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内容简介

　　《细胞工程原理与技术》为高等学校iCourse.教材：生物技术与生物工程系列之一，系统介绍了细胞工程基本原理、关键技术及其应用，以及本领域的新研究成果，突出细胞工程在解决相关重大理论问题及其实践应用方面的特色。全书分为13章，前3章主要介绍细胞工程的发展简史、理论和实验基础；第4至7章主要介绍细胞工程关键技术；第8至13章主要介绍细胞工程应用实践。《细胞工程原理与技术》各章既独立成章又相互联系，内容安排相互衔接，既强调系统性和基础性，又紧扣应用实践。《细胞工程原理与技术》配套的数字课程提供了与纸质教材紧密结合的知识拓展、深入学习、应用案例、视频、动画、本章小结、教学课件、自测题、参考文献等资源，便于教师教学和学生学习。
　　《细胞工程原理与技术》可供生物技术、生物工程及相关专业的本科生和研究生使用，也可作为科研工作者的参考书。

目录

1 绪论
1．1 细胞工程概述
1．1．1 细胞工程概念
1．1．2 细胞工程基本内容
1．2 细胞工程发展简史
1．2．1 探索期
1．2．2 奠基期
1．2．3 蓬勃发展期
1．3 细胞工程发展前景
1．3．1 细胞工程理论发展前景
1．3．2 细胞工程技术发展前景
1．3．3 细胞工程应用前景
1．4 细胞工程学习方法

2 细胞工程理论基础
2．1 细胞全能性
2．1．1 细胞全能性定义
2．1．2 细胞全能性研究历史
2．1．3 细胞全能性应用
2．2 细胞分化与脱分化
2．2．1 细胞分化
2．2．2 细胞脱分化
2．3 细胞融合
2．3．1 细胞融合的概念
2．3．2 细胞融合的基本原理
2．4 合成生物学与人工细胞
2．4．1 合成生物学概述
2．4．2 合成生物学关键技术
2．4．3 人工细胞

3 细胞工程实验基础
3．1 细胞工程实验室的规划设计及常用仪器设备
3．1．1 基本实验室
3．1．2 辅助实验室
3．2 无菌操作技术
3．2．1 培养用品的清洗
3．2．2 灭菌原理与方法
3．2．3 无菌操作技术
3．2．4 无菌操作技术的注意事项
3．2．5 污染的检测与控制
3．3 培养基的设计与优化
3．3．1 植物细胞培养基的设计与优化
3．3．2 动物细胞培养基的设计与优化

4 细胞组织培养技术
4．1 植物细胞组织及器官培养技术
4．1．1 植物细胞和组织培养
4．1．2 植物器官培养
4．1．3 植物细胞组织开放式培养
4．2 动物细胞组织及器官培养技术
4．2．1 动物细胞培养
4．2．2 动物组织培养
4．2．3 动物器官培养

5 细胞融合技术
5．1 细胞融合技术概述
5．1．1 细胞融合方法
5．1．2 融合细胞的筛选
5．2 细胞融合技术发展历程
5．3 动物细胞融合——杂交瘤技术
5．3．1 杂交瘤技术概述
5．3．2 单克隆抗体制备基本原理
5．3．3 单克隆抗体制备基本流程
5．3．4 杂交瘤细胞的筛选
5．3．5 单克隆抗体细胞株的建立
5．4 植物细胞融合技术
5．4．1 植物原生质体制备
5．4．2 植物原生质体培养
5．4．3 植物原生质体融合
5．4．4 植物体细胞杂种植株的鉴定

6 细胞拆合与克隆技术
6．1 细胞拆合
6．1．1 细胞拆合技术发展概况
6．1．2 细胞拆合技术：
6．1．3 细胞器重组
6．1．4 转染色体核移植技术
6．2 克隆技术
6．2．1 克隆的概念和分类
6．2．2 克隆技术研究进展
6．2．3 胚胎分割技术
6．2．4 哺乳动物克隆

7 干细胞技术
7．1 干细胞概述
7．1．1 干细胞定义
7．1．2 干细胞分类
7．2 干细胞制备方法
7．2．1 胚胎干细胞制备方法
7．2．2 成体干细胞制备方法
7．2．3 诱导多能干细胞制备方法
7．2．4 肿瘤干细胞制备方法
7．3 干细胞研究进展
7．3．1 胚胎干细胞研究进展
7．3．2 成体干细胞研究进展
7．3．3 诱导多能干细胞研究进展
7．4 干细胞临床应用
7．4．1 干细胞及其衍生产品上市情况
7．4．2 干细胞治疗的困境和对策

8 植物细胞大规模培养生产天然活性物质
8．1 植物细胞大规模培养生产天然活性物质概述
8．1．1 植物细胞大规模培养概念
8．1．2 植物细胞大规模培养生产天然活性物质特点
8．2 植物细胞大规模培养生产天然活性物质的关键技术
8．2．1 植物细胞系建立
8．2．2 高产细胞系选育
8．2．3 高产细胞系保存
8．2．4 植物细胞放大培养技术及工艺
8．2．5 产物分离纯化
8．3 植物细胞大规模培养生产天然活性物质的调控
8．3．1 植物细胞大规模培养的诱导表达调控
8．3．2 植物细胞响应外界刺激积累次生代谢物合成的信号转导途径
8．3．3 植物天然活性物质合成的分子调控机制
8．4 植物细胞大规模培养生产贵重药物应用实例
8．4．1 紫杉醇生物合成的代谢调控
8．4．2 人参皂苷生物合成和次生代谢调控

9 植物组织快速繁殖生产试管苗
9．1 植物快速繁殖的概述
9．1．1 植物快速繁殖的概念
9．1．2 植物快速繁殖的特点
9．2 植物脱毒培养技术
9．2．1 植物脱毒和快速繁殖的意义
9．2．2 植物脱毒培养的方法及原理
9．2．3 植物脱毒苗的鉴定
9．3 人工种子
9．3．1 人工种子的概念
9．3．2 人工种子各构成部分的特点
9．3．3 人工种子的储藏
……
10 植物细胞工程育种
11 动物细胞工程制药
12 胚胎移植与试管动物
13 转基因动物及其应用

精彩书摘

　　（4）微核体的制备
　　秋水仙碱及其衍生物和长春花碱等能干扰微管的形成，染色体就被停滞在有丝分裂中期。动物细胞受秋水仙碱作用，形成了体积不同的多个微核，经用细胞松弛素B把微核从细胞中分离出来，就叫作微核体，它只含有细胞中的少数染色体。使微核体与完整细胞融合，是进行基因定位的重要方法。
　　制备微核体的时候，用0.1μg/mL秋水仙碱处理细胞（48h以上），细胞分裂就被控制在分裂中期，此时染色体运动终止，在单个染色体或染色体群的周缘重现核膜，形成了大小不同的多数微核，此时的细胞就叫微核化细胞。然后借细胞松弛素B与离心并用的脱核法使微核从细胞分离出来成为微核体。
　　（5）植物细胞核和无核原生质体的制备
　　植物细胞外部有一层细胞壁，先要去掉这一障碍，就是首先制备原生质体，然后把收集的原生质体放在低渗溶液中（或蒸馏水中）使原生质体破裂，但核膜完整保留，然后用密度梯度离心法收集细胞核。酵母菌细胞核的提取方法与此相同。要得到无核的原生质体（不是碎片），采用与动物细胞制备胞质体相似的办法，就是用细胞松弛素处理后的原生质体，再进行高速离心，此时原生质体分为两部分，即无核的原生质体和微型原生质体（核外仍有少量细胞质和质膜）。经纯化可获得纯净的无核原生质体。应用透射电镜技术，揭示刚去核不久的细胞为圆形，以后逐渐铺展开。去核细胞的一些细胞器的形态、结构、分布排列均与真核细胞相似，例如内质网系、高尔基体、多核糖体、溶酶体和中心粒以及微粒、微管等骨架系统和微小的胞饮泡等均呈正常分布。线粒体从去核的胞质体中央部位重新分布于铺展的胞质区，它的运动十分活跃，膜上各酶系的分布及作用过程都照样存在。观察证明，去核细胞在一段时间内，其胞质内细胞器的超微结构是正常的。因此，去核细胞质体是深入研究细胞质作用的重要材料。
　　6.1.3细胞器重组
　　细胞器重组，是将分离得到的细胞器在一定条件下重新组合，形成杂种细胞的过程。
　　细胞器重组主要有三种形式，即胞质体与核体重组、微核体与细胞重组、胞质体与细胞重组。
　　（1）胞质体与核体重组
　　胞质体与核体重组又称为核转移，是将一个细胞的细胞核转移到另一个细胞的胞质体中，获得杂种细胞的过程。
　　核转移的方法主要有核质融合法和显微注射法。
　　①核质融合法核质融合法是将获得的胞质体与核体混合，加入适宜的助融剂（如聚乙烯醇、仙台病毒等），在一定条件下处理一定时间，使核体融合到胞质体中，然后在一定条件下培养一定时间获得杂种细胞的方法。其操作方法与原生质体融合的方法基本相同。
　　②显微注射法显微注射法是通过特制的显微注射器，将一个细胞的细胞核吸出，再移入另一个去核细胞中的方法。这个方法已经在哺乳动物细胞的核移植方面成功应用，即首先将哺乳动物的受精卵去核，制备得到胞质体，通过显微注射器将动物体细胞的细胞核取出，转移到去核受精卵中，再将接受了核转移存活的受精卵移植入雌性动物的子宫中发育成个体。用这个方法已经成功地克隆了绵羊、牛、猪等动物。
　　（2）微核体与细胞重组
　　微核体与细胞重组是将分离获得的微核体与动物细胞或植物、微生物原生质体混合，加入适宜的助融剂，在一定条件下处理一段时间，使微核体进入动物细胞或植物、微生物的原生质体中，以获得杂种细胞。在前述的动物细胞融合和原生质体融合过程中，经过融合获得的含有两种不同细胞核的异核体，要经过体内重组（核融合），才能获得稳定的融合子。
　　在杂种细胞分裂过程中，倾向于保留一个亲本的全套染色体而排斥另一个亲本的某些染色体。要得到稳定的融合子，需要经过相当长的时间，同时保留下来的部分染色体也并非完整的染色体。通过微核体与细胞的融合，就可以在短时间内把少量而又完整的染色体引入细胞，获得稳定的融合子。微核体与细胞融合的方法与前述动物细胞融合和原生质体融合的方法基本相同，在此不再赘述。
　　（3）胞质体与细胞重组
　　胞质体与细胞重组是将胞质体与动物细胞或者植物、微生物原生质体混合，在助融剂的作用下，经过膜融合和胞质融合，获得胞质杂种细胞的技术过程。胞质体与细胞重组虽然没有改变亲本细胞的细胞核，但是由于引入的胞质体细胞质中含有蛋白质等物质，也可能对细胞或者个体的特性产生影响。胞质体与细胞或原生质体的融合方法与原生质体融合方法相同。经过细胞器重组获得的融合子还需经过筛选。筛选融合子的方法主要有：利用营养缺陷型标记进行筛选，利用抗药性标记进行筛选，利用掺人荧光素标记进行筛选等。
　　细胞拆合技术是一种很有用的手段，就基础研究而言，通过这种技术证明了细胞核的核酸合成方式和基因表达是受细胞质物质的影响。例如小鼠淋巴细胞是不产生白蛋白的，用它和能分泌白蛋白的大鼠肝癌细胞融合，可以产生有特异功能的杂种细胞，既能生产大鼠白蛋白，也能产生小鼠白蛋白。细胞拆合技术已被用于动物育种工作，童第周曾用核移植的方法育成鲤鲫核质杂交鱼，以选育新品种。
　　……

前言/序言

　　细胞工程是现代生物技术与生物工程的重要组成部分，是细胞生物学与发育生物学和遗传学的交叉领域，无论在生命科学基础研究方面还是在生物高科技产业领域，都已取得举世瞩目的成就，并取得了显著的社会效益和经济效益。细胞工程已成为高等院校生物技术、生物工程及相关专业的主修课程，也是农学、医药等相关专业的重要课程。细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等诸多方面，其理论知识宽厚，应用十分广泛。近年来，随着互联网发展，教育信息化和国际化日益凸显，学生的学习方式发生了悄然改变，原有教学方式受到越来越大的挑战，需要积极探索适应学生学习方式转变的新型教育教学方式方法。慕课（Massive Open On line Course，MOOC，大规模开放在线课程）顺应时代发展应运而生，同时，翻转课堂、混合课堂等新的教学模式探索逐渐普及。在新的教学模式中，教师角色由讲授者转变为课程电子资源建设者和提供者，以及教学过程的引导者、启发者，充分体现了“以学生为中心”的学习者主体地位，极大促进了学生自主学习、主动探索和创新思维能力的培养。为了进一步提高教学效果和质量，必须建设与此相适应的新形态教材，帮助学生尽快适应新的教学方式。本书正是顺应这一发展需要编写的新形态教材，纸质教材与数字课程一体化设计：纸质教材设置了知识导图、主干内容、思考题和开放讨论题等内容；数字课程提供了与纸质教材配套的知识拓展、深入学习、应用案例、视频、动画、本章小结、教学课件、自测题、参考文献等资源。这种教材构架方式，一方面可以帮助学生更好地理解并掌握知识点，另一方面可以帮助学生重构学习方式，引导学生自主学习和探索，同时给予学生更大的自主选择权。
　　本书系统介绍了细胞工程基本原理、关键技术及其应用实践，以及本领域的最新研究成果，突出细胞工程在解决重大理论问题及应用实践方面的特色。各章节由在该领域长期进行研究的学者编著，很好地反映了该领域的研究进展。全书分为13章，前3章主要介绍细胞工程的发展简史、理论和实验基础；第4至7章主要介绍细胞工程关键技术；第8至13章主要介绍细胞工程的应用实践。本书各章既相对独立、又相互联系，内容安排相互衔接，既强调系统性和基础性，又紧扣应用实践。通过本教材的学习，学生可全面掌握细胞工程的原理和关键技术，并熟悉细胞工程的应用实践，为学生今后的发展打下良好的理论和技术基础。此外，本书按照研究的思路提出科学问题，并采用各种技术手段来求证，并在此基础上提出新的问题，逻辑性强。本书可供高等院校生物技术、生物工程及相关专业的本科生和研究生使用，也可作为科研工作者参考书。
　　本书由余龙江教授（华中科技大学）担任主编，邓宁教授（暨南大学）、李青旺教授（西北农林科技大学）、付春华副教授（华中科技大学）担任副主编。华中科技大学的陈明洁、敖明章和杨英副教授，河北大学康现江教授，吉林大学单亚明教授和黄宜兵副教授，暨南大学唐勇教授和王永飞副教授，中国科学院武汉植物园章焰生研究员，西北农林科技大学江中良和孙秀柱副教授，黑龙江八一农垦大学赵蕊副教授等老师参与了教材编写。付春华、余龙江对书稿进行了全面统稿和核校。同时，华中科技大学生命科学与技术学院的董艳山、张蒙、王硕、聂琳、戴露丹等研究生参与核校了部分书稿，付出了辛勤劳动。本书出版得到了高等教育出版社的大力支持和全力合作。在此一并表示诚挚谢意。
　　由于本书涉及的知识面较广，而且该领域及相关学科发展很快，加之时间紧、任务重，编者业务水平有限，书中难免存在不足甚至瑕疵，敬请读者不吝赐教，以便及时更正和完善。
　　编者
　　2016年8月

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