保持持着着当当初初胚胚胎胎细细胞胞的的全全部部遗遗传传信信息息，并并且且经经此此技技术术处处理理后后，体体细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。这这就就是是说说哺哺乳乳动动物物业业已已分分化化的的细细胞胞不不具具有有细细胞胞全全能能性性的的传传统统概概念念，在在一一定定条条件下是可塑的。件下是可塑的。第73页/共78页例题辨析例题辨析 1、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 B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能 C、生物体的每一个活细胞都具

47、有发育成完整个体的潜能 D、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 第74页/共78页2、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：A、细胞丧失了全能性 B、基因的表达有选择性 C、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化 第75页/共78页3、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：A、脱分化 B、去分化 C、再分化 D、脱分化或去分化第76页/共78页 4、下列不能作为植物组织培养的材料是：A、秋海棠的叶 B、马铃薯的块茎C、成熟的花粉 D、木质部中的导管细胞第77页/共78页感谢您的观看！第78页/共78页