基本介紹
概述,歷程,操作與技術,技術原理,培養技術,改造細胞,目的,套用,
概述
細胞工程根據研究材料的不同，可分為植物細胞工程和動物細胞工程，均主要由兩部分構成。
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。
第二則是下游工程，是將已轉化的細胞套用到生產實踐中去，以生產生物產品的過程。
其中細胞培養是細胞工程的技術基礎。
顧名思義，植物細胞工程，是在細胞水平上針對植物細胞的細胞工程，它是細胞工程的一個重要組成部分。
歷程
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。
我國農業部也已於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，了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占有一席之地。
操作與技術
技術原理
植物細胞具有全能性，即具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發育成完整生物體的潛能。而讓細胞發揮出全能性的方法，就是細胞脫分化。細胞脫分化，就是讓已經分化的細胞，經過誘導後，失去其特有的結構和功能而轉變成為未分化細胞，進而形成愈傷組織。愈傷組織在一定的培養條件下，分化出幼根和芽，進而形成完整小植株，這就是愈傷組織再分化。
培養技術
植物細胞工程涉及諸多理論原理及實際操作技術，最重要的自然是培養技術，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導出愈傷組織，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，通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保存細胞，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。
改造細胞
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、操作技術以及設備的發展。隨著基因組學的發展，各項基因組計畫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套用大大加快了基因組計畫的進程。擬南芥基因組計畫將於2004年完成，水稻、番茄和玉米基因組的測序也正在進行。是類計畫所提供的信息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導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，通過lipoplex\polyplex介導、裸DNA、"基因槍"、超音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。此外還有CSH(美)、NCTC(英)、NRRL(英)、KCC(日)等著名的保藏機構，國內也有一些較為大型的機構，足見各國對細胞保藏的重視。由於植物細胞有其自身的特點，因而其保藏方法不可能與微生物完全相同。通常採用的方法是液氮超低溫保藏方法。這種方法利用液氮的溫度可以達到-196，遠遠低於一般細胞新陳代謝作用停止的溫度（-130℃）從而使細胞的代謝活動停止，化學作用隨之消失，達到長期保藏的目的。操作時要注意從常溫到低溫的過渡，以使細胞內的自由水通過膜滲出，避免其產生冰晶而損害細胞。另外還有低溫凍藏法及其他一些保藏方法，但多用於短期保藏。
目的
細胞工程的目的，是得到人們所需要的生物產品。要使已經改造好的細胞產生大量具有經濟價值的產物，就必須依靠下游加工過程，也就是我們常說的下游工程。它的作用就是大量培養細胞，並從培養液中分離、精製出有關的生物化工產品。由於植物細胞的高度易碎性，對剪下力的敏感、細胞有去分化和聚集作用，增殖時間長等獨特性，使其大規模培養技術明顯比微生物和動物細胞的發展緩慢。但通過不懈的努力，現在已經具備在2萬升規模的生物反應器中培養菸草細胞的能力。而日本的三井石化也已經在使用750L發酵罐通過培養植物細胞而生產紫草寧，且產量較高，可滿足全日本百分之四十上的需要。相信隨著理論以技術的不斷完善，植物細胞的大規模的培養將會很快的成為一種常規的生產手段。培養後的培養物經過處理後被分離、提純。分離和精製過程所需的費用在整個生產過程中的占有很大的比例，一般為60%，有些甚至高達80-90%，而且還有繼續加劇的取向。因此該過程的落後也可能阻礙細胞工程的發展。世界各國現在已經都比較重視這個問題，英國早在83年就發起了生物分離計畫(BIOSEP)，專門研究分離與精製，我國也曾經召開過專門會議。分離與精製的困難是由於培養液自身的理化特性所決定，這就需要在上游工程時就考慮到這方面的問題，同時不斷推出新的分離純化技術及方法，從而簡化過程、降低成本，這在實際生產中是很重要的。
