细胞工程技术在多领域的运用探析
细胞工程技术在多领域的运用探析
摘 要： 近年来, 随着细胞工程在制药、医疗、动物繁殖、植物育种等各领域的应用, 细
胞工程技术也被广泛地应用到各个领域中, 并给各领域的发展带来了巨大的动力。常用的细胞
工程技术包括动植物细胞培养技术、动植物细胞融合技术、克隆技术、干细胞移植技术等, 细
胞工程技术通常会与基因工程技术联用, 如细胞生物反应器、转基因育种等。本文对上述的细
胞工程技术在植物领域、动物领域、制药领域、医疗领域的具体应用进行了叙述并对未来细胞
工程技术发展的阻力和美好前景进行了展望和讨论。
Abstract ：With the application of cell engineering in pharmaceutical, medical, animal
breeding, plant breeding and other fields in recent years, cell engineering technology has been widely
applied in various fields. Common cell engineering techniques include cell culture, cell fusion, cloning
and stem cell transplantation. Cell engineering techniques are often used in conjunction with genetic
engineering techniques, such as cell bioreactors and transgenic breeding. This paper summarizes and
discusses the application of cell engineering technology.
Keyword： Cell engineering; Gene engineering; Breeding; Cloning;
细胞工程是应用细胞生物学、遗传学和分子生物学的理论和方法, 从细胞水平上对细胞进行大
规模培养和分子水平上的基因改造。自从克隆羊多利的问世, 人们对细胞工程有了进一步的了
解, 同时细胞工程技术也被应用到除克隆动物外的其他各领域中。近年来, 细胞工程技术成功应
用的案例有单克隆抗体的制备、乳房生物反应器、试管婴儿、造血干细胞移植等, 其大都是在
制药和医疗卫生方面的应用, 同时在牲畜育种和农作物优良品种的筛选和培育等方面也有应
用。本文具体叙述细胞工程技术的应用范围。
1 、 在植物领域的应用
1.1 、 细胞工程技术在农作物育种上的应用
细胞工程技术作为一种新型的育种技术, 在细胞水平上对植株进行大规模培养, 并取得了非常大
的进展和突破。细胞工程技术在农作物育种方面的广泛应用[1], 解决了许多育种上的难题, 很大
程度上促进了农业的发展与进步。下面从细胞工程技术在育种上的应用进行简单介绍。
1.1.1 、 原生质体在育种上的应用
原生质体是指采用酶解法等方法除去植物细胞壁后形成的以细胞膜为包裹的裸露球形细胞, 原
生质体仍然具备细胞的特性, 但因没有细胞壁, 不同原生质体之间可以进行融合。原生质体也具
有全能性, 一但遇到适合的生长环境, 原生质体细胞可以形成新的细胞壁, 也可发生再分化, 重新
生成新的组织和器官, 进一步发育成完整的植株。文峰等[2]人先利用木薯的脆性愈伤组织继代
培养 5~10 天后, 用酶水解分离出原生质体细胞, 再利用实验室纯化柑橘的方法对原生质体进行
纯化, 然后利用液体浅层法将纯化的原生质体进行细胞悬浮培养形成致密的愈伤组织, 最后将大
的愈伤组织挑出, 让其在特定的诱导培养基进行再分化形成完整的木薯植株。原生质体在育种
上具有迅速、保持优良性状传代的优点。
1.1.2 、 植物组织培养技术在育种上的应用[3]
植物组织培养是指将植物组织、器官在适当培养条件下诱导长成完整植株的技术。植物组织培
养再生植物的理论基础是植物细胞有全能性, 细胞全能性的高低与细胞分化程度有关, 一般情况
下是分化程度越高, 细胞的全能性越低;植物细胞的全能性高于动物细胞。目前, 植物组织培养
技术再生植株主要通过胚胎培养, 这种途径有取材方便、操作简单、产量大、缩短育种周期等
优势。如利用花粉进行单倍体育种[4], 花粉 (植物的雄性生殖细胞) 是单倍体细胞。对花粉进行
培养改变了花粉原有的发育成植株的途径, 利用花粉进行人工离体无菌培养过程培育出幼苗先
诱导花粉形成愈伤组织, 再经过再分化, 发育成单倍体幼苗。
1.2 、细胞工程技术在农作物品种改良上的应用
1.2.1 、细胞融合技术在品种改良上的应用
细胞融合是指使用人工的方法使两个以上的细胞合并形成一个细胞的技术。细胞融合[5]具体的
过程是先将两种具有不同优良性状的植物细胞的细胞壁除去, 形成两种原生质体细胞, 再利用生
物法、化学试剂、电融合等方法将这两种原生质体细胞融合, 形成具有两种细胞的染色体的杂
种细胞[6], 使优良性状能在同一个细胞中表达且能够稳定地遗传给下一代。因为植物细胞具有
全能性, 杂种细胞可在诱导培养基上重新生出细胞壁, 在此基础上进行再分化, 形成新品种植株,
此植株拥有两种细胞的优良性状。细胞融合技术的优点是消除了种间杂交的障碍, 提高了物种
的变异率, 培育新物种的概率也提高, 大大缩小了育种周期。
1.2.2 、 体细胞培养在品种改良上的应用
植物体细胞培养是在离体条件下, 将分离的植物细胞通过继代培养增殖获得大量细胞群的一种
技术。利用植物体细胞进行培养的具体过程是先将植物组织进行酶解, 释放出细胞, 然后将细胞
诱导成愈伤组织, 继代培养使愈伤组织大量增殖, 再诱导愈伤组织形成胚状体, 进一步形成新的
植株。在愈伤组织生长成新植株过程中, 体细胞的基因易发生突变, 染色体也会发生重新组合的
现象, 这就使得再生植株的性状发生改变, 且其中优良的性状会遗传给下一代[7]。所以, 在植物
体细胞培养过程中会发生较高突变率的遗传变异, 然后在其中筛选出有优良性状的突变体, 将其
培育成植株, 即可选育出新品种。
2 、 在动物领域的应用
2.1 、 细胞工程技术在牲畜繁殖上的应用
目前, 细胞工程技术已在我国家畜繁殖中取得了非常重大的成就并获得了可观的经济效益[8]。
用于家畜繁殖的细胞工程技术有体外受精技术、胚胎移植技术、精液冷冻技术、细胞核移植技
术、胚胎性别鉴定技术等, 下面就细胞工程技术在牲畜育种上的应用进行简单介绍。
2.1.1 、 体外受精技术在牲畜繁殖中的应用
体外受精是指将哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制的环境中完成受精的技术。一般将体外
受精动物培育分为 5个步骤:精子采集与体外获能和卵子采集与成熟培养、体外受精、重组胚激
活与体外培养、胚胎移植、体内发育与出生。体外受精技术[9]能发挥优良母畜的繁殖潜力、提
高家畜改良的速度、保存遗传资源, 尤其是在保护濒临灭绝的野生动物上发挥重要作用。例如,
对于奶牛这种单胎生且能带来较大经济价值大的动物, 利用体外受精技术能有效地增加奶牛数
量, 为奶牛养殖户带来更大的经济效益。体外受精技术已经成为我国畜牧业扩大养殖规模的主
要手段。同时由于繁殖成本的降低, 奶制品、牛羊肉的价格也有所下降。
2.1.2 、 胚胎性别控制技术在牲畜繁殖中的应用
性别控制是用人工的方式控制繁殖出来的动物的性别, 其对畜牧业的生产具有重要意义。常用
的性别控制方法[10]有流式细胞仪分离法、离心分离法、免疫学分离法、PCR 扩增法等。不同
性别的牲畜在实际生产过程中表现出的应用价值也不同, 如雄性动物生长速度快, 适合用于肉类
的供应;而雌性动物更适合用于蛋奶的供应。此外, 在牲畜选育过程中, 根据品种性别差异繁育
后代, 可提高选育强度;通过品种性别预测, 可控制伴性遗传病的发病风险。所以在牲畜繁殖过
程中利用性别控制技术及时淘汰不需要性别的动物, 可提高畜牧业的生产效益。
2.2 、细胞工程技术在动物克隆上的应用
当提到克隆动物人们都不陌生, 最先想到的就是克隆羊多利。克隆动物的产生都归功于细胞核
移植技术的发展, 现在我国已经通过此技术克隆出与人类亲缘更近的灵长类动物猴[11], 这就说
明离克隆人已不是很遥远了。
细胞核移植是利用显微镜操作技术将一种动物的细胞核移入同种或异种动物的去核成熟卵细胞
内的技术。细胞核移植技术是动物克隆中的关键技术, 要想克隆出动物还要与胚胎移植技术联
摘要：
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细胞工程技术在多领域的运用探析 摘 要：近年来,随着细胞工程在制药、医疗、动物繁殖、植物育种等各领域的应用,细胞工程技术也被广泛地应用到各个领域中,并给各领域的发展带来了巨大的动力。常用的细胞工程技术包括动植物细胞培养技术、动植物细胞融合技术、克隆技术、干细胞移植技术等,细胞工程技术通常会与基因工程技术联用,如细胞生物反应器、转基因育种等。本文对上述的细胞工程技术在植物领域、动物领域、制药领域、医疗领域的具体应用进行了叙述并对未来细胞工程技术发展的阻力和美好前景进行了展望和讨论。 Abstract ：Withtheapplicationofcellengineeringinphar...
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作者：闻远设计
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时间：2024-04-02
