细胞工程的理论基础是细胞学说和细胞全能性学说。1839年,Schwann和Schleiden建立了细胞学说,细胞学研究进入快速发展阶段。德国学者Haberlandt(1902年)在发表的《植物细胞立体培养实验》的论文中提出了细胞全能性的观点。Hänning(1904年)进行了幼胚的立体培养,在含有糖、无机盐、氨基酸和植物提取物的培养基上,培养萝卜和辣根菜的幼胚,发现离体幼胚均可充分发育,并且可以提前萌发成苗。
1925年,Laibach培养亚麻种间杂交幼胚获得成功,并得到杂交种。从20世纪20年代起,幼胚培养被用来挽救远缘杂交早期败育的胚胎,因此可以认为,幼胚培养和胚胎拯救(embyrorescue)技术是最早应用的植物细胞工程技术。
20世纪30年代,植物组织培养技术基本建立。李继侗(1933年)将3mm以上的银杏胚培养成功,并且发现加入胚乳汁可以促进离体胚的成长。 1937年,White发现B族维生素、吲哚乙酸对植物生长具有促进作用。1937~1939年,White、Gautheret和Nobercourt分别建立了植物组织的连续培养物,使离体的植物组织可以在人工培养基上不断生长,从而奠定了现代组织培养的基础。
20世纪60年代初,Cocking等人用纤维素酶来分离植物原生质体并获得成功。分离得到的原生质体在培养过程中,可长出新壁,进行分裂和分化,最终形成完整植株。获得成功的植物有胡萝卜、矮牵牛、油菜、石刁柏等。
在动物学界,1907年美国生物学家哈里森用盖玻片悬滴培养蛙胚神经组织,存活数周,而且观察到细胞生长现象,开创了动物细胞培养的先河。
德国胚胎学家Spemamm(1938年)认为,早期胚胎细胞具有高度的分化潜能,将胚胎的细胞核移植到去核卵母细胞中,可以发育为新的胚胎。Briggs和Kings(1952年)把非洲豹蛙囊胚的细胞核一到去核的卵母细胞中,得到了非洲豹蛙的胚胎克隆后代,从而证实了Spemamm的观点。
Okata(1962年)发现仙台病毒(Sendal virus)可诱发艾氏腹水瘤细胞融合,形成多核细胞,为动物细胞融合技术的发展奠定了基础。诺贝尔医学和生理学奖获得者Cesar Milstein和Geoger Kohler(1975年)将免疫小鼠的脾细胞和小鼠骨髓瘤细胞进行融合,获得了既能在体外无限繁殖,又能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,有力的促进了免疫学的发展。
细胞工程技术发展迅速,试管植物、试管动物、转基因生物反应器等相继问世。以色列用胚胎干细胞培养出人类心脏组织,可以正常跳动,以及美国培养的造血先驱细胞、中国培养的胃和肠粘膜组织等。1977年英国利用胚胎工程技术成功地培养出世界首例试管婴儿,1997年英国首次克隆出绵羊“多利”,2001年英国又培育出首批转基因猪。
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