概念

細(xì)胞工程(Cell engineering)：

(高中概念)是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的方法，通過某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)，從而獲得新型生物或特種細(xì)胞產(chǎn)品、或產(chǎn)物的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。

(大學(xué)概念)是指以細(xì)胞為對象，應(yīng)用生命科學(xué)理論，借助工程學(xué)原理與技術(shù)，有目的地利用或改造生物遺傳特性，以獲得特定的細(xì)胞、組織產(chǎn)品或新型物種的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。

細(xì)胞工程與基因工程一起代表著生物技術(shù)最新的發(fā)展前沿，伴隨著試管植物、試管動物、轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器等相繼問世，細(xì)胞工程在生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

(更具體概念)是指應(yīng)用現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的理論與方法，按照人們的需要和設(shè)計，在細(xì)胞水平上的遺傳操作，重組細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和內(nèi)含物，以改變生物的結(jié)構(gòu)和功能，即通過細(xì)胞融合、核質(zhì)移植、染色體或基因移植以及組織和細(xì)胞培養(yǎng)等方法，快速繁殖和培養(yǎng)出人們所需要的新物種的生物工程技術(shù)。

21世紀(jì)合成生物學(xué)的發(fā)展，采用計算機(jī)輔助設(shè)計、DNA或基因合成技術(shù)，人工設(shè)計細(xì)胞的信號傳導(dǎo)與基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，乃至整個基因組與細(xì)胞的人工設(shè)計與合成，從而刷新了基因工程與細(xì)胞工程技術(shù)，并將帶來生物計算機(jī)、細(xì)胞制藥廠、生物煉制石油等技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命。

 特點

1、前沿性：現(xiàn)代生物技術(shù)的熱點

2、爭議性：新技術(shù)給倫理道德帶來的沖擊

3、綜合性：多學(xué)科交叉

4、應(yīng)用性：工程類課程，重在產(chǎn)品與技術(shù)

種類

根據(jù)細(xì)胞類型的不同，可以把細(xì)胞工程分為植物細(xì)胞工程和動物細(xì)胞工程兩大類。

植物細(xì)胞工程

常用技術(shù)手段：植物組織培養(yǎng)，植物體細(xì)胞雜交。

理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性。

植物組織培養(yǎng)

植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍：快速繁殖、培育無病毒植物，通過大規(guī)模的植物細(xì)胞培養(yǎng)來生產(chǎn)藥物、食品添加劑、香料、色素和殺蟲劑等。

植物體細(xì)胞雜交

植物體細(xì)胞雜交是用兩個來自于不同植物的體細(xì)胞融合成一個雜種細(xì)胞，并且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法。

動物細(xì)胞工程

常用的技術(shù)手段：動物細(xì)胞培養(yǎng)、動物細(xì)胞融合、單克隆抗體、胚胎移植、核移植等(動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是其他動物細(xì)胞工程技術(shù)的基礎(chǔ))

動物細(xì)胞培養(yǎng)

動物細(xì)胞能夠分泌蛋白質(zhì)，如抗體等。但是單個細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)的量是很少的，要借助于大規(guī)模的動物細(xì)胞培養(yǎng)獲得大量的分泌蛋白。

動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用

生產(chǎn)許多有重要價值的蛋白質(zhì)生物制品，如病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等。

動物細(xì)胞融合

動物細(xì)胞融合技術(shù)最重要的用途，是制備單克隆抗體。

單克隆抗體

要想獲得大量的單一抗體，必須用單個B淋巴細(xì)胞進(jìn)行無性繁殖，也就是通過克隆，形成細(xì)胞群，這樣的細(xì)胞群就有可能產(chǎn)生出化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強(qiáng)的抗體——單克隆抗體。

單克隆抗體的應(yīng)用

“生物導(dǎo)彈”，將藥物定向帶到癌細(xì)胞所在部位，消滅了癌細(xì)胞不傷害健康細(xì)胞。

生物技術(shù)發(fā)展到今天，細(xì)胞則成了科學(xué)家們隨意發(fā)揮想象力的樂園，他們甚至可以把生命像積木那樣組裝起來，進(jìn)行細(xì)胞水平上的生命組合游戲。生命組合的一個最具代表性的游戲是美國耶魯大學(xué)教授克萊白特·L·馬格特和羅伯特·M·彼德斯的杰作。他們在黑毛鼠、白毛鼠、黃毛鼠的受精卵分裂成8個細(xì)胞時用特制的吸管把8細(xì)胞胚吸出輸卵管，然后用一種酶將包裹在各個胚胎上的粘液溶解，再把這三種鼠的8細(xì)胞胚放在同一溶液中使之組裝成一個具有24個細(xì)胞的“組裝胚”。馬格特和彼德斯把“組裝胚”移植到一只老鼠的子宮內(nèi)，不久，一只奇怪的組裝鼠問世了，這只組裝鼠全身披著黃、白、黑三種不同顏色的皮毛。迄今為止，除組裝鼠外，英國和美國還組裝成功了綿羊和山羊的嵌合體——綿山羊。據(jù)說，世界各國科研人員熱情高漲，正在組裝“五位一體”。“六位一體”的生物，實在想象不出那樣的生物會是什么樣子。

細(xì)胞工程的應(yīng)用

細(xì)胞工程作為科學(xué)研究的一種手段，已經(jīng)滲入到生物工程的各個方面，成為必不可少的配套技術(shù)。在農(nóng)林、園藝和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中，細(xì)胞工程正在為人類做出巨大的貢獻(xiàn)。

1.糧食與蔬菜生產(chǎn)

利用細(xì)胞工程技術(shù)進(jìn)行作物育種，是迄今人類受益最多的一個方面。我國在這一領(lǐng)域已達(dá)到世界先進(jìn)水平，以花藥單倍體育種途徑，培育出的水稻品種或品系有近百個，小麥有30個左右。其中河南省農(nóng)科院培育的小麥新品種，具有抗倒伏、抗銹病、抗白粉病等優(yōu)良性狀。

在常規(guī)的雜交育種中，育成一個新品種一般需要8～10年，而用細(xì)胞工程技術(shù)對雜種的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)，可大大縮短育種周期，一般提前2～3年，而且有利優(yōu)良性狀的篩選。前面已介紹過的微繁殖技術(shù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有廣泛的用途，其技術(shù)比較成熟，并已取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。例如，我國已解決了馬鈴薯的退化問題，日本麒麟公司已能在1000升容器中大量培養(yǎng)無病毒微型馬鈴薯塊莖作為種薯，實現(xiàn)種薯生產(chǎn)的自動化。通過植物體細(xì)胞的遺傳變異，篩選各種有經(jīng)濟(jì)意義的突變體，為創(chuàng)造種質(zhì)資源和新品種的選育發(fā)揮了作用?，F(xiàn)已選育出優(yōu)質(zhì)的番茄、抗寒的亞麻、以及水稻、小麥、玉米等新品系。有希望通過這一技術(shù)改良作物的品質(zhì)，使它更適合人類的營養(yǎng)需求。

蔬菜是人類膳食中不可缺少的成分，它為人體提供必需的維生素、礦物質(zhì)等。蔬菜通常以種子、塊根、塊莖、插扦或分根等傳統(tǒng)方式進(jìn)行繁殖，化費成本低。但是，在引種與繁育、品種的種性提純與復(fù)壯、育種過程的某些中間環(huán)節(jié)，植物細(xì)胞工程技術(shù)仍大有作為。例如，從國外引進(jìn)蔬菜新品種，最初往往只有幾粒種子或很少量的塊根、塊莖等。要進(jìn)行大規(guī)模的種植，必須先大量增殖，這就可應(yīng)用微繁殖技術(shù)，在較短時間內(nèi)迅速擴(kuò)大群體。在常規(guī)育種過程中，也可應(yīng)用原生質(zhì)體或單倍體培養(yǎng)技術(shù)，快速繁殖后代，簡化制種程序。另外，還可結(jié)合植物基因工程技術(shù)，改良蔬菜品種。

2.園林花卉

在果樹、林木生產(chǎn)實踐中應(yīng)用細(xì)胞工程技術(shù)主要是微繁殖和去病毒技術(shù)。幾乎所有的果樹都患有病毒病，而且多是通過營養(yǎng)體繁殖代代相傳的。用去病毒試管苗技術(shù)，可以有效地防止病毒病的侵害，恢復(fù)種性并加速繁殖速度。目前，香蕉、柑橘、山楂、葡萄、桃、梨、荔枝、龍眼、核桃等十余種果樹的試管苗去病毒技術(shù)，已基本成熟。香蕉去病毒試管苗的微繁殖技術(shù)已成為產(chǎn)業(yè)化商品化的先例之一。因為香蕉是三倍體植物，必須通過無性繁殖延續(xù)后代，傳統(tǒng)方法一般采用芽繁殖，感病嚴(yán)重，繁殖率低;而采用去病毒的微繁殖技術(shù)不僅改進(jìn)了品質(zhì)，畝產(chǎn)量約提高30%～50%，很容易被蕉農(nóng)接受。

近年來，對經(jīng)濟(jì)林木組織培養(yǎng)技術(shù)的研究也受到很大的重視。采用這一技術(shù)可比常規(guī)方法提前數(shù)年進(jìn)行大面積種植。特別是有些林木的種子休眠期很長，常規(guī)育種十分費時。據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)已研究成功的林木植物試管苗已達(dá)百余種，如松屬、桉樹屬、楊屬中的許多種，還有泡桐、槐樹、銀杏、茶、棕櫚、咖啡、椰子樹等。其中桉樹、楊樹和花旗松等大面積應(yīng)用于生產(chǎn)，澳大利亞已實現(xiàn)桉樹試管苗造林，用幼芽培養(yǎng)每年可繁殖40萬株。

植物細(xì)胞工程技術(shù)使現(xiàn)代花卉生產(chǎn)發(fā)生了革命性的變化。1960年，科學(xué)家首次利用微繁殖技術(shù)將蘭花的愈傷組織培養(yǎng)成植株后，很快形成了以組織培養(yǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)化生產(chǎn)體系——蘭花工業(yè)?，F(xiàn)在，世界蘭花市場上有150多種產(chǎn)品，其中大部分都是用快速微繁殖技術(shù)得到的試管苗。從此，市場供應(yīng)擺脫了氣候、地理和自然災(zāi)害等因素的限制。至今，已報道的花卉試管苗有360余種。已投入商業(yè)化生產(chǎn)的有幾十種。我國對康乃馨、月季、唐昌蒲、菊花、非洲紫羅蘭等品種的研究較為成熟，有的也已商品化，并有大量產(chǎn)品銷往港澳及東南亞地區(qū)。

3.臨床醫(yī)學(xué)與藥物

自1975年英國劍橋大學(xué)的科學(xué)家利用動物細(xì)胞融合技術(shù)首次獲得單克隆抗體以來，許多人類無能為力的病毒性疾病遇到了克星。用單克隆抗體可以檢測出多種病毒中非常細(xì)微的株間差異，鑒定細(xì)菌的種型和亞種。這些都是傳統(tǒng)血清法或動物免疫法所做不到的，而且診斷異常準(zhǔn)確，誤診率大大降低。例如，抗乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg)的單克隆抗體，其靈敏度比當(dāng)前最佳的抗血清還要高100倍，能檢測出抗血清的60%的假陰性。

近年來，應(yīng)用單克隆抗體可以檢查出某些還尚無臨床表現(xiàn)的極小腫瘤病灶，檢測心肌梗死的部位和面積，這為有效的治療提供方便。單克隆抗體并已成功地應(yīng)用于臨床治療，主要是針對一些還沒有特效藥的病毒性疾病，尤其適用于抵抗力差的兒童。人們正在研究“生物導(dǎo)彈”——單克隆抗體作載體攜帶藥物，使藥物準(zhǔn)確地到達(dá)癌細(xì)胞，以避免化療或放射療法把正常細(xì)胞與癌細(xì)胞一同殺死的副作用。

單克隆抗體可以精確地檢測排卵期。新一代免疫避孕藥也在研制之中，其基本原理是用精子，卵透明帶或早期胚胎來制備單克隆抗體，將它們注入婦女體內(nèi)，人體就會產(chǎn)生對精子的免疫反應(yīng)，從而起到避孕作用。人類體外受精技術(shù)的日趨成熟，使人類對生育活動有了較大的選擇余地，促進(jìn)優(yōu)生優(yōu)育，提高人口素質(zhì)，也為不孕癥患者或不宜生育的人帶來福音。

生物藥品主要有各種疫苗、菌苗、抗生素、生物活性物質(zhì)，抗體等，是生物體內(nèi)代謝的中間產(chǎn)物或分泌物。過去制備疫苗是從動物組織中提取，得到的產(chǎn)量低而且很費時?，F(xiàn)在，通過培養(yǎng)、誘變等細(xì)胞工程或細(xì)胞融合途徑，不僅大大提高了效率，還能制備出多價菌苗，可以同時抵御兩種以上的病原菌的侵害。用同樣的手段，也可培養(yǎng)出能在培養(yǎng)條件下長期生長、分裂并能分泌某種激素的細(xì)胞系。1982年美國科學(xué)家用誘變和細(xì)胞雜交手段，獲得了可以持續(xù)分泌干擾素的體外培養(yǎng)細(xì)胞系，現(xiàn)已走向應(yīng)用。

4.繁育優(yōu)良品種

目前，人工受精、胚胎移植等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn)。精液和胚胎的液氮超低溫(-196攝氏度)保存技術(shù)的綜合使用，使優(yōu)良公畜、禽的交配數(shù)與交配范圍大為擴(kuò)展，并且突破了動物交配的季節(jié)限制。另外，可以從優(yōu)良母畜或公畜中分離出卵細(xì)胞與精子，在體外受精，然后再將人工控制的新型受精卵種植到種質(zhì)較差的母畜子宮內(nèi)，繁殖優(yōu)良新個體。綜合利用各項技術(shù)，如胚胎分割技術(shù)、核移植細(xì)胞融合技術(shù)、顯微操作技術(shù)等，在細(xì)胞水平改造卵細(xì)胞，有可能創(chuàng)造出高產(chǎn)奶牛、瘦肉型豬等新品種。特別是干細(xì)胞的建立，更展現(xiàn)了美好的前景。

圖書信息

書 名: 細(xì)胞工程

作　者：潘求真

出版社： 哈爾濱工程大學(xué)出版社

出版時間： 2009-7-1

ISBN: 9787811334883

開本： 16開

定價: 45.00元

內(nèi)容簡介

細(xì)胞工程是細(xì)胞水平的生物技術(shù)，也是該領(lǐng)域中最先應(yīng)用于生產(chǎn)實踐并取得顯著效益的應(yīng)用學(xué)科。本書較全面、系統(tǒng)地介紹了細(xì)胞工程的基本原理、基本技術(shù)及其應(yīng)用以及學(xué)科的最新研究成果。全書共分細(xì)胞工程學(xué)基礎(chǔ)、植物細(xì)胞工程、動物細(xì)胞工程、微生物細(xì)胞工程和組織細(xì)胞工程等共二十章。各章在全面總結(jié)已有研究成果的基礎(chǔ)上，著重對其在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用狀況和原理進(jìn)行全面的介紹。每章后面附有思考題以便于學(xué)生復(fù)習(xí)掌握。

本書可用作綜合院校、師范院校以及農(nóng)林院校生物技術(shù)、生物工程及其他生命科學(xué)專業(yè)的細(xì)胞工程課程的教材，也可供其他院校有關(guān)專業(yè)的相關(guān)課程選用，同時也適用于生物及醫(yī)學(xué)研究人員閱讀參考使用。

圖書目錄

第一編 細(xì)胞工程基礎(chǔ)

第二章 細(xì)胞工程實驗室及基本技術(shù)

第二編 值物細(xì)胞工程

第三章 植物細(xì)胞工程的基本原理

第四章 植物組織培養(yǎng)與器官培養(yǎng)

第五章 植物細(xì)胞培養(yǎng)

第六章 植物原生質(zhì)體培養(yǎng)和細(xì)胞融合

第七章 人工種子

第八章 植物離體培養(yǎng)下的遺傳變異與種質(zhì)離體保存

第九章 細(xì)胞工程的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)

第十章 動物細(xì)胞培養(yǎng)的基本條件

第十一章 動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

第十二章 細(xì)胞融合

第十三章 染色體工程

第十四章 胚胎工程

第十五章 克隆動物

第十六章 轉(zhuǎn)基因動物

第十七章 干細(xì)胞技術(shù)

第十八章 組織工程

第十九章 細(xì)胞工程的應(yīng)用

第二十章 微生物細(xì)胞工程

附錄

參考文獻(xiàn)