细胞生物学教程 http://www.cella.cn 不同,细胞电泳尚可用来分离不同种类的细胞,例如可把淋巴样细胞与造血细胞分 开。 第四节细胞培养与细胞杂交 一、细胞培养 高等生物是由多细胞构成的整体,在整体条件下要研究单个细胞或某一群细胞 在体内( In vivo)的功能活动是十分困难的。但是如果把活细胞拿到体外( in vitro) 培养进行观察和研究,则要方便得多。活细胞离体后要在一定的生理条件下才能存 活和进行生理活动,特别是高等动植物细胞要求的生存条件极其严格,稍有不适就 要死亡。所以细胞培养技术( cell culture)就是选用最佳生存条件对活细胞进行培 养和研究的技术。 动物细胞的生存环境与植物细胞差别很大,因而二者的培养方法很不相同。 (一)、动物细胞培养 细胞培养方式大致可分为两种(图2-25):一种是群体培养( mass culture), 将含有一定数量细胞的悬液置于培养瓶中,让细胞贴壁生长,汇合( confluence) 后形成均匀的单细胞层;另一种是克隆培养( clonal culture),将高度稀释的游离细 胞悬液加入培养瓶中,各个细胞贴壁后,彼此距离较远,经过生长增殖每一个细胞 形成一个细胞集落,称为克隆( clone)。一个细胞克隆中的所有细胞均来源于同一 个祖先细胞。此外,为了制取细胞产品而设计了转鼓培养法,使用大容量的圆培养 瓶,在培养过程中不断地转动,使培养的细胞始终处于悬浮状态之中而不贴壁。 图2-25群体培养(左)和克隆培养(右)
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 34 不同，细胞电泳尚可用来分离不同种类的细胞，例如可把淋巴样细胞与造血细胞分 开。 第四节 细胞培养与细胞杂交 一、细胞培养 高等生物是由多细胞构成的整体，在整体条件下要研究单个细胞或某一群细胞 在体内（in vivo）的功能活动是十分困难的。但是如果把活细胞拿到体外（in vitro） 培养进行观察和研究，则要方便得多。活细胞离体后要在一定的生理条件下才能存 活和进行生理活动，特别是高等动植物细胞要求的生存条件极其严格，稍有不适就 要死亡。所以细胞培养技术（cell culture）就是选用最佳生存条件对活细胞进行培 养和研究的技术。 动物细胞的生存环境与植物细胞差别很大，因而二者的培养方法很不相同。 （一）、动物细胞培养 细胞培养方式大致可分为两种（图 2-25）：一种是群体培养（mass culture）， 将含有一定数量细胞的悬液置于培养瓶中，让细胞贴壁生长，汇合（confluence） 后形成均匀的单细胞层；另一种是克隆培养（clonal culture），将高度稀释的游离细 胞悬液加入培养瓶中，各个细胞贴壁后，彼此距离较远，经过生长增殖每一个细胞 形成一个细胞集落，称为克隆（clone）。一个细胞克隆中的所有细胞均来源于同一 个祖先细胞。此外，为了制取细胞产品而设计了转鼓培养法，使用大容量的圆培养 瓶，在培养过程中不断地转动，使培养的细胞始终处于悬浮状态之中而不贴壁。 图 2-25 群体培养（左）和克隆培养（右）
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 表23目前实验室中常用的几种细胞系 细胞系名称 细胞类型 来源 3T3 成纤维细胞 小鼠 宫颈癌上皮细胞 成纤维细胞 叙利亚仓鼠 上皮细胞 袋鼠 成肌细胞 鼠 嗜铬细胞 大鼠 浆细胞 「小鼠 SP2/0骨髓瘤浆细胞 「小鼠 CHO 卵巢细胞 中国地鼠 正常细胞培养的世代数有限,只有癌细胞和发生转化的细胞才能无限生长下去。 所谓转化即是指正常细胞在某种因子的作用下发生突变而具有癌性的细胞。目前世 界上许多实验室所广泛传用的HeLa细胞系就是1951年从一位名叫 Henrietta Lacks的妇女身上取下的宫颈癌细胞培养而成。此细胞系一直延用至今。 1.原代培养( primary culture):从动物机体取岀的进行培养的细胞群。原代培养 的细胞生长比较缓慢,而且繁殖一定的代数后(一般10代以内)停止生长,需 要从更换培养基。将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶即称为传代或传代 培养( Passage)。 2.细胞株( cell strain):从原代培养细胞群中筛选出的具有特定性质或标志的细胞 群,能够繁殖50代左右,在培养过程中其特征始终保持。 3.细胞系( cell line):从肿瘤组织培养建立的细胞群或培养过程中发生突变或转 化的细胞,在培养条件下可无限繁殖 4.克隆( clone):亦称无性繁殖系或简称无性系。对细胞来说,克隆是指由同 个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。 (二)、植物细胞培养 植物细胞培养主要有如下几种技术 1.组织培养:诱发产生愈伤组织(图2-26),如果条件适宜,可培养出再生植株。 用于研究植物的生长发育、分化和遗传变异;进行无性繁殖;制取代谢产物。 2.悬浮细胞培养:在愈伤组织培养技术基础上发展起来的一种培养技术。适合于 进行产业化大规模细胞培养,制取植物代谢产物。 3.原生质体培养:脱壁后的植物细胞称为原生质体( protoplast,其特点是:① 比较容易摄取外来的遗传物质,如DNA:②便于进行细胞融合,形成杂交细胞 ③与完整细胞一样具有全能性,仍可产生细胞壁,经诱导分化成完整植株 4.单倍体培养:通过花药或花粉培养可获得单倍体植株,经人为加倍后可得到完 全纯合的个体
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 35 表 2-3 目前实验室中常用的几种细胞系 细胞系名称 细胞类型 来源 3T3 成纤维细胞 小鼠 HeLa 宫颈癌上皮细胞 人 BHK21 成纤维细胞 叙利亚仓鼠 PtKl 上皮细胞 袋鼠 L6 成肌细胞 大鼠 PCI2 嗜铬细胞 大鼠 SP2 浆细胞 小鼠 SP2／0 骨髓瘤浆细胞 小鼠 CHO 卵巢细胞 中国地鼠 正常细胞培养的世代数有限，只有癌细胞和发生转化的细胞才能无限生长下去。 所谓转化即是指正常细胞在某种因子的作用下发生突变而具有癌性的细胞。目前世 界上许多实验室所广泛传用的 HeLa 细胞系就是 1951 年从一位名叫 Henrietta Lacks 的妇女身上取下的宫颈癌细胞培养而成。此细胞系一直延用至今。 1． 原代培养 （primary culture）：从动物机体取出的进行培养的细胞群。原代培养 的细胞生长比较缓慢，而且繁殖一定的代数后（一般 10 代以内）停止生长，需 要从更换培养基。将细胞从一个培养瓶转移到另外一个培养瓶即称为传代或传代 培养（Passage）。 2． 细胞株（cell strain）：从原代培养细胞群中筛选出的具有特定性质或标志的细胞 群，能够繁殖 50 代左右，在培养过程中其特征始终保持。 3． 细胞系（cell line）：从肿瘤组织培养建立的细胞群或培养过程中发生突变或转 化的细胞，在培养条件下可无限繁殖 4． 克隆（clone）：亦称无性繁殖系或简称无性系。对细胞来说，克隆是指由同一 个祖先细胞通过有丝分裂产生的遗传性状一致的细胞群。 （二）、植物细胞培养 植物细胞培养主要有如下几种技术： 1． 组织培养：诱发产生愈伤组织（图 2-26），如果条件适宜，可培养出再生植株。 用于研究植物的生长发育、分化和遗传变异；进行无性繁殖；制取代谢产物。 2． 悬浮细胞培养：在愈伤组织培养技术基础上发展起来的一种培养技术。适合于 进行产业化大规模细胞培养，制取植物代谢产物。 3． 原生质体培养：脱壁后的植物细胞称为原生质体（protoplast），其特点是：① 比较容易摄取外来的遗传物质，如 DNA；②便于进行细胞融合，形成杂交细胞； ③与完整细胞一样具有全能性，仍可产生细胞壁，经诱导分化成完整植株： 4． 单倍体培养：通过花药或花粉培养可获得单倍体植株，经人为加倍后可得到完 全纯合的个体
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 图226植物细胞培养 二、细胞融合 通过培养和诱导,两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为细胞 融合( cell fusion)或细胞杂交( cell hybridization)。 基因型相同的细胞融合成的杂交细胞称为同核体( homokaryon);来自不同基 因型的杂交细胞则称为异核体( heterokaryon)。 同种细胞在培养时2个靠在一起的细胞自发合并,称自发融合;异种间的细胞 必须经诱导剂处理才能融合,称诱发融合。 诱导细胞融合的方法有三种:生物方法(病毒)、化学方法(聚乙二醇PEG) 物理方法(电激和激光)。某些病毒如:仙台病毒、副流感病毒和新城鸡瘟病毒的被 膜中有融合蛋白( fusion protein,可介导病毒同宿主细胞融合,也可介导细胞与 细胞的融合,因此可以用紫外线灭活的此类病毒诱导细胞融合。化学和物理方法可 造成膜脂分子排列的改变,去掉作用因素之后,质膜恢复原有的有序结构,在恢复 过程中便可诱导相接触的细胞发生融合。 细胞融合不仅可用于基础研究,而且还有重要的应用价值,在植物育种方面已 经成功的有萝卜+甘蓝、粉蓝烟草+郎氏烟草、番茄+马铃薯等等 单克隆抗体技术是细胞杂交技术的成功应用(图2-27),正常淋巴细胞(如小 鼠脾细胞)具有分泌抗体的能力,但不能在体外长期培养,瘤细胞(如骨髓瘤)可 以在体外长期培养,但不分泌抗体。于是英国人 Kohler和 Milstein1975将两种细 胞杂交而创立了单克隆抗体技术,获1984年诺贝尔奖
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 36 图 2-26 植物细胞培养 二、细胞融合 通过培养和诱导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为细胞 融合（cell fusion）或细胞杂交（cell hybridization）。 基因型相同的细胞融合成的杂交细胞称为同核体（homokaryon）；来自不同基 因型的杂交细胞则称为异核体（heterokaryon）。 同种细胞在培养时 2 个靠在一起的细胞自发合并，称自发融合；异种间的细胞 必须经诱导剂处理才能融合，称诱发融合。 诱导细胞融合的方法有三种：生物方法（病毒）、化学方法（聚乙二醇 PEG）、 物理方法（电激和激光）。某些病毒如：仙台病毒、副流感病毒和新城鸡瘟病毒的被 膜中有融合蛋白（fusion protein），可介导病毒同宿主细胞融合，也可介导细胞与 细胞的融合，因此可以用紫外线灭活的此类病毒诱导细胞融合。化学和物理方法可 造成膜脂分子排列的改变，去掉作用因素之后，质膜恢复原有的有序结构，在恢复 过程中便可诱导相接触的细胞发生融合。 细胞融合不仅可用于基础研究，而且还有重要的应用价值，在植物育种方面已 经成功的有萝卜+甘蓝、粉蓝烟草+郎氏烟草、番茄+马铃薯等等。 单克隆抗体技术是细胞杂交技术的成功应用（图 2-27），正常淋巴细胞（如小 鼠脾细胞）具有分泌抗体的能力，但不能在体外长期培养，瘤细胞（如骨髓瘤）可 以在体外长期培养，但不分泌抗体。于是英国人 Kohler 和 Milstein 1975 将两种细 胞杂交而创立了单克隆抗体技术，获 1984 年诺贝尔奖
细胞生物学教程 http://www.cella.cn The Production of Monoclonal Antibodies Tumor cells Fusion ◎◎● ow clones from Use ELISA to identify hybridoma producing Hybridoma producing desired Hybridoma A Hybridoma B Hybridoma C monoclonal antibody 图2-27单克隆抗体技术
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 37 图 2-27 单克隆抗体技术
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 第三章细胞生物学基础知识 细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。一般认为 1.细胞是由膜包围的原生质( protoplasm)团,通过质膜与周围环境进行物质和 信息交流; 2.是构成有机体的基本单位,具有自我复制的能力,是有机体生长发育的基础; 3.是代谢与功能的基本单位,具有一套完整的代谢和调节体系; 4.是遗传的基本单位,具有发育的全能性。 第一节真核细胞 质膜 细胞表面的一层单位膜,特称为质膜( plasmolemma; plasma membrane) 真核细胞除了具有质膜、核膜外,发达的细胞内膜形成了许多功能区隔。由膜围成 的各种细胞器,如核膜、内质网、髙尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等。在结构 上形成了一个连续的体系,称为内膜系统( endomembrane system)。内膜系统将 细胞质分隔成不同的区域,即所谓的区隔化( compartmentalization)。区隔化是 细胞的高等性状,它不仅使细胞内表面积增加了数十倍,各种生化反应能够有条不 紊地进行,而且细胞代谢能力也比原核细胞大为提高。 二、细胞核 细胞核( nucleus)是细胞内最重要的细胞器,核表面是由双层膜构成的核被 膜( nuclear envelope),核内包含有由DNA和蛋白质构成的染色体( chromosome)。 间期染色体结构疏松,称为染色质( chromatin);有丝分裂过程中染色体凝缩变短, 称为染色体。其实染色质与染色体只是同一物质在不同细胞周期的表现。染色体的 数目因物种而异,有的如蕨类植物 Ophioglossum reticulum的染色体数多达1260 个;有的如马蛔虫 Ascaris megalocephala只有两条染色体。核内1至数个小球形 结构,称为核仁( nucleolus)。 purkinje(1839)用原生质一词指细胞的全部活性物质,从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核(或拟
细胞生物学教程 http://www.cella.cn 38 第三章 细胞生物学基础知识 细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。一般认为： 1. 细胞是由膜包围的原生质6 （protoplasm）团，通过质膜与周围环境进行物质和 信息交流； 2. 是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力，是有机体生长发育的基础； 3. 是代谢与功能的基本单位，具有一套完整的代谢和调节体系； 4. 是遗传的基本单位，具有发育的全能性。 第一节 真核细胞 一、质膜 细胞表面的一层单位膜，特称为质膜（plasmolemma；plasma membrane）。 真核细胞除了具有质膜、核膜外，发达的细胞内膜形成了许多功能区隔。由膜围成 的各种细胞器，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等。在结构 上形成了一个连续的体系，称为内膜系统（endomembrane system）。内膜系统将 细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化（compartmentalization）。区隔化是 细胞的高等性状，它不仅使细胞内表面积增加了数十倍，各种生化反应能够有条不 紊地进行，而且细胞代谢能力也比原核细胞大为提高。 二、细胞核 细胞核（nucleus）是细胞内最重要的细胞器，核表面是由双层膜构成的核被 膜（nuclear envelope），核内包含有由 DNA 和蛋白质构成的染色体（chromosome）。 间期染色体结构疏松，称为染色质（chromatin）；有丝分裂过程中染色体凝缩变短， 称为染色体。其实染色质与染色体只是同一物质在不同细胞周期的表现。染色体的 数目因物种而异，有的如蕨类植物 Ophioglossum reticulum 的染色体数多达 1260 个；有的如马蛔虫 Ascaris megalocephala 只有两条染色体。核内 1 至数个小球形 结构，称为核仁（nucleolus）。 6 Purkinje（1839）用原生质一词指细胞的全部活性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核（或拟 核）