在生物佃胞上施工
自然界裏的一切生物體，不管其複雜程度如何，都一概是由細胞構成的。細胞是生物體結構和功能的基本單位。
細胞膜，亦稱原生質膜或質膜，是細胞表麵厚約60一100埃的一層薄膜。它控製著細胞與外界環境的物質交換，並接受外界信息，調節細胞的生命活動。
細胞質是細胞膜以內、細胞核以外的原生質部分，負責儲存和輸送代謝物質，進行代謝合成。細胞質中還包含有中心體、線粒體、高爾基體等細胞器，它們是具有一定結構和功能的小器官。
細胞核則是儲存、複製和轉錄遺傳信息的主要場所，以雙層多孔的核膜與細胞質分隔，含有核液、染色質（或染色體）和核仁。
植物細胞和微生物細胞在細胞膜之外還有一層無生命的堅硬的細胞壁，除去細胞壁的其餘部分叫做原生質體。
決定和控製生物遺傳性狀的是遺傳基因，生物體的一切性狀幾乎都是基因及環境因素作用的結果。基因實質上是些微小的核酸（主要是脫氧核糖核酸DNA）或核蛋白片段，以一定的線性次序排列在細胞核中的染色體上，每個DNA分子包含了許多基因。
生物種類不同，組成細胞中主要遺傳物質DNA的基因就不同。如果改變了生物體的基因組成，也就改變了遺傳特性和生物性狀。因此可以通過改變生物的基因組成，人為地改變生物的遺傳特性，培育良種，或者按著人們的需要創造新的物種。
改變基因組成可以采用不同的方法。一種是“基因重組”，即把不同生物體的DNA分子從細胞中取出，在體外進行剪切，引進編碼優良性狀的“外源基因”，構成新的重組DNA分子，然後將其轉入到受體細胞中去，使外源基因在受1埃= 10 -10米。體細胞中得到表達。另外一種方法是通過移植染色體或細胞核，或者把兩個細胞融合在一起，從而達到轉移基因、改變生物基因組成的目的。前一種方法叫做基因工程，後一種方法則是細胞工程。廣義地說，兩者可以統稱為遺傳工程，它們都是生物技術的重要技術體係。
細胞工程的施工過程中，在把染色體或細胞核轉移的時候，也就把染色體的“全套”基因攜帶的遺傳信息轉移到了受體細胞中。因此，隻要選擇合適的供體細胞，就可以培育出優良品種或新種。與基因工程不同，細胞工程是把外源基因直接轉移到受體細胞，無需經過分離和提純、剪切和拚接等基因操作過程，因而轉移效率大大提高。
細胞工程對細胞的施工是多層次的，有細胞水平、核質（細胞核和細胞質）水平，也有染色體水平和基因水平。細胞工程還包括以獲得產品為目的的細胞和組織的培養技術。
細胞融合
細胞融合是細胞水平上的細胞工程，是在融合劑的作用下，將兩種細胞彼此融合在一起，形成一個雜交細胞的技術。這種新的雜交細胞中含有的兩個親本細胞的基因有可能得到表達，獲得優良性狀。這種技術還有可能消除遠緣物種間不能雜交的屏障。
細胞融合的現象在1957年被首次發現於動物細胞，現在已經成為廣泛采用的生物技術。這一技術不僅可以應用到動物細胞，也可應用於植物和微生物細胞，達到人工繁育良種的目的。
動物細胞的融合技術並不十分複雜，隻要在適當條件下加上一種高效融合劑——聚乙二醇，即可使兩個細胞相互凝集，細胞膜相連並融合，細胞內容物互相混合，最後形成雜交細胞。
植物細胞外圍有堅硬的細胞壁，在融合前須用生物酶把組成細胞壁的主要成分——纖維素溶解掉，使植物細胞成為僅以質膜包裹的原生質體，之後再加進融合劑即可發生融合了。微生物細胞也有細胞壁，也要用同樣的方法先溶解掉細胞壁，再行融合。因此，植物和微生物的細胞融合又叫做“原生質體融合”。
近親動物細胞的融合，很多都可獲得穩定的雜交細胞，但對高等動物來說，還不能由雜交細胞形成新的個體。遠緣物種的動物細胞，甚至像老鼠與人的細胞也可發生融合，但這些融合不穩定，在對融合細胞進行培養的過程中，往往會出現染色體脫落現象。因此，目前還不能將細胞融合用於家畜育種。動物細胞融合的應用最富成果的方麵，是下邊我們要專門介紹的“單克隆抗體技術”。
對於植物來說，單個體細胞在離體培養的情況下，可以發育成完整的植株，這就是植物具有的“全能性”。因此，隻要選擇適當的培養基（人工配製的用於培養細胞的營養基質），對異種植物的融合細胞進行培養，就能使其重新形成細胞壁，並開始分裂得到一團具有分裂能力的細胞，稱為愈傷組織，愈傷組織進而可以分化出根、莖、葉，最後長成一棵完整的雜種植物。過去普遍采用的有性生殖雜交方法雖然可以培育出兼備雙親特性的雜種，但由於受精及胚發生階段存在著不親和現象，因此很難獲得生物分類上的種間、屬間雜種。而采用細胞融合技術，則不僅可以得到種間雜種，還可以創造出迄今為止用常規雜交方法不能得到的屬間雜種。例如，用小麥和黑麥培育出了“小黑麥”，用番茄和馬鈴薯培育成了“番茄一馬鈴薯”，以及豌豆和向日葵的融合雜種。最近又有報道說，融合桔子雌蕊珠心細胞和枸桔葉細胞培育出了新的融合體常綠樹。
微生物的原生質體融合技術，已被證明在實驗育種和菌株改良方麵具有誘人的潛力，有可能產生出其他常規方法不能得到的新菌株和新產物。例如，鏈黴菌的原生質體融合已成了種內雜交培育良種的高效方法，種間雜交實驗也已成功；具有發酵能力的釀酒酵母菌與具有糖化能力的糖化酵母菌之間的原生質體融合，在雜交後代中已分離出了兼備發酵和糖化雙重能力的菌株。
單克隆抗體技術
單克隆抗體技術，是利用細胞融合方法使腫瘤細胞與淋巴細胞融合形成雜交瘤細胞，從中製備單克隆抗體的技術。
所謂“克隆”，意為“無性繁殖係”，是指從同一個祖先通過無性繁殖方式所產生的具有相同遺傳性狀的後代群體。
當病毒、細菌或某種蛋白質等外來“抗原”侵人人和動物體以後，體內的一種淋巴細胞-B細胞就會在抗原物質的刺激下，合成並向血液中分泌具有特異性免疫功能的球蛋白，這便是所謂“抗體”。抗體隨即與抗原物質表麵的特異基團結合，從而促進白細胞的吞噬作用，將抗原清除，或使病毒、細菌等微生物抗原失去致病作用，對機體起到保護作用。
人和動物體內有上百萬個B細胞，每個B細胞隻能識別一個特異基團，並針對性地產生出一種特異性抗體，這種抗體就是單克隆抗體。不過，同時進入體內的抗原往往不是一種，即使是同一種抗原往往又具有多種特異基團，因此，必須同時產生出多種抗體。這就是說，存在於人和動物中的血液抗體，是來自許多個B細胞的抗體的總和，是多種單克隆抗體的混合物，統稱多克隆抗體。顯然，多克隆抗體特異性不高，隻有單克隆抗體才具有極高的特異性。人們為了利用單克隆抗體的高度特異性，很早就想大量製備單克隆抗體，但一直沒有成功。當然，假如能夠把已分泌抗體的B細胞進行單個培養，就可得到它分泌的單克隆抗體了。遺憾的是，B細胞在體外不能長期培養，很快就會死亡，因此所得抗體極少。最有希望的方法是，使可在體外無限繁殖的腫瘤細胞與已被免疫的B細胞融合，形成雜交瘤細胞。科學家們正是用這種方法獲得了雜交瘤細胞，這種融合細胞既能像B細胞那樣分泌單克隆抗體，又能像腫瘤細胞那樣在體外無限繁殖，很容易進行大規模培養，從而可以生產出大量的單克隆抗體。
單克隆抗體技術的出現是免疫學上的一項重大突破。因為單克隆抗體是分析和鑒定各種複雜抗原、闡明免疫機理的一種有效工具，利用它可以解決許多重大的醫學問題，在傳染病、免疫病和癌症的防治方麵發揮著越來越大的作用。有朝一日，單克隆抗體會成為醫學領域中的一種威力極強的武器。應用單克隆抗體技術已經生產出了多種單克隆抗體，如對付人體髒器移植過程中產生的排斥因子的抗體，醫治洋地黃藥物中毒的抗體等。
核移植是核質水平上的細胞工程。該項技術在哺乳動物尚屬實驗探索階段，但在魚類和兩棲類已成功地用於繁育良種。早在50年代，中國科學院童第周教授就開始了魚和兩棲動物的核移植實驗，並成功地得到了核質雜種。方法就是在顯微鏡下，將一個細胞的細胞核，移到另一個事先除去細胞核的細胞中去，這種新形成的雜交細胞，包含了一個細胞的細胞核和另一個細胞的細胞質，所以叫做核質雜種。這種技術實際是移植了全套的基因，因而可以用來選育良種。近年來，我國又得到了經濟魚類的核質雜種，如鯉魚核和鯽魚質、草魚核和團頭魚質的雜種魚，它們都表現出了兩種魚的特點。如鯉鯽雜種魚的口須和咽喉齒像鯉魚，脊椎骨數目像鯽魚，生化性狀有的像鯉魚，有的又像鯽魚。用有性雜交方法一般很難得到遠緣雜交種魚，即使得到了也沒有生育能力，而鯉鯽雜種魚雌雄均能生育。應用核移植技術還可獲得魚類屬間、亞科間，甚至不同目間的核質雜種。
在基因水平上的細胞工程，是采用顯微注射等方法，把從細胞中分離出的一些基因轉移到哺乳動物受體細胞中去表達，這就是所謂“基因轉移”。這種技術和通過基因重組而實現基因轉移的基因工程有著明顯的不同，即不必進行複雜的遺傳操作。美國科學家應用這種技術，成功地將大鼠的生長激素基因通過顯微注射導人小鼠的受精卵內，再把這種受精卵植入小鼠子宮，經過發育就得到了長得像大鼠一樣大的“超級小鼠”。
應用核移植和基因轉移技術發育成新的個體，都要采用上述這種受精卵（或胚胎）的移植。卵、受精卵或胚胎移植也直接用來迅速擴增良種哺乳動物（如馬、牛等）。直接依靠良種種畜產子，繁殖的子代數目不多（通常每年一頭）。如果采用超數排卵或受孕而不懷孕的方法，把卵、受精卵或胚胎移植給其他母畜，就可以大量繁殖良種子畜。乳牛的胚胎移植在西方國家已十分普遍，並已形成“胚胎移植工業”，我國也已掌握了這一技術。卵、受精卵和胚胎移植技術，可以算作細胞水平上的細胞工程。
動植物體內的有用物質（包括藥物）是存在於機體細胞之中的。要獲得這些有用物質，過去隻能依靠飼養和栽培的方法，生長周期很長。應用細胞工程的方法就可提供捷徑：通過大量體外培養動植物細胞，就可從中獲取其有用物質。如通過培養人參與洋地黃細胞製取有效藥物成分已獲成功。
植物細胞和組織能夠分化長成完整的植株。人們利用植物的這種全能性，開發出通過植物細胞和組織的培養，大量快速地繁殖優良品種、脫病毒種苗和名貴花卉的技術，已經獲得了明顯的效益。世界上通過細胞和組織培養獲得植株的植物已逾千種。
細胞工程的意義不僅是培育了幾種新的物種，更重要的還在於產生出這些成果的思想和技術對人類已有知識和現存技術帶來的挑戰。人們終有一天會從細胞工程這一技術體係對人類生產產生的巨大變革中，“掂量”出一個個微小細胞的真正分量！
生物催化劑發揮威力
盡管生物體和工業生產中發生的化學反應截然不同，但它們卻有著一個共同點，那就是兩者在很大程度上都依賴於催化劑——能夠加快反應速度而其本身的量和化學性質保持不變的物質。催化劑就好像交響樂隊的指揮，它指揮演奏音樂，而本身卻一聲不吭。猶如一根小小的指揮棒指揮著一個大樂團一樣，一點點催化劑即可導致數噸物質發生化學反應，催化劑與最終產物的比例可以少到1:10 000 000。
就像沒有指揮演奏不好音樂一樣，沒有催化劑許多化學反應就會極為緩慢或者根本不能進行，沒有催化劑工業上也就不可能大量生產燃料油、化肥、塑料等產品。使用不同催化劑還可以從相同的起始物得到不同的產品。例如，乙醇（酒精）倒在氧化鋁上能轉化為乙烯，同分散的銅粒接觸則能變成乙醛，而如果在乙醇中加入催化劑沸石，乙醇又能變成汽油。催化劑在工業、農業和藥品生產中的作用太重要了，因此一直是人們關注的對象。
人們已經開發和利用了各種各樣的無機催化劑，應該說催化劑的使用在生產中也已經取得了很大成功。然而，隨著社會生產的發展和科學技術的進步，在注意到反應效率和所要求的“苛刻”反應條件（高溫和高壓）以及特異性等方麵的情況後，化學家們越來越“羨慕”生物體中的那些迥然不同的天然的生物催化劑。生物催化劑具有“神奇”的作用，它們可在某個特定部位上斷開一個分子或使兩個分子以特殊方式結合起來，也可以使一種分子轉化為另一種分子，而且它們的催化作用既準確又快速，要求的條件又相當“溫和”（常溫和常壓）。這類生物催化劑就是酶。