細胞、微生物及其相關培養技術

戴尊

摘 要 細胞是生物有機體的基本結構單位。細胞培養技術是生物技術中最核心、最基礎的技術。微生物在生物學的發展史上占據重要地位。細胞培養、微生物培養、植物組織培養等是生物技術中的重要組成成分。各種相關的培養技術在人類生產生活的很多方面得到了極大的運用，對推動人類社會的進步起了重要作用。

關鍵詞 細胞；微生物；細胞培養；微生物培養；植物組織培養

中圖分類號：TS202.3 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）12--02

1 細胞及微生物

1.1 細胞

高等植物細胞膜外有細胞壁，細胞質中常伴隨有質體，體內有葉綠體、液泡及線粒體。動物細胞無細胞壁，細胞質中常有中心體。細胞作為生物體結構和功能的基本單位，具有運動、營養和繁殖的功能。

1.2 微生物

微生物包括細菌、真菌及一些小型的原生生物、顯微藻類等在內的一大類生物群體以及病毒。微生物多為單細胞生物，野生生存條件比較簡單。此外，雖然其個體十分微小，卻與人類關系密切，與人類的生產和生活有重要的聯系。

微生物種類繁多，至少有10萬種以上。按其結構、化學組成及生活習性等差異可分成三大類。一是真核細胞型微生物，其細胞核的分化程度較高，有核膜、核仁以及染色體，且胞質內有完整的細胞器[1]。二是原核細胞型微生物，其細胞核分化程度低，僅有原始核質，沒有核膜與核仁。細胞器結構和功能并不完善。這類微生物種類眾多，有細菌、螺旋體、支原體、立克次體和衣原體和放線。三是非細胞型微生物，病毒為其代表。它們沒有典型的細胞結構，只能在活細胞內生長和繁殖。

2 植物組織與動物組織

細胞先進行分裂與生長，然后由細胞分化產生了不同的細胞群，把形態、結構相似，在個體發育中由相同來源的細胞群所組成的結構和功能單位，稱為組織。

2.1 植物組織

植物組織分為分生組織和成熟組織。根據分生組織在植物體中的分布位置，可分為頂端分生組織，側生分生組織及居間分生組織。

為適應特定的生理功能，細胞出現了更為明顯的特化，形成了各種不同的成熟組織。薄壁組織：同化組織、吸收組織、貯藏組織、通氣組織和傳遞細胞。輸導組織：導管、管胞、篩胞、篩管和伴胞。機械組織：厚角組織和厚壁組織。保護組織：表皮和周皮。分泌結構：外分泌結構和內分泌結構。在植物的個體發育中，由同類細胞構成的組織是簡單組織；由多種類型細胞構成的組織構成的組織稱為復雜組織[2]。簡單組織：分生組織、薄壁組織。復合組織：表皮、周皮、樹皮、木質部、韌皮部和維管束。

2.2 動物組織

根據構造、功能和起源的差別可以將動物組織分為4類：上皮組織、結締組織（包括疏松結締組織、致密結締組織、網狀結締組織和彈性結締組織等）、肌組織和神經組織。它們以不同的比例互相聯系，相互依存，形成了動物的各種器官和系統，實現了動物的生殖、生長發育和新陳代謝等全部的生命活動。

3 細胞培養技術

細胞培養技術也叫細胞克隆技術。細胞培養技術可以由一個細胞經過大量培養成為簡單的單細胞或極少分化的多細胞，細胞培養的本質就是對于細胞的克隆。培養過程一般需要光、氣體、水、無菌條件、滲透壓、營養物、pH和溫度的條件。細胞培養是整個生物工程的重要組成部分。

按生長方式分為黏附型細胞和懸浮型細胞，通常，體外培養的全部生命期大致可分為3個階段：原代培養期、傳代期和衰退期。

不同類細胞的培養。一是動物細胞培養就是從動物機體中取出相關的組織，使用胰蛋白酶或膠原蛋白酶將它分散成單個細胞，放在適宜的培養基中，讓這些細胞生長和增殖。動物細胞培養需要血清、支持物及氣體交換的條件[3]。由此決定了動物細胞離體培養設備要求高、難度大。二是植物細胞培養將愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養基中進行震蕩培養，得到分散成游離的懸浮細胞，通過繼代培養使細胞增殖，從而獲得大量細胞群體的一種技術。根據培養對象，植物細胞培養主要有單細胞培養，單倍體培養，原生質體培養等；按照培養系統可分為懸浮培養、液體培養、固體培養和固定化培養等。植物細胞的培養需要光照和激素的條件。由于激素對于細胞的分裂和生長有重要作用，所以特別的需要植物生長調節劑的調節。

4 微生物培養

微生物培養是生物培養的中的一種。所培養的微生物主要有病毒、細菌、放線菌和真菌等。防止雜菌入侵，獲得純凈的培養物，是研究和應用微生物的前提。也就是說，在給微生物提供合適的營養和環境條件的同時，還要確保沒有雜菌的混入。相較于動植物細胞的培養條件，微生物的培養條件簡單得多。但由于其中的厭氧微生物需要嚴格維持二氧化碳等惰性氣體的濃度，而好氧微生物只需要通過攪拌提供氧氣，所以好氧微生物的培養比厭氧微生物的培養要簡單的多[4]。

微生物的培養需要用到培養基。培養基在微生物的培養中舉足輕重。微生物的培養基按其所含成分可分為合成培養基、天然培養基和半合成培養基3種。合成培養基的成分及含量雖然確切可知，但一般微生物在此生長緩慢甚至不生長。玉米漿、蛋白胨、麥芽汁、酵母膏等都可以成為微生物天然培養基。天然培養基配置方便，營養豐富，但其具體的成分和含量并不清楚[5]。但由于半合成培養基既營養豐富又可以確定部分已知成分，所以多數微生物的培養采用一部分天然有機物作碳源、氮源和生長因子，然后加入適量的化學藥品配制而成的半合成培養基。

5 植物組織培養和動物細胞與組織培養

5.1 植物組織培養

植物組織培養即植物無菌培養技術，又稱離體培養，是根據植物細胞具有全能性的理論，利用離體的器官、組織或細胞及原生質體，在適宜的條件下在培養了一段時間以后，會通過脫分化形成愈傷組織（愈傷組織的細胞是薄壁細胞的一種）。再通過再分化形成根或芽等器官，經過培育后最終形成完整植株的過程。

溫度、光照、材料年齡、保存時間等都可能影響植物的組織培養。而且，不同的植物組織，培養的難易程度存在著很大的差別。因此材料的選擇直接關系了植物組織培養的成敗。

培養的類型分為胚胎培養、組織培養、細胞培養、器官培養和原生質體培養。有非試管微組織快繁和試管組織培養兩種培養方法[6]。

5.2 動物細胞與組織培養

動物細胞與組織培養是從動物體內取出細胞或組織，模擬體內的生理環境，在無菌、適溫和豐富的營養條件下，使離體細胞或組織生存、生長并維持結構和功能的技術。具有倍增時間長，生長緩慢，易受污染，無細胞壁等特性。

6 應用與發展

細胞培養技術便于直接觀察活細胞的形態結構和生命活動，用于細胞學、遺傳學、免疫學、實驗醫學和腫瘤學等多種學科研究。研究的細胞種類十分廣泛，可以從低等到高等，從正常細胞到癌變細胞等，且易于提供生物性狀相似的實驗對象，使實驗的耗資大大減少。

細胞是一個復雜的結構，是大自然的杰作[7]。細胞內部存在的多種正反饋和負反饋調節機制，其自身特點對于其在工業上的發展起著決定性的作用。例如，人工種子，可以代替天然種子直接播撒于田間，且生產不受外界自然環境的影響，培養時間短，雖然存在著營養物質已泄露、保水性差等暫時沒能解決的問題，但是我們有理由相信，人工種子依舊擁有著光明的未來。對生物克隆技術來說，細胞培養是一個必不可少的過程。我們可以相信，細胞培養將會對生命科學領域發揮越來越大的作用。

微生物在醫藥行業的應用自不必說，青霉菌產生的抗生素不知挽救了多少人的生命。未來微生物會在農業生產，食品保險等方面發揮重要作用。所以，微生物將在諸多方面被廣泛應用，所以微生物培養擁有著廣闊的發展前景。

植物組織培養在植物脫毒、快速繁殖、植物育種和種質資源的保存等方面有重要作用。在商業領域的運用主要是在各大大型花卉生產基地或鐵皮石斛、鐵線蓮等藥材的生產。許多植物的花卉和果樹都可以通過組織培養大量繁殖。且植物組織培養在藥物及其他生物制劑的工業化生產方面有重要作用[8]。我國于1963年對人參組織的培養獲得成功，生長速度相較于自然情況下提升了上百倍[9]。綜上所述，植物組織培養對諸多行業的發展有著舉足輕重的作用。雖然組培苗還存在一定的問題，但隨著未來科技的發展，相信植物組織培養遺傳育種，挽救滅絕生物等方面發揮越來越大的作用。

參考文獻

[1]董鳳君.植物組織培養[M].北京：機械工業出版社，2013：65-86.

[2]燕平梅，岳紅.人工種子胚的培養[J].種子科技，2000（2）：93-94.

[3]劉國瑞.生物技術的現代概念[J].生物學通報，1997（1）：5-7.

[4]楊汝德.現代工業微生物學實驗技術[M].北京：高等教育出版社，2006：8-35.

[5]張憲省.植物學[M].第二版.北京：中國農業出版社，2014：7-55.

[6]許崇任，程紅.動物生物學[M].北京：高等教育出版社，2000：1-16.

[7]朱正威，孫萬儒，趙占良.生物技術實踐[M].北京：人民教育出版社，2007：14-20.

[8]王秀麗，楊煜，徐平麗，等.植物組織培養的應用及進展[J].山東農業科學，2005（3）：78-80.

[9]周德慶.微生物學教程[M].北京：高等教育出版社，2002：8-35.

（責任編輯：劉昀）