細(xì)胞培養(yǎng)
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細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)也叫細(xì)胞克隆技術(shù)，在生物學(xué)中的正規(guī)名詞為細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。不論對(duì)于整個(gè)生物工程技術(shù)，還是其中之一的生物克隆技術(shù)來說，細(xì)胞培養(yǎng)都是一個(gè)必不可少的過程，細(xì)胞培養(yǎng)本身就是細(xì)胞的大規(guī)模克隆。細(xì)胞培養(yǎng)，既包括微生物細(xì)胞的培養(yǎng)，也包擴(kuò)細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可以由一個(gè)細(xì)胞經(jīng)過大量培養(yǎng)成為簡單的單細(xì)胞或極少分化的多細(xì)胞，這是克隆技術(shù)必不可少的環(huán)節(jié)，而且細(xì)胞培養(yǎng)本身就是細(xì)胞的克隆。通過細(xì)胞培養(yǎng)得到大量的細(xì)胞或其代謝產(chǎn)物。因?yàn)樯锂a(chǎn)品都是從細(xì)胞得來，所以可以說細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是生物技術(shù)中最核心、最基礎(chǔ)的技術(shù)。
細(xì)胞的生長需要一定的營養(yǎng)環(huán)境，用于維持細(xì)胞生長的營養(yǎng)基質(zhì)稱為培養(yǎng)基。培養(yǎng)基按其物理狀態(tài)可分為液體培養(yǎng)基和固體培養(yǎng)基。液體培養(yǎng)基用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)以及生理代謝等基本理論的研究工作。液體培養(yǎng)基中加入一定的凝固劑(如瓊脂)或固體培養(yǎng)物(如麩皮、大米等)便成為固體培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)基為細(xì)胞的生長提供了一個(gè)營養(yǎng)及通氣的表面，在這樣一個(gè)營養(yǎng)表面上生產(chǎn)的細(xì)胞可形成單個(gè)菌落。因此，固體培養(yǎng)基在細(xì)胞的分離、鑒定、計(jì)數(shù)等方面起著相當(dāng)重要的作用。從多細(xì)胞生物中分離所需要細(xì)胞和擴(kuò)增獲得的細(xì)胞以及對(duì)細(xì)胞進(jìn)行體外改造，觀察，必須首先解決細(xì)胞離體培養(yǎng)問題，同微生物細(xì)胞培養(yǎng)的難易相比，比較困難的是來自多細(xì)胞生物的單細(xì)胞培養(yǎng)，特別是動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)。
目錄 |
細(xì)胞培養(yǎng)的一般條件
簡言之，既細(xì)胞需要什么就提供什么，道理是如此，真正能做到這點(diǎn)尚需時(shí)日，人們至今對(duì)細(xì)胞的生命周期控制機(jī)理認(rèn)識(shí)不足，癌細(xì)胞雖然也來自正常細(xì)胞，但至今不知道究竟為什么癌細(xì)胞很難停止已經(jīng)啟動(dòng)的有害分裂，盡管如此，人們長期的研究結(jié)果表明，離體細(xì)胞培養(yǎng)需要的基本條件就是下列細(xì)胞生理?xiàng)l件。
(1)溫度
溫度過低時(shí)細(xì)胞生長緩慢甚至不生長。利用冷凍保藏細(xì)胞可保持細(xì)胞的原有分裂分化能力。溫度過高導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這主要是由酶和蛋白質(zhì)所需要的最適溫度決定的。多數(shù)生物大分子遇到高溫后容易導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)改變或者喪失（變性）。細(xì)胞膜遇到高溫后容易變態(tài)。在自然界，即有耐高溫的細(xì)胞，也有耐低溫的細(xì)胞。在極端情況下生長的生物對(duì)付極端環(huán)境的機(jī)制研究在生物進(jìn)化和農(nóng)業(yè)、環(huán)保、發(fā)酵工業(yè)中意義重大。
(2)pH
過酸或過堿可導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這主要與蛋白質(zhì)的變性和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)受損有關(guān)。
(3)滲透壓
細(xì)胞內(nèi)外可溶于水的物質(zhì)比例和種類決定細(xì)胞的膨脹與收縮程度，因?yàn)榧?xì)胞膜是半透膜，只允許對(duì)自己有利的物質(zhì)通過。同一物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)外的分布的數(shù)量不同，當(dāng)某一種極溶于水的物質(zhì)在細(xì)胞外濃度過大時(shí)，有可能導(dǎo)致細(xì)胞干癟死亡，這些物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)過多時(shí)導(dǎo)致細(xì)胞過量吸水膨脹。細(xì)胞膜調(diào)節(jié)滲透壓的能力是有限的。
(4)營養(yǎng)物
營養(yǎng)物和水一起，又叫細(xì)胞培養(yǎng)液，培養(yǎng)液中含有細(xì)胞增殖和生長所需要的各種物質(zhì)。營養(yǎng)物包括：N 源、C源，這些物質(zhì)與提供能量有關(guān)；無機(jī)鹽、維生素、激素，這些物質(zhì)與代謝調(diào)節(jié)控制有關(guān)。細(xì)胞培養(yǎng)液的設(shè)計(jì)一直是細(xì)胞離體培養(yǎng)技術(shù)的關(guān)鍵。理想的細(xì)胞培養(yǎng)液可以同時(shí)解決細(xì)胞離體培養(yǎng)所需要的pH、滲透壓、營養(yǎng)物、調(diào)節(jié)物質(zhì)的全部需要。在干細(xì)胞分化研究與應(yīng)用中，關(guān)鍵是找到一種使干細(xì)胞分化成為所需細(xì)胞和組織的營養(yǎng)液。相同的人干細(xì)胞，放在不同的營養(yǎng)液中分化培養(yǎng)出人的各種臟器，這個(gè)昔日的夢想已經(jīng)開始成為現(xiàn)實(shí)。植物細(xì)胞的組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)基本完善配套。名貴花卉、中草藥、脫毒馬鈴薯、組織培養(yǎng)蓮菜苗等植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)技術(shù)的不斷完善，特別是由于組織培養(yǎng)液的商品化已經(jīng)被廣大農(nóng)民普遍接受。
(5)水
水是細(xì)胞需要數(shù)量最大的物質(zhì)，不同的物種、不同部位、不同生長期的細(xì)胞含水量差別相當(dāng)大。干旱植物細(xì)胞的含水量高達(dá)90%。水的需求量一般隨同細(xì)胞培養(yǎng)液一起考慮。
(6)無菌條件
體外細(xì)胞培養(yǎng)僅僅是對(duì)所需的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，但環(huán)境中（如空氣）有各種其他微生物，必須對(duì)所需細(xì)胞進(jìn)行無雜菌的隔離培養(yǎng)。無菌條件是細(xì)胞離體培養(yǎng)最基本的條件。
(7)光
植物細(xì)胞和少數(shù)細(xì)菌需要利用光進(jìn)行光合作用。
(8)氣體
動(dòng)物細(xì)胞需要不斷供給氧氣和排除二氧化碳，植物細(xì)胞與此相反。
動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的特殊條件
在所有的細(xì)胞離體培養(yǎng)中，最困難的是動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)。下面是它所需要的特殊條件。
(1)血清：動(dòng)物細(xì)胞離體培養(yǎng)常常需要血清。最常用的是小牛血清。血清提供生長必需因子，如激素、微量元素、礦物質(zhì)和脂肪。有一天人們真正學(xué)會(huì)了配制和血清一樣的培養(yǎng)液，那時(shí)血清才可被取代。在這里，血清等于是動(dòng)物細(xì)胞離體培養(yǎng)的天然營養(yǎng)液。
(2)支持物：大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞有貼壁生長的習(xí)慣。離體培養(yǎng)常用玻璃，塑料等作為支持物。
(3)氣體交換：二氧化碳和氧氣的比例要在細(xì)胞培養(yǎng)過程中不斷進(jìn)行調(diào)節(jié)，不斷維持所需要的氣體條件，每一次開箱操作后的快速恢復(fù)對(duì)設(shè)備的要求可想而知有多難？由此決定了動(dòng)物細(xì)胞離體培養(yǎng)設(shè)備要求高、投資大。
植物細(xì)胞培養(yǎng)的特殊條件
(1)光照：離體培養(yǎng)的植物細(xì)胞對(duì)光照條件不甚嚴(yán)格，因?yàn)榧?xì)胞生長所需要的物質(zhì)主要是靠培養(yǎng)基供給的。但光照不但與光合作用有關(guān)，而且與細(xì)胞分化有關(guān)，例如光周期可對(duì)性細(xì)胞分化和開花調(diào)控作用，所以以獲得植株為目的的早期植物細(xì)胞培養(yǎng)過程中，光照條件特別重要。以植物細(xì)胞離體培養(yǎng)方式獲得重要物質(zhì)，如藥物的過程，植物細(xì)胞大多是在反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)。
(2)激素：植物細(xì)胞的分裂和生長特別需要植物激素的調(diào)節(jié)，促進(jìn)生長的生長素和促進(jìn)細(xì)胞分裂的分裂素是最基本的激素。植物細(xì)胞的分裂，生長，分化和個(gè)體生長周期都有相應(yīng)的激素參與調(diào)節(jié)。和動(dòng)物細(xì)胞相比，植物細(xì)胞離體培養(yǎng)對(duì)激素要求的原理已經(jīng)了解，其應(yīng)用技術(shù)也已相當(dāng)成熟，已經(jīng)有一套廣泛作為商品使用的培養(yǎng)液。同時(shí)解決了植物細(xì)胞對(duì)水、營養(yǎng)物、激素、滲透壓、酸堿度、微量元素等的需求。
微生物細(xì)胞培養(yǎng)的特殊條件
微生物多為單細(xì)胞生物，野生生存條件比較簡單。所以微生物人工培養(yǎng)的條件比動(dòng)植物細(xì)胞簡單得多。其中厭氧微生物培養(yǎng)比好氧微生物復(fù)雜，因?yàn)閲?yán)格厭氧需要維持二氧化碳等非氧的惰性氣體濃度，而好氧微生物則只需要通過不斷攪拌提供無菌氧氣。微生物對(duì)培養(yǎng)條件要求不如動(dòng)植物細(xì)胞那樣苛刻，玉米漿、蛋白胨、麥芽汁、酵母膏等成為良好的微生物天然培養(yǎng)基。對(duì)于一些特殊微生物的營養(yǎng)條件要求，可以在這些天然培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上額外添加。
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