微生物細胞、植物細胞與動(dòng)物細胞在培養上的主要區別

微生物細胞培養，簡(jiǎn)稱(chēng)微生物培養，包括原核細胞培養（細菌培養）和真核細胞培養（霉菌培養和酵母培養）。這些細胞小、且具有細胞壁，細胞周期非常短，如細菌每20-30min增殖1次。

植物細胞培養指原生質(zhì)體培養。未考慮分離出原生質(zhì)體的植物細胞培養，無(wú)論是游離的單細胞或組織塊，都稱(chēng)作植物組織培養。

動(dòng)物組織細胞培養包括接種單細胞懸液進(jìn)行的培養、接種組織塊進(jìn)行的培養。傳代細胞如細胞株、細胞系，通常采用接種單細胞懸液進(jìn)行的培養，是動(dòng)物細胞培養常見(jiàn)的方式。原代細胞是指來(lái)源于動(dòng)物組織的細胞團塊，往往包含多種細胞類(lèi)型，并且細胞與細胞之間的細胞質(zhì)膜有緊密聯(lián)系。如果培養時(shí)不需分離組織中的細胞，直接用組織塊進(jìn)行的培養就是組織培養。如果需要制備成單細胞懸浮液，再接種培養，則屬于一原代細胞培養。

一、細胞型微生物培養

細胞型微生物包括原核細胞類(lèi)微生物和真核細胞類(lèi)微生物。細菌、放線(xiàn)菌、螺旋體、支原體、衣原體和立克次氏體等一般屬于單細胞原核生物，放線(xiàn)菌是菌絲生長(cháng)，其菌絲由多細胞組成，但每個(gè)細胞往往含多套核物質(zhì)，屬于無(wú)隔菌絲。酵母一般是單細胞真核生物，霉菌往往是多細胞真核生物。霉菌菌絲多數時(shí)候是有隔菌絲，每個(gè)細胞一般含1個(gè)細胞核或2個(gè)以上的細胞核。

（一）培養目的

根據培養基物理性狀的差異，分為3種類(lèi)型：①液體培養，用于增菌培養、鑒別培養等目的；②固體培養，這種培養的目的有增菌、分離、鑒別、保藏等；③半固體培養，一般用于鑒別和增菌目的。

（二）培養形式

在液體培養類(lèi)型中，常見(jiàn)發(fā)酵管培養、發(fā)酵罐培養、搖瓶培養、多孔板培養等形式。在固體培養類(lèi)型中，培養皿平板、克氏瓶（扁瓶）平板、試管斜面為常見(jiàn)形式。

（三）培養儀器

原核細胞培養所用的培養箱是生化培養箱或厭氧培養箱，前者用于好氧菌培養，后者用于厭氧菌培養，厭氧培養需要鋼瓶提供食品級氮氣。霉菌培養箱用于霉菌培養，能提供較高的相對濕度，氣密性也比較高。

二、植物組織細胞培養

植物組織培養是指通過(guò)無(wú)菌操作分離植物體的一部分，即外植體，接種到培養基上，在人工控制的條件下進(jìn)行培養，使其產(chǎn)生完整植株的過(guò)程。植物組織培養主要有原生質(zhì)體培養、懸浮細胞培養、花藥培養、組織培養、器官培養等形式，其中zui常見(jiàn)的是愈傷組織培養。

（一）培養目的

由于植物細胞具有全能性，植物組織細胞培養的各種類(lèi)型均可經(jīng)過(guò)誘導分化形成愈傷組織，發(fā)育形成新植株。植物組織培養技術(shù)不僅用于快速繁殖，而且有著(zhù)相當廣泛的用途。這些應用包括單倍體育種、種質(zhì)保存、生理學(xué)研究和基因轉化等。

（二）培養類(lèi)型

1．植物原生質(zhì)體培養

植物細胞培養，狹義上僅指植物原生質(zhì)體培養，廣義上包括植物原生質(zhì)體培養和植物組織培養。

脫除細胞壁后的植物細胞稱(chēng)為原生質(zhì)體。植物原生質(zhì)體培養是將來(lái)源于某個(gè)植物器官的組織塊中的細胞，用纖維素酶或果膠酶等降解細胞壁，離心收集得到單細胞懸液，然后接種培養。其特點(diǎn)是：①比較容易攝取外來(lái)的遺傳物質(zhì)，如DNA;②便于進(jìn)行細胞融合，形成雜交細胞；③與完整細胞一樣具有全能性，仍可產(chǎn)生細胞壁，經(jīng)誘導分化成完整植株。

2．植物組織培養

包括莖尖分生組織或愈傷組織培養。其中，誘發(fā)產(chǎn)生的愈傷組織，在條件適宜情況下，可培養出再生植株。用于以下目的：①研究植物的生長(cháng)發(fā)育、分化和遺傳變異；②進(jìn)行特定品種的克隆，即無(wú)性繁殖；③制取特定植物組織細胞的代謝產(chǎn)物。

3.懸浮植物細胞培養

在愈傷組織培養技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)的一種培養技術(shù)。適合于進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化大規模細胞培養，制取植物代謝產(chǎn)物。

4．花藥培養

也稱(chēng)單倍體培養。通過(guò)花藥或花粉培養可獲得單倍體植株，經(jīng)人為加倍后可得到*純合的植株或品種。

5．植物器官培養

植物器官培養是指將植株的胚、花藥、子房、根或莖在體外進(jìn)行的培養。

（三）培養條件

人工培養條件，即人工環(huán)境，包括：①提供能量來(lái)源的光照條件；②保證新陳代謝的溫度條件；③提供氣一水平衡的濕度條件；④提供生物原料來(lái)源的培養基；⑤避免環(huán)境微生物污染的無(wú)菌環(huán)境。人工環(huán)境模仿了植物的自然環(huán)境，即光照、溫度、濕度、土壤和完整植株體內無(wú)菌環(huán)境。

光照、溫度的選定通常依據所培養植物的生態(tài)習性，習慣上采用暗培養與光照培養(8h/d,30001x)相結合交替進(jìn)行全程的培養，溫度控制在25-28℃范圍。濕度在組織培養中不需特意地調整，因為培養容器中的相對濕度幾乎達到100％，因此，如何控制人工培養環(huán)境的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于培養基的選擇和配制。

1．培養基

植物培養基是從無(wú)土栽培的營(yíng)養液發(fā)展而來(lái)的，在某種意義上可理解為模擬土壤。zui初的培養基是馬鈴薯浸出液，隨著(zhù)植物生理學(xué)和生物化學(xué)研究的深入，培養基的構成越來(lái)越復雜，成分越來(lái)越多。

當瓊脂、明膠支持物的發(fā)現并且應用到培養基中時(shí)，固體培養基隨之誕生。固體培養基是組織培養基中zui常用的一種培養基類(lèi)型。不同的植物對培養基zui適pH值的要求也是不同的，大多在5-6.5范圍，一般培養基pH控制在5.8，這基本能適應大多植物培養的需要。培養基中添加食鹽、蔗糖、甘露醇和乙二醇等物質(zhì)可以調整滲透壓。通常1-2個(gè)大氣壓可促進(jìn)植物組織生長(cháng)，2個(gè)大氣壓以上時(shí)，出現生長(cháng)障礙，6個(gè)大氣壓時(shí)植物組織即無(wú)法生存。無(wú)論培養目標設計是針對細胞生長(cháng)還是針對代謝產(chǎn)物的積累，其培養基主要由碳源、有機氮源、無(wú)機鹽、植物生長(cháng)激素、有機酸和一些復合物質(zhì)組成。

(1)碳源蔗糖或葡萄糖是常用的碳源，果糖比前兩者差。其他的碳水化合物不適合作為單一的碳源。通常增加培養基中蔗糖的含量，可增加培養細胞的次生代謝產(chǎn)物量。

(2)有機氮源通常采用的有機氮源有蛋白質(zhì)水解物（包括酪蛋白質(zhì)水解物）、谷氨酰胺或氨基酸混合物。有機氮源對細胞的初級培養的早期生長(cháng)階段有利。L-谷氨酰胺可代替或補充某種蛋白質(zhì)水解物。

(3)無(wú)機鹽類(lèi)大量元素和微量元素通常使用無(wú)機鹽代替，鐵鹽通常以鰲合鐵的形式出現。對于不同的培養形式，無(wú)機鹽的*濃度是不相同的。通常在培養基中含大量元素的無(wú)機鹽濃度控制在25mmol/L左右。硝酸鹽濃度一般采用25-40mmol/L，雖然硝酸鹽可以單獨成為無(wú)機氮源，但是加入銨鹽對細胞生長(cháng)有利。如果添加一些琥珀酸或其他有機酸，銨鹽也能單獨成為氮源。培養基中必須添加鉀元素，其濃度為20mmol/L。磷、鎂、鈣和硫等微量元素的濃度在1-3mmol/L之間。

(4)植物生長(cháng)激素大多數植物細胞培養基中都含有天然的和合成的植物生長(cháng)激素。植物激素在組織培養中具有無(wú)可動(dòng)搖的核心地位，包括五大類(lèi)，即生長(cháng)素類(lèi)、細胞分裂素類(lèi)、赤霉素、乙烯類(lèi)和生長(cháng)抑制素類(lèi)。在植物組織培養中zui常用的是生長(cháng)素和細胞分裂素。分裂素和生長(cháng)素通常一起使用，促使細胞分裂、生長(cháng)。生長(cháng)素在植物細胞和組織培養中可促使根的形成，zui有效和zui常用的有吲哚丁酸、吲哚乙酸和萘乙酸，分裂素通常是腺嘌呤衍生物。

(5)有機酸加入丙酮酸或者三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物如檸檬酸、琥珀酸、蘋(píng)果酸，能夠保證植物細胞在以銨鹽作為單一氮源的培養基上生長(cháng)，并且耐受鉀鹽的能力至少提高到10mmol/L。三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物，同樣能提高低接種量的細胞和原生質(zhì)體的生長(cháng)。

(6)復合物質(zhì)通常作為細胞的生長(cháng)調節劑，如酵母抽提液、麥芽抽提液、椰子汁和水果汁。目前這些物質(zhì)已被已知成分的營(yíng)養物質(zhì)所替代。在許多例子中還發(fā)現，有些抽提液對細胞有毒性。目前仍在廣泛使用的是椰子汁，在培養基中濃度是1-15mmol/L。

2．培養器皿

培養器皿是強調植物組織細胞培養物的形態(tài)，有試管、三角燒瓶、罐頭瓶、培養皿、扁身培養瓶、凹面載玻片、L型管和T型管等種類(lèi)。

3．培養外環(huán)境

植物組織細胞培養需要光照、溫度、濕度等條件，滿(mǎn)足此類(lèi)條件的培養箱是光照培養箱、大型的人工氣候箱、人工氣候室或植物生物反應器。

三、動(dòng)物細胞培養

（一）培養類(lèi)型

1．依據培養細胞來(lái)源動(dòng)物分類(lèi)

分為無(wú)脊椎動(dòng)物細胞培養和脊椎動(dòng)物細胞培養。

(1)無(wú)脊椎動(dòng)物細胞培養指來(lái)源于多孔動(dòng)物門(mén)、腔腸動(dòng)物門(mén)、環(huán)節動(dòng)物門(mén)、節肢動(dòng)物門(mén)、軟體動(dòng)物門(mén)和棘皮動(dòng)物門(mén)的細胞培養。

無(wú)脊椎動(dòng)物的細胞培養研究晚于哺乳動(dòng)物，由于無(wú)脊椎動(dòng)物細胞在形態(tài)、結構和功能以及營(yíng)養需求等方面的特殊性，其細胞培養多數停留在原代培養和有限細胞系水平上。

節肢動(dòng)物門(mén)可分為3個(gè)亞門(mén)7個(gè)綱，其中的甲殼綱、蛛形綱、多足綱、昆蟲(chóng)綱的種類(lèi)多，分布廣，某些種類(lèi)可供藥用，主要代表有蝦、蟹、昆蟲(chóng)。從1961年至今，已建立昆蟲(chóng)細胞系800余株。

(2)脊椎動(dòng)物細胞培養這些脊椎動(dòng)物從低級到高級包括魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)、爬行類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和哺乳類(lèi)。

脊椎動(dòng)物細胞培養開(kāi)展較早，細胞系建立比較完善。哺乳動(dòng)物細胞培養研究起步早，研究較多，其生物學(xué)特性更接近于人體天然產(chǎn)物，是目前生物技術(shù)產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

20世紀80年代WHO明確了哺乳動(dòng)物傳代細胞可用于生物制品生產(chǎn)以后，該領(lǐng)域的細胞培養在生物技術(shù)藥物的研發(fā)中獲得了長(cháng)足的發(fā)展。據文獻報道，已批準上市的生物技術(shù)藥物中70％是由哺乳動(dòng)物細胞產(chǎn)生的。

2．依據細胞生長(cháng)特性分類(lèi)

一般分為貼壁培養和懸浮培養，參考任務(wù)三十一。

3．依據培養目的分類(lèi)

原代培養、傳代培養、克隆化培養、擴大培養等。詳細內容和操作方法參考任務(wù)三十三。

（二）培養條件

1．培養基

常用的有含血清培養基和無(wú)血清培養基，一般是合成培養基，有各種型別的商品培養基供應，如干粉培養基和液體培養基。含血清培養基通常使用胎牛血清、新生牛血清或小牛血清，一般添加量為5%-20%。

2．培養器皿

常用培養器皿包括培養皿、培養方瓶、多孔細胞培養板等種類(lèi)，具體內容可閱讀任務(wù)十九和任務(wù)二十。

3.培養儀器

開(kāi)放性的培養使用專(zhuān)業(yè)的CO2培養箱，為動(dòng)物細胞的生長(cháng)提供溫度、濕度與pH保證，其中，CO2濃度的恒定對穩定培養液的pH至關(guān)重要。
除常用的CO2培養箱以外，生產(chǎn)中還需要動(dòng)物細胞生物反應器、細胞工廠(chǎng)或滾瓶機等儀器或大型設備。

4．鏡檢儀器

倒置生物顯微鏡是*的鏡檢儀器，用于觀(guān)察培養物的生長(cháng)狀況，檢查是否有微生物污染，初步判斷是何種細胞型微生物污染。

四、微生物細胞、植物細胞與動(dòng)物細胞在培養上的主要區別

在生物技術(shù)中，人們已經(jīng)利用細菌、絲狀真菌的大量培養來(lái)生產(chǎn)各種酶、抗生素、蛋白質(zhì)、氨基酸等產(chǎn)物，但是很多有重要價(jià)值的生物物質(zhì)，如毒素、疫苗、干擾素、單克隆抗體、色素、香味物質(zhì)等，必須借助于動(dòng)物細胞、植物細胞的大規模培養來(lái)制備。

如果對微生物細胞、植物細胞或動(dòng)物細胞在培養上的異同點(diǎn)有一定的了解，將幫助學(xué)習者更好地掌握動(dòng)物細胞的基本條件和要求，為哺乳動(dòng)物細胞培養建立一定的理論基礎。

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