第一章　绪论
第一篇 细胞工程基础
第一章　绪论
细胞工程（cell engineering）是一门以生物细胞或组织为研究对象，应用生命科学理论，利用工程学原理和技术，在细胞水平上有目的地进行遗传操作及大规模的细胞和组织培养，从而改变其生物性状，以获得生物产品或新型物种，为人类生产和生活服务的学科。细胞工程是生物工程的重要组成部分，也是现代生物技术的重要组成部分。
第一节　细胞工程的研究内容
根据操作对象不同，细胞工程的主要研究内容可分为七大类，分述于下。
一、器官、组织或细胞培养
器官、组织或细胞培养（organ，tissue or cell culture）是对生物体的器官、组织或细胞进行离体培养，研究其所需培养系统和条件，如有机营养、无机营养、激素、活性物质、培养基的酸碱度、温（湿）度、光照等营养条件和刺激因素，以及研究器官、组织或细胞的形态发生规律等，通过培养获得有用代谢产物的有机体的技术。
二、原生质体培养
原生质体培养（protoplast culture）是指将植物细胞去壁使其游离成原生质体，在适宜培养条件下使其细胞壁再生，并进行细胞分裂分化，形成完整植物体的技术。
三、植物胚胎培养
植物胚胎培养（plant embryo culture）是指使胚或具胚器官（如子房、胚珠等）在离体无菌条件下发育成正常植株的技术。
四、动物胚胎工程
动物胚胎工程（animal embryo engineering）是指以动物胚胎为对象而产生的一系列技术操作，如胚胎移植（embryo transfer）、胚胎冷冻（embryo freezing）、体外受精（in vitro fertilization，IVF）、克隆动物（cloned animal）和性别控制（sex control）等。
五、转基因动植物
转基因动植物（transgenic animal and plant）是指将人们需要的目的基因导入受体动植物基因组中，使外源基因与其发生整合，并随细胞分裂而增殖，在动植物体内表达，并稳定地遗传给后代。
六、胚胎干细胞
胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES cell）是指胚胎或原始生殖细胞经体外抑制分化培养后，筛选出的具有发育全能性的细胞。ES细胞可以定向诱导分化为几乎所有种类的细胞，甚至形成复杂的组织或器官。ES细胞的研究将在未来的人体器官发育、基因功能、药物开发、细胞或组织及器官替代治疗中发挥重要作用，并将成为组织器官移植的新资源。
七、染色体工程
染色体工程（chromosome engineering）是指借助于物理和化学等方法，使生物染色体数目、结构和功能发生改变的技术。
第二节　植物细胞工程发展简史
1902年，德国植物学家Haberlandt根据Schwann 和Schleiden创立的细胞学说提出了细胞的全能性（totipotency）理论，并开创了细胞工程学的探索和研究，迄今已有100多年的历史，可概括为以下三个阶段。
一、探索阶段（1902～1929年）
1902年，Haberlandt提出了细胞全能性学说，预言植物细胞在适宜条件下，具有发育成完整植株的潜在能力。为了证实这一观点，他用野芝麻（Lamium barbatum）和紫鸭跖草（Commelina communis）等植物的栅栏组织和表皮细胞进行离体培养，由于受当时的技术条件和研究水平限制，仅在栅栏组织中看到了细胞的生长、细胞壁的加厚等，而没有观察到细胞分裂。Haberlandt实验失败的原因现在看来主要有两点：第一，他所选用的实验材料都是已经高度分化了的细胞。第二，所用的培养基过于简单，特别是培养基中没有包含诱导成熟细胞分裂所必需的生长激素。然而，作为植物组织培养的先驱者，Haberlandt的贡献在于他首次进行了离体细胞培养实验，对植物组织培养技术的发展起了先导作用。1904年，Hanning在加有无机盐和蔗糖溶液的培养基中培养萝卜和辣根的幼胚，得到了充分发育的胚并提前萌发成小苗，这是离体培养的第一个成功例子。1922年，美国的Robbins和德国的Kotte分别报道离体培养根尖获得成功，并在含有无机盐、葡萄糖和琼脂的培养基上使豌豆、玉米、棉花茎尖和根尖培养成苗，这是有关根培养的最早实验。1925年和1929年，Laibach将由亚麻（Linum usitassimum）种间杂交形成的幼胚在人工培养基上培养获得成功，证明了胚培养在远缘杂交中利用的可能性。
二、培养技术与理论的建立及发展阶段（1930～1959年）
1934年，美国植物生理学家White由培养番茄根建立了第一个活跃生长的无性繁殖体系，并在第一个人工合成培养基上将番茄根培养了30年之久，证明了根的无限生长特性。在此基础上，1937年，White研发了综合培养基（White培养基），并发现了B族维生素（维生素B6、维生素B1、烟酸）和生长素——吲哚乙酸（IAA）对离体培养的促进作用。几乎与此同时（1937～1938年），法国学者Gautheret和Nobecourt在三毛柳、黑杨和胡萝卜根形成层的培养过程中成功得到了愈伤组织，同时也发现B族维生素和生长素对形成层组织生长有显著促进作用。因此，White、Gautheret和Nobecourt一起被誉为植物组织培养的奠基人。现在所用的若干培养方法和培养基，基本上都是这三位学者在这一时期所建立的方法和培养基演变而来的。
20世纪40～50年代初期，以Skoog为代表的研究者活跃在植物组织培养领域里，研究的主要内容是利用嘌呤类物质处理烟草髓愈伤组织以控制组织的生长和芽的形成。
1944～1948年，Skoog和崔澂等相继在烟草离体培养中发现，腺嘌呤或腺苷不但可以促进愈伤组织的生长，还能解除生长素对芽形成的抑制作用，诱导芽的形成，从而确定了腺嘌呤与生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一。1941年，Overbeek等首次把椰子汁作为附加物添加到培养基中，使曼陀罗的心形期幼胚能够离体培养至成熟。到20世纪50年代初，Steward等在胡萝卜组织培养中也使用了这一物质，从而使椰子汁在组织培养的各个领域中都得到了广泛应用。
20世纪50年代以后，植物组织培养的研究日趋繁荣，其中引人注目的进展主要有以下几个方面：1952年，Morel和Martin首次证实，通过茎尖分生组织离体培养，可以从已受病毒侵染的大丽花中获得无病毒植株。1953～1954年，Muir进行单细胞培养获得初步成功。方法是把万寿菊（Tagetes erecta）和烟草（Nicotiana tabacum）的愈伤组织转移到液体培养基中，放在摇床上振荡，使组织破碎，形成由单细胞和细胞聚集体组成的细胞悬浮液，然后通过继代培养进行繁殖。1955年，Miller等从鲱鱼精子DNA中分离出一种首次为人所知的细胞分裂素，并把它定名为激动素（kinetin，KT）。1957年，Skoog和Miller提出了有关植物激素控制器官形成的概念，指出根和茎的分化是生长素对细胞分裂素比率的函数，通过改变培养基中这两类生长调节物质的相对浓度可以控制器官的分化。

目录
第一篇 细胞工程基础
第一章 绪论 2
第一节 细胞工程的研究内容 2
第二节 植物细胞工程发展简史 3
第三节 动物细胞工程发展简史 7
第二章 细胞工程实验室的组成及无菌操作技术 12
第一节 细胞工程实验室的组成 12
第二节 无菌操作技术 16
第三节 培养基组成及其配制 21
第四节 实验室生物安全 30
思考题 31
第二篇 植物细胞工程
第三章 植物细胞与组织培养的基本原理 34
第一节 植物细胞的全能性概述 34
第二节 植物细胞的分化 36
第三节 植物体细胞胚胎发生与人工种子 48
思考题 56
第四章 植物离体无性繁殖和脱病毒技术 58
第一节 植物离体无性繁殖技术 58
第二节 植物脱病毒技术 68
第三节 试管苗生产 77
思考题 80
第五章 植物细胞培养和次生代谢产物生产 82
第一节 植物单细胞培养 82
第二节 植物细胞的大规模培养 86
第三节 植物细胞培养生物反应器 92
第四节 植物细胞培养生产次生代谢产物 96
思考题 103
第六章 植物原生质体培养和体细胞杂交 104
第一节 植物原生质体的分离和纯化 104
第二节 植物原生质体的培养 114
第三节 植物体细胞杂交 122
思考题 132
第七章 植物花药和花粉培养及单倍体育种 133
第一节 植物花药与花粉培养 133
第二节 植物单倍体育种 155
思考题 159
第八章 植物胚胎培养 160
第一节 植物胚培养 160
第二节 植物胚乳培养 166
第三节 植物胚珠和子房培养 170
第四节 植物离体授粉与离体受精 174
思考题 182
第九章 植物体细胞无性系变异与突变体的筛选 183
第一节 植物体细胞无性系变异 183
第二节 植物体细胞无性系突变体的筛选 190
思考题 200
第十章 植物种质资源的离体保存 201
第一节 植物种质资源的常温限制生长保存 202
第二节 植物种质资源的低温保存 203
第三节 植物种质资源的超低温保存 204
思考题 211
第十一章 植物遗传转化 212
第一节 植物遗传转化的受体系统 212
第二节 植物遗传转化方法 214
第三节 转基因植株的再生及其检测 221
第四节 转基因植物的研究成果及安全性 227
思考题 232
第三篇 动物细胞工程
第十二章 动物细胞培养技术 234
第一节 动物细胞体外培养的生物学特性 234
第二节 动物细胞体外培养技术 240
第三节 培养细胞的特性鉴定、细胞系（株）的建立和常规检查 255
第四节 细胞同步化 262
第五节 器官培养 264
思考题 266
第十三章 动物细胞融合 268
第一节 动物细胞融合的基本概念与方法 268
第二节 动物杂交细胞的筛选 271
第三节 动物融合细胞的克隆化培养 272
第四节 动物细胞融合的应用 273
第五节 动物淋巴细胞杂交瘤和单克隆抗体 275
思考题 281
第十四章 胚胎工程 282
第一节 胚胎移植技术 282
第二节 胚胎冷冻保存技术 292
第三节 体外受精技术 296
第四节 动物克隆技术 304
第五节 动物性别控制技术 312
思考题 316
第十五章 动物干细胞技术 317
第一节 干细胞概论 317
第二节 ES/EG/iPS细胞培养建系技术 322
第三节 ES/EG/iPS细胞体外诱导分化 329
第四节 ES/EG/iPS细胞技术的应用 334
思考题 336
第十六章 转基因动物 337
第一节 动物转基因技术概述 338
第二节 动物转基因的常用技术 339
第三节 转基因动物的鉴定 350
第四节 动物转基因技术的应用 354
第五节 动物转基因技术的安全及伦理问题 357
思考题 359
第十七章 动物染色体工程 360
第一节 染色体变异 360
第二节 动物的倍性育种 362
第三节 染色体的显微操作技术 367
第四节 人工染色体 369
思考题 374
主要参考文献 375