细胞工程综述

细胞工程综述
摘要：
细胞工程是以生物细胞、组织或器官为研究对象，运用生命科学理论，以及工程学原理与技术，有目的的利用和改造生物遗传特性或生物学特性，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术。

它包括细胞融合、细胞重组、染色体工程、细胞器移植、原生质体诱变及细胞和组织培养技术。

因此, 研究者称细胞工程为细胞操作技术。

根据研究对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。

本文先介绍了细胞工程的定义及发展史，接着从细胞工程涉及领域及未来发展进行了论述。

关键词：生物工程发展史涉及技术涉及领域展望
正文：
细胞工程就是在细胞水平研究、开发。

利用各类细胞的工程。

亦即人们根据科学设计改变细胞的遗传基础，及通过无菌操作，大量培养细胞、组织乃至完整个体的技术。

迄今为止，人们已经从基因水平、细胞器水平以及细胞水平开展了多层次的大量一丁作，在细胞培养、细胞融合、细胞代谢物的生产和生物克隆等诸多领域取得一系列令人瞩目的成果。

细胞工程是以生物细胞、组织或器官为研究对象，运用生命科学理论，以及工程学原理与技术，有目的的利用和改造生物遗传特性或生物学特性，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术。

细胞工程是现代生物技术的桥梁和纽带。

一、细胞工程学发展历史
（一）植物细胞工程发展史
1、探索期
1902 年Gottlich Haberlandt （德.哈泊兰德）根据细胞理论提出植物可以不断分割至单个细胞，在适当的条件下单细胞具有发育成完整植株的能力。

这一论点成为组织培养研究的思想基础。

随后，许多科学家从事组织培养研究；
1904年，德国植物胚胎学家Hanning（汉宁）用萝卜和辣根的胚进行离体培养，提早长成了小植株。

首次获得植物器官（胚）离体培养成功；
1922年，Kotte（德，科特）和Robbins（美，罗宾斯）对豌豆、玉米、棉花等的茎尖、根尖进行了离体培养，发现了培养的分生组织能进行有限的生长。

首次植物组织培养；
1925年，Laibach（德，莱巴赫）进行亚麻种间杂种幼胚培养，成功得到了杂种植物。

证明了胚培养在植物远缘杂交中利用的可能性。

2、成熟期
White 、Gautheret 、Nobecourt等科学家被誉为植物组织培养的奠基人。

40年代末开始，从脱分化细胞组织培养进入探讨器官再分化的研究。

1957年Skoog（美，史库克）和Miller（米勒）提出了植物激素控制器官形成的概念，首次证实IAA/BA的比例是组织培养中控制根和芽形成的重要条件。

1958年Steward（英，斯图尔德）和Reinert（德，雷那特）从胡萝卜根的悬浮细胞中成功从单个细胞诱导出成熟的体细胞胚，首次证实了细胞全能性学说。

3、迅速发展期
（1）原生质体培养和细胞融合
1971年，Takebe（日，塔克伯）等从烟草原生质体得到再生植株，首次获得原生质体植株再生成功；
1972年，Carlson（美，卡尔森）等通过两个烟草物种之间原生质体的融合，获得获得了第一个体细胞杂种植株；
1978年，Melchers（梅尔彻斯）进行了马铃薯和番茄的融合实验，获得了第一个属间杂种植株；
（2）微繁技术
1960年，Morel（法，莫里尔）提出了利用茎尖离体快速无性繁殖兰花的方法，在此基础上，国际上建立了兰花工业，取得了巨大的经济效益和社会效益。

（3）花药培养技术
1973年，Nitch采用花药预培养的方法，首次获得了烟草花粉植株。

（4）次生代谢产物生产
1959年，Tulecke和Nickell首先进行了较大规模细胞培养，在一个20L 的植物细胞封闭式悬浮培养系统中，成功培养了银杏、冬青等细胞。

20世纪80年代植物细胞工程技术开始大规模应用于植物遗传改良和快速繁殖，在人工种子、种质资源的保存和细胞培养次生代谢物质也进行了研究和开发。

1985 年首批转基因植物（抗虫/抗病毒）开始进行田间试验，1986年美国EPA批准了转基因烟草的释放。

1994年美国FDA批准了第一个转基因食品FlavrSavrTM 西红柿。

（二）动物细胞工程发展史
1、培养技术
1907年，Harrison首先培养了蛙胚神经管细胞，并观察到有新的神经细胞生成。

这标志着动物细胞培养的开始。

1911年，Carrel发现了鸡胚浸出液对于培养细胞的生长促进作用，并首次把无菌技术引入组织培养技术中。

1914年，Thomson建立了器官培养技术。

1940年，1951年，Earle和Gey分别建立了C3H小鼠结缔组织细胞系的L 系和人体细胞系—人体宫颈癌Hela细胞系。

2、细胞融合技术
1958年，Okada发现紫外灭活仙台病毒可引起艾氏腹水瘤细胞彼此融合。

1965年，Harris诱导不同动物体细胞融合获得成功并培养存活。

1964年，Lifflefield根据亲本细胞的酶缺陷型，利用HAT选择性培养基使亲本细胞死亡而只留下异型融合细胞，并能不断增殖，从此形成了细胞融合到杂种细胞选择、培养的一整套技术。

1975年，免疫学家Kohler和Milstein利用仙台病毒诱导绵羊红细胞免疫的小鼠脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，选择到能分泌单一抗体的杂种细胞。

该杂种细胞具有在小鼠体内和体外培养条件下大量繁殖的能力，并能长期地分泌单克隆抗体，从而建立了小鼠淋巴细胞杂交瘤技术。

3、多倍体诱导技术
1959年，Swarup用低温处理三棘刺鱼获得了三倍体，并饲养至性成熟。

现在人工诱导多倍体已成为经济水生动物育种的主要技术。

4、克隆技术
首例克隆动物成功的报道是在1962年，英国学者Grudon把非洲爪蟾小肠上皮细胞的核注入同种或异种非洲爪蟾受精卵（经紫外线照射杀死卵细胞核）中，约有1%的重组卵发育成为成熟蛙。

1997年2月，Wilmut（英）在《Nature》报道了世界第一只克隆羊的诞生。

二、细胞工程主要涉及技术及研究领域
（一）细胞工程主要涉及技术
1．细胞融合技术
细胞融合技术是指把两个细胞（可以是同种细胞，也可以是异种细胞）在融合剂的作用下，融合成一个细胞的技术。

应用细胞融合技术进行细胞杂交，能够克服远缘杂交不育的缺陷，对培育新品种具有广阔的应用前景。

2．细胞拆合技术
细胞拆合技术也称为细胞核（包括细胞器）移植技术，是将细胞核和细胞质用某种方法拆开，然后再把分离的细胞核和胞质体重新组合成一个新细胞。

把从细胞中分离出来的染色体或基因转入另一个细胞中，赋予重建的细胞以某种新的功能，这属于染色体导入或基因转移的技术范畴。

3．细胞培养技术
细胞培养技术是将生物体内的某一组织分散成单个细胞，接种在人工配制的适于细胞生长发育的培养基上，然后在适当的无菌的生长条件下(如一定的光照、温度或pH值等)进行培养，使细胞能够生长和不断增殖的技术。

由于从组织中分离单细胞并分化成生物体的技术难度较大，目前多采用组织培养技术。

如通过植物胚胎（成熟或未成熟胚）或器官（根尖、茎尖、叶原基、花药等）的离体培养，再生成新植株（试管苗）。

这种方法能快速、大量繁殖一些有价值的苗林、花卉、药材和濒危植物等。

（二）细胞工程的研究领域
原生质体培养（protoplast culture）
组织、器官或细胞培养（tissue, organ or cell culture）
植物胚胎培养(embryo culture)
染色体工程（chromosome engineering ）
转基因动植物（transgenetic animal and plant）
动物胚胎移植、胚胎培养和试管动物（embryo transfer, embryo culture, tube animal）
克隆动物（cloned animal）
三、展望
进入新世纪以来, 细胞工程的研究进展及其在生产实践中的应用产生的效益, 已是举世瞩目。

它已成为高新技术开发的重要领域。

加拿大植物学家在一篇研究报告中谈到“: 单个植物细胞, 运用细胞工程技术( 如在一加仑培养基里) 可以快速地培育出300 万株优良品种克隆云杉植株来。

”美国宾夕法尼亚州立大学的园艺学家认为“: 利用植物细胞和组织培养技术培育植物不但在技术上已证明可行, 而且具有巨大的经济效益。

”它的主要优势是可以得到纯系, 避免种子繁殖时发生后代变异, 可以快速繁育, 一年之内就可以生产数十万株植物, 而且是无病害的。

还有, 植物细胞本身体积小, 运输方便, 在一个小小的温室瓶中
就可进行培养, 其经济效益之巨大是可以想象的。

展望未来, 我们可以满怀信心地说, 细胞工程的研究、开发与应用必然会在21 世纪初叶有一个更快速的发展。

我们必须抓住这一契机, 促进我国在农业、林业、畜牧业以及医药业等方面的高速发展。

参考文献：
1、安立国.细胞工程.北京：科学出版社，2010.08.
2、翟中和.细胞生物学.北京: 高等教育出版社, 1995.
3、杨吉成.细胞工程.北京：化学工业出版社，2008.01
4、孙毅.生物技术研究的新进展[ J] .科技信息杂志, 1995( 5) : 10- 11.
5、李志勇.细胞工程学.北京：高等教育出版社，2008.06.。