所謂細(xì)胞工程，是指以細(xì)胞為基本單位進(jìn)行培養(yǎng)、增殖或按照人們的意愿改造細(xì)胞的某些生物學(xué)特性，從而創(chuàng)造新的生物和物種，以獲得具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生物產(chǎn)品。它主要由兩部分構(gòu)成，其一是上游工程，包含細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞遺傳操作和細(xì)胞保藏三個(gè)步驟。另一個(gè)則是下游工程，是將已轉(zhuǎn)化的細(xì)胞應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去，以生產(chǎn)生物產(chǎn)品的過程。顧名思義，植物細(xì)胞工程，當(dāng)然就是針對(duì)植物細(xì)胞的細(xì)胞工程了，它是細(xì)胞工程的一個(gè)重要組成部分。
自１９０4年Hanning成功培養(yǎng)離體胚以來，伴隨著相關(guān)理論與技術(shù)的飛速發(fā)展，植物細(xì)胞工程也取得了巨大的成就。現(xiàn)在，我們已經(jīng)可以利用細(xì)胞融合及DNA重組等現(xiàn)代生物技術(shù)從細(xì)胞和分子水平改良現(xiàn)有品種甚至于組建新品種。１９８３年轉(zhuǎn)基因植物問世，并于１９８６年起被批準(zhǔn)進(jìn)入田間試驗(yàn)，美國APHIS到９７年１月３１日已批準(zhǔn)多達(dá)兩千五百八十四例田間試驗(yàn)。不僅如此，一些轉(zhuǎn)基因植物已經(jīng)開始進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。從１９９４年Calgene公司的延熟番茄FLAVRSAVRTM成為首例被批準(zhǔn)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因作物開始，其后截止至１９９７年１月，美國已批準(zhǔn)十七例，加拿大十八例，澳大利亞四例，日本七例。我國農(nóng)業(yè)部也已于９７年上半年批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因延熟番茄的商業(yè)化。由此可見，植物細(xì)胞工程將對(duì)我們的生活產(chǎn)生越來越大的影響，我們應(yīng)對(duì)此加以重視，了解一些新的研究成果及新技術(shù)，以求在生物工程這個(gè)二十一世紀(jì)的龍頭產(chǎn)業(yè)中占有一席之地。

植物細(xì)胞工程涉及諸多理論原理及實(shí)際操作技術(shù)，首當(dāng)其沖的自然是培養(yǎng)技術(shù)，也就是將植物的器官、組織、細(xì)胞甚至細(xì)胞器進(jìn)行離體地、無菌的培養(yǎng)。它是對(duì)細(xì)胞進(jìn)行遺傳操作及細(xì)胞保藏的基礎(chǔ)。此類技術(shù)發(fā)展起步較早，相對(duì)而言已比較成熟，各種培養(yǎng)基制備及很多操作方法已經(jīng)基本規(guī)范化。針對(duì)植物的培養(yǎng)主要有植物組織培養(yǎng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)、花藥及花粉培養(yǎng)、離體胚培養(yǎng)以及原生質(zhì)體培養(yǎng)這幾個(gè)大類，每一種都還可可以繼續(xù)細(xì)分為更具體的小類。組織培養(yǎng)首先將外植體分離出來，然后在無菌及適當(dāng)條件下培養(yǎng)以誘導(dǎo)出愈傷組織，另外在愈傷組織隨外植體生長一段時(shí)間后還需要進(jìn)行繼代培養(yǎng)，以避免代謝產(chǎn)物積累及水分散失等因素的影響。細(xì)胞培養(yǎng)可分為懸浮細(xì)胞培養(yǎng)、平板培養(yǎng)、飼養(yǎng)層培養(yǎng)和雙層濾紙植板幾類，它們都是將選定的植物細(xì)胞于適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行培養(yǎng)，以得到大量基本同步化的細(xì)胞，為遺傳操作提供材料。花粉及花藥培養(yǎng)主要是使花粉改變正常發(fā)育途徑而轉(zhuǎn)向形成胚狀體和愈傷組織，從而產(chǎn)生單倍體植株。離體胚培養(yǎng)有幼胚與成熟胚培養(yǎng)兩類，通過使用相應(yīng)的培養(yǎng)基使離體胚正常的萌發(fā)生殖，以供研究和操作使用。原生質(zhì)體的培養(yǎng)則是一切利用原生質(zhì)體進(jìn)行遺傳操作的基礎(chǔ)，它是將取得的植物細(xì)胞去除細(xì)胞壁形成原生質(zhì)體后進(jìn)行培養(yǎng)，具體方法與細(xì)胞培養(yǎng)有一定的相似之處。作為后繼操作的基礎(chǔ)，培養(yǎng)技術(shù)的選擇是非常重要的。采用適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)方法可以更好地進(jìn)行遺傳操作和保存細(xì)胞，而錯(cuò)誤的選擇是有可能影響結(jié)果甚至導(dǎo)致試驗(yàn)和生產(chǎn)失敗，造成時(shí)間和金錢的浪費(fèi)。

僅僅對(duì)細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)是不夠，要使培養(yǎng)的細(xì)胞能為人類服務(wù)，就要對(duì)其進(jìn)行一定的改造，這就涉及到了細(xì)胞的遺傳操作。可以說，遺傳操作是整個(gè)細(xì)胞工程中最為重要也最具挑戰(zhàn)性的一環(huán)。它極大的依賴于理論原理、操作技術(shù)以及設(shè)備的發(fā)展。隨著基因組學(xué)的發(fā)展，各項(xiàng)基因組計(jì)劃正在緊鑼密鼓地進(jìn)行，由于DNA序列分析方法的革新，諸如高效毛細(xì)管自動(dòng)化測(cè)序、DNA芯片法以及大規(guī)模平行實(shí)測(cè)法的應(yīng)用大大加快了基因組計(jì)劃的進(jìn)程。擬南芥基因組計(jì)劃將于２００４年完成，水稻、番茄和玉米基因組的測(cè)序也正在進(jìn)行。是類計(jì)劃所提供的信息將不斷定位大量有價(jià)值的基因，而最近的研究還表明影響作物產(chǎn)量的可以是單基因的改變而不僅僅是多基因決定。所有這一切的基礎(chǔ)研究都為遺傳操作提供了更多、更準(zhǔn)確的理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展則使精確、高效的遺傳操作變得更加方便。將外源DNA導(dǎo)入靶細(xì)胞的方法不斷完善，除了以前經(jīng)常使用的質(zhì)粒載體、病毒載體、轉(zhuǎn)座因子和APC（酵母人工染色體）等途徑外，通過lipoplex\polyplex介導(dǎo)、裸DNA、"基因槍"、超聲波法和電注射法等非病毒方式轉(zhuǎn)換細(xì)胞的方法也開始被廣泛的使用；細(xì)胞融合方法已被不斷的改進(jìn)，融合率增大；細(xì)胞誘變也取得了較大的進(jìn)展，誘變方式不斷增加。這些理論和技術(shù)的發(fā)展都為更好的改造細(xì)胞創(chuàng)造了條件。

培養(yǎng)或改造好的細(xì)胞是進(jìn)行研究和生產(chǎn)的基本材料，為了使其不致死亡并盡量保持優(yōu)良的特性，就需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋２亍Ｒ话闶歉鶕?jù)細(xì)胞的特點(diǎn)，人工創(chuàng)造條件使其生長代謝活動(dòng)盡量降低，處于休眠狀態(tài)，以抑制增殖和減少變異。作為世界上最大的細(xì)胞庫，ATCC早在９２年就已經(jīng)有了三千兩百多個(gè)細(xì)胞系入庫，而且數(shù)量還在不斷增加。此外還有CSH(美)、NCTC(英)、NRRL(英)、KCC(日)等著名的保藏機(jī)構(gòu)，國內(nèi)也有一些較為大型的機(jī)構(gòu)，足見各國對(duì)細(xì)胞保藏的重視。由于植物細(xì)胞有其自身的特點(diǎn)，因而其保藏方法不可能與微生物完全相同。通常采用的方法是液氮超低溫保藏方法。這種方法利用液氮的溫度可以達(dá)到零下一百九十六是使度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般細(xì)胞新陳代謝作用停止的溫度（零下一百三十?dāng)z氏度）從而使細(xì)胞的代謝活動(dòng)停止，化學(xué)作用隨之消失，達(dá)到長期保藏的目的。操作時(shí)要注意從常溫到低溫的過渡，以使細(xì)胞內(nèi)的自由水通過膜滲出，避免其產(chǎn)生冰晶而損害細(xì)胞。另外還有低溫凍藏法及其他一些保藏方法，但多用于短期保藏。

細(xì)胞工程的目的，是得到人們所需要的生物產(chǎn)品。要使已經(jīng)改造好的細(xì)胞產(chǎn)生大量具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物，就必須依靠下游加工過程，也就是我們常說的下游工程。它的作用就是大量培養(yǎng)細(xì)胞，并從培養(yǎng)液中分離、精制出有關(guān)的生物化工產(chǎn)品。由于植物細(xì)胞的高度易碎性，對(duì)剪切力的敏感、細(xì)胞有去分化和聚集作用，增殖時(shí)間長等獨(dú)特性，使其大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)明顯比微生物和動(dòng)物細(xì)胞的發(fā)展緩慢。但通過不懈的努力，現(xiàn)在已經(jīng)具備在２萬升規(guī)模的生物反應(yīng)器中培養(yǎng)煙草細(xì)胞的能力。而日本的三井石化也已經(jīng)在使用七百五十升發(fā)酵罐通過培養(yǎng)植物細(xì)胞而生產(chǎn)紫草寧，且產(chǎn)量較高，可滿足全日本百分之四十上的需要。相信隨著理論以技術(shù)的不斷完善，植物細(xì)胞的大規(guī)模的培養(yǎng)將會(huì)很快的成為一種常規(guī)的生產(chǎn)手段。培養(yǎng)后的培養(yǎng)物經(jīng)過處理后被分離、提純。分離和精制過程所需的費(fèi)用在整個(gè)生產(chǎn)過程中的占有很大的比例，一般為百分之六十，有些甚至高達(dá)百分之八十至百分之九十，而且還有繼續(xù)加劇的取向。因此該過程的落后也可能阻礙細(xì)胞工程的發(fā)展。世界各國現(xiàn)在已經(jīng)都比較重視這個(gè)問題，英國早在８３年就發(fā)起了生物分離計(jì)劃(BIOSEP)，專門研究分離與精制，我國也曾經(jīng)召開過專門會(huì)議。分離與精制的困難是由于培養(yǎng)液自身的理化特性所決定，這就需要在上游工程時(shí)就考慮到這方面的問題，同時(shí)不斷推出新的分離純化技術(shù)及方法，從而簡化過程、降低成本，這在實(shí)際生產(chǎn)中是很重要的。

誠然，細(xì)胞工程的偉大和神奇確實(shí)令人驚嘆不已，但隨著這一類技術(shù)的迅猛發(fā)展，基因產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，其安全性已引起了人們的廣泛關(guān)注。雖然從本質(zhì)上來講，轉(zhuǎn)基因植物和常規(guī)育成的品種是一樣的，兩者都是在原有品種的基礎(chǔ)上對(duì)其一部分進(jìn)行修飾，或增加新特性，和消除原來的不利性狀，但是，以前所用的有性雜交僅僅局限于種類和近緣種之間，而轉(zhuǎn)基因植物卻大膽突破了這一局限，其外源基因可以來自植物、微生物甚至動(dòng)物。在這種情況下，人們對(duì)可能出現(xiàn)的新組合、新性狀是否會(huì)影響人類健康和生物環(huán)境還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。至少從目前來說，我們還不可能很精確的預(yù)測(cè)某一個(gè)外源基因在新的遺傳背景中會(huì)產(chǎn)生什么樣的相互作用。并且，轉(zhuǎn)基因植物還可以對(duì)它所在的環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。比如現(xiàn)在應(yīng)用最多的抗除草劑基因就可能通過同屬野生植物異花傳粉而逐漸擴(kuò)散進(jìn)入自然界，從而使雜草的控制變得更加困難；而抗蟲、抗病基因也有可能通過類似的途徑轉(zhuǎn)移到環(huán)境，給野生種群帶來選擇優(yōu)勢(shì)而變得無法收拾。雖然現(xiàn)在一般通過生殖隔離（設(shè)置緩沖作物帶和隔離區(qū)）來防止基因漂流至臨近作物，但若進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和推廣時(shí)就會(huì)難于加以控制。另外，轉(zhuǎn)基因作物還可能造成對(duì)微生物的影響，Hoffman等就曾發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因油菜中的基因可轉(zhuǎn)至黑曲霉中，雖然機(jī)制還不明確，但至少存在這個(gè)事實(shí)。自然界中存在著植物病毒間異源重組，病毒的異源包裝（轉(zhuǎn)移包裝）可以改變其宿主范圍。轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)的病毒外殼蛋白在體外實(shí)驗(yàn)中可以包裝入侵的另一種病毒的核酸，產(chǎn)生一種新病毒，雖然在小規(guī)模的田間實(shí)驗(yàn)中并未發(fā)現(xiàn)這種情況，但長期的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用中是否也是怎樣呢？此外，公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的接受性和標(biāo)簽問題得到也是我們應(yīng)該考慮的問題。

由此可見，細(xì)胞工程是一柄雙刃劍，在造福于人類的同時(shí)也可能毀滅人類，甚至整個(gè)地球。這就要求我們?cè)诖罅Πl(fā)展的同時(shí)注意其安全性，不斷完善理論以技術(shù)，使其更好地為人類服務(wù)。