细胞工程论文
细胞工程是生物工程的一个重要方面。总的来说,它是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法,按照人们的设计蓝图,进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。下面是我为大家整理的细胞工程论文,欢迎阅读。
【摘要】 目的制作去细胞肌肉组织工程支架,并检测其与人羊膜上皮细胞的生物相容性。方法 采用TNT和十二烷基磺酸钠结合的化学萃取方法制作去细胞肌肉组织工程支架,冰冻切片观察其结构。将人羊膜上皮细胞种入支架培养7 d后,用免疫组化检测羊膜上皮细胞的增殖活性、NT3及BDNF的表达,扫描电子显微镜观察其超微结构。结果 支架中细胞去除完全,其主要结构为平行排列的管状结构。细胞外基质的主要成分弹性纤维和胶原纤维保持完好。羊膜上皮细胞在支架里有增殖活性,并呈现NT3、BDNF免疫反应阳性。扫描电镜显示,羊膜上皮细胞在支架中分布均匀,生长良好。结论 成功的制作了去细胞肌肉组织工程支架,其与人羊膜上皮细胞有良好的相容性。
【关键词】 去细胞肌肉;人羊膜上皮细胞;生物相容性
近年来组织工程研究的重要进展之一就是采用自体或异体移植物制作天然生物降解材料的组织工程支架。其中去细胞移植物与机体有良好的生物相容性。去细胞肌肉支架可作为生物工程支架支持神经细胞轴突再生。Mligiliche等〔1〕把去细胞肌肉移植入大鼠坐骨神经缺损处,4 w后发现有大量神经轴突长入去细胞肌肉支架中。由于单独应用去细胞肌肉支架治疗神经系统疾病的效果有限,去细胞肌肉支架要发挥更大的作用往往需要向支架中植入种子细胞〔2,3〕。研究表明羊膜上皮细胞可分泌多种神经因子〔4,5〕,促进神经元轴突的生长,是一种良好的治疗神经系统疾病的种子细胞。本研究利用化学去细胞的方法制成去细胞肌肉支架,并把羊膜上皮细胞种入去细胞肌肉支架内,探究两者的相容性,为开展组织工程治疗神经系统方面的疾病提供新的途径。
1 材料与方法
材料
实验动物 Wistar 大鼠由吉林大学白求恩医学院实验动物中心提供。
试剂 IMDM培养基及小牛血清由Hyclone 公司提供。5′溴尿嘧啶核苷(BrdU) 及BrdU 单克隆抗体购自Neomarker公司;神经营养素(NT)3,脑源性神经营养因子(BDNF)兔抗人多克隆抗体购自武汉博士德公司,SABC免疫组化试剂盒购自福州迈新生物公司。人羊膜上皮细胞株为本实验室保存。
方法
去细胞肌肉支架的制备 参考 Brown等〔6〕去细胞膀胱的制作方法制备去细胞肌肉支架,简述如下:取Wistar大鼠腹锯肌,放入蒸馏水中,在摇床中以37℃、50 r/min摇48 h后,转入3%的TritonX100溶液,摇床中37℃、50 r/min摇48 h。然后放入蒸馏水中,摇床37℃、50 r/min摇48 h。换成1% SDS溶液,摇床37℃,50 r/min摇48 h。PBS洗24 h。PBS中4℃保存备用。
支架形态结构的观察及成分鉴定 肉眼观察去细胞肌肉的形态。去细胞肌肉用4%多聚甲醛PBS固定1 h,5%蔗糖90 min,15%蔗糖90 min,30%蔗糖过夜以梯度脱水,OCT包埋,冷丙酮速冻,之后放入-70℃冰箱保存。恒冷箱切片机切片,HE 染色,观察其内部结构。此外对切片进行Van Gienson(VG)染色和 Weigert染色(VG+ET染色)检测支架的细胞外基质成分。
人羊膜上皮细胞的培养 人羊膜上皮细胞在DMEM培养液中(含10%胎牛血清,100 U/ml青霉素,100 mg/ml链霉素,200 μg/ml的谷氨酰胺),37℃、5 % CO2及饱和湿度条件下的细胞培养箱中培养,隔天换液,待单层培养细胞生长至80%汇合后,传代培养。
人羊膜上皮细胞与去细胞肌肉支架相容性的鉴定
取生长良好的人羊膜上皮细胞,80%细胞接近融合,弃去培养液,胰蛋白酶消化,当胞体回缩,细胞间隙变宽时,用血清终止消化,反复轻吹瓶壁细胞,制成单细胞悬液于离心管中,1 000 r/min,离心3 min。用DMEM重悬细胞。用1 ml注射器吸入细胞悬液,以2×106/ml 密度注入去细胞肌肉支架中分装至24孔板中,在37℃、5 % CO2及饱和湿度条件下的细胞培养箱中培养,隔天换液,培养1 w。掺入Brdu(终浓度为10 mg/L),继续培养1 d后,恒冷箱切片机切片(方法同前)。切片经PBS 洗后,3% H2O2灭活内源性过氧化物酶10 min,血清封闭20 min;一抗用BrdU(1∶1 000稀释)单克隆抗体,BDNF和NT3多克隆抗体(1∶100稀释)4℃孵育过夜,PBS 洗后,二抗37℃孵育30 min,PBS 洗后,SABC37℃孵育30 min,DAB显色。光镜下观察。
扫描电子显微镜鉴定羊膜上皮细胞在去细胞肌肉支架上的生长情况 取生长良好的人羊膜上皮细胞,80%细胞接近融合时,用上述方法消化下来后,把羊膜上皮细胞种植到去细胞肌肉支架中,放在24孔板中,在37℃、5 % CO2及饱和湿度条件下的细胞培养箱中培养7 d后,用2%戊二醛固定后,梯度乙醇脱水,CO2临界点干燥,镀膜,采用扫描电子显微镜观察并拍照。
2 结 果
支架的组织结构与成分 去细胞肌肉外观呈乳白色,半透明,质地柔软。从大体上看,肌肉去细胞前后整体大小与形状无显著变化。支架纵切面的HE染色观察可见骨骼肌细胞成分消失,而纤维网架结构保持完整,支架内主要为平行管道。VG+ET染色证明支架成分主要为胶原纤维和弹力纤维等细胞外基质成分,胶原纤维为红色波浪状结构,弹性纤维为蓝色丝状结构,见图1。
羊膜上皮细胞与去细胞肌肉支架的兼容性 见图2,HE染色显示人羊膜上皮细胞在支架中生长良好,分布均匀(图
图1 去细胞肌肉支架大体与组织切片染色
图2 去细胞肌肉支架的病理图片2A)。免疫组化染色显示,BrdU阳性细胞数目多,提示支架中的人羊膜上皮细胞有增殖能力(图2B)。抗NT3和BDNF染色显示,支架中的人羊膜上皮细胞含有NT3、BDNF阳性颗粒,呈棕褐色分布在细胞质中(图2C,2D)。JSM5600LV扫描电子显微镜显示,在支架内部分布有大量细胞,细胞在支架中分布比较均匀,生长状态良好(图2E)。
3 讨 论
理想的支架材料应与细胞外基质类似,与活体细胞有良好的生物相容性〔7,8〕。去细胞肌肉作为治疗神经损伤的生物工程支架材料有如下优势:(1)去细胞肌肉的细胞外基质成分对组织细胞的'迁移、黏附、生长代谢都有重要作用,研究表明再生的轴突可以很好的黏附在去细胞肌肉支架上〔9〕。(2)去细胞肌肉的排列结构与神经膜管类似,仅在直径上略大于神经膜管〔10〕,它们提供了轴突可生长穿过的足够空间〔9〕,该结构对于诱导神经轴突再生是十分重要的。 Fansa等比较了接种施万细胞的不同去细胞生物材料(肌肉,静脉,神经外膜)桥接缺损的外周神经的结果,发现缺乏神经膜管样结构的去细胞肌肉支架(静脉和神经外膜支架)中的再生轴突是无序和排列混乱的,而有神经膜管样结构的去细胞肌肉支架中的再生轴突是有序排列的〔11〕。这种轴突再生的有序性对神经损伤的轴突再生同样也是十分重要的。(3)去细胞肌肉引起的免疫排斥反应较小〔9,12〕。这些优势都说明去细胞肌肉可作为治疗神经损伤的理想的材料。本研究采用的制作去细胞肌肉的方法主要用来减少异种移植材料的免疫排斥反应。该方法能有效的去除脂膜和膜相关抗原以及可溶性蛋白,并能有效的保留细胞外基质成分的原始空间结构。肌细胞正常呈平行分布,其细胞外基质成分也是平行分布的,从支架纵切面的结果看支架的纤维成分也是平行排布的,VG+ET染色结果显示细胞外基质的主要成分胶原纤维和弹性纤维保持完好。这些结果进一步证实此方法可成功制备去细胞肌肉支架。
由于单独应用去细胞肌肉支架治疗神经系统疾病的效果有限〔13〕,去细胞肌肉的生物相容性也有待验证。本研究用人羊膜上皮细胞作为种子细胞种入去细胞肌肉支架以探讨其相容性。研究表明,羊膜上皮细胞中含有多种生物活性因子,包括黏蛋白、转移生长因子、前列腺素E、表皮生长因子样物质,IL1,IL8 等因子,另外,还可分泌BDNF和NT3等重要的神经营养因子〔4〕。其中层黏蛋白、BDNF和NT3等生物活性因子对神经损伤的治疗具有十分重要的作用。羊膜上皮细胞可作为一种较理想的种子细胞,与去细胞肌肉支架结合可能成为治疗神经系统疾病的一个理想的组织工程材料。本实验观察到人羊膜上皮细胞在去细胞肌肉支架中分布均匀,抗BrdU、BDNF及NT3免疫组化显示去细胞肌肉支架中羊膜上皮细胞有良好的增殖能力,并能表达BDNF和NT3,说明羊膜上皮细胞在去细胞肌肉支架中保持了良好的生物学活性。以上结果一方面证明了本研究制作的去细胞肌肉支架有良好的生物相容性,另一方面为应用羊膜上皮细胞和去细胞肌肉支架结合治疗神经系统疾病提供了理论和实验基础。
总之 ,本研究成功制备了去细胞肌肉支架,并证实人羊膜上皮细胞在去细胞肌肉支架中能分泌重要的神经营养因子,人羊膜上皮细胞与去细胞肌肉支架桥接体为神经缺损再生提供了基底膜、神经营养因子等种种有利因素,构成了良好的神经再生微环境,有利于使神经缺损得到较好地修复,为进一步研究羊膜上皮细胞与去细胞肌肉支架桥接体治疗神经损伤奠定了一定的实验基础。
【参考文献】
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植物细胞工程所谓细胞工程,是指以细胞为基本单位进行培养、增殖或按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性,从而创造新的生物和物种,以获得具有经济价值的生物产品。 细胞工程根据研究材料的不同,可分为植物细胞工程和动物细胞工程,均主要由两部分构成。 其一是上游工程,包含细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏三个步骤。 第二则是下游工程,是将已转化的细胞应用到生产实践中去,以生产生物产品的过程。 其中细胞培养是细胞工程的技术基础。 顾名思义,植物细胞工程,是在细胞水平上针对植物细胞的细胞工程,它是细胞工程的一个重要组成部分。 自1904年Hanning成功培养离体胚以来,伴随着相关理论与技术的飞速发展,植物细胞工程也取得了巨大的成就。现在,我们已经可以利用细胞融合及DNA重组等现代生物技术从细胞和分子水平改良现有品种甚至于组建新品种。1983年转基因植物问世,并于1986年起被批准进入田间试验,美国APHIS到97年1月31日已批准多达两千五百八十四例田间试验。不仅如此,一些转基因植物已经开始进行商业化生产。从1994年Calgene公司的延熟番茄FLAVRSAVRTM成为首例被批准进行商业化生产的转基因作物开始,其后截止至1997年1月,美国已批准十七例,加拿大十八例,澳大利亚四例,日本七例。我国农业部也已于97年上半年批准了转基因延熟番茄的商业化。由此可见,植物细胞工程将对我们的生活产生越来越大的影响,我们应对此加以重视,了解一些新的研究成果及新技术,以求在生物工程这个二十一世纪的龙头产业中占有一席之地。 植物细胞工程涉及诸多理论原理及实际操作技术,首当其冲的自然是培养技术,也就是将植物的器官、组织、细胞甚至细胞器进行离体地、无菌的培养。它是对细胞进行遗传操作及细胞保藏的基础。此类技术发展起步较早,相对而言已比较成熟,各种培养基制备及很多操作方法已经基本规范化。针对植物的培养主要有植物组织培养、植物细胞培养、花药及花粉培养、离体胚培养以及原生质体培养这几个大类,每一种都还可可以继续细分为更具体的小类。组织培养首先将外植体分离出来,然后在无菌及适当条件下培养以诱导出愈伤组织,另外在愈伤组织随外植体生长一段时间后还需要进行继代培养,以避免代谢产物积累及水分散失等因素的影响。细胞培养可分为悬浮细胞培养、平板培养、饲养层培养和双层滤纸植板几类,它们都是将选定的植物细胞于适当的条件下进行培养,以得到大量基本同步化的细胞,为遗传操作提供材料。花粉及花药培养主要是使花粉改变正常发育途径而转向形成胚状体和愈伤组织,从而产生单倍体植株。离体胚培养有幼胚与成熟胚培养两类,通过使用相应的培养基使离体胚正常的萌发生殖,以供研究和操作使用。原生质体的培养则是一切利用原生质体进行遗传操作的基础,它是将取得的植物细胞去除细胞壁形成原生质体后进行培养,具体方法与细胞培养有一定的相似之处。作为后继操作的基础,培养技术的选择是非常重要的。采用适当的培养方法可以更好地进行遗传操作和保存细胞,而错误的选择是有可能影响结果甚至导致试验和生产失败,造成时间和金钱的浪费。 仅仅对细胞进行培养是不够,要使培养的细胞能为人类服务,就要对其进行一定的改造,这就涉及到了细胞的遗传操作。可以说,遗传操作是整个细胞工程中最为重要也最具挑战性的一环。它极大的依赖于理论原理、操作技术以及设备的发展。随着基因组学的发展,各项基因组计划正在紧锣密鼓地进行,由于DNA序列分析方法的革新,诸如高效毛细管自动化测序、DNA芯片法以及大规模平行实测法的应用大大加快了基因组计划的进程。拟南芥基因组计划将于2004年完成,水稻、番茄和玉米基因组的测序也正在进行。是类计划所提供的信息将不断定位大量有价值的基因,而最近的研究还表明影响作物产量的可以是单基因的改变而不仅仅是多基因决定。所有这一切的基础研究都为遗传操作提供了更多、更准确的理论依据。实验技术的发展则使精确、高效的遗传操作变得更加方便。将外源DNA导入靶细胞的方法不断完善,除了以前经常使用的质粒载体、病毒载体、转座因子和APC(酵母人工染色体)等途径外,通过lipoplex\polyplex介导、裸DNA、"基因枪"、超声波法和电注射法等非病毒方式转换细胞的方法也开始被广泛的使用;细胞融合方法已被不断的改进,融合率增大;细胞诱变也取得了较大的进展,诱变方式不断增加。这些理论和技术的发展都为更好的改造细胞创造了条件。 培养或改造好的细胞是进行研究和生产的基本材料,为了使其不致死亡并尽量保持优良的特性,就需要进行适当的保藏。一般是根据细胞的特点,人工创造条件使其生长代谢活动尽量降低,处于休眠状态,以抑制增殖和减少变异。作为世界上最大的细胞库,ATCC早在92年就已经有了三千两百多个细胞系入库,而且数量还在不断增加。此外还有CSH(美)、NCTC(英)、NRRL(英)、KCC(日)等著名的保藏机构,国内也有一些较为大型的机构,足见各国对细胞保藏的重视。由于植物细胞有其自身的特点,因而其保藏方法不可能与微生物完全相同。通常采用的方法是液氮超低温保藏方法。这种方法利用液氮的温度可以达到-196,远远低于一般细胞新陈代谢作用停止的温度(-130℃)从而使细胞的代谢活动停止,化学作用随之消失,达到长期保藏的目的。操作时要注意从常温到低温的过渡,以使细胞内的自由水通过膜渗出,避免其产生冰晶而损害细胞。另外还有低温冻藏法及其他一些保藏方法,但多用于短期保藏。 细胞工程的目的,是得到人们所需要的生物产品。要使已经改造好的细胞产生大量具有经济价值的产物,就必须依靠下游加工过程,也就是我们常说的下游工程。它的作用就是大量培养细胞,并从培养液中分离、精制出有关的生物化工产品。由于植物细胞的高度易碎性,对剪切力的敏感、细胞有去分化和聚集作用,增殖时间长等独特性,使其大规模培养技术明显比微生物和动物细胞的发展缓慢。但通过不懈的努力,现在已经具备在2万升规模的生物反应器中培养烟草细胞的能力。而日本的三井石化也已经在使用750L发酵罐通过培养植物细胞而生产紫草宁,且产量较高,可满足全日本百分之四十上的需要。相信随着理论以技术的不断完善,植物细胞的大规模的培养将会很快的成为一种常规的生产手段。培养后的培养物经过处理后被分离、提纯。分离和精制过程所需的费用在整个生产过程中的占有很大的比例,一般为60%,有些甚至高达80-90%,而且还有继续加剧的取向。因此该过程的落后也可能阻碍细胞工程的发展。世界各国现在已经都比较重视这个问题,英国早在83年就发起了生物分离计划(BIOSEP),专门研究分离与精制,我国也曾经召开过专门会议。分离与精制的困难是由于培养液自身的理化特性所决定,这就需要在上游工程时就考虑到这方面的问题,同时不断推出新的分离纯化技术及方法,从而简化过程、降低成本,这在实际生产中是很重要的。 诚然,细胞工程的伟大和神奇确实令人惊叹不已,但随着这一类技术的迅猛发展,基因产品的广泛应用,其安全性已引起了人们的广泛关注。虽然从本质上来讲,转基因植物和常规育成的品种是一样的,两者都是在原有品种的基础上对其一部分进行修饰,或增加新特性,和消除原来的不利性状,但是,以前所用的有性杂交仅仅局限于种类和近缘种之间,而转基因植物却大胆突破了这一局限,其外源基因可以来自植物、微生物甚至动物。在这种情况下,人们对可能出现的新组合、新性状是否会影响人类健康和生物环境还缺乏足够的认识和经验。至少从目前来说,我们还不可能很精确的预测某一个外源基因在新的遗传背景中会产生什么样的相互作用。并且,转基因植物还可以对它所在的环境产生一定的影响。比如现在应用最多的抗除草剂基因就可能通过同属野生植物异花传粉而逐渐扩散进入自然界,从而使杂草的控制变得更加困难;而抗虫、抗病基因也有可能通过类似的途径转移到环境,给野生种群带来选择优势而变得无法收拾。虽然现在一般通过生殖隔离(设置缓冲作物带和隔离区)来防止基因漂流至临近作物,但若进行大规模生产和推广时就会难于加以控制。另外,转基因作物还可能造成对微生物的影响,Hoffman等就曾发现转基因油菜中的基因可转至黑曲霉中,虽然机制还不明确,但至少存在这个事实。自然界中存在着植物病毒间异源重组,病毒的异源包装(转移包装)可以改变其宿主范围。转基因植物表达的病毒外壳蛋白在体外实验中可以包装入侵的另一种病毒的核酸,产生一种新病毒,虽然在小规模的田间实验中并未发现这种情况,但长期的大规模生产应用中是否也是怎样呢?此外,公众对转基因植物的接受性和标签问题得到也是我们应该考虑的问题。 由此可见,细胞工程是一柄双刃剑,在造福于人类的同时也可能毁灭人类,甚至整个地球。这就要求我们在大力发展的同时注意其安全性,不断完善理论以技术,使其更好地为人类服务。 基因工程与它不一样!!!!植物体细胞杂交 植物体细胞杂交(Somatic hybridization),又称原生质体融合(Protoplast fusion )是指将植物不同种、属,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。植物细胞具有细胞壁,未脱壁的两个细胞是很难融合的,植物细胞只有在脱去细胞壁成为原生质体后才能融合,所以植物的细胞融合也称为原生质体融合。 植物细胞杂交的几个重要进展 1960年,Kocking用酶法制备高等植物原生质体首次获得成功; 1970年,Power首次用硝酸钠进行为诱导剂进行了较大规模的原生质体诱导融合; 1971年,Takebe首次从离体烟草原生质体培养中获得再生完整植株; 1972年,Carlson首次获得粉蓝烟草和郎氏烟草的细胞杂种,这也是第一个植物细胞杂种; 1974年,Kao将聚乙二醇诱导融合法应用于植物细胞融合并建立了相应的融合技术; 1978年,Melchers获得了第一个属间细胞杂种(番茄+马铃薯); 1981年,Zimmerman发明了电融合仪,并首次提出了电融合概念; 1987年,Schweiger建立了单对原生质体电融合技术程序。 分类 根据融合时细胞的完整程度,原生质体融合可分为两大类: 对称融合(asymmetric fusion)-即两个完整的细胞原生质体融合。 非对称融合(symmetric fusion)-利用物理或化学方法使某亲本的核或细胞质失活后再进行融合,它可以分为几种: 用于细胞核或细胞质失活的方法分为物理和化学两大类: 物理方法常采用射线处理,如X射线、射线等,它们能使细胞核失活; 化学处理目前常用的试剂有,核失活-碘乙酰胺(IOA)、碘乙酸(Iodoacetate);质失活-罗丹明(R-6-G,它是一种亲脂染料,能够抑制线粒体的氧化磷酸化过程而达到失活作用。 过程 将植物细胞A与植物细胞B用纤维素酶和果胶酶处理,得到不含细胞壁的原生质体A和原生质体B,运用物理方法或是化学方法诱导融合,形成杂种细胞,再利用植物细胞培养技术将杂种细胞培养成杂种植物体。 ①杂交时间:植物细胞杂交是从细胞融合开始,到培育成的新植物体结束。 a.原生质体制备:用酶解法去除细胞壁(纤维素酶和果胶酶) b.原生质体融合:膜融合(高钙、高pH诱导融合)、核融合(杂种细胞第一次有丝分裂时融合) 原生质体的融合 一、融合方法 1.PEG诱导融合法 PEG诱导融合的特点:其优点是融合成本低,勿需特殊设备;融合子产生的异核率较 高;融合过程不受物种限制。其缺点是融合过程繁琐,PEG可能对细胞有毒害。 PEG的作用机理: Kao等认为,由于PEG分子具有轻微的负极性,故可以与具有正极 性基团的水、蛋白质和碳水化合物等形成H键,从而在在原生质体之间形成分子桥,其 华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 文本教案(第七章) 主讲教师:柳俊博士、教授 结果是使原生质体发生粘连进而促使原生质体的融合;另外,PEG能增加类脂膜的流动 性,也使原生质体的核、细胞器发生融合成为可能。 融合技术要点: 融合液:CaCl2·2H2O 8~10mmol KH2PO4 甘露醇或山梨醇 pH 诱导液:融合液+PEG 20~45% 稀释液:A液(g/100ml) B液(g/100ml) 葡萄糖 甘氨酸 CaCl2·2H2O NaOH DMSO 10ml 2.电融合法 与PEG融合比较起来,电融合有三大优点:一是不存在对细胞的毒害问题;二是融合效 率高;三是融合技术操作简便。 电融合仪的结构特点:一是交变电场部分;一是高频直流电击部分。 电融合的基本过程: 细胞膜的接触:当原生质体置于电导率很低的溶液中时,电场通电后,电流即通过原生 质体而不是通过溶液,其结果是原生质体在电场作用下极化而产生偶极子,从而使原生质体 紧密接触排列成串; P1 P2 P1 P2 混合静止1min. 融 合 融合液 加入PEG 稀 释洗 涤 加入稀释液 加入培养基 培 养 选 择 华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 文本教案(第七章) 主讲教师:柳俊博士、教授 膜的击穿:原生质体成串排列后,立即给予高频直流脉冲就可以使原生质膜击穿,从而 导致两个紧密接触的细胞融合在一起。 关于融合参数:电融合中的主要参数包括交流电压、交变电场的振幅频率、交变电场的 处理时间;直流高频电压、脉冲宽度、脉冲次数等。 影响原生质体融合的因素 首先,原生质体质量对细胞的融合起着至关重要的作用,高质量的原生质体是细胞融合 的首要条件。 其次,融合方法 其三是融合参数,包括各种融合液都应选择适当。 c.方法:物理方法(离心、振动、电激)、化学方法(聚乙二醇(PEG)) d.杂种细胞的筛选和培养:机械法、生理法、遗传法 e.杂种细胞的再生和鉴定:由愈伤组织再培养出杂种植株的过程 杂种细胞的发育动态及体细胞杂种鉴定 一、杂种细胞的发育动态 核质重组 细胞器重组 部分核物质或细胞器丢失 核分裂的非同步性 二、体细胞杂种的特点 形态上的趋中性 变异幅度大 非整倍性 双亲性状的共显性 偏亲现象 三、杂种细胞的选择系统与杂种植株的鉴定 1.杂种细胞的选择系统 外观选择 互补选择 荧光标记选择 2.体细胞杂种的鉴定 形态鉴定:根据双亲的形态学性状观察进行鉴定。 细胞学鉴定:细胞器鉴定、染色体鉴定。 生化鉴定:同功酶鉴定。 分子鉴定:RFLP鉴定、RAPD标记鉴定。 体细胞杂种的遗传特性 1.细胞分裂与染色体丢失 如果细胞分裂而核不发生融合,在以后的发育过程中就会有两种结果,一是细胞分裂 几次以后即停止生长从而导致死亡;二是在发育过程中某一亲本的细胞核部分或全部丢失。 如果这样就会产生几种情况:A细胞+B细胞质;A细胞+B细胞质和部分染色体或基因。 2.基因转移与性状表达 由于染色体的部分丢失,常常使某个亲本的部分或个别基因与另一亲本的染色体发生 整合,其结果是实现了亲本间的基因转移。基因转移通常是在后代中某些性状得以表达,有 时由于基因的重组也可能产生双亲均没有的新性状。 3.体细胞杂种遗传上的不稳定性 体细胞杂种后代在遗传上常常不稳定,这可能涉及到多方面的因素,如亲缘关系的远 近、培养过程中的染色体变异、细胞核、细胞质遗传物质的重组等。 ②优点:克服远缘杂交不亲和的障碍,扩大杂交亲本范围,培育新优良品种。 ③举例:“白菜-甘蓝”同白菜相比,具有生长期短,耐热性强,和易储藏等优点。 应用 体细胞杂种的应用 一、体细胞杂种的应用潜力 1、 植物育种中的核质替换 2、 细胞质杂种的获得 3、 远缘杂交创造新物种 4、 细胞器的互作研究 体细胞杂交面临的困难1、 融合特性的高效性 2、 杂种细胞的培养和选择3、 杂种的遗传稳定性控制 体细胞杂交研究的发展趋势 1、 诱导融合及杂种细胞的各种生理、生化、遗传机理的研 究 2、 电融合的程序化控制研究 3、 各种类型原生质体(胞质体、核质体、细胞器)的制备技术研究 4、 杂种细胞培养技术的程序化研究
细胞培养技术是细胞生物学研究的基础,在生物技术研究领域占有十分重要的位置。下面是我为大家整理的细胞培养论文,供大家参考。
细胞工程课程教学改革初探
细胞培养论文摘要
摘 要 细胞工程是我国本科院校生物技术专业的一门专业必修课。针对该课程特点,本文从优化理论教学和强化实践教学等方面进行了积极的探索,以便为细胞工程课程的教学改革提供参考。
细胞培养论文内容
关键词 生物技术 细胞工程 教学改革
中图分类号:G424 文献标识码:A
Discussion on Teaching Reform of Cell Engineering Course
LI Anzheng
(Teaching and Research Section of Biotechnology, Hubei University of Chinese Medicine, Wuhan, Hubei 430065)
Abstract Cell engineering is a professional required course for undergraduate biotechnology major of universities and colleges in china. In this paper, according to the characteristics of this course, positive exploration was carried on to optimize the theory teaching and strengthen the practice teaching, which may provide references to teaching reform of cell engineering course.
Key words biotechnology; cell engineering; teaching reform
21世纪是生命(生物)科学的世纪。生物技术是应用生命科学研究成果对生物或生物的成分进行改造和利用的综合性技术体系,包括细胞工程、基因工程、酶工程、发酵工程和生化工程五大技术范畴。其中细胞工程是应用运用生物学研究所积累的知识和技术,在细胞水平上开发利用生物材料或生物系统,并以一定的工艺获得产品(细胞系、细胞株,生物体或其次生代谢产物)的有关理论和技术的学科。
我校生物技术专业于2005年开始招生,经8年的专业建设,目前已经形成较为完善的理论和实践教学体系。目前细胞工程已经成为高等院校生物技术专业的主干课程之一。学好这门课程, 将为学生今后从事生物学领域的相关研究及与细胞工程有关的生物技术产业工作莫定良好的理论和技术基础。贯彻“以学生为主体”的教学理念,提高教学质量、培养高素质应用型人才是包括我校在内的诸多院校孜孜追求的目标。结合细胞工程课程特点以及本校的实际情况,生物技术教研室对该课程教学内容、 教学 方法 、实验教学等进行了一系列的改革探索。
1 理论教学改革
优化教学内容
教学内容决定了学生的基本知识结构,影响学生基本能力的形成,教学内容是否充实与新颖,对教学质量的提高具有重大影响。鉴于精品课程是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程,在细胞工程这门课程的教学中,结合中医药院校的中医药特色以及生物技术教研室教师队伍的实际,我们引进了由“211”高校华中农业大学创建的国家精品课程——细胞工程学的内容。
在教材的选用上,以高等 教育 出版社出版的柳俊教授主编的《植物细胞工程》作为教学参考书,该书系统地介绍了植物组织细胞培养技术,既说明了操作方法,也论述了其中的理论原理,比较适合于本科生的学习。同时,在教学中补充关于动物细胞工程的内容,并向学生推荐了一些参考书。
同时完善教学大纲,对教学内容作适当增减。细胞工程与其他生物科学密切相关, 如作为先修课程的植物生物学、动物生物学、细胞生物学和分子生物学等,因此在内容上有些章节会有重复,对此可以略讲或加以提问以示复习。如植物胚乳培养中涉及胚乳发育的三种途径(核型胚乳、细胞型胚乳和沼生目型胚乳),该内容在植物生物学中已经学习,在此可略讲。
此外,进入新世纪后包括细胞工程在内的生物技术各领域的新成果日新月异,因此对教师而言,不仅要教授给学生这个领域的基本原理、基本方法和基本技术,而且也要把最新研究进展融入到教学中来。这就要求教师必须能够随时关注该领域发展的最新动态(查阅国内外权威文献),并及时把相关内容补充到教学内容中,从而激发学生学习的兴趣,增强学生学习的自觉性和创造性。要求认真细致地备好每每一节课(包括实验课),并在课后进行教学 反思 ,所以尽管课程每年基本是重复的,但每年都有新的体会,需要花大量时间认真备课。
改革教学方法
激发学生的学习兴趣,发挥其主观能动性。所谓兴趣是最好的老师,带着兴趣学习,可以发挥学生的主观能动性,对教学效果的提高无疑是大有裨益的。大学传统的教学模式往往是灌输式的,老师是知识的传输者;新的教学模式比如启发式教学则要求老师由知识的传输者转变为学习的引导启发者,激发学生的学习兴趣,调动学生学习的主动性和积极性。因此在教学过程中,可以选择细胞工程的某一章节或者某一知识点的内容,尝试让学生体验课堂教学,以培养学生的独立思考能力、查阅文献能力、 总结 归纳能力及语言表达能力。
注重师生互动,积极引导学生学习。一般上新课之前会花几分钟时间复习旧课,即对上次课的内容提出几个问题,让学生思考回答。这样既可以巩固已学内容,又可以衔接新课内容,可谓承上启下,一举两得。另外在授课过程中也需要观察同学们对某一知识点的掌握情况,尤其是涉及一些先修课程的内容,也会随时提问并做解答。所有的提问,要兼顾到每一位同学,即每一个同学都有回答问题的机会;对回答得好的同学要大力表扬,对回答不上来的同学也要加以鼓励。 认真制作多媒体课件,优化多媒体教学。随着社会经济水平的提高和科技水平的进步,充分利用多媒体等现代教学手段也是对专任教师的必然要求。目前我校绝大多数教室都配备了多媒体教学系统,细胞工程这门课程也采用了多媒体授课。如何将传统板书教学的提纲挈领与多媒体教学的大信息量实现有机结合,是教学过程中需要用心思考的问题。在多媒体课件(PPT幻灯片)的制作过程中,坚持“文字少而不缺,图表多而不杂”的原则,将传统的板书的要点集中体现在其中某一张幻灯片上,然后添加一些超级链接用图表对每一要点作详细说明,做到既要发挥多媒体教学的优势,又不失传统教学的效果。同时还可以在多媒体课件上完善外文(英语)专业词汇,增加学生 专业英语 的基础。
2 实践教学改革
细胞工程是一门实践性很强的学科。在实验内容的设置上,本着整合教学资源,优化教学内容的原则,在我校生物技术专业培养方案中将包括细胞工程在内的数门专业课的实验加以整合,开设了生物技术综合实验。其中有对应的细胞工程部分以动物细胞培养和植物组织培养过程为基本内容。在实验过程中前一个实验为后一个实验做准备,后一个实验是前一个实验的深入。实验过程从培养基的制备到材料的消毒灭菌接种,到实验结果的观察,学生需要全程参与。考虑到因为污染等原因导致某一次实验失败而导致后续实验无法开展的问题,在实验过程中指导老师要随时关注培养情况并采取预防 措施 ,比如多准备一些实验材料;或者指导老师除演示实验过程外,每次也作为其中的实验小组参与实验。实验 报告 的书写上要求同学们如实报告实验结果,即使是失败的结果也要求写上并分析原因。
3 结语
课程教学是实现教育培养目标的重要手段。在细胞工程课程教学过程中, 我们优化教学内容,引入了“211”高校的精品课程并加以消化,把最新的科研成果融入到教学内容中;采用了灵活多样的教学方法和多媒体教学手段,使教学质量得到了相应的提高。在今后的教学过程中将与时俱进,不断总结 经验 ,进一步完善教学内容、教学方法,尤其要加强细胞工程实验的开设,丰富实验内容,把细胞工程课程教学水平提高到一个新的层次。
细胞培养论文文献
[1] 柳俊,谢从华.植物细胞工程(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2011.
[2] 姜振华,周大祥.地方本科院校细胞工程教学改革探索[J].教育教学论坛,2013(27):52-53.
[3] 王义,刘思言,孙春玉等.在《植物细胞工程》课程教学中培养学生科研能力的思考与实践[J].中国校外教育(理论),2008(9):85-86.
[4] 杨清玲,章尧,陈昌杰等.生物技术综合实验建设的研究[J].蚌埠医学院学报,2009(34):166-168.
细胞工程教学改革与探索
细胞培养论文摘要
摘要根据细胞工程教学实际,从师资队伍、教学内容、教学方法及考核方式等方面进行探讨,以为细胞工程教学改革提供新思路。
细胞培养论文内容
关键词细胞工程;教学改革;考核方式
细胞工程是理论与实践结合的综合性很高的一门学科,是应用细胞生物学和分子生物学的原理方法,在细胞水平上研究、改造生命遗传物质,以获得具有目的性状的细胞系或生物体的理论和技术的学科,它既是现代生物技术的重要组成部分,也是现代生物学研究的重要技术工具,在高校生命科学及相关学科的课程设置中占有重要地位[1-2]。学好这门课程,将为学生今后从事生物学领域的相关研究及与细胞工程有关的生物技术产业工作奠定良好的理论和技术基础。授课教师必须充分发挥自身专业优势,适应学科发展需要,积极引导学生科学认知并对该领域产生兴趣,系统把握相关原理、方法、技术和进展;同时培养学生综合能力,增强教学效果。在不断探索的过程中,结合细胞工程的特点,就提高细胞工程教学的质量进行探讨。
1加强师资队伍建设
组建教学团队
为了解决教学内容学科跨度大、背景不同的问题,打破传统的一人一课的教学模式,组建教学团队,将教学内容分为不同的教学模块。每一模块由具有相应专业背景的教师承担,力争紧跟各教学内容的学科前沿。
提高教师教学水平
为了提高教学水平,课题组成员定期进行现代教学思想和现代教学方法的学习与讨论;定期组织在教学方法上有建树的专家进行听课和有针对性的评课;督促教师认真备课,业务上要精益求精,特别要求教学内容要紧跟学科前沿,使自己成为本专业的真正专家和学者,站在本专业知识发展前沿。同时不定期展开自评和互评,以促进整体教学水平的提高。
2融合科技发展,改革、更新教学内容
细胞工程是一门涉及面较广的综合性学科,无论是教师的教,还是学生的学都具有一定的难度,这就要求在授课内容的选择上,即要注意内容的系统性与完整性,又要保证授课内容的全面、趣味、实用。结合生物技术专业的教学目的和现有教材,在课程内容上,主要围绕以下几个方面展开:一是细胞工程基础,包括基本概念,主要研究内容,细胞培养的基本设施、条件、方法和技术等;二是植物细胞工程,包括植物组织培养、脱毒与快繁、单倍体诱导与育种、胚胎培养、体细胞胚胎发生和人工种子技术、原生质体融合、染色体工程、转基因技术等;三是动物细胞工程,包括动物细胞培养、细胞融合、染色体工程、细胞重组与克隆、转基因动物与生物反应器等;四是细胞工程的实践与应用,包括细胞工程及其相关技术的发展现状与应用进展,及其产业化发展前景等。
此外,由于当今世界科学技术突飞猛进,知识信息量增长迅速,细胞工程的研究内容也日新月异,新技术、新方法不断涌现。这就要求任课教师在教学中要适时地调整并更新教学内容,站在现代科技发展的前沿,掌握生物工程领域科技发展的最新动态,及时把这些动态、研究成果以及有待攻关的重大课题融入教学内容,激发学生学习探索新知识的兴趣,提高学生的综合能力。如在讲解“克隆技术”时,及时把国内外最新的成果向学生传播,包括2007年12月14日韩国孔一根教授通过一只成年雌性土耳其安哥拉猫的表皮细胞克隆出3只含荧光蛋白的白色小猫;2009年1月Cloning and Stem Cells杂志网络版报道,山东省干细胞工程技术研究中心、烟台毓璜顶医院成功获得人体细胞克隆胚。又如在讲解“染色体工程”时,结合2009诺贝尔生理医学奖的最新成果进行阐述。
3改革教学方法
采用启发式、探究式教学方法
作为综合技术课程,细胞工程的各章节逻辑性不强,理论表述较少,应用技术细节较多,给欠缺基础知识的学生在理解、记忆课本内容时带来较大的难度。因此,在教学过程中,要大力提倡启发式、问题探究式、讨论式、训练与实践式教学方法,鼓励学生大胆质疑、自由探索,最大限度地发挥学生学习的主动性、积极性和创造性。例如在讲授细胞重组与克隆过程中,只讲解细胞重组和克隆相关原理,而克隆的最新进展则由学生在查阅资料后,对其做讲解和归纳总结,由教师和其他学生给予评价和修正。
应用 现代教学手段,提高教学质量
细胞工程是一个基础性和实践性很强的学科,课程的信息量大,内容基本是微观水平,传统的的教学模式无法为学生呈现如此大信息量的课程内容,而且也很容易引起学生对课程的懈怠,降低学习兴趣,影响教学效果。为了提高教学效果,以 计算机为工具,通过多媒体、教学录像、 网络资源、CAI课件等现代化教学手段,不仅可以向学生提供丰富多彩的教学信息,还可以提供更加美观的人机交互界面,充分调动学生的情绪、情感、注意力和兴趣[3]。这样就可以使那些抽象的、在普通条件下难以观察到的过程直观而形象地展示出来,有利于增长学生独立灵活地分析问题、解决问题的能力,提高教学质量,同时激发学生的学习兴趣。
开展各种教学活动
在正常的授课之余,还尝试打破常规的教学方式,开展丰富多彩的教学活动,对于培养学生学习兴趣、充分调动学生学习积极性有着很好的效果[4]。如在期中时,给学生布置写一篇综述的任务,题目和内容自定,只要是学生自己感兴趣、与本学科内容相关的即可。学生通过查找资料,对生物学科产生了浓厚的兴趣,甚至产生了以后从事这方面工作的愿望,有的还主动找到教师,申请提前进入实验室。又如在教学过程中,尝试让学生在学完每章内容后自己试编题并给出答案,然后以作业的形式上交,教师综合学生编写的题目和各方面资料建立题库。这种形式,一方面,体现尊重学生、信任学生的教学原则,同时极大地调动了学生学习细胞工程的积极性和主动性;另一方面,学生编题的过程也是学习掌握的过程,让学生的学习达到事半功倍的效果。
4改革考核方式
目前,大多大学生对期末 考试“一考定终身”不满,因此,制定 科学可行的考核办法对提高学生的学习积极性和改进教学效果都具有重要的作用。为了引导学生全面 发展,科学评价学生的学习情况,该课程针对目前考试中存在的问题,从以下几个方面进行了考试模式的改革探索:一是在考试内容上除了包括课程的基础理论、基本知识、基本技能等,同时也考察学生的在融会贯通基础上分析问题、解决问题的能力;二是加强平时成绩考核,将课堂的出勤、回答问题、作业、讨论及课堂讲述等情况记入平时成绩;三是最后总评分时按平时成绩占30%(作业、出勤、课堂的参与程度等),平时的课堂活动、创新活动占10%(包括撰写研究综述、运用细胞工程技术手段、设计方案解决实际问题、成立兴趣小组、参与课题研究、课堂讲课等),期末考试占60%(注重考查运用理论知识解决实际问题的能力)。
5结束语
在科技竞争、人才竞争、 经济和科学技术迅速发展的形势下,通过研究与探索细胞工程课程教学体系,把最新的科技发展成果融入到教学内容中,采用先进的教学内容和现代化的教学方法与手段,改革考核方式,细胞工程课程教学改革取得了一些成绩。今后,要不断通过学习掌握新的知识、提高自身的理论认知水平,同时每次上课前精心备课,并在教学实践中对课程教学体系不断改进,提高细胞工程的教学质量。
细胞培养论文文献
[1] __勇.细胞工程[M].北京:科学出版社,2003.
[2] 胡尚连,孙短,曹颖.植物细胞工程理论与实践教学体系探索与实践[J]. 中国校外 教育:理论,2008(2):136-137.
[3] 张一春.现代教育技术实用教程[M].南京:南京师范大学出版社,2005.
[4] 梁亦龙,魏进民,张继承.细胞工程教学改革的探索[J].实验室科学,2009(4):25-26.
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