《细胞工程》共11章,主要包括植物细胞工程、动物 细胞工程和微生物细胞工程等相关内容。全书以细胞工程技术为主线,突出
其基本概念,兼顾基础知
识和前沿领域,注重现代生命科学领域的新技术应用。《细胞工程》可作为生物技术、生物科学和生物工程专业的专业课教材,也可供
从事生命科学研究的科研技术人员参考使用。 细胞工程_刘士旺_科学出版社_

**章 绪 论
细胞工程(cell engineering)是以生物的细胞、组织或器官为研究对象,运用工程学原理,通过
类似于工程学的研究方法设计研究目标,按照人们的意愿在细胞器水平上改变细胞内的遗传物
质,以获得新的生物物种、生物品种或特种生物细胞产品的一门综合性工程学科。细胞工程与基
因工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程一起构成了生物学学科中新兴的生物工程研究领域。
细胞工程不但丰富和拓展了生物工程研究的内容,促进了生物工程应用研究的发展,而且
使传统生物学认为不可能发生的生物事件成为可能,在后基因组时代,细胞工程可以大显身
手。众所周知,生物界总是亲子相像、世代相传,这是由于子代和亲代之间具有相同或相似的
遗传信息。要想创造出新品种,传统方法是进行不同生物间的有性杂交,此法必须考虑不同物
种间的亲缘关系���但是,由于物种间的生殖隔离,不同物种间的远缘杂交是无法实现的。例
如,猪和牛、霉菌和大肠杆菌、马铃薯和番茄等,应用传统方法很难实现杂交育种。而采用细胞
工程,可以使不同物种间的杂交成为可能。例如,在植物细胞工程方面,马铃薯和番茄细胞融
合培育出了马铃薯番茄(pomato)植株;在动物细胞工程方面,通过人和小鼠细胞杂交实验搞
清了人的许多基因在染色体上的位置,人的某些基因在猪的胚胎发育中得到表达,为胚胎工程
提供了广阔的前景。另外,利用细胞工程技术进行胚胎干细胞的研究,使基因**、细胞**和
器官移植成为可能;试管动物和胚胎移植的研究,使优良畜种快繁和品种改良得以迅速发展。
**节 细胞工程的研究内容和任务
一、研究内容
(一) 按照细胞工程研究种类,细胞工程可以分为三类
1.植物细胞工程
以植物细胞为实验材料,进行实验目标设计和操作,创造新的植物品种或者培育新的植物
性状的工程创造技术。
2.动物细胞工程
以动物细胞为实验材料,进行实验目标设计和操作,创造新的动物品种或者培育新的动物
性状的工程创造技术。
3.微生物细胞工程
以微生物细胞为实验材料,进行实验目标设计和操作,创造新的微生物品种或者培育新的
微生物性状的工程创造技术。
(二) 按照细胞工程操作对象,细胞工程可以分为四类
1.细胞培养工程
组织、器官或细胞培养(tissue ,organ or cell culture)指利用生物体各部分组织、器官或细
胞进行离体培养( in vitro culture)或者扩大培养,使之形成愈伤组织(callus)或细胞群体的技
术和方法,从而创造新的物种、获得扩大细胞或者获得新的性状(图1.1) 。
2.细胞染色体工程
染色体工程(chromosome engineering)指借助于物理、化学等方法,对染色体进行操作,
使生物染色体数目、结构和功能发生改变,从而创造新的物种和获得新的性状的技术方法与手
段(图1.2) 。
3.细胞原生质体培养工程
原生质体培养(protoplast culture)指将微生物细胞或植物细胞破壁后形成原生质体,对
原生质体进行生物与化学技术操作,改变原生质体的遗传性状,然后在适宜的培养条件下,依
据细胞全能性使其再生细胞壁,并进行细胞分裂与分化,形成完整个体,从而创造新的物种和
获得新的性状。原生质体培养主要技术控制过程为:
植物细胞(微生物细胞) → 原生质体制备→ 原生质体再生→ 植株(微生物细胞)
4.胚胎培养工程
动物或植物胚胎培养(embryo culture)指使胚或具胚器官的生物体细胞在离体无菌条件
下发育成正常生物体的技术方法,从而实现快速繁殖与复壮细胞或胚胎细胞恢复等。
(三) 按照细胞工程研究目的,细胞工程可以分为六类
1.细胞转基因
指用细胞工程结合基因工程的方法将人们需要的目的基因导入受体基因组中,使外源基
因与其基因整合在一起,随细胞分裂而增殖,并稳定地遗传给后代,创造基因工程细胞,实现创
造新物种的工程技术方法和手段(图1.3) 。
2.胚胎移植
动物胚胎移植(embryo transfer)指将动物体内发育的早期胚胎分离出来,将其移植到同
期发情的其他未受孕母体生殖道内,代孕产生个体的技术。试管动物(tube animal)指利用精
子和卵子的体外受精( in vitro fertilization ,IVF) 、显微受精(microfertilization) 、胚胎体外培养
和移植技术所获得的各种动物(图1.4) 。
3.细胞克隆
克隆细胞(cloned cell)是细胞的无性繁殖,指不经两性细胞的结合,个体不断增殖,复制出
性状、特征和基因型相一致的个体。
4.细胞产物改性
通过生物或者化学的方法,将生产代谢产物活性低的细胞转化为活性高的细胞,从而实现
细胞改性,达到产生高活性的次生代谢产物细胞的方法与技术。
5.细胞发酵培养
利用液体发酵或者固体发酵培养的方法,实现功能细胞量的积累,达到生物工程获得高产
生物、高产制品或高含量生物细胞次生代谢产物的方法与技术。
6.细胞融合与细胞杂交
利用不同细胞优良性状的互补特性,开展细胞之间的融合技术与杂交实验,是提供新的生
物性状或获得新的生物制品的一种重要的方法与技术(图1.5) 。
随着研究工作的不断深入和生命科学的持续发展,新的研究内容、研究技术、研究手段层
出不穷,例如,植物组织脱毒培养技术、人工种子制造技术、性别鉴定与控制技术、动植物种质
资源离体保存技术等。
二、研究任务
当前生命科学发展十分迅速,研究领域、前沿热点不断更新,生命、医学、人口、环境、资源
和农业等领域面临许多需要依靠细胞工程才能解决的问题。细胞工程学的研究任务十分艰
巨,承担着研究解决生命科学关键问题的重要任务。这些研究任务包括基础研究和应用研究,
既涉及基本理论和方法技术,如细胞全能性的分子机制、细胞信号传导控制等;又涉及技术应
用与技术开发,如细胞快速繁殖脱毒技术、细胞生产单克隆抗体技术等。细胞工程研究任务主
要表现在以下几个方面:
(1) 离体培养条件下,细胞、组织或器官所需营养条件。
(2) 离体培养条件下,细胞、组织或器官所需环境条件。
(3) 细胞、组织或器官的形态发生规律。
(4) 细胞的快速脱毒及大量繁殖方法与技术。
(5) 亲缘关系不同的细胞融合方法和细胞杂交机制。
(6) 细胞原生质体形成、再生和原生质体诱变新物种的机制与应用规律。
(7) 细胞的遗传和变异规律,新物种的生产与应用研究。
(8) 细胞种质资源的离体保存机制和方法。
(9) 胚胎移植、胚胎体外生产及细胞克隆技术等。
(10) 改良生物细胞品种,创造新的生物种类的方法与技术。
三、细胞工程相关分支学科
细胞工程研究内容十分丰富,涉及许多其他相关学科的理论和基本知识,细胞工程研究对
象就是细胞,凡是与细胞有关的研究内容和技术方法手段,都是细胞工程的研究需要和**技
术。当前生命科学研究范围很广,研究领域很多,特别是一些交叉学科,为细胞工程研究提供
了新的方法和技术手段,细胞工程学在与各相关学科的相互依赖、相互促进、相互渗透中发展
和壮大,是一门综合了多学科知识发展起来的理论应用性学科。细胞工程相关分支学科如下:
1.细胞生物学
以细胞为研究内容,从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等层次对细胞形态、生长发
育以动态的观点进行研究,是研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动
规律的学科,为细胞工程学的基础学科之一。
2.植物细胞学
植物细胞学是研究植物和植物体的细胞结构和生长规律的学科,研究目的在于了解和掌
握植物细胞的生长和发育规律,从而更好地控制、利用和改造植物细胞,为人类服务。植物细
胞学的研究内容主要包括植物细胞的形态构造、生理机能、生长发育规律等。
3.动物细胞学
动物细胞学是研究动物和动物细胞的结构和生长规律的学科,研究目的在于了解和掌握
动物细胞的生长和发育规律,从而更好地控制、利用和改造动物细胞,为人类服务。动物细胞
学的研究内容主要包括动物细胞的形态构造、生理机能、生长发育规律等。
4.细胞生理学
细胞生理学研究内容主要包括细胞从周围环境中摄取营养的能力,代谢功能,能量的获
取,生长、发育与繁殖机制,以及细胞受环境的影响而产生适应性和运动性的活动,细胞的离体
培养技术对细胞生理学的研究有巨大贡献。
5.微生物学
微生物学(microbiology)是研究微生物细胞及其生命活动规律的学科,主要研究微生物细
胞在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异,以及微生物细胞的进化、分类、生态等生命
活动规律及其与其他微生物细胞、动植物细胞、外界环境理化因素之间的相互关系。同时也研
究微生物细胞在自然界各种元素的生物地球化学循环中的作用,微生物细胞在工业、农业、医
疗卫生、环境保护、食品生产等各个领域中的应用等。
6.细胞生物化学
细胞生物化学的研究内容十分广泛,主要包括细胞生物大分子(蛋白质、糖类、脂类、核酸)
的结构与功能、细胞物质代谢及其调节(糖类、脂类、氨基酸、核苷酸代谢、物质代谢的联系与调
节) 、细胞基因信息的传递及表达(DNA 复制、RNA 转录、蛋白质生物合成、基因表达调控、重
组DNA 与基因工程)等内容。
7.细胞分子生物学
细胞分子生物学属于生命科学领域内的重要学科,主要研究细胞的遗传信息和基因表达,
包括细胞核酸、蛋白质的组成及结构、基因的转录翻译和蛋白质的修饰加工、基因表达调控及
基因工程的相关知识。**研究细胞生物膜,细胞信号转导,细胞增殖调控,细胞分化、衰老与
凋亡,**生物学等热点问题。
8.胚胎细胞学
胚胎细胞学是研究动植物个体发生过程及其机制的重要学科,主要包括动植物生殖细胞
的发生和受精、胚胎的发生和早期发育,动植物器官发生及其所受环境影响等。
随着学科的发展和技术的进步,与细胞工程相关的学科越来越多,领域越来越广,交叉学

前言
**章 绪论
**节 细胞工程的研究内容和任务
一、研究内容
二、研究任务
三、细胞工程相关分支学科
第二节 细胞工程发展历史
一、探索期
二、成熟期
三、迅速发展期
第三节 细胞工程研究热点领域
第四节 细胞工程学习方法
一、掌握细胞工程相关基本理论
二、掌握细胞工程相关研究方法和实验技术
三、掌握必要的文献信息检索途径
四、细胞工程应用研究进展 思考题
第二章 细胞工程实验室及实验基本操作
**节 实验室及仪器设备
一、实验室
二、仪器设备
第二节 细胞工程基本操作
一、清洗
二、消毒**
三、无菌操作
第三节 培养基及其配制
一、植物细胞培养基及其配制
二、动物细胞培养基及其配制 思考题
第三章 植物组织培养
**节 外植体及其培养
一、外植体的选择
二、外植体消毒处理
三、外植体的接种
四、外植体的培养条件
第二节 愈伤组织
一、愈伤组织的形成和增殖
二、影响愈伤组织培养的因素
第三节 愈伤组织的再分化与器官建成
一、植物细胞的全能性
二、细胞分化、脱分化与再分化
三、愈伤组织的分化与器官建成
第四节 植物试管苗的生根
一、试管内生根
二、试管外生根
第五节 植物试管苗的移栽
一、试管苗的驯化
二、试管苗的移植
三、影响试管苗移植成活率的因素
第六节 植物细胞扩大培养
一、悬浮培养
二、单细胞培养
第七节 植物细胞的大规模培养
一、概述
二、植物细胞规模化培养体系的建立
三、影响植物细胞规模化培养的因素
第八节 植物细胞反应器
一、植物细胞反应器类型及其特点
二、用于植物细胞培养的反应器
三、反应器的设计与放大
四、植物细胞培养动力学
五、植物细胞反应器控制技术
第九节 植物细胞培养与次生代谢产物生产
一、植物细胞次生代谢产物的主要类型
二、植物细胞次生代谢产物积累的特性
三、提高植物细胞次生代谢产物产量的方法
四、利用植物细胞大规模培养生产次生代谢产物实例 思考题
第四章 植物脱毒快速繁殖
**节 植物组织脱毒
一、植物组织脱毒的概念与意义
二、植物组织脱毒方法及基本原理
三、植物组织脱毒基本技术规程
四、影响植物组织脱毒的因素
第二节 植物病毒检测方法
一、植物形态学检测法
二、指示植物检测法
三、抗血清检测法
四、组织细胞检测法
五、酶联免疫吸附测定法
六、直接组织斑免疫测定法
七、胶体金免疫层析法
八、以核酸为基础的检测方法 附:植物组织脱毒实例分析
一、马铃薯茎尖培养脱毒方法
二、三叶半夏脱毒组培 思考题
第五章 植物体细胞杂交:
**节 植物细胞原生质体制备
一、植物细胞原生质体分离
二、植物细胞原生质体纯化
三、植物细胞原生质体活力测定
四、影响植物细胞原生质体制备的因素
第二节 植物原生质体培养与保存
一、植物原生质体培养基选择
二、原生质体的培养方式
三、植物原生质体保存方法
四、影响植物原生质体培养的因素
第三节 植物体细胞杂交控制技术
一、植物体细胞杂交概述
二、植物体细胞杂交一般规程
三、影响植物体细胞杂交的因素 附:植物愈伤组织原生质体与体细胞杂交操作实例 芝麻原生质体培养 思考题
第六章 植物转基因技术
**节 植物基因转化受体体系
一、叶盘受体体系
二、原生质体受体体系
三、悬浮细胞受体体系
四、愈伤组织受体体系
五、胚状体受体体系
六、活体受体体系
第二节 植物基因转化方法
一、农杆菌介导法
二、基因枪转化法
三、PEG介导法
四、花粉管通道法
五、其他转化方法
第三节 转基因检测技术
一、形态特征检测
二、报告基因检测
三、分子生物学方法检测
第四节 转基因植物的研究成果及**性
一、转基因植物的研究成果
二、转基因植物的**性 思考题
第七章 动物细胞培养
**节 动物细胞体外培养
一、动物细胞与组织培养类型
二、动物细胞培养特性
三、动物细胞取材与分离
四、动物细胞同步化获得方法
五、动物细胞保存
第二节 动物细胞传代培养
一、动物细胞悬浮培养
二、动物细胞贴壁培养
第三节 动物细胞固定化培养
一、固定化培养材料
二、固定化培养条件
第四节 动物细胞大规模培养
一、微载体培养
二、中空纤维培养
三、微囊化培养
第五节 干细胞培养工程
一、干细胞定义
二、干细胞研究意义
三、动物干细胞工程技术
四、干细胞技术的应用前景和研究中存在的问题
第六节 动物细胞反应器
一、动物细胞反应器基本原理
二、动物细胞反应器类型与特点
三、动物细胞反应器设计
四、动物细胞反应器应用前景 思考题
第八章 动物细胞染色体工程
**节 动物多倍体诱导
一、天然多倍体
二、人工诱导多倍体
第二节 雌雄核发育和性别控制
一、雌核发育
二、雄核发育
三、性别控制
第三节 染色体片段转移和特定位点重组技术
一、染色体片段转移技术
二、染色体特定位点重组技术 思考题
第九章 转基因动物
**节 转基因动物的制备
一、目的基因导入
二、转基因胚胎培养与移植
三、转基因动物鉴定
第二节 转基因动物应用前景
一、转基因动物在基础生物学研究中的应用
二、转基因动物在医药领域的应用
三、转基因动物在畜牧业和渔业生产中的应用
第三节 转基因动物研究存在的问题
一、技术性问题
二、社会性问题 思考题
第十章 胚胎工程
**节 概述
一、发展历史
二、研究意义
第二节 胚胎工程的技术方法
一、胚胎移植相关技术体系
二、胚胎分割技术体系
三、胚胎干细胞技术
第三节 试管动物
一、概述
二、试管婴儿
三、试管婴儿主要技术环节
四、胚胎工程技术的现状分析 思考题
第十一章 微生物细胞工程原理
**节 微生物细胞工程概述
一、微生物细胞工程定义
二、微生物细胞工程意义
三、微生物细胞工程应用
第二节 微生物细胞工程菌种
一、微生物细胞工程菌种来源
二、微生物细胞工程菌种分离
三、微生物细胞工程菌种选育
四、微生物细胞工程菌种保存
第三节 微生物细胞工程代谢调控
一、代谢类型
二、代谢调控
第四节 微生物细胞发酵工艺控制技术
一、微生物细胞发酵参数检测
二、微生物细胞的发酵类型
三、微生物发酵动力学
第五节 微生物细胞发酵下游加工技术
一、微生物细胞发酵下游加工的特点和重要性
二、微生物细胞发酵下游加工基本原理
三、微生物细胞发酵下游加工的一般程序和操作单元
第六节 微生物细胞工程的应用
一、微生物细胞工程在食品工业中的应用
二、微生物细胞工程在农业中的应用
三、微生物工程在轻工业中的应用
四、微生物细胞工程在化工能源产品中的应用
五、微生物细胞工程在环境保护中的应用
六、微生物细胞工程在医药卫生中的应用 附:微生物细胞工程应用实例分析
一、抗生素发酵生产
二、氨基酸发酵生产 思考题 主要参考文献

《细胞工程》是生物工程专业综合素质培养型系列教材之一。教材共分十一章,内容包括植物细胞工程、动物细胞工程和微生物细胞工程等。本书的特点是理论与实际相结合,既有较全面的细胞工程基础知识和基本理论分析,又有很典型的细胞工程案例的实用示范,理论性和实用性都较强。本书较适合用作生物工程、生物技术及生物科学等生命科学领域的教材,也可供从事生命科学领域研究工作的相关人员阅读参考。