细胞工程的理论基础
细胞工程名词
细胞工程名词解释细胞工程 (cell engineering)是以细胞生物学和分子生物学为基础理论，采用原生质体、细胞或组织培养等试验方法或技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性，以获得具有新的性状的细胞系或生物体以及生物的次生代谢产物，并发展有关理论和技术方法的学科。
动物细胞培养（animal cell culture）：是指从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞后，模拟动物体内的生理条件，在体外无菌、适当的温度、湿度、酸碱度、气体环境及一定营养条件下，使其不断地生长、增殖并维持其正常的结构和功能的一种技术。
动物器官培养（organ culture）：是指对离体的整个器官、器官芽基或器官的一部分进行体外培养，构成器官的不同组织仍保持着它们原来的结构与功能，因而培养的器官在结构、功能上与体内相应的器官非常相近。
动物组织培养（tissue culture）：是指取自动物体的某种组织，不经细胞分散处理，对组织团块直接进行体外培养，组织中的细胞与其邻近的细胞、细胞外基质仍然保持着原本的联系，且细胞一直保持原本已分化的特征，组织的结构和功能在培养过程中无明显的变化。
原代培养（primary culture）：从有机体取得的材料（细胞、组织或器官）在培养容器培养到第一次传代前，即为原代培养或初代培养。
汇合（confluent）：指在培养容器中培养的细胞彼此汇合形成单层。
接触抑制(contact inhibition)：体外培养的正常动物细胞，在生长过程中达到相互接触时停止分裂和运动的现象。
外植快（explant）：用于初始体外培养而切下的一小块组织或器官。
传代（passage）：将细胞从一个培养容器移植到另一个培养容器中，也称为传代培养或再培养（subculture）。
细胞系（cell line）：原代培养物经首次传代成功后即为细胞系。
如果细胞系不能继续传代或传代次数有限，称为有限细胞系（finite cell line)。
植物细胞工程与动物细胞工程的相同点
植物细胞工程与动物细胞工程的相同点
一、理论基础
植物细胞工程和动物细胞工程的理论基础是相同的，都基于细胞生物学、分子生物学和遗传学的基本原理。
两者都是通过研究和操作细胞，实现细胞的繁殖、诱导分化以及新功能的赋予。
二、细胞培养
两者都涉及到细胞培养技术，即通过人工方法为细胞提供适宜的生长条件，使其在体外环境中存活和增殖。
植物细胞和动物细胞在培养过程中的营养需求、环境控制以及生长特性的差异是两者技术的不同点。
三、基因工程技术
植物细胞工程和动物细胞工程都广泛使用了基因工程技术。
通过基因导入、基因编辑等技术，可以实现细胞的遗传改良和新性状的创造。
虽然两者在基因操作的具体方法上有所不同，但基本原理和技术手段是相似的。
四、生长因子和激素
在植物细胞工程和动物细胞工程中，生长因子和激素都起到了关键的作用。
它们可以调控细胞的生长、分化以及代谢过程。
尽管植物和动物细胞对生长因子和激素的需求有所不同，但总体来说，两者的作用机制是相似的。
五、相同的工具酶
在两种工程中，许多工具酶如限制性内切核酸酶、DNA连接酶、聚合酶等都有广泛的应用。
这些酶在基因操作、DNA重组等方面起到了关键的作用。
尽管某些酶在植物和动物细胞中的活性可能会有所不同，但它们的基本功能是相似的。
细胞工程知识点
细胞工程知识点1、细胞工程：以细胞为对象，应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传性状，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。
2、细胞工程的应用：1)动植物快速繁殖技术：植物组织培养、人工种子、试管动物、克隆动物2)新品种的培育：细胞融合、细胞水平的重组3)细胞工程生物制品：单克隆抗体制备、疫苗生产4)细胞疗法与组织修复：2细胞工程理论基础1、细胞全能性：每个活的体细胞都具有像胚性细胞那样，经过诱导能分化发育成为一个新个体的潜在能力，并且具有母体的全部的遗传信息。
2、细胞分化：指细胞在形态、结构和功能上发生差异的过程。
3、细胞的脱分化：在一定营养和刺激因素作用下,具有特定结构与功能的植物组织的细胞被诱导而改变原来的发育途径,逐步失去原来的分化状态,细胞特性消失,转变为具有分生机能的细胞,并进行活跃的细胞分裂,这一过程称为去分化。
3细胞工程技术1、实验室条件：组成：准备室、无菌间、操作间、培养室、分析室。
2、无菌技术、显微技术、细胞观察与分析、细胞分离、细胞保存与复苏（1）细胞保存方法传代培养保存法低温冷冻保存法(低温、超低温保存)液体固化的方式（形成冰晶、形成无定型的玻璃化状态）玻璃化指液体转变为非晶态（玻璃态）的固定化过程，在此状态时，水分子没有发生重排，不产生结构和体积的变化，因此不会由于机械或溶液效应造成组织和细胞伤害，化冻后的细胞仍有活力。
冷冻方法（缓慢冷冻法、快速冷冻法预冷冻法包括逐级冷冻和两部冷冻）细胞复苏按一定复温速度将细胞悬液由冻存状态恢复到常温的过程。
复苏细胞一般采用快速融化法。
以保证细胞外结晶快速融化，以避免慢速融化水分渗入细胞内，再次形成胞内结晶损伤细胞。
细胞培养和代谢调控：1、细胞培养：模拟机体内生理条件，将细胞从机体中取出，在人工条件下使其生存、生长、繁殖和传代，进行细胞生命过程、细胞癌变、细胞工程等问题的研究。
2、细胞培养的操作方式：分批式培养、流加式培养、半连续式培养、连续式培养、灌流式培养。
第十单元 37讲 细胞工程
解析
答案
本题采用直选法。通过 花粉粒组织培养获得 的是单倍体，不能保持 原植株的优良特性，故 B 错误。
基础回扣
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命题设计
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考点一
植物细胞工程
1．(2013· 江苏卷，11)某种极具观赏价值的 兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽 快推广种植，可应用多种技术获得大量 优质苗。下列技术中不能选用的是 ( B ) A．利用茎段扦插诱导生根技术快速 育苗 B．采用花粉粒组织培养获得单倍体苗 C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植 物体上 D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行 组织培养
考点一
基础回扣
要点探究
命题设计
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考点一
植物细胞工程
(2)操作流程
脱分化
愈伤组织
再分化
3．植物体细胞杂交技术 (1)概念： 将不同种的植物体细胞， 在一定条件下融合成 杂种细胞， 并把杂种细胞培育成 新的植物体 的技术。 (2)操作流程
考点一
基础回扣
要点探究
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考点一
植物细胞工程
(3)流程分析 ①过程 a 为去除 细胞壁 获得具有活力的原生质体，用到的酶是
考点二
动物细胞培养与体细胞克隆
4．应用 (1)加速家畜 遗传改良 进程，促进优良畜群繁育。 (2)保护 濒危物种。 (3)生产医用蛋白。 (4)作为异种移植的 供体 。 (5)用于组织器官的 移植 。
考点二
基础回扣
要点探究
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考点二
动物细胞培养与体细胞克隆
探究动物细胞培养与动物体细胞核移植的不同点 动物细胞培养 原理 动物体细胞核移植
丁过程表示传代培养，此时得到的细胞会克服细胞寿命的自然极限， 获得不死性，这些细胞已经发生突变，正在朝着等同于癌细胞的方 向发展，D 项正确。
《细胞工程》名词解释
植物细胞全能性:植物体的每个细胞都携带有该物种的全部遗传信息，因而只要在适当的条件下，植物一切生活细胞都具有分化为一个完整植株的潜在能力，这就是细胞的全能性。
这是细胞工程的理论基础。
细胞分化:个体细胞发育过程中，后代细胞在形态、结构和生理功能上发生差异的过程。
脱分化:原已分化的细胞，失去原有的形态和机能，又回复到没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织，这个过程称为脱分化。
再分化:由脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型的细胞的过程，称为再分化愈伤组织:外植体在离体条件下，细胞经脱分化等一系列过程，转变为一种能迅速增殖的无特定结构和功能的细胞团，称为愈伤组织。
愈伤组织细胞大而不规则,高度液泡化、没有次生细胞壁和胞间连丝。
继代培养:对来自于外植体所增殖的培养物通过更新新鲜培养基及不断切割或分离,进行连续多代的培养.外植体:植物组织培养中用来进行离体无菌培养的材料,可以是器官、组织、细胞和原生质体。
器官发生:指离体培养条件下的组织或细胞团分化形成不定根、不定芽等器官过程。
体细胞胚：由外植体可直接形成胚状体，外植体也可以经脱分化先形成愈伤组织，再由愈伤组织形成胚状体。
胚状体是由体细胞发育而来人工种子：通过将植物组织培养中所产生的体细胞胚或珠芽等包埋在“人工胚乳”和“人工种皮”里，制成的具有播种功能、类似天然种子的颗粒就称为人工种子。
繁殖系数：也叫增殖系（倍)数或增殖率，是指繁殖材料在一个培养周期内增殖的倍数。
污染：指在组织培养过程中培养基和培养材料滋生杂菌，导致培养失败的现象。
褐变：指在组织培养中，由于材料被切割而使多酚氧化酶活化将组织中的酚类物质氧化形成棕褐色的醌类物质，并向培养基中扩散，抑制培养物生长甚至导致其死亡的现象。
玻璃化：指组织培养过程中的特有的一种生理失调或生理病变，试管苗呈半透明状外观形态异常的现象。
悬浮培养：将游离的单细胞或小的细胞团，按照一定的细胞密度，悬浮在液体培养基中进行培养的方法。
作物育种学：细胞工程与作物育种
4 培养系统的选择
A 器官发生系统：
再生植株由愈伤组织直接分化而成。通 常,外植体先形成愈伤组织，再由愈伤组织 的一部分形成类似生长锥的分化物，进而 发育成幼芽；另一部分愈伤组织则分化成 幼根，这两部分进一步发育和联合即形成 一个新的植株。
B 胚胎发生系统：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
外植体首先形成愈伤组织，再由愈伤组织 分化出类似于种子胚的胚状体，胚状体进 一步发育成熟而形成完整植株。
植物原生质体：用一定方法脱 去细胞壁的裸露原生质团。
一）原生质体的分离
分离方法
机械分离 酶分离
影响原生质体分离的因素
➢材料来源 ➢渗透压 ➢酶 ➢分离培养基 ➢培养条件 ➢组织前处理
原生质体的收集、纯化和活力测定
二）原生质体培养
原生质体计数
三）细胞融合（体细胞杂交）
Plant Cell Tiss Org Cult 2009
组织培养在育种中如何应用？ 如何利用细胞工程创造变异？
二、原生质体培养和体细胞 杂交
体细胞杂交和有性杂交
• 不是雌雄配子间的结合 • 完整遗传物质体细胞的融合 • 双亲染色体数的总和及全部细胞质
体细胞杂交的特点
可以在有性杂交困难的作物之间杂交成功, 扩展这些作物的育种资源，并有可能利用 融合之后的染色体消减和重组过程获得崭 新的体细胞杂种
缺点：由于细胞对抑制剂存在生理适应，在 去除抑制剂后，会出现抗性消失。
优良品种
利
细胞组织培养
用
R0
体
细 胞
R1群体
无 性 系
改良的体 互交测试 细胞无性系
确定遗传方式
变
田间试验
异
遗传稳定性测试
育
种
知识点总结：植物细胞工程
植物细胞工程知识点清单一、植物组织培养1、理论基础（原理）：细胞全能性2、全能性概念：具有某生物发育所需全部遗传信息的细胞，都具有发育成完整体的潜能。
3、过程：外植体—脱分化—愈伤组织—再分化—丛芽、不定根—新植株4、相关概念及实验注意事项①外植体：离体植物器官、组织、细胞②愈伤组织：高度液泡化，无固定形态的薄壁细胞。
全能性高，分化程度低③外植体消毒：70%酒精30s—无菌水冲洗—次氯酸钠30min—无菌水冲洗④取材：选取形成层部位⑤脱分化：23~26℃，避光⑥再分化：将愈伤组织转接到分化培养基，光照下培养⑦生长素/细胞分裂素：比值高—促进生根；比值低—促进发芽5、植物组织培养概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官，组织，细胞培养在人工配置的培养基上，诱导其产生愈伤组织，丛芽，最终形成完整的植株。
6、地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。
二、植物体细胞杂交1、植物体细胞杂交概念：将不同种的植物细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的过程。
2、过程及注意事项：①去除细胞壁：酶解法（纤维素酶、果胶酶），获得原生质体②原生质体融合方法：物理法（离心、震荡、电刺激）；化学法：聚乙二醇③细胞融合成功的标志：杂种细胞再生细胞壁3、融合结果：获得杂种细胞，进而获得杂种植株。
A细胞+B细胞所得杂种植株遗传物质=A+B4、成功例子：番茄—马铃薯；烟草—海岛烟草；胡萝卜—羊角芹；白菜—甘蓝5、优点：克服远缘杂交不亲和障碍6、局限性：不能按照人的要求表达性状三、植物细胞工程应用1、微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖（观赏植物，经济林木，无性繁殖作物）2、作物脱毒：采用茎尖等分生区组织培养来除去病毒（因为分生区附近的病毒极少或没有）如：马铃薯；草莓；甘蔗；菠萝、香蕉等经济作物3、人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。
细胞工程学第三版知识点总结归纳
细胞工程学第三版知识点总结归纳一、细胞工程概述。
1. 定义。
- 细胞工程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。
2. 研究内容。
- 动植物细胞与组织培养，细胞融合（如植物体细胞杂交、动物细胞融合），细胞核移植，染色体工程，胚胎工程等。
3. 细胞工程的发展历程。
- 起步阶段：20世纪初，植物组织培养技术开始发展，Haberlandt提出细胞全能性概念，为细胞工程奠定了理论基础。
- 发展阶段：20世纪中叶后，植物细胞工程取得了一系列成果，如植物体细胞杂交等。
动物细胞工程也逐渐兴起，包括动物细胞培养技术的不断完善等。
- 现代细胞工程：随着基因工程等现代生物技术的发展，细胞工程与之相结合，在生物制药、动植物品种改良等多方面发挥着越来越重要的作用。
二、植物细胞工程。
1. 植物细胞的全能性。
- 概念：植物的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整植株的遗传能力。
- 实现全能性的条件：细胞处于离体状态、提供适宜的营养物质（如大量元素、微量元素、有机物等）、植物激素（如生长素和细胞分裂素的比例合适）、适宜的环境条件（温度、光照、pH等）。
2. 植物组织培养。
- 基本过程。
- 外植体选取：通常选择植物的幼嫩组织或器官，如茎尖、根尖、叶片等。
- 消毒：对外植体进行严格的消毒处理，以防止微生物污染。
- 接种：将消毒后的外植体接种到含有营养物质和植物激素的培养基上。
- 脱分化：外植体在适宜条件下形成愈伤组织，愈伤组织细胞的特点是排列疏松、无规则，是一种高度液泡化的薄壁细胞。
- 再分化：愈伤组织在一定条件下重新分化形成根、芽等器官，进而发育成完整植株。
- 培养基的组成。
- 大量元素：包括N、P、K、Ca、Mg、S等，提供植物生长所需的基本营养。
- 微量元素：如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl等，虽然需求量少，但对植物生长发育不可或缺。
细胞工程
细胞工程技术的应用
优质植物快速培育与繁殖 动物胚胎工程快速繁殖优良、濒危品种 利用动植物细胞培养生产活性产物、药品。 新型动植物品种的培育。 在医学器官修复或移植中的应用。 制备转基因动植物的生物反应器。 珍稀动植物资源的保存与保护。 在遗传学、发育生物学等领域的理论研究。 在能源、环境保护等领域的应用
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1959年，张明觉以家兔为实验材料，从一只交配后12h 的母兔子宫中冲取精子(即体内获能的精子)，从另外两只 超数排卵处理母兔的输卵管中收集卵子，精子和卵子在体 外人工配制的溶液中完成受精过程，然后，正常卵裂的36 枚胚胎被移植到6只受体兔的输卵管中，其中4只妊娠，并 产下15只健康仔兔，这是世界上首批试管动物，它们的正 常发育标志着体外受精技术的建立。
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培养方法：
（1）分批培养：在新鲜培养基中加入少量 细胞，在培养过程中不加入，也不放出培 养液的做法。
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（2）半连续培养 培养一段时间后，部分培养液与新鲜培 养液交换 （3）连续培养法 培养过程中，不断抽取悬浮培养物并注 入等量新鲜培养基。 恒浊培养（菌体浓度、生长浓度恒定） 恒化培养（营养物质浓度基本恒定）
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4） 细胞器移植技术
277次乳腺细胞核 移植实验； 获得29个发育为8 细胞的“胚”；
13头代孕母亲；
1996 年 7 月 5 日 ， 羊 羔 6LL3 ， 被 命 名为“多莉”。
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5）染色体工程技术
染色体工程是按人们的需要来添加、削减或 替换生物的染色体的一种技术。主要分为动 物染色体工程和植物染色体工程。
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（3）细胞融合技术
两个或多个细胞相互接触后，其细胞发生 分子重排，导致细胞合并、染色体等遗传 物质重组的过程称为细胞融合。细胞融合 是细胞工程的重要基本技术，过程包括： 制备原生质体 诱导细胞融合（一定的比例，物理、化学 或生物方法） 筛选杂合细胞。
第二章细胞工程的理论基础
在植物的组织培养中，从一块外植体形成典型的愈伤组织，大致要 经历三个时期：启动期、分裂期和形成期 起动期通过一些刺激因素(如机械损伤、改变光照强度)和激素的诱 导作用，使外植体细胞的合成代谢活动加强 植物组织培养中诱导外植体细胞分裂形成的愈伤组织，大都不是损 伤的结果。
常用细胞分裂素和生长素比例在1:l来诱导植物材料愈伤组织的形成。
•1970年Steward等用悬浮培养的胡萝卜 单个细胞培养成可育的胡萝卜植株。
1997年英国学者克隆出 “多莉”羊
2）细胞全能性的绝对性与相对性:
不是所有基因型的所有细胞在任何条件下都具有良好的培养反应; 细胞全能性也并不意味着任何细胞均可以直接产生植物个体; 动、植物细胞全能性的表现程度存在明显的差异。 高度分化的植物细胞 保持着全能性
细胞分化的分子基础
1、细胞分化是基因选择性的表达的结果 根据与细胞分化的关系细胞中基因分为两大类：
管家基因（house
keeping gene)
维持细胞最基本生命活动所不可缺少的基因，对分化只起辅助作用 的基因。这些基因在各类细胞 中都可以表达。
奢侈基因（luxury
gene)
编码特异性蛋白的基因，与各种分化细胞的特定性状直接相关。这 类基因对细胞自身生存无直接影响。这些基因只有在特定的分化细 胞 中表达。 2、细胞分化的实质是基因的选择性表达
4.温度
愈伤组织诱导培养时，温度可以适当提高，而分化温度比诱导温度 要低。如烟草，愈伤组织生长时33℃仍可良好生长，而分化则必需 在18℃条件下才适宜。 与光周期相似，某些需要通过低温春化的植物，在离体培养中器 官形成有时也需要低温处理，特别时对于某些特殊目的的培养，需 要考虑这一因素，如菊苣根培养产生的愈伤组织，诱导分化时经低 温处理可形成花芽，而在25℃下培养只能形成营养芽。
细胞工程原理
1972年，Carlson等利用原生质体融合在两个烟草属中进行种间杂交。
1974年，Murashige等利用细胞分裂素诱导茎尖侧芽分枝。Zaenen和 Larebeke分别发现土壤农杆菌（Agribacterium）中的根瘤诱导的主要 成分是Ti质粒。 1978年，Melchers等进行了番茄和马铃薯的体细胞杂交。
1979年，Marton提出了利用植物原生质体和土壤农杆菌共培养的方 法进行转化。 1981年，Larkin和Scowcroft引入“体细胞无性系变异（Somaclonal variation）”这一术语。 1982年，Krens等的工作证明，原生质体可以摄入裸露的DNA，表明 可以用外源DNA对原生质体进行遗传转化。 1982年，Zimmermann利用电刺激进行原生质体融合。 1985年，Horsch等用土壤农杆菌对叶盘进行感染和转化，并得到再生 的转化植株。
– 通常在胚胎发育早期，在某一胚域内具有分化成几种 器官和组织的能力(多分化能力)，但随着发育的进行， 分化能力就会受到限定。
植物组织培养技术
一、植物组织培养的概念
1. 概 念 植物组织培养（Plant tissue culture） 广义上是指无菌条件下，在特定的培养基上 对离体的植物器官、组织、细胞和原生质体 甚至包括完整植株进行培养的技术。
2.主要特征 （1）在培养容器中进行； （2）无菌培养环境，排除了微生物如真菌、细菌以 及害虫等的侵入； （3）各种环境因子如营养因子、激素因子以及光照、 温度等物理因子处于人工控制之下，并可达到最适条件。
（4）通常打破了正常的植物发育过程和格局；
（5）随着单细胞和原生质体培养技术的发展，对植 物显微结构进行操作成为可能。
（4）组织培养（Tissue Culture）：如分生组织、薄壁组织、输导组织培 养。 （5）细胞培养（Cell Culture）：指对单细胞或较小的细胞团进行培养。 （6）原生质体培养（Protoplast Culture）：指对去掉细胞壁后所获得的 原生质体进行培养。
细胞工程的原理和方法
细胞工程的原理和方法一、引言细胞工程是一门集生物学、工程学和医学等多学科知识于一体的新兴科学领域。
它的目标是利用工程学的原理和方法研究、设计、重建和操纵生物细胞，以解决生物医学和生物工程学上的难题。
细胞工程有着广泛的应用前景，包括组织工程、再生医学、药物筛选和基因治疗等领域。
本文将详细介绍细胞工程的原理和方法，并探讨其在科学研究和应用中的潜力。
二、细胞工程的基本原理细胞工程的基本原理是通过对细胞的遗传信息、代谢途径和信号传导系统等进行分析和理解，进而利用工程学的方法对细胞进行定量描述和控制。
细胞工程的基础是细胞生物学和分子生物学等学科的研究成果，它借鉴了工程学的思维和方法，使得研究人员能够更好地理解和操纵细胞的行为。
三、细胞工程的重要方法3.1 遗传学工程遗传学工程是细胞工程中的关键方法之一。
它通过改变细胞的基因组，包括基因的表达水平和基因的序列等方面，实现对细胞行为和特性的调控。
遗传学工程的方法包括基因敲除、基因过表达、基因编辑和基因组纳米编辑等。
这些方法可以通过DNA重组技术、CRISPR-Cas9系统和RNA干扰等手段实现。
遗传学工程的发展为细胞研究和应用提供了强大的工具。
3.2 组织工程组织工程是细胞工程的重要应用之一，它旨在重建和修复受损组织和器官。
组织工程的核心是通过构建生物支架和种植合适的细胞，促进细胞定向分化和组织再生。
现代组织工程的关键技术包括细胞培养、生物打印和生物材料的设计与制备等。
组织工程的研究和应用有望实现人体组织器官的再生和替代，为临床医学提供更有效的治疗手段。
3.3 药物筛选药物筛选是细胞工程在药物研发领域的重要应用之一。
细胞工程可以构建疾病模型细胞，并利用高通量筛选技术对大量药物进行快速筛选。
药物筛选的关键技术包括细胞培养和处理、荧光探针和多参数分析等。
药物筛选的发展可以加快新药研发的速度，提高药物的效力和安全性。
3.4 基因治疗基因治疗是细胞工程在遗传疾病治疗领域的重要应用之一。
细胞工程作业
绪论1、细胞工程是一个什么样的学科？它的主要学科背景是什么？细胞工程定义是应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过类似于工程学的步骤在细胞整体水平或细胞器水平上，遵循细胞的遗传和生理活动规律，有目的地制造细胞产品的一门生物技术。
细胞工程的理论基础——细胞全能性其主要涉及的技术包括：细胞融合，细胞移植，染色体技术和细胞培养技术等总的来说，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。
当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。
通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。
2、细胞工程在现代生物技术中处于何种地位？细胞工程是作为廿一世纪的支柱产业的生物技术产业中的重中之重，截止20世纪末，全世界生物技术产品销售额已达1000亿美元。
生物技术产业作为一种新兴的高科技高附加值产业，越来越体现出其魅力所在，并逐渐占据现今社会经济的制高点，并进而成为廿一世纪的技术核心。
1996年度诺贝尔奖获得者美国化学家罗伯特.柯尔说：“本世纪是物理学和化学的世纪，下个世纪显然是生物学的世纪。
”3、细胞工程的主要研究内容和研究技术有哪些？其主要研究内容是应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的理论与方法，按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，研究技术有细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等技术。
5、追踪细胞工程研究与应用的最新进展，并预测其发展趋势？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。
高三生物一轮复习课件：第35讲 细胞工程
细胞分裂素浓度 品种B组织培养阶段
（μmol/L）
生长素浓度 （μmol/L）
Ⅰ诱导形成愈伤组织 m1
n1
Ⅱ诱导形成幼芽
m2
n2
Ⅲ诱导生根
m3
n3
（1）Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是_细__胞_分__化_程__度_低__，_容__易诱导产生愈伤组_。织 （2）在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是___Ⅰ_、__Ⅱ__、_Ⅲ_______阶段。 （3）为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比（m1>2．0）， 以0．5 μmol/L为梯度，设计5个浓度水平的实验，细胞分裂素最高浓度应设为
训练5．（2020年山东省高考生物试卷（新高考)·13）两种远缘植物的细胞融合后会导致一方 染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段 在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体 上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂 交获得了耐盐小麦新品种，过程如下图所示。下列说法错误的是（C ）
具有什么作用?
提示 ADC的抗体在生物
体内与特定目标细胞或组
织相结合,具有导向作用。 药物起治疗作用。
ADC的作用机制示意图
(2)除了细胞毒素,还有哪些物质理论上可以作为ADC偶联的药物? 提示 化学药物、抗癌药物等。
(3)单克隆抗体诊断试剂盒和ADC在临床应用上各具有什么优势? 提示 单克隆抗体诊断试剂盒具有特异性强、灵敏度高、可大量制备的优 势。ADC在临床上用于治疗癌症或其他疾病，具有疗效高、毒副作用小 的特点。
4.动物体细胞核移植技术和克隆动物 (1)原理: 细胞核的全能性 ,即动物细胞核中具有该种动物全套的遗传 信息。 (2)类型
【课外阅读】有关细胞的全能性
有关细胞的全能性
1.理论上：是生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能特性。
指已经分化的细胞仍然具有发育的潜能。
细胞全能性是细胞工程的理论基础。
2.表现上：一方面植物细胞中，高度分化的组织仍具有发育成完整植株的能力，也就是说仍保持着全能性。
而动物细胞的全能性随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，分化潜能较窄，可是高度分化动物细胞的细胞核仍具有全能性。
要想让体细胞的细胞核表现出全能性，需将核取出，放入去核的卵细胞中，构成重组细胞，然后重组细胞全能性表达得以实现。
另一方面，就同一生物的不同细胞，细胞全能性也不同，受精卵全能性最高，其次是生殖细胞而体细胞全能性较低。
3.物质基础：生物体的每一个细胞都含有本物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。
（4）细胞来源：生物体的细胞来源是通过有丝分裂形成的。
有丝分裂的意义所在就是使子细胞（体细胞）与母细胞（受精卵）核内的基因相同。
4.实现条件：生物体内已分化的细胞并没有表达出全能性来，是因为在生物体内基因的特异性表达。
在个体发育的不同时期，不同部位的细胞基因的表达不同，只有脱离了原来的生物体而处于离体状态时，再供给一定的营养物质、激素及其他适宜条件，才可能表现出全能性。
6.应用举例：植物组织培养技术用于快速繁殖试管苗、培养无病毒植株、制人工种子等。
花药离体培养用于单倍体育种，使育种质量与进程大大提高。
细胞工程理论基础
的细胞。
绝大多数有机体细胞属粘附型细胞，只有少数细胞类型如某些肿瘤细胞
和白细胞可在悬浮状态下生长。
细胞工程理论基础
贴附(粘附)型细胞
粘附:是大多数有机体细胞在体内 生存和生长发育的基本存在方式
病的治疗等
细胞工程理论基础
三、细胞培养的优点
细胞工程理论基础
1.研究的对象是活细胞
在实验过程中，根据要求可始终保持细胞活 力，并可长时间监控、检测甚至定量评估一部分 活细胞的情况，包括活细胞的形态、结构、生命 活动等。
细胞工程理论基础
2. 研究条件可以人为控制
可以根据需要，控制包括pH、温度、氧气、 二氧化碳、张力等物理化学的条件，同时，可以 施加化学、物理、生物等因素作为条件而进行实 验观察，这些因素同样可以处于严格控制之下。
细胞工程理论基础
组织培养的概念 组织培养这一名词实际上是一个通用名词， 习惯上泛指所有的体外培养。根据培养物 的不同可概括为三个不同概念：细胞培养、 组织培养和器官培养。
细胞工程理论基础
A：细胞培养：将组织块用机械方法或酶解法 分离成单个细胞，做成细胞悬液，再培养 于固体基质上，成单层细胞生长，或在培 养液中呈悬浮状态培养的技术称为细胞培 养。
细胞工程理论基础
四、细胞培养的缺点
细胞工程理论基础
现人工模拟体内环境的技术已经很高,
但, 人工所模拟的条件与体内实际情况 仍不完全相同. 当细胞被置于体外培养后,
生活在缺乏动态平衡的环境中,
久了，必然发生变化.
细胞工程理论基础
因此，对于体外培养的细胞，应该把他们视作 一种既能保持动物体内原细胞一定的性状、结构和 功能又具有某些改变的特定的细胞群体，而不能将 之与体内的细胞完全等同。
细胞工程知识点
细胞工程知识点1、细胞工程：以细胞为对象，应用生命科学理论,借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传性状，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。
2、细胞工程的应用:1)动植物快速繁殖技术：植物组织培养、人工种子、试管动物、克隆动物2)新品种的培育：细胞融合、细胞水平的重组3)细胞工程生物制品:单克隆抗体制备、疫苗生产4)细胞疗法与组织修复：2细胞工程理论基础1、细胞全能性:每个活的体细胞都具有像胚性细胞那样，经过诱导能分化发育成为一个新个体的潜在能力,并且具有母体的全部的遗传信息.2、细胞分化:指细胞在形态、结构和功能上发生差异的过程。
3、细胞的脱分化:在一定营养和刺激因素作用下，具有特定结构与功能的植物组织的细胞被诱导而改变原来的发育途径，逐步失去原来的分化状态，细胞特性消失，转变为具有分生机能的细胞,并进行活跃的细胞分裂，这一过程称为去分化. 3细胞工程技术1、实验室条件：组成：准备室、无菌间、操作间、培养室、分析室。
2、无菌技术、显微技术、细胞观察与分析、细胞分离、细胞保存与复苏(1）细胞保存方法传代培养保存法低温冷冻保存法(低温、超低温保存) 液体固化的方式（形成冰晶、形成无定型的玻璃化状态)玻璃化指液体转变为非晶态（玻璃态)的固定化过程,在此状态时，水分子没有发生重排，不产生结构和体积的变化,因此不会由于机械或溶液效应造成组织和细胞伤害，化冻后的细胞仍有活力。
冷冻方法（缓慢冷冻法、快速冷冻法预冷冻法包括逐级冷冻和两部冷冻）细胞复苏按一定复温速度将细胞悬液由冻存状态恢复到常温的过程。
复苏细胞一般采用快速融化法.以保证细胞外结晶快速融化,以避免慢速融化水分渗入细胞内，再次形成胞内结晶损伤细胞.细胞培养和代谢调控:1、细胞培养：模拟机体内生理条件，将细胞从机体中取出,在人工条件下使其生存、生长、繁殖和传代，进行细胞生命过程、细胞癌变、细胞工程等问题的研究。
2、细胞培养的操作方式：分批式培养、流加式培养、半连续式培养、连续式培养、灌流式培养。
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（二）细胞系 初代培养物开始第一次传代培养后的细胞，即称之 为细胞系。
有限细胞系 无限细胞系
(三)克隆细胞株 从一个经过生物学鉴定的细胞系用单细胞分离培养
或通过筛选购方法，由单细胞增殖形成的细胞群，称细 胞株。
(四)二倍体细胞 培养细胞染色体数目具有与原供体二倍细胞染色体数 相同或基本相同(2n细胞占75＞或80％以上)的细胞群， 称二倍体细胞培养。二倍体细胞在正常情况下具有限 生命期，故属有限细胞系。
特点：细胞呈活跃移动，可见细胞分裂，但不旺盛。与 体内原组织在形态结构和功能活动上相似性大。
传代期
传代：体内细胞生长在动态平衡环境中，而组织培养细胞 的生存环境是培养瓶、皿或其它容器，生存空间和营养是 有限的。当细胞增殖达到一定密度后，则需要分离出一部 分细胞和更新营养液，否则将影响细胞的继续生存，这一 过程叫传代。初代培养的细胞一经传代后便改称做细胞系 （Cell Line）。
2.主要表现 失去原有组织结构和细胞形态 分化减弱或不显 细胞趋向单一化；
3.提示 要正确认识体外培养细胞
是一种特定条件下生长的细胞群体。
（二）培养细胞的分化
1．不适应(Deadaption)： 表现为，细胞在原体内时所拥有的分化特性减弱或不显，
如肝细胞产生酪氨酸转移酶(Tyrosine Aminotranserase)特性的 丧失.
3. 研究的样本可以达到比较均一性
通过细胞培养一定代数后，所得到的细胞系 则可以达到均一性而属于同一类型的细胞，需要 时，可采用克隆化等方法使细胞达到纯化。
4. 研究内容便于观察、检测和记录
采用各种研究技术、记录方法：
研究: 倒置生物显微镜、荧光显微镜、电子显微镜、流 式细胞术、激光共焦显微镜、免疫组织化学、原 位杂交、同位素标记--
HeLa：为供体患者的性名(来源于宫颈癌) CHO：中国地鼠卵巢细胞(Chinese Hamster Ovary) 宫—743：富颈癌上皮细胞，1974年3月建立 NIH3T3；美国国立卫生研究所(National Institute of Health)建立, 每3天传代一次，每次接种3×106细胞／毫 升。
B：组织培养：将活体的一小片组织放在盛有 培养液的玻璃或塑料培养器皿中，待组织 块粘着后，沿底面平面移动生长的过程称 为组织培养。
从组织块中生长出来的仍然是细胞，细胞在
生长的同时也发生移动，至使组织培养难 以长时间维持其原有结构，结果也就成了 细胞培养。
C：器官培养：是指采取某些措施使器官的原 基、器官的一部分或整个器官在体外存活、
（一）核型变化 （二）永生化和恶变 （三）细胞性别
六、体外培养细胞的生存环境
（一）无污染环境 （二）温度 （三）气体环境和氢离子浓度
七、体外培养细胞生存所需基本物质
（一）糖 （二）氨基酸 （三）维生素 （四）促生长因子 （五）其它物质
第三节 建立细胞系或细胞株
一、体外培养细胞的种类和命名
（一）初代培养 初代培养又称原代培养，即直接从体内取出的细胞、 组织和器官进行的第一次的培养物。一旦已进行传代 培养(5ubculture)的细胞，便不再称为初代培养，而改 称为细胞系。
培 养 液：培养基种类和名称(一般要求不含抗生素)，血
清来源和含量。
细 胞 形 态：类型，如为上皮或成纤维细胞等。
核
型：二倍体或多倍体，标记染色体的有无。
无污染测验：包括细菌、真菌、支原体、原虫和病毒等。
物 种 检 测：检测同功酶，主要为G6PD和LDH，以证明细
胞有否交叉污染。
免 疫 检 测：一两种血清学检测。
细胞建立 者：建立者性名；检测者姓名。
四、细胞培养的缺点
现人工模拟体内环境的技术已经很高,
但, 人工所模拟的条件与体内实际情况 仍不完全相同. 当细胞被置于体外培养后,
生活在缺乏动态平衡的环境中,
久了，必然发生变化.
因此，对于体外培养的细胞，应该把他们视作 一种既能保持动物体内原细胞一定的性状、结构和 功能又具有某些改变的特定的细胞群体，而不能将 之与体内的细胞完全等同。
五、细胞培养的工作原则
有标准化的工作方法
培养用的液体极多（如培养液、胰蛋白酶、HANKS液 及 抗菌素等），应由专人负责，并保证做到按规程行事，配 制浓度准确，灭菌可靠，所有配好的溶液瓶上都要标明名 称、浓度、消毒与否和制备日期等。
一切培养用品都要有固定的存放点，避免杂乱无章，其 中尤其重要的是：培养用品与非培养用品应严格分开，已 消毒品与未消毒品应分别存放。
二、建立细胞系（或株）的要求
（一）组织来源 （二）细胞生物学检测 （三）培养条件和方法
三、已建立细胞系或株的签定、管理和使用
培 养 简 历：组织来源日期、物种、组织起源、性别、年龄、
供体正常或异常健康状态、细胞已传代数等。
冻 存 液：培养基和防冻液名称。
细 胞 活 力：融解前后细胞接种存活率和生长特性。
病的治疗等
三、细胞培养的优点
1.研究的对象是活细胞
在实验过程中，根据要求可始终保持细胞活 力，并可长时间监控、检测甚至定量评估一部分 活细胞的情况，包括活细胞的形态、结构、生命 活动等。
2. 研究条件可以人为控制
可以根据需要，控制包括pH、温度、氧气、 二氧化碳、张力等物理化学的条件，同时，可以 施加化学、物理、生物等因素作为条件而进行实 验观察，这些因素同样可以处于严格控制之下。
特点：在全生命期中此期的持续时间最长，细胞增殖旺
盛，并能维持二倍体核型。
衰退期 特点：此期细胞仍然生存，但增殖很慢或不增殖，
最后衰退凋亡。
（二）体外培养细胞一代生存期
所谓细胞的“一代”是指从细胞接种到分离再培养的一段时间。
潜伏期 指数增生期 停滞期
（三）单个细胞的生长过程
五、体外培养细胞的遗传学特征
单独行动 游离的单独的成纤维
样细胞， 常有几个伸长的 细胞突起
体外培养细胞类型（2）——成纤维细胞型
贴附生长型--类型
1. 与体内同名的细胞不完全相同 如：形态相似的成纤维细胞，可不同来源
自同一动物不同组织的成纤维样细胞相似但
发展趋向不同 2. 培养细胞的形态不稳定
条件改变，细胞形态可有变化
培养细胞形态不稳定
第二章 细胞工程的理论基础
山东师范大学生命科学学院
动物细胞与组织培养（cell and tissue culture） 是动物细胞工程的重要技术基础。
动物的细胞与组织培养是指从活的机体中 取出组织或细胞，模拟机体内生理条件， 在体外建立无菌、适温和一定营养条件等， 使之生长和生存，并维持其结构和功能的 技术。
来源 自血，脾或骨髓， 尤以血中白细胞 癌肿细胞也可能
特点 在悬浮中生长良好 细胞圆形，单个或小细胞团
优点 生存空间大，提供数量大 传代方便(不需消化) 易于收获 可获得稳定状态
缺点 观察不方便 很多细胞不能悬浮生长(尤以正常细胞)
三、培养细胞的生长特点
（一）贴附 （二）接触抑制 （三）密度抑制
四、培养细胞的生长和增殖过程
（一）组织培养细胞生命期(Life Span of Culture Cells)
所谓培养细胞生命期，是指细胞在培养中持续增殖和生长 的时间。包括原代培养期、传代培养期及衰退期。
正常培养的细胞周期
原代培养(Primary Culture)期 也称初代培养，即从体内取出组织接种培养到第一 次传代阶段，一般持续1-4周。
其它，不定型
上皮细胞型
名称：仅形态上似体内，实际上不完全等于-来源：来源于外胚层，内胚层细胞
如：皮肤及其衍生物 消化道，乳腺，肺泡 上皮性肿瘤
形态：类似体内的上皮细胞 扁平，不规则多角形，中有圆形核
生长特点
易相连成片
相靠—紧密相连—成
薄
层
—
铺石状
生长时呈膜状移动
很少脱离细胞群而单 个活动
体外培养细胞类型（1）——上皮细胞型
血清 Hela
高血清
低血清
成纤维细胞样 上皮样细胞
pH Hela 太酸或太碱 标准pH
成纤维细胞样 上皮样细胞
细胞密度 3T3 低密度
高密度
成纤维细胞样 上皮样细胞
生长状态改变 悬浮或贴附 悬浮
圆形
转化与否未转化
成纤维样
贴附
成纤维或上皮样
转化后
可成上皮样
悬浮生长型
概念
培养时不贴附于底物而呈悬浮状态生长 或以机械方法使保持悬浮状态下生长
组织培养的概念
组织培养这一名词实际上是一个通用名词， 习惯上泛指所有的体外培养。根据培养物 的不同可概括为三个不同概念：细胞培养、 组织培养和器官培养。
A：细胞培养：将组织块用机械方法或酶解法 分离成单个细胞，做成细胞悬液，再培养 于固体基质上，成单层细胞生长，或在培 养液中呈悬浮状态培养的技术称为细胞培 养。
绝大多数有机体细胞属粘附型细胞，只有少数细胞类型如某些肿瘤细胞
和白细胞可在悬浮状态下生长。
贴附(粘附)型细胞
粘附:是大多数有机体细胞在体内 生存和生长发育的基本存在方式
含义 两方面
结果 基于粘附特性，使细胞与细胞之间相互结合形成组织，
有机体的绝大多数细胞必须
粘附于一固相表面 才能生存和生长。
培养时：这些细胞被放到体外环境中以后,同样需要粘附于 某一固相表面才能生存和生长，因而属于粘附型细胞。
粘附(锚定或锚着)依赖型(性)细胞：唯有粘附 于固相表面才能生存的细胞
类型
细胞在体内、外的粘附方式：存在差异
体内：粘附是全方位
外形具有复杂的立体特征
体外：多数情况，细胞只有一个附着平面
外形一般与体内时明显不同
按照培养细胞粘附生长时的主要形态，可分为几大类型
分类
根据形态大致的不同，主要2类：