
asepsis operation room, comprehensive laboratory,laboratory ,office, water treatment room, algae variety keeping storage-room, algae breeding room, marine biological laboratory,storage/warehouse
无菌操作室 aseptic manipulation room 综合实验室 complex laboratory 化验室 laboratory 办公室 office 水处理室 water treatment room 藻类种质保存室 algae idioplasm storeroom(这个是根据字面理解的,不够准确) 藻类育种室 algae breeding room(这个也是根据字面理解的,不够准确) 海洋生物实验室 marine biological laboratory 仓库 storehouse; warehouse; depository
★植物组织培养(PlantTissueCulture):是指通过无菌操作分离植物体的一部分(外植体explant),接种到培养基上,在人工控制的条件下(包括营养、激素、温度、光照、湿度)进行培养,使其产生完整植株的过程。(主要有原生质体(Protoplast),悬浮细胞,组织(愈伤组织Callus、茎尖分生组织),器官(胚,花药,子房,根和茎)的培养。其中最常见的是愈伤组织培养。) ★愈伤组织(Callus):原指植物在受伤之后于伤口表面形成的一团薄壁细胞,在组培中则指人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞。 ★植物细胞全能性(Cellulartotipotency):任何具有完整细胞核的植物细胞,都拥有形成一个完整植珠所必须的全部遗传信息和发育成完整植株的能力。(Haberlandt,1902) ★微(快)繁步骤(micropropagation): 母株(完整)→外植体(母株的一小部分,种子亦可)→接种到培养基上→长芽(继代增殖)→长根(试管外生根亦可)→练苗,驯化→完整植株 ★组培发展简史:细胞学说:Schleiden和Schwann。1.探索:20世纪初,Haberlandt提出“细胞全能性”(1902);1904年,Hanning培养萝卜和辣根菜的胚成功;Laibach(1925,1929)亚麻种间杂种胚培养成功,证明胚培养在植物远缘杂交上可利用;1922年,Robiins(美)和Kotte(德)离体根尖培养成功。2.奠基:Gautheret,White和Nobecourt,组培奠基人。White和Gautheret发现了B族维生素和生长素;Skoog(1944)和Skoog和崔(1951)等发现腺嘌呤和生长素的比例控制芽和根的形成,Overbeek等(1941)首次将椰子汁(CM)作为添加剂,Steward等在胡萝卜组培也使用CM;1952年,Morel和Martin首次证实通过茎尖离体培养可获无病毒植株;1953-1954年,Muir单倍体培养获得成功;1955年,Miller分离出激动素(KT);1957年,Skoog和Miller提出植物激素控制器官形成的概念;1958年,Steward首次证实Haberlandt的细胞全能性设想;Wickson和Thimann指出CTK打破腋芽休眠;Murashige发展快繁技术;1958-1959年,Reinert和Steward胡萝卜愈伤组培中形成体细胞胚。3.迅速发展:1971年,Takebe首次由烟草原生质体获得再生植株;1972年,Carlson获得烟草的第一个体细胞杂种;1964年,Guha和Maheshwari由毛曼佗罗离体花药培养胚;1960年,Morel提出离体无性繁殖兰花。……(具体seesee书本或课件) ★组培意义:1、基础理论研究(试验体系的准确性和可重复性,广泛用于细胞、组织的代谢生理及其它生化等方面的研究(如分化问题))。2、应用研究(无性繁殖系快速繁殖的生产、试管苗的商品化,遗传育种,种质保存,克服远缘杂交,种质资源创新,获得转基因植株)。 ★组培应用前景:1、作物育种上的应用(1、花药和花粉培养2、胚胎培养3、细胞融合4、基因工程5、培养细胞突变体6、种质保存)2、作物脱毒和快繁上的应用(马铃薯,兰花)3、在植物有用产物生产上的应用4、在遗传、生理、生化和病理研究上的应用。 ★植物激素调控:auxin/CTK>1(促进生根);=1(愈伤组织);<1(促进发芽) ★脱分化(dedifferentiation):在组织培养中,不分裂的静止细胞,放在一定的培养基上后,细胞重新进入分裂状态。一个成熟的细胞转变为分生状态的过程叫脱分化。 ★再分化(redifferentiation):一个成熟的植物细胞经历了脱分化后,能再分化而形成完整植株的过程。 ★再分化途径:1、器官发生方式(是指在外植体或愈伤组织的不同部位分别独立形成茎、芽和根,它们为单极性结构,各有维管束与外植体或愈伤组织相连,但在不定芽和不定根之间没有共同的维管束将两者连在一起。)2、胚胎发生方式(外植体直接或通过愈伤组织或悬浮培养产生胚状体。) ★胚状体(embryoid):是指在组织培养中起源于一个非合子细胞,经过胚胎发生和胚胎发育过程形成的具有双极性的胚状结构。其特点有:1、不同于合子胚,因为它不是两性细胞融合产生。2、不同于孤雌/雄胚,因为它不是无融合生殖的产物。3、不同于器官发生方式形成的茎芽和根,因为它经历了与合子胚相似的发育过程且成熟的胚状体是双极性结构。 ★器官发生途径:1、茎尖或茎段培养产生腋芽。2、直接不定芽发生:器官的小块组织在培养基上培养直接诱导产生不定芽。3、间接不定芽发生:器官的小块组织在培养基上培养后先去分化形成愈伤组织,再经分化诱导产生不定芽或不定根。 ★胚胎发生方式:1、直接胚胎发生(从培养物中的器官组织,细胞或原生质体直接分化成胚,中间不经过愈伤组织)2、间接胚胎发生(外植体先愈伤化,然后由愈伤组织细胞分化成熟) 球型胚(globalembryo)→心型胚(heart-stageembryo)→鱼雷型胚(torpedo-stageembryo)→子叶型胚(cytoledon-stageembryo) ★人工种子:是指利用细胞的全能性将离体培养所产生的体细胞或具有发育成完整植株能力的分生组织(胚状体,茎和茎段)包裹在一层含有营养物质并具有保护功能的外膜内形成在适宜条件下能够发育成完整植株的小颗粒。 结构包括人工种皮,胚状体(分生组织),人工胚乳。 ★植物组织培养应用步骤:1、获得无菌外植体,建立起无菌培养体系。2、进行增殖,不断产生不定芽或胚状体。3、生根培养。4、试管苗移栽。 ★外植体选择的原则:1、必须含有活细胞。2、幼嫩组织所含活跃分裂的细胞比例高。3、母珠必须健康并且无任何腐烂或生病的迹象。4、母珠必须活跃生长并且不会立即进入休眠。 ★外植体的确定选择:1、茎尖(园艺植物组织培养中应用最多,繁殖率高,不易发生遗传变异,但取材有限);2、茎段(采用嫩茎的切段促进腋芽萌发,取材容易);3、叶(幼嫩叶片组织通过愈伤组织或不定芽分化产生植株,取材容易,操作方便,但易发生变异);4、花球和花蕾;5、种子、根、块根、块茎、花瓣等。 ★消毒的原则:消毒剂与外植体应接触足够长的时间以除去外植体表面的微生物,但应尽量减少对外植体细胞的破坏。 ★消毒方法:冲洗植物材料除去泥土等大的颗粒→浸入70-75%乙醇,有利于植物表面的浸湿→用5-20%NaClO溶液(加1滴表面活性剂)表面消毒5-10min→用无菌水冲洗至少3遍→与消毒剂接触过的切面在转移到无菌培养基前应切去,因为消毒剂会杀死外露的细胞从而影响营养吸收→切取外植体,通常为10mm的茎段和直径10mm的叶片部分(太大激素作用减弱,太小则不易成活)。 ★消毒注意事项:1、表面消毒剂对植物组织是有害的,应正确选择消毒剂的浓度和处理时间,以减少组织的死亡。2、在表面消毒后,必须用无菌水漂洗材料3次以上以除去残留杀菌剂,但若用酒精消毒,则不必漂洗。3、与消毒剂接触过的切面在转移到无菌基质前需将其切除,因为消毒剂会阻碍植物细胞对基质中营养物质的吸收。4、若外植体污染严重则应先用流水漂洗1小时以上或先种子培养得到无菌种苗,然后用其各个部分建立组织培养。5、HgCl2效果最好,但对人的危害最大,用后要用水冲洗至少5次。 ★茎尖培养:切取茎的先端部分或茎的分生组织部分进行无菌培养。 步骤:无菌培养的建立→芽的诱导→生根培养→试管苗的移栽(遗传变异) 注意点:试管苗移栽过程中,由异养→自养,恒温→温差,无菌→有菌,光弱→光强,湿度高→湿度低,应该保持苗的水分平衡(加塑料薄膜和使用喷雾机),选择适当的基质,注意光、温的条件。 ★安祖花:叶片→诱导愈伤组织→诱导芽→诱导根生根 ↓↑ 增殖→切根→芽的增殖→再培养→壮苗→生根之前 不定胚的诱导:组织片→含有2,4-D的培养基上→产生不定胚→去除2,4-D的培养基上→球型胚→心型胚→鱼雷型胚→植物体。 不定芽的诱导:用BA诱导,在球、心、鱼雷时要去除BA。 ★胚胎培养的意义:1、对于胚乳发育不良或胚与胚乳间不亲和的材料进行离体胚培养,有助于远缘杂交获得成功。2、为研究胚在各个发育时期的营养需要提供了一个很好的机会。3、能对整个胚及其各部分的再生潜力进行研究。 ★胚培养中的两个重要问题:1、胚剥离的方法:剥离的最佳时间是授粉后13-15天。2、培养基的成分:找到合适的培养基,在胚培养中加入蔗糖(能源、保持适当渗透压)。 ★花药培养方法: 取材地点:大田和温室 取材:大多采用单核期的花粉培养,因诱导产生愈伤组织或胚状体的频率较高。 花粉时期的确定:常采用醋酸洋红-碘化钾染色,再压片镜检。实际操作中常根据花蕾长度、大小与花粉年龄的相关性确定。 预处理:低温、高温或交叉处理 培养基:有MS,Nitsch,Miller,B5和N6。低浓度的生长素和细胞分裂素相结合,高浓度的蔗糖对花粉的诱导生长有一定作用。培养基中加入活性炭对提高诱导频率也有一定效果。 消毒、接种和培养:花药→在烧杯中研碎(有溶剂)→过滤→浓度梯度离心→收集中间层→离心 单倍体的鉴定和加倍处理:单倍体用2%秋水仙素处理24小时,愈伤组织细胞自然加倍。 ★花粉花药培养的意义:1、在单倍体细胞中只有一个染色体组,表现型和基因型一致,一旦发生突变,无论是显性还是隐性,在当代就可表现出来,因此单倍体是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。2、在品种间杂交育种过程中,通过F1代花药培养得到单倍体后,经染色体加倍立即成为纯合二倍体,从杂交到获得不分离的杂种后代单株只需要2个世代和常规育种相比,显著缩短了育种年限。 ★花药培养步骤(用改良的NLN培养基): F1代花药→形成小孢子→分离小孢子→形成愈伤组织→形成胚→单倍体植株→纯合二倍体 ↓ 形成胚→单倍体植株→染色体加倍形成纯合二倍体 ★原生质分离:酶(纤维素酶,离析酶) 步骤:叶片表面消毒→去除表皮→叶碎片漂浮在含有酶和渗透压稳定剂的溶液中→培育→原生质体沉到培养皿底部→除去酶溶液→将原生质体移入CPW清洗→离心→清洗基质两次→重悬浮于培养基→除去小的个体,用血球计计数→调整到合适的密度重悬浮于培养基。 ★原生质体的培养: 培养基:MS+NAA2.0ppm+BA0.5ppm+3%蔗糖+9%甘露醇 注意:1、原生质体分离后,非常脆弱,需要渗透压保护剂的保护直到细胞壁形成。 2、针对不同的研究对象,培养基中生长素和细胞分裂素的水平要做适当调整。 影响原生质体培养的因素:营养需求(NH4+不能过多),渗压剂,培养密度(105/mL), 贮藏条件(通常在黑暗处)。 培养方法:液体基质培养法,半液体基质培养法,固体基质培养法,看护培养。 固体培养的步骤:原生质体移入培养基→1体积含原生质体的培养基与1体积含琼脂糖(40℃)的培养基混和→倒转培养皿在25℃下培养→原生质体重新产生细胞壁并分裂成细 胞团→细胞团于琼脂糖基质中传代培养,培养基中应减少渗压剂以利于愈伤组织的形成→诱导分化成植物的根,茎。 ★原生质体分离培养的意义:1、除去了细胞壁为植物细胞之间的融合扫平了障碍,同时叶为制造新杂种开辟了道路。2、原生质体可摄入外源DNA,细胞器、细菌或病毒颗粒,这些特性与植物全能性相结合为高等植物的遗传饰变打下基础。3、获得细胞无性系和选育突变体的优良起始材料。 ★原生质的融合概念:从同一个种或不同种分离得到的原生质体在适当的条件下融合得到细胞核物质和细胞质物质的混和。 ★体细胞杂交:完全不经过有性过程,只通过体细胞融合制造杂种的方法称为体细胞杂交。 ★原生质体融合方法:自发融合,诱发融合(NaNO3处理,高PH-高浓度钙离子处理,PEG处理,电融合) PEG法: 取材(1、从绿色叶片上分离得到的原生质体。2、来源于同种或不同种的细胞悬浮培养物上分离出的无色原生质体)-这样异核体和母体就可分辨开。 →分别取在含有13%甘露醇的CPW上悬浮培养的原生质体(密度2×105)4mL,混和在100g的转速下离心10min,将原生质体放入0.5%基质→加入30%(w/v)PEG2mL,使原生质体的外膜不稳定,放置10min→每隔5min加入原生质体培养基稀释PEG以促进原生质体融合。每次稀释后轻微摇动原生质体就会重悬浮→混和物在100g下离心10min,离心后在不含PEG的培养基中清洗→离心,在相同的培养基上重悬浮。 PEG法的缺点:有毒,融合率低:不超过1% 对称融合:父母均未处理,对后代贡献一样。 不对称融合:父母本在后代中贡献不同,射线处理,化学处理 IOA(不影响核的分裂而影响细胞质分裂) ★胞质杂种:利用原生质体融合技术,使两种不同来源的核外遗传成分(细胞器)与一个特定的核基因组结合在一起,就形成胞质杂种。 体细胞杂种和胞质杂种的鉴定方法:形态学,细胞学,分子遗传学。 ★园艺植物脱毒: 热处理脱毒: 原理:在高于正常温度下,植物组织中的很多病毒可被部分或完全钝化,而很 少伤害甚至不伤害寄主组织。 方法:热水处理(对休眠芽效果好),热空气处理(对活跃生长的茎尖效果好) 热空气处理方法:空气温度35-40℃,持续时间:随处理对象不同而变化,几分钟-几星期。 注意点:不能一下子放入高温中,要逐步加温使之适应。并保持湿度和光照。 局限性:1、并不是所有的病毒都对热处理敏感 2、对等径和线状的病毒及类菌质体引起的病害是有效的。 3、热处理后只有一小部分植株能够存活 ★茎尖分生组织:指茎的最幼龄叶原基上方的一部分,最大直径约100μm,最大长度为 250μm。 ★茎尖:由顶端分生组织及其下方的1-3个叶原基一起构成的。 ★茎尖培养脱毒: 原理:病毒在植物体内的分布是不均匀的,在受感染的植物中顶端分生组织通常不含或仅含低浓度的病毒,其它的植物组织离茎尖的距离越远则病毒含量越高。 影响茎尖培养脱毒效果的因素:培养基,外植体大小(脱毒效果跟外植体大小呈负相关,茎尖的成活率与茎尖大小呈正相关),贮存条件(光照培养优于暗培养),外植体的生理状态(活跃生长的芽,顶芽的效果比腋芽好,切割芽的时间) ★通过愈伤组织培养脱毒: 原理:在由受感染的组织形成的愈伤组织中,并非所有的细胞都均匀一致地带有该种病原体。 产生原因:1、病毒的复制速度跟不上细胞的增殖速度 2、有些细胞通过突变获得了抗病毒的特征。 ★脱毒植物的鉴定:外观判断法,指示植物法(接种鉴定法),抗血清鉴定法,电镜检查法, 分光光度法,酶联血清免疫吸附反应鉴定法。 指示植物法:利用病毒在其它植物上产生的枯斑作为鉴别病毒的标准。 指示植物:专门选用以产生局部病斑的寄主称为指示植物。 ★无毒原种的保存:种在温室或防虫罩内灭过菌的土壤中,隔离区内,通过组织培养繁殖。 组培常见英汉对照 abortion(败育)adenine(腺嘌呤)agar(琼脂)anther(花粉)apical(顶端的)aseptic(无菌的)auxin(生长素)axillarybud(腋芽)callus,calli(愈伤组织)cellulartotipotency(细胞全能性)cellulase(纤维素酶)cellulose(纤维素)centrifuge(离心)chloroplast(叶绿体)chromosomedoubling(染色体加倍)colony(细胞团,菌落)cybrid(cytoplasmichybrid,胞质杂种)cytokinin(细胞分裂素)cytoplasm(细胞质)degeneration(败育)dedifferentiation(脱分化)redifferentiation(再分化)dicotyledonous(双子叶的)dihaploid(二单倍体)diploid(二倍体)dissect(剥离)dormancy(休眠)eliminate(除去)embryo(胚胎)embryoid(胚状体)embryogenesis(胚胎发生方式)epidermis(表皮,上表皮)excise(切除)explant(外植体)filterpaper(滤纸)gelose(琼脂糖)genetype(基因型)germplasm(种质)globalembryo(球型胚)haploid(单倍体)heterokaryon(异核体)homozygous(纯合的)hormone(激素)interspecific(种间的)intraspecific(种内的)invitro(体外)invivo(活体)kinetin(激动素)macerozyme(离析酶)malesterile(雄性不育)medium(培养基)membrane(膜)meristem(分生组织)meristemculture(茎尖培养)micropropagation(微繁)microspore(小孢子)monocotyledon/moncots(单子叶植物)nodculture(茎段培养)organelle(细胞器)organgenesis(器官发生方式)osmotic(渗透的)pith(髓)plantlet(小植株,苗)pollenculture(花粉培养)pollinate(授粉)protocorm(PLB)原球茎protoplastfusion(原生质体融合)rapidpropagation(快繁)regeneration(再生)self-incompatibility(自交不亲和)shoottip(茎尖)sodiumhypochlorite(NaClO)somaticembryo(体细胞胚)somatichybridization(体细胞杂交)somatichybrid(体细胞杂种)stem(茎)stemtipculture(茎尖培养)sterilant(消毒剂)steriledistilledwater(蒸馏水)sterilization(消毒)stockplant(母株)subculture(继代)sucrose(蔗糖)terminalbud(顶芽)transfer(转移)viruseradication(脱毒) 常用缩略语 ABA(脱落酸)CM(椰子汁)CPW(细胞-原生质体清洗液) DMSO(二甲基亚砜)IAA(吲哚乙酸)IBA(吲哚丁酸) KT(激动素)NAA(萘乙酸)PEG(聚乙二醇) LH(液氮)CH(水解酪蛋白)GA3(赤霉素)
一切具有一定种质或基因并能繁殖的生物类型的总称。
aseptic manipulation room无菌操作室complex laboratory综合实验室laboratory化验室office办公室Water treatment room水处理室藻类种质保存室Germplasm conservation of algae RoomAlgae breeding room藻类育种室NBL (Naval Biological Laboratory)也可以说Marine Biological Laboratory海洋生物实验室warehouse仓库 那个种质我表示不确定 因为专业不是生物学...对这个名词不熟悉
种质资源也叫品种资源或遗传资源。根据《种子法》第七十四条规定,种质资源是指选育新品种的基础材料,包括植物的栽培种、野生种的繁殖材料以及利用上述繁殖材料人工创造的各种植物的遗传材料。具体包括粮、棉、油、麻、桑、茶、糖、菜、烟、果、药、花卉、牧草、绿肥及其他种用的子粒、果实和根、茎、苗、芽等繁殖材料和野生近缘植物以及人工创造的各种遗传材料。
克隆是英文clone的音译,简单讲就是一种人工诱导的无性繁殖方式。但克隆与无性繁殖是不同的。无性繁殖是指不经过雌雄两性生殖细胞的结合、只由一个生物体产生后代的生殖方式,常见的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、茎、叶等经过压条或嫁接等方式产生新个体也叫无性繁殖。绵羊、猴子和牛等动物没有人工操作是不能进行无性繁殖的。科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫克隆,这门生物技术叫克隆技术。 克隆的基本过程是先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中,利用微电流刺激等使两者融合为一体,然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎,当胚胎发育到一定程度后,再被植入动物子宫中使动物怀孕,便可产下与提供细胞者基因相同的动物。这一过程中如果对供体细胞进行基因改造,那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。 克隆技术不需要雌雄交配,不需要精子和卵子的结合,只需从动物身上提取一个单细胞,用人工的方法将其培养成胚胎,再将胚胎植入雌性动物体内,就可孕育出新的个体。这种以单细胞培养出来的克隆动物,具有与单细胞供体完全相同的特征,是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”和“克隆猴”。克隆技术的成功,被人们称为“历史性的事件,科学的创举”。有人甚至认为,克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。 克隆技术可以用来生产“克隆人”,可以用来“复制”人,因而引起了全世界的广泛关注。对人类来说,克隆技术是悲是喜,是祸是福?唯物辩证法认为,世界上的任何事物都是矛盾的统一体,都是一分为二的。克隆技术也是这样。如果克隆技术被用于“复制”像希特勒之类的战争狂人,那会给人类社会带来什么呢?即使是用于“复制”普通的人,也会带来一系列的伦理道德问题。如果把克隆技术应用于畜牧业生产,将会使优良牲畜品种的培育与繁殖发生根本性的变革。若将克隆技术用于基因治疗的研究,就极有可能攻克那些危及人类生命健康的癌症、艾滋病等顽疾。克隆技术犹如原子能技术,是一把双刃剑,剑柄掌握在人类手中。人类应该采取联合行动,避免“克隆人”的出现,使克隆技术造福于人类社会。 克隆技术研究现状 一、克隆的早期研究 克隆一词是英文单词clone的音译,作为名词,c1one通常被意译为无性繁殖系。同一克隆内所有成员的遗传构成是完全相同的,例外仅见于有突变发生时。自然界早已存在天然植物、动物和微生物的克隆,例如:同卵双胞胎实际上就是一种克隆。然而,天然的哺乳动物克隆的发生率极低,成员数目太少(一般为两个),且缺乏目的性,所以很少能够被用来为人类造福,因此,人们开始探索用人工的方法来生产高等动物克隆。这样,克隆一词就开始被用作动词,指人工培育克隆动物这一动作。 目前,生产哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。克隆羊“多莉”,以及其后各国科学家培育的各种克隆动物,采用的都是细胞核移植技术。所谓细胞核移植,是指将不同发育时期的胚胎或成体动物的细胞核,经显微手术和细胞融合方法移植到去核卵母细胞中,重新组成胚胎并使之发育成熟的过程。与胚胎分割技术不同,细胞核移植技术,特别是细胞核连续移植技术可以产生无限个遗传相同的个体。由于细胞核移植是产生克隆动物的有效方法,故人们往往把它称为动物克隆技术。 采用细胞核移植技术克隆动物的设想,最初由汉斯·施佩曼在1938年提出,他称之为“奇异的实验”,即从发育到后期的胚胎(成熟或未成熟的胚胎均可)中取出细胞核,将其移植到一个卵子中。这一设想是现在克隆动物的基本途径。 从1952年起,科学家们首先采用青蛙开展细胞核移植克隆实验,先后获得了蝌蚪和成体蛙。1963年,我国童第周教授领导的科研组,首先以金鱼等为材料,研究了鱼类胚胎细胞核移植技术,获得成功。 哺乳动物胚胎细胞核移植研究的最初成果在1981年取得——卡尔·伊尔门泽和彼得·霍佩用鼠胚胎细胞培育出发育正常的小鼠。1984年,施特恩·维拉德森用取自羊的未成熟胚胎细胞克隆出一只活产羊,其他人后来利用牛、猪、山羊、兔和猕猴等各种动物对他采用的实验方法进行了重复实验。1989年,维拉德森获得连续移核二代的克隆牛。1994年,尼尔·菲尔斯特用发育到至少有120个细胞的晚期胚胎克隆牛。到1995年,在主要的哺乳动物中,胚胎细胞核移植都获得成功,包括冷冻和体外生产的胚胎;对胚胎干细胞或成体干细胞的核移植实验,也都做了尝试。但到1995年为止,成体动物已分化细胞核移植一直未能取得成功。 二、克隆羊“多莉”的意义和引起的反响 以上事实说明,在1997年2月英国罗斯林研究所维尔穆特博士科研组公布体细胞克隆羊“多莉”培育成功之前,胚胎细胞核移植技术已经有了很大的发展。实际上,“多莉”的克隆在核移植技术上沿袭了胚胎细胞核移植的全部过程,但这并不能减低“多莉”的重大意义,因为它是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物,是克隆技术领域研究的巨大突破。这一巨大进展意味着:在理论上证明了,同植物细胞一样,分化了的动物细胞核也具有全能性,在分化过程中细胞核中的遗传物质没有不可逆变化;在实践上证明了,利用体细胞进行动物克隆的技术是可行的,将有无数相同的细胞可用来作为供体进行核移植,并且在与卵细胞相融合前可对这些供体细胞进行一系列复杂的遗传操作,从而为大规模复制动物优良品种和生产转基因动物提供了有效方法。 在理论上,利用同样方法,人可以复制“克隆人”,这意味着以往科幻小说中的独裁狂人克隆自己的想法是完全可以实现的。因此,“多莉”的诞生在世界各国科学界、政界乃至宗教界都引起了强烈反响,并引发了一场由克隆人所衍生的道德问题的讨论。各国政府有关人士、民间纷纷作出反应:克隆人类有悖于伦理道德。尽管如此,克隆技术的巨大理论意义和实用价值促使科学家们加快了研究的步伐,从而使动物克隆技术的研究与开发进入一个高潮。 三、近3年来克隆研究的重要成果 克隆羊“多莉”的诞生在全世界掀起了克隆研究热潮,随后,有关克隆动物的报道接连不断。1997年3月,即“多莉”诞生后1个月,美国、中国台湾和澳大利亚科学家分别发表了他们成功克隆猴子、猪和牛的消息。不过,他们都是采用胚胎细胞进行克隆,其意义不能与“多莉”相比。同年7月,罗斯林研究所和PPL公司宣布用基因改造过的胎儿成纤维细胞克隆出世界上第一头带有人类基因的转基因绵羊“波莉”(Polly)。这一成果显示了克隆技术在培育转基因动物方面的巨大应用价值。 1998年7月,美国夏威夷大学Wakayama等报道,由小鼠卵丘细胞克隆了27只成活小鼠,其中7只是由克隆小鼠再次克隆的后代,这是继“多莉”以后的第二批哺乳动物体细胞核移植后代。此外,Wakayama等人采用了与“多莉”不同的、新的、相对简单的且成功率较高的克隆技术,这一技术以该大学所在地而命名为“檀香山技术”。 此后,美国、法国、荷兰和韩国等国科学家也相继报道了体细胞克隆牛成功的消息;日本科学家的研究热情尤为惊人,1998年7月至1999年4月,东京农业大学、近畿大学、家畜改良事业团、地方(石川县、大分县和鹿儿岛县等)家畜试验场以及民间企业(如日本最大的奶商品公司雪印乳业等)纷纷报道了,他们采用牛耳部、臀部肌肉、卵丘细胞以及初乳中提取的乳腺细胞克隆牛的成果。至1999年底,全世界已有6种类型细胞——胎儿成纤维细胞、乳腺细胞、卵丘细胞、输卵管/子宫上皮细胞、肌肉细胞和耳部皮肤细胞的体细胞克隆后代成功诞生。 2000年6月,中国西北农林科技大学利用成年山羊体细胞克隆出两只“克隆羊”,但其中一只因呼吸系统发育不良而早夭。据介绍,所采用的克隆技术为该研究组自己研究所得,与克隆“多莉”的技术完全不同,这表明我国科学家也掌握了体细胞克隆的尖端技术。 在不同种间进行细胞核移植实验也取得了一些可喜成果,1998年1月,美国威斯康星一麦迪逊大学的科学家们以牛的卵子为受体,成功克隆出猪、牛、羊、鼠和猕猴五种哺乳动物的胚胎,这一研究结果表明,某个物种的未受精卵可以同取自多种动物的成熟细胞核相结合。虽然这些胚胎都流产了,但它对异种克隆的可能性作了有益的尝试。1999年,美国科学家用牛卵子克隆出珍稀动物盘羊的胚胎;我国科学家也用兔卵子克隆了大熊猫的早期胚胎,这些成果说明克隆技术有可能成为保护和拯救濒危动物的一条新途径。 四、克隆技术的应用前景 克隆技术已展示出广阔的应用前景,概括起来大致有以下四个方面:(1)培育优良畜种和生产实验动物;(2)生产转基因动物;(3)生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法;(4)复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源。以下就生产转基因动物和胚胎干细胞作简要说明。 转基因动物研究是动物生物工程领域中最诱人和最有发展前景的课题之一,转基因动物可作为医用器官移植的供体、作为生物反应器,以及用于家畜遗传改良、创建疾病实验模型等。但目前转基因动物的实际应用并不多,除单一基因修饰的转基因小鼠医学模型较早得到应用外,转基因动物乳腺生物反应器生产药物蛋白的研究时间较长,已进行了10多年,但目前在全世界范围内仅有2例药品进入3期临床试验,5~6个药品进入2期临床试验;而其农艺性状发生改良、可资畜牧生产应用的转基因家畜品系至今没有诞生。转基因动物制作效率低、定点整合困难所导致的成本过高和调控失灵,以及转基因动物有性繁殖后代遗传性状出现分离、难以保持始祖的优良胜状,是制约当今转基因动物实用化进程的主要原因。 体细胞克隆的成功为转基因动物生产掀起一场新的革命,动物体细胞克隆技术为迅速放大转基因动物所产生的种质创新效果提供了技术可能。采用简便的体细胞转染技术实施目标基因的转移,可以避免家畜生殖细胞来源困难和低效率。同时,采用转基因体细胞系,可以在实验室条件下进行转基因整合预检和性别预选。在核移植前,先把目的外源基因和标记基因(如LagZ基因和新霉素抗生基因)的融合基因导入培养的体细胞中,再通过标记基因的表现来筛选转基因阳性细胞及其克隆,然后把此阳性细胞的核移植到去核卵母细胞中,最后生产出的动物在理论上应是100%的阳性转基因动物。采用此法,Schnieke等(Bio Report,1997)已成功获得6只转基因绵羊,其中3只带有人凝血因子IX基因和标记基因(新霉素抗性基因),3只带有标记基因,目的外源基因整合率高达50%。Cibelli(Science,1997)同样利用核移植法获得3头转基因牛,证实了该法的有效性。由此可以看出,当今动物克隆技术最重要的应用方向之一,就是高附加值转基因克隆动物的研究开发。 胚胎干细胞(ES)是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型,来替代那些受损的体内组织,比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。科学家们已经能够使猪ES细胞转变为跳动的心肌细胞,使人ES细胞生成神经细胞和间充质细胞和使小鼠ES细胞分化为内胚层细胞。这些结果为细胞和组织替代疗法开辟了道路。目前,科学家已成功分离到人ES细胞(Thomson等1998,Science),而体细胞克隆技术为生产患者自身的ES细胞提供了可能。把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚,把重组胚体外培养到囊胚,然后从囊胚内分离出ES细胞,获得的ES细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞,肌肉细胞和血细胞),用于替代疗法。这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗,而非得到克隆个体,科学家们称之为“治疗克隆”。 克隆技术在基础研究中的应用也是很有意义的,它为研究配子和胚胎发生,细胞和组织分化,基因表达调控,核质互作等机理提供了工具。 五、克隆技术存在的问题 尽管克隆技术有着广泛的应用前景,但离产业化尚有很大距离。因为作为一个新兴的研究领域,克隆技术在理论和技术上都还很不成熟,在理论上,分化的体细胞克隆对遗传物质重编(细胞核内所有或大部分基因关闭,细胞重新恢复全能性的过程)的机理还不清楚;克隆动物是否会记住供体细胞的年龄,克隆动物的连续后代是否会累积突变基因,以及在克隆过程中胞质线粒体所起的遗传作用等问题还没有解决。 在实践中,克隆动物的成功率还很低,维尔穆特研究组在培育“多莉“的实验中,融合了277枚移植核的卵细胞,仅获得了“多莉”这一只成活羔羊,成功率只有0.36%,同时进行的胎儿成纤维细胞和胚胎细胞的克隆实验的成功率也分别只有1.7%和1.1%,即使是使用“檀香山”技术,以分化程度较低的卵丘细胞为核供体,其成功率也只有百分之几。 此外,生出的部分个体表现出生理或免疫缺限。以克隆牛为例,日本、法国等国培育的许多克隆牛在降生后两个月内死去;到2000年2月,日本全国已共有121头体细胞克隆牛诞生,但存活的只有64头。观察结果表明,部分犊牛胎盘功能不完善,其血液中含氧量及生长因子的浓度都低于正常水平;有些牛犊的胸腺、脾和淋巴腺未得到正常发育;克隆动物胎儿普遍存在比一般动物发育快的倾向,这些都可能是死亡的原因。 即使是正常发育的“多莉”,也被发现有早衰迹象。染色体的未端被称为端粒,它决定着细胞能够分裂的次数:每一次分裂端粒都会缩短,而当端粒耗尽后细胞就失去了分裂能力。1998年,科学家发现“多莉”的细胞端粒比正常的要短,即其细胞处于更衰老的状态。当时认为,这可能是用成年绵羊的细胞克隆“多莉”造成的,使其细胞具有成年细胞的印记,但这一解释目前受到了挑战,美国马萨诸塞州的医生罗伯特·兰扎等用培养的衰老细胞克隆牛,得到6头小牛,出生5~10个月后发现这些克隆牛的端粒比普通同龄小牛要长,有的甚至比普通新生小牛的端粒还长。现在还不清楚这一现象的原因,也不清楚为何与“多莉“的情况有巨大差别。但这一实验说明,在一些情况下克隆过程能改变成熟细胞的分子钟,使其“恢复青春”,关于这种变化对克隆动物寿命的影响,还有待于进一步观察。 除了以上的理论和技术障碍外,克隆技术(尤其是在人胚胎方面的应用)对伦理道德的冲击和公众对此的强烈反应也限制了克隆技术的应用。但几年来克隆技术的发展表明,世界各科技大国都不甘落后,谁也没有放弃克隆技术研究。这一点上英国政府的态度非常具有代表性,在1997年2月底宣布中止对“多莉”研究小组投资后不到1个月,英国科技委员会就对克隆技术发表专题报告,表明英国政府将重新考虑这一决定,认为盲目禁止这方面的研究并不是明智之举,关键在于建立一定的规范利用它为人类造福。