细胞生物学教程 http://www.cella.cn 是化学性质的最小单位，细胞是生命的基本单位。50年代以来诺贝尔生理与医学奖 大都授予了从事细胞生物学研究的科学家，可见细胞生物学的重要性。如果你将来 打算从事生物学相关的工作，学好细胞生物学能加深你对生命的理解。 第二、明确细胞生物学的研究内容，即：结构、功能、生活史。生物的结构与 功能是相适应的，每一种结构都有特定的功能，每一种功能的实现都需要特定的物 质基础。如肌肉可以收缩、那么动力是谁提供的、能量从何而来的？ 第三、从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能。一方面每一个 层次的结构都有特定的功能，另一方面各层次之间是有机地联系在一起的。 第四、将所学过的知识关联起来，多问自己几个为什么。细胞生物学涉及分子 生物学、生物化学、遗传学、生理学等几乎所有生物系学过的课程，将学过的知识 与细胞生物学课程中讲到的内容关联起来，比较一下有什么不同，有什么相同，为 什么？尽可能形成对细胞和生命的完整印象，不要只见树木不见森林。另一方面细 胞生物学各章节之间的内容是相互关联的，如我们在学习线粒体与叶绿体的时候， 要联想起细胞物质运输章节中学过的DNP、FCCP等质子载体对线粒体会有什么影 响，学习微管结构时要问问为什么B微管蛋白是一种G蛋白，而α微管蛋白不是， 学习细胞分裂时要想想细胞骨架在细胞分裂中起什么作用，诸如此类的例子很多。 第五、紧跟学科前沿，当前的热点主要有“信号转导”、“细胞周期调控”、“细 胞凋亡”等。细胞生物学是当今发展最快的学科之一，知识的半衰期很短（可能不 足5年)，国内教科书由于编撰周期较长，一般滞后于学科实际水平5-10年左右， 课本中的很多知识都已是陈旧知识。有很多办法可以使你紧跟学科前沿：一是选择 国外的最新教材，中国图书进出口公司读者服务部 http:/Mink.clubol..com/Iink/index.php那里可以买到很多价廉物美的正宗原版教材（一 般200-400元，只相当于国外价格的1/5)：二是经常读一些最新的期刊资料，如果 条件所限查不到国外资料，可以到中国期刊网、万方数据等数据库中查一些综述文 章，这些文章很多都是国家自然科学基金支助的，如在中国期刊网的检索栏输入关 键词“细胞调亡”，二次检索输入关键词“进展”，你会发现一大堆这样的文章，都 是汉字写的比读英文省事。 第六、学一点科技史，尤其是生物学史，看看科学家如何开展创造发明，学习 他们惊人的毅力、锐敏的眼光和独特的思维。牛顿说过：“我之所以比别人看得更远， 是因为站在巨人的肩膀上。” 第三节对未来的展望 人类经历了漫长的采猎文明后，约在一万年前进入农业经济时代，18世纪60 年代，英国率先进入工业经济，20世纪50美国最早走完工业经济的历程，进入信 息时代。据专家估计这一经济形态的“寿命”为75~80年，到本世纪20年代将渐渐 失去活力，届时人类迎接下一个经济时代，即生物经济时代的到来，生物经济的资 源为基因，其核心技术为建立在细胞与分子生物学理论基础上的各类生物技术。 生物经济时代特点是： 1.基因克隆和重组技术日趋成熟，人类将根据经济需要去开发和操纵遗传资
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 8 是化学性质的最小单位，细胞是生命的基本单位。50 年代以来诺贝尔生理与医学奖 大都授予了从事细胞生物学研究的科学家，可见细胞生物学的重要性。如果你将来 打算从事生物学相关的工作，学好细胞生物学能加深你对生命的理解。 第二、明确细胞生物学的研究内容，即：结构、功能、生活史。生物的结构与 功能是相适应的，每一种结构都有特定的功能，每一种功能的实现都需要特定的物 质基础。如肌肉可以收缩、那么动力是谁提供的、能量从何而来的？ 第三、从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构与功能。一方面每一个 层次的结构都有特定的功能，另一方面各层次之间是有机地联系在一起的。 第四、将所学过的知识关联起来，多问自己几个为什么。细胞生物学涉及分子 生物学、生物化学、遗传学、生理学等几乎所有生物系学过的课程，将学过的知识 与细胞生物学课程中讲到的内容关联起来，比较一下有什么不同，有什么相同，为 什么？尽可能形成对细胞和生命的完整印象，不要只见树木不见森林。另一方面细 胞生物学各章节之间的内容是相互关联的，如我们在学习线粒体与叶绿体的时候， 要联想起细胞物质运输章节中学过的 DNP、FCCP 等质子载体对线粒体会有什么影 响，学习微管结构时要问问为什么β微管蛋白是一种 G 蛋白，而α微管蛋白不是， 学习细胞分裂时要想想细胞骨架在细胞分裂中起什么作用，诸如此类的例子很多。 第五、紧跟学科前沿，当前的热点主要有“信号转导”、“细胞周期调控”、 “细 胞凋亡”等。细胞生物学是当今发展最快的学科之一，知识的半衰期很短（可能不 足 5 年），国内教科书由于编撰周期较长，一般滞后于学科实际水平 5-10 年左右， 课本中的很多知识都已是陈旧知识。有很多办法可以使你紧跟学科前沿：一是选择 国外的最新教材，中国图书进出口公司读者服务部 http://link.clubol.com/link/index.php 那里可以买到很多价廉物美的正宗原版教材（一 般 200-400 元，只相当于国外价格的 1/5）；二是经常读一些最新的期刊资料，如果 条件所限查不到国外资料，可以到中国期刊网、万方数据等数据库中查一些综述文 章，这些文章很多都是国家自然科学基金支助的，如在中国期刊网的检索栏输入关 键词“细胞凋亡”，二次检索输入关键词“进展”，你会发现一大堆这样的文章，都 是汉字写的比读英文省事。 第六、学一点科技史，尤其是生物学史，看看科学家如何开展创造发明，学习 他们惊人的毅力、锐敏的眼光和独特的思维。牛顿说过：“我之所以比别人看得更远， 是因为站在巨人的肩膀上。” 第三节 对未来的展望 人类经历了漫长的采猎文明后，约在一万年前进入农业经济时代，18 世纪 60 年代，英国率先进入工业经济，20 世纪 50 美国最早走完工业经济的历程，进入信 息时代。据专家估计这一经济形态的“寿命”为 75~80 年，到本世纪 20 年代将渐渐 失去活力，届时人类迎接下一个经济时代，即生物经济时代的到来，生物经济的资 源为基因，其核心技术为建立在细胞与分子生物学理论基础上的各类生物技术。 生物经济时代特点是： 1. 基因克隆和重组技术日趋成熟，人类将根据经济需要去开发和操纵遗传资
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 源，如通过转基因的方法生产人类生长素、干扰素（每千克价值440亿美元）等昂 贵的药物：培育具有特殊功能的转基因动植物，如具有苏云金毒素的抗虫棉。在商 业目的的驱使下，大量的改造物种，开始了偏离自然进化规律的二次“创世纪”，由 此所产生的基因污染和伦理问题将越来越突出。 2.人类基因组4大约10万个基因的作图和测序完成，进入以揭示基因功能为主 的后基因组计划，人类遗传病的基因治疗成为常规技术。 3.动物克隆技术和人类干细胞定向分化技术取得突破，人工创建的组织，器官 将用于医学治疗的目的。 4.神经生物学、信息生物学、细胞生物学等学科的发展，为实现人工智能奠定 了理论基础。 5.基因武器可能成为继核武器以后又一种足以令人类毁灭的武器。 6.生物芯片5（图1-4）技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、 司法鉴定等领域。成为与晶体管芯片一样重要的产业。 7.植物光合作用机理研究取得重大突破，人工光解水产生的氢气成为及化石燃 料之后主要的能源。 8.计算机和网络系统为生物经济的遗传信息管理和交流提供了方便。 电0eeQ6000e0●0：r0g9t110900●00●9 ● 图1-4DNA芯片（图片来自http:ww.ornl.go) 4人类基因组计划(Human genome project)由美国于1987年启动，我国于1993年加入该计划，承担其中 1%的任务，即人类3号染色体短臂上约30Mb的测序任务。2000年6月28日人类基因组工作草图完成。由 于人类基因测序和基因专利可能会带来巨大的商业价值，各国政府和一些企业都在积极地投入该项研究，如 1997年AMGE公司转让了一个与中枢神经疾病有关的基因而获利3.92亿美元。 5生物芯片技术是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集 成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、 快速、大信息量的检测。按照芯片上固化的生物材料的不同，可以将生物芯片划分为基因芯片、蛋白质芯片、 细胞芯片和组织芯片。目前，最成功的生物芯片形式是以基因序列为分析对象的微阵列(microarray)",也被 称为基因芯片(Gene chip)或DNA芯片(DNA chip)。1998年6月美国宣布正式启动基因芯片计划，联合私 人投资机构投入了20亿美元以上的研究经费。世界各国也开始加大投入，以基因芯片为核心的相关产业正在 全球崛起，目前美国已有8家生物芯片公司股票上市，平均每年股票上涨75%，据统计全球目前生物芯片工业 产值为10亿美元左右，预计今后5年之内，生物芯片的市场销售可达到200亿美元以上。 9
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 9 源，如通过转基因的方法生产人类生长素、干扰素（每千克价值 440 亿美元）等昂 贵的药物；培育具有特殊功能的转基因动植物，如具有苏云金毒素的抗虫棉。在商 业目的的驱使下，大量的改造物种，开始了偏离自然进化规律的二次“创世纪”，由 此所产生的基因污染和伦理问题将越来越突出。 2. 人类基因组4 大约 10 万个基因的作图和测序完成，进入以揭示基因功能为主 的后基因组计划，人类遗传病的基因治疗成为常规技术。 3. 动物克隆技术和人类干细胞定向分化技术取得突破，人工创建的组织，器官 将用于医学治疗的目的。 4. 神经生物学、信息生物学、细胞生物学等学科的发展，为实现人工智能奠定 了理论基础。 5. 基因武器可能成为继核武器以后又一种足以令人类毁灭的武器。 6. 生物芯片5 （图 1-4）技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、 司法鉴定等领域。成为与晶体管芯片一样重要的产业。 7. 植物光合作用机理研究取得重大突破，人工光解水产生的氢气成为及化石燃 料之后主要的能源。 8. 计算机和网络系统为生物经济的遗传信息管理和交流提供了方便。 图 1-4 DNA 芯片(图片来自 http://www.ornl.gov) 4 人类基因组计划（Human genome project）由美国于 1987 年启动，我国于 1993 年加入该计划，承担其中 1%的任务，即人类 3 号染色体短臂上约 30Mb 的测序任务。2000 年 6 月 28 日人类基因组工作草图完成。由 于人类基因测序和基因专利可能会带来巨大的商业价值，各国政府和一些企业都在积极地投入该项研究，如 1997 年 AMGE 公司转让了一个与中枢神经疾病有关的基因而获利 3.92 亿美元。 5 生物芯片技术是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集 成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、 快速、大信息量的检测。按照芯片上固化的生物材料的不同，可以将生物芯片划分为基因芯片、蛋白质芯片、 细胞芯片和组织芯片。目前，最成功的生物芯片形式是以基因序列为分析对象的“微阵列（microarray）”，也被 称为基因芯片（Gene chip)或 DNA 芯片（DNA chip)。1998 年 6 月美国宣布正式启动基因芯片计划，联合私 人投资机构投入了 20 亿美元以上的研究经费。世界各国也开始加大投入，以基因芯片为核心的相关产业正在 全球崛起，目前美国已有 8 家生物芯片公司股票上市，平均每年股票上涨 75％，据统计全球目前生物芯片工业 产值为 10 亿美元左右，预计今后 5 年之内，生物芯片的市场销售可达到 200 亿美元以上
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 附录细胞生物学参考书： 1.Bruce Alberts et al.Molecular Biology of the Cell 4th.Garland Science,2002. 2.Harvey Lodish et al.Molecular Cell Biology 4t.W.H.Freeman and Company, 1999. 3. Gerald Karp.Cell and Molecular Biology:Concepts and Experiments 3d. Wiley Sons,2002. 4.韩贻仁.分子细胞生物学科学出版社.2001年03月. 5.印莉萍，刘祥林.分子细胞生物学实验技术.首都师范大学出版社2001年01 月. 6.牛富文.医用分子细胞生物学.河南医科大学出版社1997年06月」 7.罗深秋.医用细胞生物学军事医学科学出版社.1998年08月 8.陈诗书.医学细胞与分子生物学.上海医科大学出版社.1999年01月」 9.周建明.医学细胞与分子生物学.上海医科大学出版社1997年06月. 10.高文和.医学细胞生物学.天津大学.社出版2000年09月. 11.左及.医学细胞生物学.上海医科大学出版社1999年06月. 12.余从年.医学细胞生物学导论.科学出版社.2000年07月， 13.郭葆玉.细胞分子生物学实验操作指南.安徽科学技术出版社1998年04月， 14.王德耀.细胞生物学.上海科学技术出版社.1998年 15.翟中和.细胞生物学.高等教育出版社1995年1月」 16.翟中和.细胞生物学.高等教育出版社2000年8月. 17.汪堃仁.细胞生物学（第二版）.北京师范大学出版社1998年11月。 18.郑国铝.细胞生物学（第二版）.高等教育出版社1992年04月. 19.翟中和.细胞生物学动态，第一卷.北京师范大学出版社1997年03月， 20.翟中和.细胞生物学动态，第二卷.北京师范大学出版社1998年10月. 21.翟中和.细胞生物学动态，第三卷.北京师范大学出版社1999年 22.辛华.细胞生物学实验.科学出版社.2001年02月。 23.刘鼎新.细胞生物学研究方法与技术（第二版）.北医、协和医大联合出版社1997 年05月. 24.杨汉民.细胞生物学实验（第二版）.高等教育出版社1997年07月. 10
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 10 附录 细胞生物学参考书： 1. Bruce Alberts et al. Molecular Biology of the Cell 4th. Garland Science, 2002. 2. Harvey Lodish et al. Molecular Cell Biology 4th. W. H. Freeman and Company, 1999. 3. Gerald Karp. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments 3rd. Wiley & Sons, 2002. 4. 韩贻仁. 分子细胞生物学科学出版社. 2001 年 03 月. 5. 印莉萍, 刘祥林. 分子细胞生物学实验技术. 首都师范大学出版社 2001 年 01 月. 6. 牛富文. 医用分子细胞生物学. 河南医科大学出版社 1997 年 06 月. 7. 罗深秋. 医用细胞生物学.军事医学科学出版社. 1998 年 08 月. 8. 陈诗书. 医学细胞与分子生物学. 上海医科大学出版社. 1999 年 01 月. 9. 周建明. 医学细胞与分子生物学. 上海医科大学出版社 1997 年 06 月. 10. 高文和. 医学细胞生物学. 天津大学.社出版 2000 年 09 月. 11. 左 及. 医学细胞生物学. 上海医科大学出版社 1999 年 06 月. 12. 余从年. 医学细胞生物学导论. 科学出版社. 2000 年 07 月. 13. 郭葆玉. 细胞分子生物学实验操作指南. 安徽科学技术出版社 1998 年 04 月. 14. 王德耀. 细胞生物学. 上海科学技术出版社. 1998 年. 15. 翟中和. 细胞生物学. 高等教育出版社 1995 年 1 月. 16. 翟中和. 细胞生物学. 高等教育出版社 2000 年 8 月. 17. 汪堃仁. 细胞生物学（第二版). 北京师范大学出版社 1998 年 11 月. 18. 郑国锠. 细胞生物学（第二版). 高等教育出版社 1992 年 04 月. 19. 翟中和. 细胞生物学动态，第一卷. 北京师范大学出版社 1997 年 03 月. 20. 翟中和. 细胞生物学动态，第二卷. 北京师范大学出版社 1998 年 10 月. 21. 翟中和. 细胞生物学动态，第三卷. 北京师范大学出版社 1999 年. 22. 辛 华. 细胞生物学实验. 科学出版社. 2001 年 02 月. 23. 刘鼎新. 细胞生物学研究方法与技术（第二版). 北医、协和医大联合出版社1997 年 05 月. 24. 杨汉民. 细胞生物学实验（第二版). 高等教育出版社 1997 年 07 月
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 第二章细胞生物学实验技术 第一节显微技术 显微镜是观察细胞的主要工具。根据光源不同，可分为光学显微镜和电子显微 镜两大类。前者以可见光（紫外线显微镜以紫外光）为光源，后者则以电子束为光 源。 一、光学显微镜 (一)、普通光学显微镜 普通生物显微镜由3部分构成，即：①照明系统，包括光源和聚光器；②光学 放大系统，由物镜和目镜组成，是显微镜的主体，为了消除球差和色差，目镜和物 镜都由复杂的透镜组构成：③机械装置，用于固定材料和观察方便（图2-1）。 图2-1尼康E-600显微镜 显微镜物象是否清楚不仅决定于放大倍数，还与显微镜的分辨力(resolution) 有关，分辨力是指显微镜（或人的眼晴距目标25cm处）能分辨物体最小间隔的能 力，分辨力的大小决定于光的波长和镜口率以及介质的折射率，用公式表示为：
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 11 第二章 细胞生物学实验技术 第一节 显微技术 显微镜是观察细胞的主要工具。根据光源不同，可分为光学显微镜和电子显微 镜两大类。前者以可见光（紫外线显微镜以紫外光）为光源，后者则以电子束为光 源。 —、光学显微镜 （一）、普通光学显微镜 普通生物显微镜由 3 部分构成，即：①照明系统，包括光源和聚光器；②光学 放大系统，由物镜和目镜组成，是显微镜的主体，为了消除球差和色差，目镜和物 镜都由复杂的透镜组构成；③机械装置，用于固定材料和观察方便（图 2-1）。 图 2-1 尼康 E-600 显微镜 显微镜物象是否清楚不仅决定于放大倍数，还与显微镜的分辨力（resolution） 有关，分辨力是指显微镜（或人的眼睛距目标 25cm 处）能分辨物体最小间隔的能 力，分辨力的大小决定于光的波长和镜口率以及介质的折射率，用公式表示为：
细胞生物学教程 http://www.cella.cn R=0.61A/N.A.N.A.=n sina/2 式中：n=介质折射率：a=镜口角（标本对物镜镜口的张角），N.A.=镜口率 (numeric aperture)。镜口角总是要小于180，所以sina/2的最大值必然小于1。 表2-1及中介质的折射率 介质 空气 水 香柏油 a溴萘 折射率 1 1.33 1.515 1.66 制作光学镜头所用的玻璃折射率为1.65~1.78，所用介质的折射率越接近玻璃 的越好。对于干燥物镜来说，介质为空气，镜口率一般为0.05~0.95；油镜头用香 柏油为介质，镜口率可接近1.5。 普通光线的波长为400-700nm,因此显微镜分辨力数值不会小于0.2ym,人 眼的分辨力是0.2mm,所以一般显微镜设计的最大放大倍数通常为1000X。 (二)、荧光显微镜 图2-2尼康E800荧光D1C显微镜 细胞中有些物质，如叶绿素等，受紫外线照射后可发荧光：另有一些物质本身 虽不能发荧光，但如果用荧光染料或荧光抗体染色后，经紫外线照射亦可发荧光， 荧光显微镜（图2-2,3,4）就是对这类物质进行定性和定量研究的工具之一。 12
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 12 R=0.61λ /N．A． N．A．＝ｎsinα/2 式中：n=介质折射率；α=镜口角（标本对物镜镜口的张角），N.A.=镜口率 （numeric aperture）。镜口角总是要小于 180˚ ，所以 sina/2 的最大值必然小于 1。 表 2-1 及中介质的折射率 介质 空气 水 香柏油 α 溴萘 折射率 1 1.33 1.515 1.66 制作光学镜头所用的玻璃折射率为 1.65~1.78，所用介质的折射率越接近玻璃 的越好。对于干燥物镜来说，介质为空气，镜口率一般为 0.05~0.95；油镜头用香 柏油为介质，镜口率可接近 1.5。 普通光线的波长为 400~700nm，因此显微镜分辨力数值不会小于 0.2μm，人 眼的分辨力是 0.2mm，所以一般显微镜设计的最大放大倍数通常为 1000X。 （二）、荧光显微镜 图 2-2 尼康 E800 荧光 DIC 显微镜 细胞中有些物质，如叶绿素等，受紫外线照射后可发荧光；另有一些物质本身 虽不能发荧光，但如果用荧光染料或荧光抗体染色后，经紫外线照射亦可发荧光， 荧光显微镜（图 2-2，3，4）就是对这类物质进行定性和定量研究的工具之一