《细胞工程》讲义.docx

CELL ENGINEERING 1 - 细胞工程讲义 细胞工程讲义 第一章 绪论 细胞生物学研究细胞基本生命活动规律的科学，它在不同层次研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡，信号传递，真核细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等为主要内容。 细胞工程就是人们按照自己的愿望，通过各种物理和化学手段改造细胞的结构、调控细胞功能与生理活动过程，以期更好地创造特定功能或用途的细胞、组织器官、新物种或新产品来满足人们的需要。 1.1 生物工程（生物技术） 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： （1）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；（2）工业规模地利用现有生物体系，制备生物产品；（3）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； （4）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 ；生化工程 现代生物技术特征：多学科性；商业性；规模化 1.2 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。 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： 植物组织培养技术；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。 1.3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 1.4 植物细胞工程的发展 植物细胞工程是一门以植物组织和细胞的离体操作为基础的实验性学科。 在离体条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变， 从而改良品种或创造新物种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质的过程统称为植物细胞工程。 植物细胞工程是在植物组织培养的基础上发展起来的，因此，植物细胞工程亦是广义概念上的植物组织培养。 一．探索阶段 在这一阶段中，细胞学说的产生和细胞全能性学说的提出为组织培养技术的产生奠定了理论基础。在这些理论的指导下所开展的有关试验，对组织培养技术的建立进行了有益的探索。Schleiden和Schwann分别于1838年和1839年提出“细胞学说”（cell theory）。Schwann在1839年更明确的指出：“如果具有与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独立生活和发展”。德国著名植物学家G. Haberlandt在细胞学说的基础上于1902年提出“细胞全能性学说”。他认为，高等植物的组织、器官可以不断分割，直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。 二．培养技术建立阶段 作为一门技术，它必须具有一定的程序性。也就是说，它应该具有一定的技术模式。 在这一阶段，植物组织培养建立了两个与培养技术有关的重要模式，一是培养基模式，二是激素调控模式。 应用研究阶段 组织培养领域的研究迅速在世界各国的有关实验室广泛展开。 技术体系更加完善。这一阶段的技术体系包括：根据不同的培养目的外植体的取材和灭菌方法，不同外植体及其培养产物的培养程序，适合于不同植物种类和外植体类型的培养基等。 形成了较为完整的理论体系。在植物组织培养研究的基础上，植物细胞工程现已形成了以细胞全能性为基本理论基础，以细胞脱分化和再分化调控为中心的理论体系。 4.研究目的性更加明确，并已广泛应用到生物科学研究的各个领域，以细胞工程为基础的新型生物技术产业正在兴起。 四．植物细胞工程应用 育种上 ：将常规技术与植物组培技术相结合，可获得常规技术难以或无法获得的种质材料，缩短育种周期，提高育种效率。 快速获得特殊倍性材料；克服远缘杂交不亲和；克服杂种胚早期夭折；导入外源基因；突变体筛选；种质资源保存；细胞培养生产有用次生产物；在细胞生物学和发育生物学研究中的应用；在植物遗传、生理生化以及植物病理等基础研究中的应用。 1.5 动物物细胞工程的发展 一．融合现象的发现 19世纪30年代，Mull