植物组织培养技术发展史

第1页共7页植物组织培养技术发展史1902年，德国植物学家哈伯兰特预言：植物体的任何一个细胞都有长成完整个体的潜在能力，这种潜在能力就叫植物细胞的全能性。为证实这个预言，他选植物叶片细胞进行实验培养，但没有获得成功。1937年，美国科学家怀特（此外还有法国科学家高斯雷特和诺贝库尔特）改进了培养基，结果培养的细胞开始分裂，堆积成一团菜花状瘤状物，即愈伤组织，但不能继续分化为根、茎、叶等器官。后来研究发现，只有在培养基中加入适当比例的细胞分裂素和植物生长素，愈伤组织才能分化出芽和根。在这基础上，1958年，美国的斯蒂伍特在培养野生胡萝卜的根细胞对，终于得到了来自单个细胞的完整植株。至此哈伯兰特的预言终于得到证实。70年代，美籍日本学者穆拉稀格经过研究总结出工厂繁殖植物的整套流程，此后工厂化繁殖植物被广泛应用。如荷兰用这个方法繁殖了丝石竹（满天星）、郁金香、康乃馨等著名花卉；我国也建立了这样的花卉工厂，我们还在烟草、油菜、番茄等作物上进行试验并获成功。克隆动物技术发展史在动物界，特别是高等动物自然情况下都不进行无性生殖。科学家们一直在探索是否可能克隆动物，即不通过正常的雌雄生殖细胞的结合，由不同的动物细胞以无性生殖方式长成新一代的个体。实验沿着两种方式进行。一种是用早期胚胎细胞进行克隆，另一种是用动物的一般体细胞进行克隆。早在上世纪末杜里舒用棘皮动物海胆的受精卵做实验，发现当海胆的受精卵分裂为2个或4个细胞时，如用振荡的方法将细胞摇散，每个细胞都能发育成完整的海胆。70多年前，斯培曼以及而后罗伯特贝林格、汤姆斯金，把各个发育阶段的蛙胚细胞的核取出来，移植到去核的蛙的受精卵中，看是否能开始分裂并完成发育，结果证明蛙胚发育到囊胚期时，每个细胞的核若移植到去核的蛙的未受精卵中，都能启动这个蛙卵进行正常发育。50年代戈登在南非爪蟾身上做实验，他取出南非爪蟾的蝌蚪已分化的小肠上皮细胞的细胞核，注入到用紫外线辐射破坏了核的同种动物的未受精卵中，于是开始发育，经蝌蚪变态为成蛙，而且成蛙发育正常并能生育。同时他还从移植肠上皮细胞核的未受精卵发育成的囊胚细胞中，取出核移植到已破坏的受精卵中，大多数都发育为南非爪蟾，它们构成了南非爪蟾的无性繁殖系。克隆羊“多莉”的培育是在前人工作的基础上进行的，它的诞生说明哺乳动物已分化的体细胞，仍具有全能性，只要找到适合的方法，可以恢复其发育的潜能，用于无性繁殖。克隆与克隆羊克隆是英文clone的音译，既谐音又富有意义。“克”可使人联想起一个小单位，“隆”是发展壮大的意思，克隆当动词用时指人工诱导的无性生殖方式；当名词用时是指通过无性繁殖产生许多相似的后代，即无性繁殖系。取A绵羊乳腺细胞在实验室培养，并取其细胞核备用；取出B绵羊成熟卵细胞，用电击或其他方法破坏其细胞核及遗传物质，把取自A绵羊的细胞核植入；把换了核的卵细胞进行人工培养，形成早期胚胎；把早期胚胎植入C棉羊的子宫中孕育，成熟后分娩即为克隆羊。）思考：（1）多莉长得像谁？为什么？（2）这种繁殖属于哪一类生殖方式？为什么？减数分裂和受精作用的发现1667年荷兰的列文虎克用自制的显微镜观察了人和动物的精液，看到了带着长尾巴的蝌蚪形的精子，但当时人们认为这是寄生虫！到1884年才由寇里克确定精子是动物自身产生的，而且是一个细胞。1875年，德国动物学家赫德维希在显微镜下观察海股的受精过程，海胆是体外受精的，容易观察。他发现：许多精子游向卵细胞，但卵细胞只接受一个精子进入，而且只是精子的头部。1883年，比利时胚胎学家贝内登，以马蛔虫为材料，发现其精子和卵细胞各自只有体细胞染色体数目的一半，受精卵又恢复了两对染色体（马蛔虫体细胞有两对染色体）。1890年德国细胞学家鲍维里确认，精子和卵细胞形成要经过减数分裂。1891年德国动物学家亨金描述了形成精子和卵细胞的减数分裂的全过程。高等植物卵细胞和精子的形成及双受精高等植物卵细胞的形成过程发生在雌蕊子房的胚珠里（见图3－7）。胚珠里有一个胚囊母细胞，胚囊母细胞经过减数分裂，产生四个细胞，其中一个较大的细胞发育为胚囊细胞，三个较小的细胞没有发育前途而解体。胚囊细胞的核连续进行三次有丝分裂，形成“七胞八核”的胚囊，这八个核的染色体数目都与胚囊细胞相同，是胚囊母细胞的一半。和生殖直接相关的是位于胚珠近珠孔处的1个卵细胞，还有位于胚囊中央处的两个极核。卵细胞受精后形成受精卵，两个极核受精后形成受精极核，这种受精方式称双受精，仅见于被子植物。精子从何而来？在雄蕊的花药内有花粉母细胞，数量很多，每个都得经过减数分裂产生四个花粉细胞，简称花粉，它们的染色体只有原来的一半。当花粉在雌蕊的柱头上萌发时，它们的核还要作一次有丝分裂，形成一个营养核，一个生殖核，生殖核再做一次有丝分裂形成两个精子。第2页共7页人的胚胎发育人的受精作用是在输卵管的上段完成。当受精卵在输卵管中段时，胚胎发育就开始了。受精卵一边进行有丝分裂，一边沿输卵管向子宫方向下行，2～3天可到达子宫。那时的胚胎是由许多细胞构成的中空的小球体，称为胚泡。受精后约一周，胚泡植入增厚的子宫内股中，这就称为妊娠。胚泡不断通过细胞分裂和细胞的分化而长大，分成了两部分。一部分是胚胎本身将来发育成胎儿；另一部分演变为胚外膜，最重要的是羊膜、胎盘和脐带，胎儿通过胎盘和母体进行物质交换。在前两个月中，胚胎继续细胞分裂、分化，产生各种细胞，组建各种组织、器官，这是发育中的稚嫩和敏感时期，对各种外界刺激的抵抗力、适应力很差，要十分注意安全，包括孕妇服药、接受辐射或接触其它有害因子等都会影响胎儿的正常发育；到第三个月末，各器官系统基本建成，已称为胎儿。以后主要是增大和少数结构的改变，这时抵抗能力增强，但如不注意，仍能发生流产；第5个月之后，就比较安全了。由于胎儿迅速生长，母亲的负担日益加重；一般到280天左右，也就是九个月多一点（常说“十月怀胎”实际上不准确）将发生自然分娩。试管婴儿试管婴儿是指通过体外受精与胚胎移植的方式使妇女受孕而生出的婴儿。人类第一例试管婴儿子1978年7月23日诞生在英国，婴儿名叫路易斯布朗。她的母亲由于输卵管堵塞不能生育。妇产科医生与剑桥大学的生物学教授合作，成功地从婴儿母亲卵巢滤泡中取出卵细胞，并采取了婴儿父亲的精液，使卵细胞和精子成功地在试管中完成受精。把受精卵放在盛有特制营养液的试管中，保持和体温一样的温度，使受精卵发育到胚泡时期，再移植到母亲的子宫内，完成发育过程，直至诞生一个健康的婴儿。因此，这个技术是治疗某些不孕症的好办法。中国第一个试管婴儿于1985年4月在台湾诞生；我国大陆的第一位的试管婴儿于1988年3月在北京医科大学附属第三医院诞生。据不完全统计，从1978到1988年十年间，全世界已出生了七千多个试管婴儿。可以说试管婴儿技术已相当成熟。陈竺：如果克隆人降生将是个悲剧中国科学家正密切注意这一事件的发展，我希望这不是真的。”昨天，中科院副院长陈竺院士在接受本报采访时，就“首个克隆人今年降生”的消息表达了他的看法：“如果克隆人出现，那完全是个悲剧。”此前有媒体报道，意大利科学家安蒂诺里宣布，由他负责秘密实施的克隆人计划目前进展顺利，其中一名妇女已怀孕8周，不出意外，世界第一个克隆人将于8个月后出生。这条惊人消息犹如原子弹爆炸，立刻在全球引起强烈震撼。“为什么说是个悲剧？因为我们不知道这个婴儿是否是一个健全的人。”陈竺解释，从技术角度看，克隆动物的失败率非常高，“多利”本身是克隆227个绵羊胚胎后唯一的“硕果”；即使最后成功了，也以不健康、畸形的居多。这种“残次品”如果发生在人身上，谁对他负责？更重要的是，克隆人违背了生命伦理原则。“他对现有的家庭关系、血缘关系都是一种挑战，跨越了人类恪守的禁区。”这位中科院副院长强调，科学技术应当有利于社会进步，而不能违背人类的根本利益。陈竺告诉记者，虽然我国还未出台相关法律法规，但早在1997年，卫生部就公开提出了对克隆人研究的“四不”原则：不赞成、不支持、不允许、不接受，国内各科研机构也已达成共识。他表示，目前我国干细胞技术发展比较规范，不会出现类似的失控局面。关于克隆的一些问答1什么是克隆？克隆的定义是独立细胞繁殖系，指后代完全由一个细胞复制，具有完全相同的遗传物质。它是特制一种生物学操作。2单性繁殖就是克隆吗？克隆是无性繁殖，但无性繁殖不一定就是克隆。且不说植物，就是许多低等动物，都可以在雌雄同体的情况下，进行孤雌生殖，由于有雌、雄配子的结合，染色体进行了交换，它的后代的遗传表现产生了变化。高等动物中，火鸡也可以自我孤雌生殖，且发生频率颇高。但那不是克隆。3无性繁殖是克隆么？也不一定。即使是无性繁殖，也不能保证染色体不发生变化。4可以利用克隆技术来挽救濒危动物吗？一般来说，不可以。挽救濒危动物需要提高他们的繁殖能力。而克隆做的是另外一件事情：得到遗传结构完全相同的后代；而且克隆技术无论如何都是一个降低繁殖能力的办法。但是，中国科学院的陈大元先生的想法有些道理。尽管可行性还不明朗。感兴趣可以看这里。值得注意的是，我们应当尽快保存那些濒危动物尽量多个体的活细胞，也许技术的进步可使他们在以后得到挽救。5克隆是遗传学的重大突破吗？克隆不是遗传学范畴的事情。他是一种繁殖技术。大家现在所说的克隆，实际是指核移植。就是将一个动物的细胞核，移植到卵细胞中，并发育生长。6什么是核移植？就是将一个动物的细胞核，移植到卵细胞中，并发育生长。我国的农业科学院畜牧研究所早在90脑袋初就成功地进行了牛胚胎细胞核移植，小牛生长情况良好。7为什么说英国罗撕林研究所克隆的多利养是一个突破？过去的看法认为，高等动物的成熟个体的细胞已经高度分化，已经不能够再象最开始的胚胎细胞那样，继续分化。但是多利羊的获得改变了这一看法。当然，他们采取了一定技术措施使分化后的提细胞核休眠。8对于哺乳动物，都有那些克隆的方法？有一些克隆是天然的。比如同卵双胞胎，就是一个胚胎，由于某种原因裂为两个，他们各自形成一个个体。胚胎切割也是一种克隆的方法。将一个有几十个细胞的胚胎切成两份、四份甚至八份，每份都可以成长为一个个体，他们的遗传结构是完全相同的。这是一个比较古老的技术，7-80年代就很成熟了。有技术高超者，左手拿放大镜，右手拿刀片就可以完成这个工作。胚胎细胞的核移植是一种方法。成体细胞的核移植又是一种方法。9克隆有什么实际意义？克隆出来的动物个体具有完全相同的遗传结构，他的意义在于：A生物学和医药研究。B获得更多的优秀动物个体用于生产。C成体细胞核移植的意义在于，他可以复制生产高价药物的动物。这也是克隆技术发展的动力所在。第3页共7页英国科学家找到了叫羊、牛、兔子等动物产的奶中含有非常值钱的药物的方法。但是他们的后代却不在有这样的能力，因为遗传物质发生了变化。现在看来，克隆-成体细胞的核移植是一个很好的解决问题的方法。10可以克隆人吗？当然可以。即使是成体细胞核移植，在理论上也是可以的。技术上还没有看到什么不可逾越障碍。韩国的科学家已经做了先导实验，成功了，不过他们没有让这个“人”长大成人。但是，很多国家都禁止这种克隆人的产生。克隆技术1、什么是克隆技术克隆，是Clone的译音，意为无性繁殖。英语Clone一词起源于希腊文Klone，原意是用嫩枝或插条繁殖。现在克隆的含义已不仅仅是简单的无性繁殖，凡来自一个祖先，经过无性繁殖出的一群个体，也叫克隆。这种来自一个祖先的无性繁殖的后代群体也叫无性繁殖系，简称无性系。在自然界，有不少植物具有先天的克隆本能，如番薯、马铃薯、玫瑰等插枝繁殖的植物。而动物的克隆技术，则经历了由胚胎细胞到体细胞的发展过程。克隆技术即无性繁殖技术。前不久报道的克隆羊多利（Dolly），就是首次利用这种技术克隆成功的，它在生物工程史上揭开了新的一页。多利羊的叫声响遍全球，这只不同凡响的小羊是由英国爱丁堡大学罗斯林学院(Edinburgh‘sRoslinInstitute)的胚胎学家伊恩.威尔马特(IanWilmut)领导的科研小组从一只成年绵羊的乳腺细胞克隆出来的。首先，威尔马特和他的同事们从一只不知姓名的FinnDorset种白色妊娠绵羊的