细胞组织培养在现代社会中的应用
细胞工程在植物中的应用
⑴微繁殖技术的应用
微繁殖技术，即以植物器官、组织、细胞或原生质体为外植体，在离体培养条件下进行植物再生的技术。微繁殖技术的应用，不仅可以克服高度杂合物种有性繁殖造成的后代严重分离，如澳大利亚的番木瓜；它可用于快速繁殖著名或濒危物种，如菠萝和草莓。通过微繁殖技术再生的主要树种有木瓜、柑橘、龙眼、荔枝、苹果、梨、葡萄、草莓、香蕉等。，从而实现商业化生产。
苹果、草莓等无病毒苗可通过茎尖培养或微嫁接技术获得。此外，在组织培养过程中，如愈伤组织培养、细胞悬浮培养、原生质体培养等。通过pH值、温度、离子浓度等条件的变化，可以增加变异，筛选出优良的突变体，为新品种的选育开辟了一条新的途径。
愈伤组织、悬浮细胞和原生质体是基因转化的良好受体材料，离体培养的植株再生也是实现植物遗传转化的重要环节。
此外，微繁殖技术为种质保存提供了新的方法。在离体培养条件下，许多种质资源可以通过缓慢生长和低温处理长期保存，并可以在不同国家和地区之间进行收集、交换、保存和应用，即建立“基因库”，实现种质资源的全球共享。例如，比利时天主教大学鲁汶研究中心就有大量的香蕉种质库保存在试管中。
⑵大量细胞培养和有用次生代谢产物的生产
大量培养有用的次生代谢产物是植物细胞工程的另一个重要应用领域。通过细胞工程技术，刺激植物体内一些重要次生代谢产物的合成和积累，进而分离纯化，如一些珍贵的药物、香料、色素等。，实现植物产品的工业化生产。
早在1964年，我国就开始培育人参细胞。1980之后，我国科研人员先后对紫草、三七、红豆杉、黄花蒿、高山红景天、水母雪莲等植物进行了大量的细胞培养和研究，并利用生物反应器对药用植物进行了小规模和中试规模的细胞培养。其中新疆紫草中试规模达到100L，紫草素少量生产，用于开发化妆品和抗菌、抗病毒、抗肿瘤药物。中国红豆杉大规模细胞培养也初见成效，从细胞培养中获得了珍贵的抗癌药物紫杉醇，但产量有待提高。
⑶单倍体技术的应用
单倍体育种及相关研究已广泛应用于农业和园艺植物。Blakeslee等人(1922)和Kostoff(1941年)分别获得单倍体植株，有利于突变检测和抗性细胞系的筛选，大大缩短育种时间。此外，单倍体在基因定位和基因转移研究中发挥着重要作用。
自然发生的单倍体是罕见的，仅限于几种植物。花药培养是形成单倍体的重要途径。自1964首次成功进行花药培养以来，花药培养技术取得了显著进展，尤其是在水稻、小麦、玉米等作物上。目前比较成功的果树品种主要有番荔枝(Nair等，1983)、木瓜(Litz和Conover，1978)、四个柑橘品种(陈，1985)、龙眼(唐和魏，1984)、龙眼。1983)、苹果(张等，1990)、梨(约旦，1975)、葡萄(拉贾塞卡兰和，1979)等。薛光荣等(1980)通过培养东方草莓(四倍体)的单倍体花粉，成功诱导出单倍体植株。
花药培养主要受基因型、花药发育阶段、预处理和培养条件的影响。主要问题是单倍体诱导频率低，难以区分单倍体自发加倍形成的二倍体和体细胞组织形成的二倍体。如福勒等人(1971年)、西山丽等人(1974)和罗萨蒂等人(1975)以八倍体草莓的花药为材料诱导愈伤组织和分化植株，发现再生植株仍为八倍体，由无性器官发育而来。
除花药培养外，植物的卵细胞、辅助细胞和反足细胞等单倍体细胞通过体外培养可以分化成单倍体胚或愈伤组织。已经进行了许多尝试来培养胚珠和子房，但是在大多数情况下，生长停止在愈伤组织阶段。
(4)胚胎培养
胚离体培养是最早直接应用于植物改良的组织培养技术。胚培养可以克服杂交后胚的衰退，保证种内或种间杂交的成功，或用于无性繁殖困难植物的培养。胚培养还可以克服种子休眠和败育。Magdalita等人(1996)和Drew等人(1997)分别对番木瓜进行种间杂交，获得合适的胚，然后进行胚培养，促进杂交成功。乔丹(1992)获得了愈伤组织，但没有获得再生植株。
澳大利亚国际农业技术研究中心成功培育出番木瓜与其野生种的杂交胚，并获得杂交后代，野生种的抗性、含糖量高等优良性状得到遗传。荔枝是难以进行离体培养的果树之一。Kantharajah等人(1992)培养了长度为3 mm的荔枝未成熟胚..通过未成熟胚培养再生的其他树种包括鳄梨、番荔枝和木瓜。姚强(1990)将桃、油桃和桃花的幼胚培养60天，获得再生植株。J.Button等(1975)通过甜橙胚性愈伤组织的体外培养获得了完整植株。
⑸原生质体培养和体细胞杂交。
原生质体是去除细胞壁的单细胞，是能在体外再生完整植株的最小单位。每个原生质体都包含个体的所有遗传信息，在合适的培养条件下，它具有再生出与其亲本相似的个体的全能性。原生质体培养的主要目的是通过原生质体融合克服远缘杂交的障碍，实现体细胞杂交，产生杂交后代。在原生质体培养过程中，往往会出现大量变异，从中可以筛选出优秀的突变体。原生质体可以吸收外来细胞器、病毒、DNA等各种大分子遗传物质，是遗传转化的理想工具。此外，同时获得的大量原生质体具有遗传同质性，可以为细胞生物学、发育生物学、细胞生理学、细胞遗传学等生物学科建立良好的实验体系。
Lizz(1986)分离了番木瓜的原生质体，Krikorian等人(1988)分离了香蕉的原生质体，但两者都没有获得持续分裂的细胞。Nyman等人(1987，1988)首先报道了草莓品种Sengana和Canaga的原生质体培养和植株再生。在1992中，他们从草莓试管苗的幼叶和叶柄的原生质体中获得了再生植株。Infante等人从森林草莓高山营养系统试管苗的叶片和叶柄中分离原生质体，获得再生植株。愈伤组织和悬浮细胞是制备原生质体的重要材料，但只有少数树种成功地从落叶果树的愈伤组织或悬浮细胞中分离出原生质体，其中最成功的树种是猕猴桃。蔡启贵等(1988)从中华猕猴桃愈伤组织中分离原生质体，获得再生植株。Kovalenko等人(1990)和Ochatt等人(1988)利用悬浮细胞系分别从柯尔特樱桃和欧洲葡萄中分离原生质体，获得再生植株。
林等(1997)从胚性愈伤组织中分离原生质体，获得再生植株。易干军等(1997)也从胚性愈伤组织中分离出了柑橘(洪江柑橘)的原生质体，获得了再生植株。然而，从叶肉中分离原生质体并不成功。马等(1998)分离培养了山杏原生质体。在适宜的条件下，山杏原生质体变形4-5天，5-6天开始第一次分裂。20天左右可形成15-20细胞的小细胞团，60天后可形成微型愈伤组织。继代培养后，愈伤组织可诱导出不定芽和不定根，形成完整植株。丁爱萍等(1994)研究了苹果原生质体培养和植株再生。从胚性愈伤组织建立的悬浮细胞系中分离原生质体，获得再生植株。
去除细胞壁后，植物细胞可以像受精一样相互融合，可以实现常规杂交中不亲和亲本间的遗传物质重组，从而开辟了体细胞杂交的新领域。体细胞杂交已广泛应用于植物育种，并在细胞质雄性不育和抗病性方面取得了显著进展。同时，在木本果树上也获得了具有经济价值的体细胞杂种植株。
目前最有效的融合系统有两种PEG-高pH/Ca2+法和电击融合法。
第一例体细胞杂交是通过番茄和马铃薯的原生质体融合实现的。原生质体融合技术已广泛应用于柑橘种间杂交。Ohgawary将甜橙和飞龙的原生质体融合，获得体细胞杂种植株。
美国学者Grosser将甜橙悬浮培养细胞的原生质体与远缘紫茎泽兰愈伤组织的原生质体融合，获得了异源四倍体的体细胞杂种植株。S.distcha具有抗病、耐寒、耐盐等优良特性，适合作为柑橘的砧木。
[6]转型
分子生物学的迅速发展导致了植物科学的一场新革命。经过多年的探索，人们在分子水平上对生物学和遗传学有了深刻的认识。结合组织培养技术，分子生物学技术已应用于植物基因组的修饰和改变。
由于基因编码的同一性，任何生物(如病毒、真菌和昆虫)中的有用基因都可以转移到植物中。基因(如抗虫或抗病基因)的引入导致新基因型的出现或基因型的改良，从而可以选择抗虫或抗病基因型。
目前已经分离或应用的目标基因主要有抗病虫害基因、抗非生物胁迫基因、提高作物产量和品质基因、改变其他植物性状基因等。
将外源基因导入植物细胞的方法有很多，如农杆菌质粒介导法(包括Ti质粒的Ri质粒)、植物病毒载体介导法、DNA直接导入法(包括PEG介导、脂质体介导等化学诱导的DNA直接转化法、电刺激法、超声波、显微注射、激光微束、粒子轰击等物理诱导的DNA直接转化法)和种质系统介导的基因转化法(包括花粉管导入法、生殖细胞浸泡法等。).目前，最常用和有效的方法是根癌农杆菌介导法和基因枪法。自从1983在烟草和马铃薯中首次成功进行农杆菌介导的转化以来，已有约120株植物被该方法转化。农杆菌介导的方法对双子叶植物非常有效，但也用于单子叶植物。基因枪法既可作为愈伤组织，也可作为受体悬浮细胞，对单子叶植物非常有效。
2.细胞工程在动物中的应用。
(1)优良濒危品种和新品种的快速繁殖。
经腹怀孕提高种畜利用率。20世纪30年代，绵羊和山羊的胚胎移植获得成功。1982美国学者获得世界首例试管牛。通过体外受精、核移植技术、胚胎分割、胚胎融合等技术达到快速繁殖的目的，还可以创造出高产奶牛、瘦肉型猪等新品种。通过胚胎工程和克隆技术培育大熊猫、东北虎等珍稀动物。
⑵利用动物细胞培养生产活性产品和药物。
主要疫苗、抗体等。1975年，英国剑桥大学利用动物细胞融合技术首次获得单克隆抗体。300L和1000L培养罐已分别用于生产单克隆抗体和灰色脊髓炎疫苗。20世纪90年代，国际上出现了一种以活细胞为治疗剂的“活细胞疗法”，主要是将患者的自体细胞在体外进行增殖、扩增或注射到体内。这种方法对癌症、白血病、糖尿病、烧伤、艾滋病等有潜在的治疗作用。
(3)用于医疗器官修复或移植的组织工程
利用细胞工程技术，可以在体外繁殖少量人体残余器官的正常细胞，从而获得患者器官移植所需的功能相同、无排斥反应的器官。例如，一些骨骼、软骨、血管和皮肤正在实验室中培养，肝脏、胰腺、心脏、乳房、手指和耳朵正在实验室中生长和成型。
(4)转基因动物的生物反应器。
与传统的动物细胞培养相比，转基因动物制药技术具有很高的效益，转基因动物是天然的基因制药厂。1992，上海医学遗传研究所培育出国内首例携带人类蛋白基因的转基因试管牛。2000年，我国培育出携带人α抗胰蛋白酶基因的转基因山羊，可从转基因羊奶中提取治疗慢性肺气肿、先天性肺纤维化囊肿等疾病的特效药。
3.细胞工程在能源和环境保护中的应用。
为了获得一株能够分解利用纤维素水解液并高效生产乙醇的菌株，将具有较强纤维二糖利用能力的假丝酵母与高产乙醇的酿酒酵母进行融合。获得的融合子不仅以纤维二糖为唯一碳源，而且比其亲本具有更高的乙醇生产能力。
将4株绿色链霉菌TTA和西康链霉菌75viz融合，其降解玉米秸秆纤维素的能力比亲本提高了155%~264%。
通过电融合，将酿酒酵母和吉列尔莫假丝酵母进行融合，筛选出能够利用木糖和纤维二糖生产乙醇的菌株，对纤维素可再生资源的利用和减少环境污染具有重要意义。