细胞、微生物及其相关培养技术

戴尊

摘 要 细胞是生物有机体的基本结构单位。细胞培养技术是生物技术中最核心、最基础的技术。微生物在生物学的发展史上占据重要地位。细胞培养、微生物培养、植物组织培养等是生物技术中的重要组成成分。各种相关的培养技术在人类生产生活的很多方面得到了极大的运用，对推动人类社会的进步起了重要作用。

关键词 细胞；微生物；细胞培养；微生物培养；植物组织培养

中图分类号：TS202.3 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）12--02

1 细胞及微生物

1.1 细胞

高等植物细胞膜外有细胞壁，细胞质中常伴随有质体，体内有叶绿体、液泡及线粒体。动物细胞无细胞壁，细胞质中常有中心体。细胞作为生物体结构和功能的基本单位，具有运动、营养和繁殖的功能。

1.2 微生物

微生物包括细菌、真菌及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体以及病毒。微生物多为单细胞生物，野生生存条件比较简单。此外，虽然其个体十分微小，却与人类关系密切，与人类的生产和生活有重要的联系。

微生物种类繁多，至少有10万种以上。按其结构、化学组成及生活习性等差异可分成三大类。一是真核细胞型微生物，其细胞核的分化程度较高，有核膜、核仁以及染色体，且胞质内有完整的细胞器[1]。二是原核细胞型微生物，其细胞核分化程度低，仅有原始核质，没有核膜与核仁。细胞器结构和功能并不完善。这类微生物种类众多，有细菌、螺旋体、支原体、立克次体和衣原体和放线。三是非细胞型微生物，病毒为其代表。它们没有典型的细胞结构，只能在活细胞内生长和繁殖。

2 植物组织与动物组织

细胞先进行分裂与生长，然后由细胞分化产生了不同的细胞群，把形态、结构相似，在个体发育中由相同来源的细胞群所组成的结构和功能单位，称为组织。

2.1 植物组织

植物组织分为分生组织和成熟组织。根据分生组织在植物体中的分布位置，可分为顶端分生组织，侧生分生组织及居间分生组织。

为适应特定的生理功能，细胞出现了更为明显的特化，形成了各种不同的成熟组织。薄壁组织：同化组织、吸收组织、贮藏组织、通气组织和传递细胞。输导组织：导管、管胞、筛胞、筛管和伴胞。机械组织：厚角组织和厚壁组织。保护组织：表皮和周皮。分泌结构：外分泌结构和内分泌结构。在植物的个体发育中，由同类细胞构成的组织是简单组织；由多种类型细胞构成的组织构成的组织称为复杂组织[2]。简单组织：分生组织、薄壁组织。复合组织：表皮、周皮、树皮、木质部、韧皮部和维管束。

2.2 动物组织

根据构造、功能和起源的差别可以将动物组织分为4类：上皮组织、结缔组织（包括疏松结缔组织、致密结缔组织、网状结缔组织和弹性结缔组织等）、肌组织和神经组织。它们以不同的比例互相联系，相互依存，形成了动物的各种器官和系统，实现了动物的生殖、生长发育和新陈代谢等全部的生命活动。

3 细胞培养技术

细胞培养技术也叫细胞克隆技术。细胞培养技术可以由一个细胞经过大量培养成为简单的单细胞或极少分化的多细胞，细胞培养的本质就是对于细胞的克隆。培养过程一般需要光、气体、水、无菌条件、渗透压、营养物、pH和温度的条件。细胞培养是整个生物工程的重要组成部分。

按生长方式分为黏附型细胞和悬浮型细胞，通常，体外培养的全部生命期大致可分为3个阶段：原代培养期、传代期和衰退期。

不同类细胞的培养。一是动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，使用胰蛋白酶或胶原蛋白酶将它分散成单个细胞，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。动物细胞培养需要血清、支持物及气体交换的条件[3]。由此决定了动物细胞离体培养设备要求高、难度大。二是植物细胞培养将愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中进行震荡培养，得到分散成游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量细胞群体的一种技术。根据培养对象，植物细胞培养主要有单细胞培养，单倍体培养，原生质体培养等；按照培养系统可分为悬浮培养、液体培养、固体培养和固定化培养等。植物细胞的培养需要光照和激素的条件。由于激素对于细胞的分裂和生长有重要作用，所以特别的需要植物生长调节剂的调节。

4 微生物培养

微生物培养是生物培养的中的一种。所培养的微生物主要有病毒、细菌、放线菌和真菌等。防止杂菌入侵，获得纯净的培养物，是研究和应用微生物的前提。也就是说，在给微生物提供合适的营养和环境条件的同时，还要确保没有杂菌的混入。相较于动植物细胞的培养条件，微生物的培养条件简单得多。但由于其中的厌氧微生物需要严格维持二氧化碳等惰性气体的浓度，而好氧微生物只需要通过搅拌提供氧气，所以好氧微生物的培养比厌氧微生物的培养要简单的多[4]。

微生物的培养需要用到培养基。培养基在微生物的培养中举足轻重。微生物的培养基按其所含成分可分为合成培养基、天然培养基和半合成培养基3种。合成培养基的成分及含量虽然确切可知，但一般微生物在此生长缓慢甚至不生长。玉米浆、蛋白胨、麦芽汁、酵母膏等都可以成为微生物天然培养基。天然培养基配置方便，营养丰富，但其具体的成分和含量并不清楚[5]。但由于半合成培养基既营养丰富又可以确定部分已知成分，所以多数微生物的培养采用一部分天然有机物作碳源、氮源和生长因子，然后加入适量的化学药品配制而成的半合成培养基。

5 植物组织培养和动物细胞与组织培养

5.1 植物组织培养

植物组织培养即植物无菌培养技术，又称离体培养，是根据植物细胞具有全能性的理论，利用离体的器官、组织或细胞及原生质体，在适宜的条件下在培养了一段时间以后，会通过脱分化形成愈伤组织（愈伤组织的细胞是薄壁细胞的一种）。再通过再分化形成根或芽等器官，经过培育后最终形成完整植株的过程。

温度、光照、材料年龄、保存时间等都可能影响植物的组织培养。而且，不同的植物组织，培养的难易程度存在着很大的差别。因此材料的选择直接关系了植物组织培养的成败。

培养的类型分为胚胎培养、组织培养、细胞培养、器官培养和原生质体培养。有非试管微组织快繁和试管组织培养两种培养方法[6]。

5.2 动物细胞与组织培养

动物细胞与组织培养是从动物体内取出细胞或组织，模拟体内的生理环境，在无菌、适温和丰富的营养条件下，使离体细胞或组织生存、生长并维持结构和功能的技术。具有倍增时间长，生长缓慢，易受污染，无细胞壁等特性。

6 应用与发展

细胞培养技术便于直接观察活细胞的形态结构和生命活动，用于细胞学、遗传学、免疫学、实验医学和肿瘤学等多种学科研究。研究的细胞种类十分广泛，可以从低等到高等，从正常细胞到癌变细胞等，且易于提供生物性状相似的实验对象，使实验的耗资大大减少。

细胞是一个复杂的结构，是大自然的杰作[7]。细胞内部存在的多种正反馈和负反馈调节机制，其自身特点对于其在工业上的发展起着决定性的作用。例如，人工种子，可以代替天然种子直接播撒于田间，且生产不受外界自然环境的影响，培养时间短，虽然存在着营养物质已泄露、保水性差等暂时没能解决的问题，但是我们有理由相信，人工种子依旧拥有着光明的未来。对生物克隆技术来说，细胞培养是一个必不可少的过程。我们可以相信，细胞培养将会对生命科学领域发挥越来越大的作用。

微生物在医药行业的应用自不必说，青霉菌产生的抗生素不知挽救了多少人的生命。未来微生物会在农业生产，食品保险等方面发挥重要作用。所以，微生物将在诸多方面被广泛应用，所以微生物培养拥有着广阔的发展前景。

植物组织培养在植物脱毒、快速繁殖、植物育种和种质资源的保存等方面有重要作用。在商业领域的运用主要是在各大大型花卉生产基地或铁皮石斛、铁线莲等药材的生产。许多植物的花卉和果树都可以通过组织培养大量繁殖。且植物组织培养在药物及其他生物制剂的工业化生产方面有重要作用[8]。我国于1963年对人参组织的培养获得成功，生长速度相较于自然情况下提升了上百倍[9]。综上所述，植物组织培养对诸多行业的发展有着举足轻重的作用。虽然组培苗还存在一定的问题，但随着未来科技的发展，相信植物组织培养遗传育种，挽救灭绝生物等方面发挥越来越大的作用。

参考文献

[1]董凤君.植物组织培养[M].北京：机械工业出版社，2013：65-86.

[2]燕平梅，岳红.人工种子胚的培养[J].种子科技，2000（2）：93-94.

[3]刘国瑞.生物技术的现代概念[J].生物学通报，1997（1）：5-7.

[4]杨汝德.现代工业微生物学实验技术[M].北京：高等教育出版社，2006：8-35.

[5]张宪省.植物学[M].第二版.北京：中国农业出版社，2014：7-55.

[6]许崇任，程红.动物生物学[M].北京：高等教育出版社，2000：1-16.

[7]朱正威，孙万儒，赵占良.生物技术实践[M].北京：人民教育出版社，2007：14-20.

[8]王秀丽，杨煜，徐平丽，等.植物组织培养的应用及进展[J].山东农业科学，2005（3）：78-80.

[9]周德庆.微生物学教程[M].北京：高等教育出版社，2002：8-35.

（责任编辑：刘昀）