所謂細胞工程,是指以細胞為基本單位進行培養、增殖或按照人們的意願改造細胞的某些生物學特性,從而創造新的生物和物種,以獲得具有經濟價值的生物產品。它主要由兩部分構成,其一是上游工程,包含細胞培養、細胞遺傳操作和細胞保藏三個步驟。另一個則是下游工程,是將已轉化的細胞應用到生產實踐中去,以生產生物產品的過程。顧名思義,植物細胞工程,當然就是針對植物細胞的細胞工程了,它是細胞工程的一個重要組成部分。
自1904年Hanning成功培養離體胚以來,伴隨著相關理論與技術的飛速發展,植物細胞工程也取得了巨大的成就。現在,我們已經可以利用細胞融合及DNA重組等現代生物技術從細胞和分子水平改良現有品種甚至於組建新品種。1983年轉基因植物問世,並於1986年起被批准進入田間試驗,美國APHIS到97年1月31日已批准多達兩千五百八十四例田間試驗。不僅如此,一些轉基因植物已經開始進行商業化生產。從1994年Calgene公司的延熟番茄FLAVRSAVRTM成為首例被批准進行商業化生產的轉基因作物開始,其後截止至1997年1月,美國已批准十七例,加拿大十八例,澳洲四例,日本七例。中國農業部也已於97年上半年批准了轉基因延熟番茄的商業化。由此可見,植物細胞工程將對我們的生活產生越來越大的影響,我們應對此加以重視,瞭解一些新的研究成果及新技術,以求在生物工程這個二十一世紀的龍頭產業中佔有一席之地。
植物細胞工程涉及諸多理論原理及實際操作技術,首當其衝的自然是培養技術,也就是將植物的器官、組織、細胞甚至細胞器進行離體地、無菌的培養。它是對細胞進行遺傳操作及細胞保藏的基礎。此類技術發展起步較早,相對而言已比較成熟,各種培養基製備及很多操作方法已經基本規範化。針對植物的培養主要有植物組織培養、植物細胞培養、花葯及花粉培養、離體胚培養以及原生質體培養這幾個大類,每一種都還可可以繼續細分為更具體的小類。組織培養首先將外植體分離出來,然後在無菌及適當條件下培養以誘匯出愈傷組織,另外在愈傷組織隨外植體生長一段時間後還需要進行繼代培養,以避免代謝產物積累及水分散失等因素的影響。細胞培養可分為懸浮細胞培養、平板培養、飼養層培養和雙層濾紙植板幾類,它們都是將選定的植物細胞於適當的條件下進行培養,以得到大量基本同步化的細胞,為遺傳操作提供材料。花粉及花葯培養主要是使花粉改變正常發育途徑而轉向形成胚狀體和愈傷組織,從而產生單倍體植株。離體胚培養有幼胚與成熟胚培養兩類,透過使用相應的培養基使離體胚正常的萌發生殖,以供研究和操作使用。原生質體的培養則是一切利用原生質體進行遺傳操作的基礎,它是將取得的植物細胞去除細胞壁形成原生質體後進行培養,具體方法與細胞培養有一定的相似之處。作為後繼操作的基礎,培養技術的選擇是非常重要的。採用適當的培養方法可以更好地進行遺傳操作和儲存細胞,而錯誤的選擇是有可能影響結果甚至導致試驗和生產失敗,造成時間和金錢的浪費。
僅僅對細胞進行培養是不夠,要使培養的細胞能為人類服務,就要對其進行一定的改造,這就涉及到了細胞的遺傳操作。可以說,遺傳操作是整個細胞工程中最為重要也最具挑戰性的一環。它極大的依賴於理論原理、操作技術以及裝置的發展。隨著基因組學的發展,各項基因組計劃正在緊鑼密鼓地進行,由於DNA序列分析方法的革新,諸如高效毛細管自動化測序、DNA晶片法以及大規模平行實測法的應用大大加快了基因組計劃的程序。擬南芥基因組計劃將於2004年完成,水稻、番茄和玉米基因組的測序也正在進行。是類計劃所提供的資訊將不斷定位大量有價值的基因,而最近的研究還表明影響作物產量的可以是單基因的改變而不僅僅是多基因決定。所有這一切的基礎研究都為遺傳操作提供了更多、更準確的理論依據。實驗技術的發展則使精確、高效的遺傳操作變得更加方便。將外源DNA匯入靶細胞的方法不斷完善,除了以前經常使用的質粒載體、病毒載體、轉座因子和APC(酵母人工染色體)等途徑外,透過lipoplex\polyplex介導、裸DNA、"基因槍"、超聲波法和電注射法等非病毒方式轉換細胞的方法也開始被廣泛的使用;細胞融合方法已被不斷的改進,融合率增大;細胞誘變也取得了較大的進展,誘變方式不斷增加。這些理論和技術的發展都為更好的改造細胞創造了條件。
培養或改造好的細胞是進行研究和生產的基本材料,為了使其不致死亡並儘量保持優良的特性,就需要進行適當的保藏。一般是根據細胞的特點,人工創造條件使其生長代謝活動儘量降低,處於休眠狀態,以抑制增殖和減少變異。作為世界上最大的細胞庫,ATCC早在92年就已經有了三千兩百多個細胞系入庫,而且數量還在不斷增加。
所謂細胞工程,是指以細胞為基本單位進行培養、增殖或按照人們的意願改造細胞的某些生物學特性,從而創造新的生物和物種,以獲得具有經濟價值的生物產品。它主要由兩部分構成,其一是上游工程,包含細胞培養、細胞遺傳操作和細胞保藏三個步驟。另一個則是下游工程,是將已轉化的細胞應用到生產實踐中去,以生產生物產品的過程。顧名思義,植物細胞工程,當然就是針對植物細胞的細胞工程了,它是細胞工程的一個重要組成部分。
自1904年Hanning成功培養離體胚以來,伴隨著相關理論與技術的飛速發展,植物細胞工程也取得了巨大的成就。現在,我們已經可以利用細胞融合及DNA重組等現代生物技術從細胞和分子水平改良現有品種甚至於組建新品種。1983年轉基因植物問世,並於1986年起被批准進入田間試驗,美國APHIS到97年1月31日已批准多達兩千五百八十四例田間試驗。不僅如此,一些轉基因植物已經開始進行商業化生產。從1994年Calgene公司的延熟番茄FLAVRSAVRTM成為首例被批准進行商業化生產的轉基因作物開始,其後截止至1997年1月,美國已批准十七例,加拿大十八例,澳洲四例,日本七例。中國農業部也已於97年上半年批准了轉基因延熟番茄的商業化。由此可見,植物細胞工程將對我們的生活產生越來越大的影響,我們應對此加以重視,瞭解一些新的研究成果及新技術,以求在生物工程這個二十一世紀的龍頭產業中佔有一席之地。
植物細胞工程涉及諸多理論原理及實際操作技術,首當其衝的自然是培養技術,也就是將植物的器官、組織、細胞甚至細胞器進行離體地、無菌的培養。它是對細胞進行遺傳操作及細胞保藏的基礎。此類技術發展起步較早,相對而言已比較成熟,各種培養基製備及很多操作方法已經基本規範化。針對植物的培養主要有植物組織培養、植物細胞培養、花葯及花粉培養、離體胚培養以及原生質體培養這幾個大類,每一種都還可可以繼續細分為更具體的小類。組織培養首先將外植體分離出來,然後在無菌及適當條件下培養以誘匯出愈傷組織,另外在愈傷組織隨外植體生長一段時間後還需要進行繼代培養,以避免代謝產物積累及水分散失等因素的影響。細胞培養可分為懸浮細胞培養、平板培養、飼養層培養和雙層濾紙植板幾類,它們都是將選定的植物細胞於適當的條件下進行培養,以得到大量基本同步化的細胞,為遺傳操作提供材料。花粉及花葯培養主要是使花粉改變正常發育途徑而轉向形成胚狀體和愈傷組織,從而產生單倍體植株。離體胚培養有幼胚與成熟胚培養兩類,透過使用相應的培養基使離體胚正常的萌發生殖,以供研究和操作使用。原生質體的培養則是一切利用原生質體進行遺傳操作的基礎,它是將取得的植物細胞去除細胞壁形成原生質體後進行培養,具體方法與細胞培養有一定的相似之處。作為後繼操作的基礎,培養技術的選擇是非常重要的。採用適當的培養方法可以更好地進行遺傳操作和儲存細胞,而錯誤的選擇是有可能影響結果甚至導致試驗和生產失敗,造成時間和金錢的浪費。
僅僅對細胞進行培養是不夠,要使培養的細胞能為人類服務,就要對其進行一定的改造,這就涉及到了細胞的遺傳操作。可以說,遺傳操作是整個細胞工程中最為重要也最具挑戰性的一環。它極大的依賴於理論原理、操作技術以及裝置的發展。隨著基因組學的發展,各項基因組計劃正在緊鑼密鼓地進行,由於DNA序列分析方法的革新,諸如高效毛細管自動化測序、DNA晶片法以及大規模平行實測法的應用大大加快了基因組計劃的程序。擬南芥基因組計劃將於2004年完成,水稻、番茄和玉米基因組的測序也正在進行。是類計劃所提供的資訊將不斷定位大量有價值的基因,而最近的研究還表明影響作物產量的可以是單基因的改變而不僅僅是多基因決定。所有這一切的基礎研究都為遺傳操作提供了更多、更準確的理論依據。實驗技術的發展則使精確、高效的遺傳操作變得更加方便。將外源DNA匯入靶細胞的方法不斷完善,除了以前經常使用的質粒載體、病毒載體、轉座因子和APC(酵母人工染色體)等途徑外,透過lipoplex\polyplex介導、裸DNA、"基因槍"、超聲波法和電注射法等非病毒方式轉換細胞的方法也開始被廣泛的使用;細胞融合方法已被不斷的改進,融合率增大;細胞誘變也取得了較大的進展,誘變方式不斷增加。這些理論和技術的發展都為更好的改造細胞創造了條件。
培養或改造好的細胞是進行研究和生產的基本材料,為了使其不致死亡並儘量保持優良的特性,就需要進行適當的保藏。一般是根據細胞的特點,人工創造條件使其生長代謝活動儘量降低,處於休眠狀態,以抑制增殖和減少變異。作為世界上最大的細胞庫,ATCC早在92年就已經有了三千兩百多個細胞系入庫,而且數量還在不斷增加。