目錄細胞生物學研究方法與技術 諾貝爾細胞生物學獎 細胞生物學涉及到的方法 細胞研究方法思維導圖 動物細胞培養的思維導圖
細胞生物學，研究各種細胞的功能類別及細胞組成結構與細胞運作及新陳代謝方式。還有面向醫學的干細胞生物學及干細胞醫學，以及細胞工程，免疫醫學等。
a.觀察細胞顯微結構的光學顯微鏡技術； b.探索細胞超微結構的電子顯微鏡技術； c.研究蛋白質和核酸等生物大分子結構的X射線衍射技術； d.用于分離細胞內不同大小細胞器的離心技術； e.用于培養具有新性狀細胞的細胞融合和雜交技術； f.使機體細胞能在體外長期生長繁殖的細胞培養技術； g.能對不同類型細胞進行分類并測其體積、DNA含量等數據的流式細胞術； h.利用放射性同位素對細胞中的DNA、RNA或蛋白質進行定位的放射自顯影技術； i.用于探測基因組中英雄模范種基因是否存在，是否表達以及拷貝數多少的核酸分子雜交技術； j.能將細胞中的特定蛋白質或梳酸分子進行分離純化的層析技術和電泳技術； k.對細胞化學定性、定量分析的顯微分光光度術，顯微熒光光度術，核磁共振技術。
【答案】：細胞組分的分析方法及其應用：①超速離心技術可用于細胞組分的分離與純化；②成分分析與細胞結構觀察的結合產生了細胞化學技術、免疫熒光技術、免疫電鏡技術、原位雜交技術等；③核素標記技術結合放射自顯影可以研究多種生物大分子在細胞內的動態變化。
發展歷史
細胞工程的理論基礎是細胞學說和細胞全能性學說。1839年，Schwann和Schleiden建立了細胞學說，細胞學研究進入快速發展階段。德國學者Haberlandt（1902年）在發表的《植物細胞立體培養實驗》的論文中提出了細胞全能性的觀點。H?nning（1904年）進行了幼胚的立體培養，在含有糖、無機鹽、氨基酸和植物提取物的培養基上，培養蘿卜和辣根菜的幼胚，發現離體幼胚均可充分發育，并且可以提前萌發成苗。
1925年，Laibach培養亞麻種間雜交幼胚獲得成功，并得到雜交種。從20世紀20年代起，幼胚培養被用來挽救遠緣雜交早期敗育的胚胎，因此可以認為，幼胚培養和胚胎拯救（embyrorescue）技術是最早應用的植物細胞工程技術。
20世紀30年代，植物組織培養技術基本建立。李繼侗（1933年）將3mm以上的銀杏胚培養成功，并且發現加入胚乳汁可以促進離體胚的成長。1937年，White發現B族維生素、吲哚乙酸對植物生長具有促進作用。1937~1939年，White、Gautheret和Nobercourt分別建立了植物組織的連續培養物，使離體的植物組織可以在人工培養基上不斷生長，從而奠定了現代組織培養的基礎。
20世紀60年代初，Cocking等人用纖維素酶來分離植物原生質體并獲得成功。分離得到的原生質體在培養過程中，可長出新壁，進行分裂和分化，最終形成完整植株。獲得成功的植物有胡蘿卜、矮牽牛、油菜、石刁柏等。
在動物學界，1907年美國生物學家哈里森用蓋玻片懸滴培養蛙胚神經組織，存活數周，而且觀察到細胞生長現象，開創了動物細胞培養的先河。
德國胚胎學家Spemamm（1938年）認為，早期胚胎細胞具有高度的分化潛能，將胚胎的細胞核移植到去核卵母細胞中，可以發育為新的胚胎。Briggs和Kings（1952年）把非洲豹蛙囊胚的細胞核一到去核的卵母細胞中，得到了非洲豹蛙的胚胎克隆后代，從而證實了Spemamm的觀點。
Okata（1962年）發現仙臺病毒（Sendal virus）可誘發艾氏腹水瘤細胞融合，形成多核細胞，為動物細胞融合技術的發展奠定了基礎。諾貝爾醫學和生理學獎獲得者Cesar Milstein和Geoger Kohler（1975年）將免疫小鼠的脾細胞和小鼠骨髓瘤細胞進行融合，獲得了既能在體外無限繁殖，又能產生特異性抗體的雜交瘤細胞，有力的促進了免疫學的發展。
細胞工程技術發展迅速，試管植物、試管動物、轉基因生物反應器等相繼問世。以色列用胚胎干細胞培養出人類心臟組織，可以正常跳動，以及美國培養的造血先驅細胞、中國培養的胃和腸粘膜組織等。1977年英國利用胚胎工程技術成功地培養出世界首例試管嬰兒，1997年英國首次克隆出綿羊“多莉”，2001年英國又培育出首批轉基因豬。
研究內容
根據研究對象的不同，可將細胞工程分為微生物細胞工程，植物細胞工程和動物細胞工程。
細胞工程的研究內容主要包括以下幾個方面：
⑴動植物細胞與組織培養
主要包括細胞培養、組織培養和器官培養。
⑵細胞融合
采用一定的方法使兩個或幾個不同的細胞（或原生質體）融合為一個細胞，用于生產新的物種或品系及產生單克隆抗體。
⑶染色體工程
按人們的需要來添加、消減或替換染色體的一種技術。主要用于新品種的培育。
⑷胚胎工程
主要是對動物的胚胎進行某種人為的工程技術操作，獲得人們所需要的成體動物，包括胚胎分割、胚胎融合、細胞核移植、體外受精、胚胎培養、胚胎移植、性別鑒定、胚胎冷凍技術等。
⑸細胞遺傳工程
主要包括動物克隆和轉基因技術。轉基因技術是指將外援基因通過一定的方法和手段，整合到受體染色體上，得到穩定、高效表達，并能遺傳給后代的試驗技術。轉基因技術是改變生物遺傳性形狀的有效途徑，已在微生物、植物、動物上得到應用。
工程應用
細胞工程在植物方面的應用
⑴微繁殖技術（Micropropagation）的應用
微繁殖技術，即以植物的器官、組織、細胞或原生質體為外植體，在離體培養條件下進行植株再生的技術。應用微繁殖技術既可用于克服高度雜合物種因有性繁殖而引起的后代嚴重分離，如澳大利亞的番木瓜；有可用于名優或瀕危物種的快速繁殖，如鳳梨、草莓。通過微繁技術已獲再生植株的樹種主要有番木瓜、柑橘、龍眼、荔枝、蘋果、梨、葡萄等，草莓、香蕉等以實現了商品化生產。
通過莖尖培養或微嫁接技術，可以脫去植物體內的病毒，獲得無病毒苗木，如蘋果、草莓等。另外，在組織培養過程中，如愈傷組織培養、細胞懸浮培養、原生質體培養等，通過pH值、溫度、離子濃度等條件的變化，可增加其變異，從中可篩選出優良的突變體，從而為新品種的選育開辟一條嶄新的途徑。
愈傷組織、懸浮細胞、原生質體等是基因轉化的良好受體材料，并且在離體培養條件下進行植株再生也是實現植物遺傳轉化的重要環節。
此外，微繁技術為種質的保存（germplasm storage）提供了新方法。很多種質資源在離體培養條件下，通過減緩生長和低溫處理而達到長期保存目的，并可進行不同國家、地區間的種質資源收集、互換、保存和應用，即建立“基因銀行”（gene bank），實現種質資源的全球共享。例如，在比利時Catholic University的Leuven研究中心有大量離體保存的香蕉種質庫。
⑵細胞大量培養與有用次生代謝產物生產
細胞大量培養有用次生代謝產物是植物細胞工程另一個重要應用領域。通過細胞工程技術，刺激植物體內某些重要次生代謝產物的合成和積累，然后進行分離、提純，如某些名貴藥物、香精、色素等，實現植物產品的工業化生產。
早在1964年我國就開始進行人參細胞培養。1980年以后，我國研究者相繼開展了紫草、三七、紅豆杉、青蒿、紅景天和水母雪蓮等植物的細胞大量培養和研究，并利用生物反應器進行藥用植物的細胞大量培養的小試和中試。其中新疆紫草中試的規模達到100L，并小批量生產了紫草素，用于研制化妝品及抗菌、抗病毒和抗腫瘤藥物。紅豆杉細胞大量培養在我國也獲得初步成功，從細胞培養物中得到了珍貴的抗癌藥物紫杉醇，但產率還有待提高。
⑶單倍體（Haploid）技術的應用
單倍體育種和相關研究在農業和園藝植物中得到了廣泛的應用。用Blakeslee等（1922年）和Kostoff（1941年）分別得到了單倍體植株單倍體有利于突變的檢測和抗性細胞系的篩選，并且大大縮短了育種的時間。此外單倍體在基因圖譜、基因轉移研究中具有重要作用。
自然形成的單倍體是極少見的，并且僅限于幾種植物。花藥培養是單倍體形成的重要途徑。自1964年第一例花藥培養獲得成功以來，花藥培養技術已取得了顯著的進展，尤其在水稻、小麥、玉米等作物中已獲得巨大成功。現已取得成功的果樹樹種主要有番荔枝（Nair等，1983年）、番木瓜（Litz和Conover，1978年）、4個柑橘品種（Chen，1985年）、龍眼（Yang和Wei，1984年）、荔枝（Fu和Tang，1983年）、蘋果（Zhang等，1990年）、梨（Jordan，1975年）、葡萄（Rajasekaran和Mullins，1979年）等。薛光榮等（1980年）對東方草莓（四倍體）的單核期花粉進行培養，成功的誘導出單倍體植株。
花藥培養主要是受基因型、花藥的發育階段、預處理和培養條件的影響，其存在的主要問題是單倍體的誘導頻率低，單倍體自發加倍形成的二倍體與體細胞組織形成的二倍體很難區分。例如，Fowler等（1971年）、Nishi等（1974年）和Rosati等（1975年）以八倍體草莓花藥為材料誘導愈傷組織，并分化出植株，發現其再生植株仍為八倍體，這些八倍體是由無性器官發育而來，還是由單倍體自發加倍而成則難以區分。
除花藥培養外，植物的卵細胞、助細胞、反足細胞等單倍體細胞通過離體培養可以分化成單倍體胚或愈傷組織。胚珠、子房培養也曾進行了大量嘗試，但大多數情況下，在愈傷組織階段生長停止。
⑷胚培養（Embryo culture）
胚的離體培養是直接應用于植物改良最早的組織培養技術。胚培養可以克服雜交后胚的衰亡，保證種內或種間雜交的成功，或用于無性繁殖困難的植物的培養。胚培養還可以克服種子的休眠和敗育。Magdalita等（1996年）和Drew等（1997年）分別進行了番木瓜的種內雜交，得到合適的胚子后，進行了胚培養，以促進雜交成功。Jordan（1992年）得到了愈傷組織，但未得到再生植株。
澳大利亞國際農業技術研究中心對番木瓜和其野生種的雜交胚進行了培養研究，已獲成功，并得到了雜交后代，野生種的抗性、高含糖量等優良性狀得到了遺傳。荔枝是較難進行離體培養的果樹樹種之一，Kantharajah等（1992年）培養了長度為3mm的荔枝幼胚。其他通過未成熟胚培養進行再生的樹種有鱷梨、番荔枝和番木瓜等。姚強（1990年）對桃、油桃和番桃花后60d的未成熟胚進行培養，獲得了再生植株。J.Button等（1975年）利用甜橙種胚愈傷組織離體培養獲得了完整植株。
⑸原生質體培養（Protoplast culture）與體細胞雜交（Somatic hybridization）
原生質體是去掉細胞壁的單細胞，它是在離體培養條件下能夠再生完整植株的最小單位。每個原生質體都含有該個體的全部遺傳信息，在適宜的培養條件下，具有再生成與其親本相似的個體的全能性。原生質體培養的主要目的是通過原生質體的融合，克服遠緣雜交障礙，實現體細胞雜交，從而產生雜交后代。在原生質體培養過程中，往往產生大量的變異，可從中選擇優良突變體。原生質體可以攝取外源細胞器、病毒、DNA等各種大分子遺傳物質，是進行
細胞工程是生物工程的一個重要方面。總的來說，它是應用細胞生物學和分子生物學的理論和方法，按照人們的設計藍圖，進行在細胞水平上的遺傳操作及進行大規模的細胞和組織培養。當前細胞工程所涉及的主要技術領域有細胞培養、細胞融合、細胞拆合、染色體操作及基因轉移等方面。通過細胞工程可以生產有用的生物產品或培養有價值的植株，并可以產生新的物種或品系。
細胞工程(Cell engineering)：
是指應用現代細胞生物學、發育生物學、遺傳學和分子生物學的理論與方法，按照人們的需要和設計，在細胞水平上的遺傳操作，重組細胞結構和內含物，以改變生物的結構和功能，即通過細胞融合、核質移植、染色體或基因移植以及組織和細胞培養等方法，快速繁殖和培養出人們所需要的新物種的生物工程技術。
細胞工程與基因工程一起代表著生物技術最新的發展前沿，伴隨著試管植物、試管動物、轉基因生物反應器等相繼問世，細胞工程在生命科學、農業、醫藥、食品、環境保護等領域發揮著越來越重要的作用。
21世紀合成生物學的發展，采用計算機輔助設計、DNA或基因合成技術，人工設計細胞的信號傳導與基因表達調控網絡，乃至整個基因組與細胞的人工設計與合成，從而刷新了基因工程與細胞工程技術，并將帶來生物計算機、細胞制藥廠、生物煉制石油等技術與產業革命。
