华中农业大学创建国家精品课程细胞工程学

细胞工程文本教案

教学目的与要求：

细胞工程是现代生物技术的重要组成部分，同时也是现代生物学研究的重要技术工具。要求学生通过本课程的学习掌握生物组织、器官及其细胞离体培养的原理与技术，为从事生物学领域的相关研究及其与细胞工程有关的生物技术产业奠定良好的理论和技术基础。

理论知识方面，重点掌握本学科的基本原理和基本技术即：细胞全能性学说在细胞工程中的指导作用；培养条件下的细胞分化和器官发生的调控；离体培养条件下的遗传与变异特点。掌握不同组织、器官的培养特点和控制方法。了解细胞工程的各类技术在现代生物学与生物技术领域的应用途径与发展潜力。

实践技能方面，重点掌握细胞工程的基本操作技术—无菌操作；掌握外植体选择、愈伤组织和胚状体诱导、器官发生调控等基本技术；了解细胞大批量培养方法，原生质体分离与体细胞杂交技术。

课程学时及其分配：

课程总学时60，其中课堂教授40学时，实验20学时。

课堂讲授内容及学时分配表

章节内 容学时

绪论2

第一章实验室设置及技术原理2

第二章细胞全能性与形态发生6

第三章 离体培养下的遗传与变异4

第四章植物组织和器官培养5

第五章植物细胞培养及次生代谢产物生产5

第六章 原生质体培养4

第七章 植物体细胞杂交4

第八章人工种子2

第九章植物种质资源离体超低温保存2

第十章动物细胞工程概述4

绪 论（2学时）

教学目的与要求

全面了解细胞工程与现代生物技术的关系；了解细胞工程的发展与相关学科的联系；了解细胞工程在现代世界经济中的潜力。

第一节 细胞工程在生物技术领域中的地位

一、生物技术概述

生物技术是以生物科学为基础，利用生物个体或生物器官、组织、细胞的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系（包括细胞系），以及与工程原理相结

合进行产品加工生产的综合性技术体系。

生物技术的内涵主要是：

运用现代生物学理论与科学技术改造细胞的遗传物质，培育出人们需要的生物新品种；

工业规模地利用现有生物体系，制备生物产品；

模拟生物体系，以生物化学工程代替化学工程，制备工业产品；

发展相应的科学理论与工程技术。

主要技术范畴包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程以及生化工程。

现代生物技术特征：多学科性；商业性；规模化。

二、细胞工程的概念及研究范畴

细胞工程（cell engineering）是应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程学的

试验方法或技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特性，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术方法的学科。

广义的细胞工程包括所有的生物组织、器官及细胞离体操作和培养技术，狭义的细胞工程则是指细胞融合和细胞培养技术。

根据研究对象不同，细胞工程可分为动物细胞工程和植物细胞工程。

动物细胞工程包括：细胞培养技术（包括组织培养、器官培养）；细胞融合技术；胚胎工程技术 （核移植、胚胎分割等）；克隆技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆）。

植物细胞工程包括：植物组织、器官培养技术；细胞培养技术；原生质体融合与培养技术；亚细胞水平的操作技术等。

三、细胞工程与其它相关学科的关系

1．细胞工程学科的建立依赖于相关学科理论的发展

2．为生物学研究提供新的实验体系

3．细胞工程必须与其它生物技术相结合才能更好地发挥作用

四、细胞工程在现代生物技术中的地位及其实践意义

1．改善农业生产技术

2．保护自然资源，维护生态平衡

3．生物医药开发

第二节 动物物细胞工程的发展

一．融合现象的发现

19世纪30年代，Muller, Schwann, Virchow等相继在肺结核、天花、水痘、麻疹等病理组织中观察到多核细胞现象，但当时并没有引起人们的关注，认为这只是一种特殊现象。

1849年Lobing在骨髓中也发现了多核现象的存在，1855年～1858年，科学家们在

肺组织和各种正常组织及发尖和坏死部位都发现了多核细胞。至此，自然界中广泛存在着多核细胞的事实，才被生命科学工作者接受。

1859年，A. Barli在研究黏虫的生活史时发现，某些黏虫存在着由单个细胞核融合

形成多核的原生质团的情况。据此，他认为多核细胞是由单个细胞彼此融合而形成的。

二. 动物组织细胞培养技术的建立

1907年，美国胚胎学家R. Harrison将蛙的胚神经管区的一片组织移植到蛙的淋巴液凝块中，这片组织在体外不但存活了若干星期，而且还从细胞中长出了轴突(神经纤维)

细胞，解决了当时关于轴突起源的争论，并表明了利用体外存活的组织进行实验研究的可能性。他所采用的把培养物放在盖玻片上并置于凹玻片腔中培养的方法还一直沿用至

今。

Carrel (1911)发现了鸡胚浸出液对于某些细胞的生长具有很强的促进效应，还把无

菌技术引到了组织培养技术中。作为他的技术标志是，他在不含抗菌素的培养条件下使鸡胚心脏细胞维持生存了34年，先后继代3400次，证明动物细胞有可能在体外无限地

生长。

1914年，Thomson创立了另一条完全不同的体外组织培养途径－器官培养法，以后又被Strangeways和Fell所发展。

1940年，Earle建立了可以无限传代的一个C3H小鼠的结缔组织细胞系－L系。二是1951年，Gay建立了第一个人体细胞系－人体宫颈癌Hela细胞系

三. 细胞融合技术的建立和杂交瘤技术的诞生

1958年, Okada发现紫外灭活的仙台病毒可引起艾氏腹水瘤细胞彼此融合。由于仙台病毒能稳定地诱发细胞融合而引起了许多科学家的兴趣，60年代，Harris(1965)诱导不

同的动物体细胞融合获得成功并能存活下来。Lifflefield(1964)根据亲本细胞的酶缺陷型，利用HAT选择性培养基能使亲本细胞死亡而只留下异型融合细胞，并能不断地增殖，

从此形成了细胞融合到杂种细胞选择、培养的一整套技术。使这一技术在此后广泛地应用于遗传学、病毒学、免疫学、细胞学等多种学科的研究工作中。

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。这一技术的诞生把细胞融合技术从实验阶段推向了应用研究阶段，促进了动物细胞工程的蓬勃发展。

四. 动物克隆技术的建立

1891，Heape等人首次报道了家兔胚胎移植成功的结果，他们把安哥拉家兔胚胎移

植给比利时兔，得到了4只安哥拉家兔。

本世纪30年代以后，先后在羊、猪、牛等动物的胚胎移植上获得成功。经过几十年的不断完善和充实，已成为一项比较成熟的繁殖生物学技术。

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未受精卵(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。

这一成功开创了由体细胞培育动物个体的新型实验途径，其贡献在于：实验证明了