第一講細(xì)胞生物學(xué)_第1頁
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文檔簡介

細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)研究方法湯薇陜西師范大學(xué)2013中學(xué)生物學(xué)骨干教師專業(yè)培訓(xùn)

細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察方法

細(xì)胞組分的分析方法

細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞工程用于細(xì)胞生物學(xué)研究的模式生物細(xì)胞生物學(xué)研究方法

光學(xué)顯微鏡技術(shù)(lightmicroscopy)

電子顯微鏡技術(shù)

(Electromicroscopy)

掃描探針顯微鏡(ScanningProbeMicroscope)

掃描遂道顯微鏡

(scanningtunnelingmicroscope)

原子力顯微鏡(atomicforcemicroscope)

細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察方法

離心分離技術(shù)

細(xì)胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)、酶、糖與脂類等的顯示方法

特異蛋白抗原的定位與定性

細(xì)胞內(nèi)特異核酸的定位與定性

放射自顯影技術(shù)

定量細(xì)胞化學(xué)分析技術(shù)細(xì)胞電泳細(xì)胞組分的分析方法細(xì)胞的培養(yǎng)

細(xì)胞工程

細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞工程技術(shù)

普通復(fù)式光學(xué)顯微鏡技術(shù)(

lightmicroscopy)

熒光顯微鏡技術(shù)(FluorescenceMicroscopy)

激光共焦掃描顯微鏡技術(shù)(LaserConfocalMicroscopy)

倒置顯微鏡(invertedmicroscope)相差顯微鏡(phase-contrastmicroscope)微分干涉顯微鏡(differentialinterferencecontrastmicroscope,DIC)錄像增差顯微鏡技術(shù)(video-enhancemicroscopy)

光學(xué)顯微鏡技術(shù)(lightmicroscopy)電子顯微鏡的基本知識電鏡的基本構(gòu)造電鏡與光鏡的比較電子顯微鏡的主要類型掃描電鏡(Scanningelectronmicroscope,SEM)

透射電鏡(Transmissionelectronmicroscope,TEM)

主要電鏡制樣技術(shù)

電子顯微鏡技術(shù)

分辨率是指區(qū)分開兩個質(zhì)點(diǎn)間的最小距離普通復(fù)式光學(xué)顯微鏡技術(shù)1600倍是光學(xué)顯微鏡放大倍率的最高極限光學(xué)顯微鏡是一種以可見光為光源利用光學(xué)透鏡產(chǎn)生影像放大效應(yīng)的顯微鏡。ABDCEFHGFas蛋白免疫組化染色(400倍)原理與應(yīng)用

直接熒光標(biāo)記技術(shù)

間接免疫熒光標(biāo)記技術(shù)

用于特異蛋白質(zhì)等生物大分子的

定性定位:綠色熒光蛋白(GFP)的應(yīng)用

熒光顯微鏡技術(shù)(FluorescenceMicroscopy)熒光顯微鏡是以紫外光為光源,用以照射被檢物體,使之發(fā)出熒光,然后在顯微鏡下觀察物體的形狀及其所在位置。ABCFEHDGAnnexinV-FITC-PI染色(400倍)免疫熒光技術(shù)標(biāo)記細(xì)胞骨架綠熒光水母——通過體內(nèi)綠色熒光蛋白發(fā)光科學(xué)家在線形蟲體內(nèi)植入綠色熒光蛋白質(zhì)2008年的諾貝爾化學(xué)獎授予美籍日裔科學(xué)家下村修、美國科學(xué)家馬丁·沙爾菲和美籍華裔科學(xué)家錢永健三人,以表彰他們發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了綠色熒光蛋白質(zhì)技術(shù)。

激光共聚焦掃描顯微鏡(laserconfocalscanningmicroscope)用激光作掃描光源,逐點(diǎn)、逐行、逐面快速掃描成像,掃描的激光與熒光收集共用一個物鏡,物鏡的焦點(diǎn)即掃描激光的聚焦點(diǎn),也是瞬時成像的物點(diǎn)。由于激光束的波長較短,光束很細(xì),所以共焦激光掃描顯微鏡有較高的分辨力,大約是普通光學(xué)顯微鏡的3倍。系統(tǒng)經(jīng)一次調(diào)焦,掃描限制在樣品的一個平面內(nèi)。調(diào)焦深度不一樣時,就可以獲得樣品不同深度層次的圖像,這些圖像信息都儲于計(jì)算機(jī)內(nèi),通過計(jì)算機(jī)分析和模擬,就能顯示細(xì)胞樣品的立體結(jié)構(gòu)。激光共聚焦掃描顯微鏡既可以用于觀察細(xì)胞形態(tài),也可以用于細(xì)胞內(nèi)生化成分的定量分析、光密度統(tǒng)計(jì)以及細(xì)胞形態(tài)的測量。原理特點(diǎn): 排除焦平面以外光的干擾,增強(qiáng) 圖像反差和提高分辨率(1.4—1.7),可重構(gòu)樣品的三維結(jié)構(gòu)。激光共聚焦掃描顯微鏡技術(shù)

(LaserScanningConfocalMicroscopy)P53蛋白在細(xì)胞內(nèi)位置變化串葉松香草作者:Shirley

Owens;城市:美國法拉盛;技術(shù):激光掃描共聚焦。倒置顯微鏡InvertedMicroscope

組成和普通顯微鏡一樣,只不過物鏡與照明系統(tǒng)顛倒,前者在載物臺之下,后者在載物臺之上,用于觀察培養(yǎng)的活細(xì)胞,具有相差物鏡。貼壁培養(yǎng)細(xì)胞觀察懸浮培養(yǎng)細(xì)胞觀察相差顯微鏡(phase-contrastmicroscope)將光程差或相位差轉(zhuǎn)換成振幅差,可用于觀察活細(xì)胞微分干涉顯微鏡(differential-interferencemicroscope)偏振光經(jīng)合成后,使樣品中厚度上的微小區(qū)別轉(zhuǎn)化成明暗區(qū)別,增加了樣品反差且具有立體感。適于研究

活細(xì)胞中較大的細(xì)胞器錄像增差顯微鏡技術(shù)(video-enhancemicroscopy)計(jì)算機(jī)輔助的DIC顯微鏡可在高分辨率下研究活 細(xì)胞中的顆粒及細(xì)胞器的運(yùn)動電鏡與光鏡主要結(jié)構(gòu)性能的比較

顯微鏡分辨本領(lǐng)光源透鏡真空成像原理LMTEM200nm100nm0.1nm可見光(400-700)紫外光(約200nm)電子束(0.01-0.9)玻璃透鏡玻璃透鏡電磁透鏡不要求真空不要求真空要求真空1.33x10-5~1.33x10-3Pa利用樣品對光的吸收形成明暗反差和顏色變化利用樣品對電子的散射和透射形成明暗反差主要由4部分組成電子束照明系統(tǒng);成像系統(tǒng);真空系統(tǒng);記錄系統(tǒng)。

掃描電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope,SEM)于20世紀(jì)60年代問世,用來觀察標(biāo)本的表面結(jié)構(gòu)。其工作原理是用一束極細(xì)的電子束掃描樣品,在樣品表面激發(fā)出次級電子,次級電子由探測體收集,并在那里被閃爍器轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?,再變?yōu)殡娦盘杹砜刂茻晒馄辽想娮邮膹?qiáng)度,顯示出與電子束同步的掃描圖像。圖像為立體形象,反映了標(biāo)本的表面結(jié)構(gòu)。為了使標(biāo)本表面發(fā)射出次級電子,標(biāo)本在固定、脫水后,要噴涂上一層重金屬微粒,重金屬在電子束的轟擊下發(fā)出次級電子信號。目前掃描電鏡的分辨力為6~10nm。

/人類血細(xì)胞SEM照片掃描電鏡觀察的花粉粒JEM-1011透射電子顯微鏡

透射電鏡的總體工作原理是:由電子槍發(fā)射出來的電子束,在真空通道中沿著鏡體光軸穿越聚光鏡,通過聚光鏡將之會聚成一束尖細(xì)、明亮而又均勻的光斑,照射在樣品室內(nèi)的樣品上;透過樣品后的電子束攜帶有樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息,樣品內(nèi)致密處透過的電子量少,稀疏處透過的電子量多;電子束進(jìn)行綜合放大成像,將電子影像轉(zhuǎn)化為可見光影像以供使用者觀察。目前TEM的分辨力可達(dá)0.2nm

。高爾基體透射電鏡圖(偽彩色)

超薄切片技術(shù)用于電鏡觀察的樣本制備示意圖

負(fù)染色技術(shù)與金屬投影

染色背景,襯托出樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu) 冰凍蝕刻技術(shù)(技術(shù)示意圖)

冰凍斷裂與蝕刻復(fù)型:觀察膜斷裂面的蛋白質(zhì)顆粒和膜表面結(jié)構(gòu)。

快速冷凍深度蝕刻技術(shù)(quickfreezedeepetching)電鏡三維重構(gòu)技術(shù)

電子顯微術(shù)、電子衍射與計(jì)算機(jī)圖象處理相結(jié)合而形成的具有重要應(yīng)用前景的一門新技術(shù)。它與X-射線晶體衍射技術(shù)及核磁共振分析技術(shù)相結(jié)合,是當(dāng)前結(jié)構(gòu)生物學(xué)(StructuralBiology)研究生物大分子空間結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系的主要實(shí)驗(yàn)手段。主要電鏡制樣技術(shù)

掃描隧道顯微鏡

掃描隧道顯微鏡(scanningtunnelingmicroscope,STM)由Binnig等1981年發(fā)明,根據(jù)量子力學(xué)原理中的隧道效應(yīng)而設(shè)計(jì)。當(dāng)原子尺度的針尖在不到一個納米的高度上掃描樣品時,針尖與樣品之間產(chǎn)生隧道效應(yīng)而有電子逸出,形成隧道電流。電流強(qiáng)度和針尖與樣品間的距離有函數(shù)關(guān)系,因樣品表面原子凹凸不平,使探針與物質(zhì)表面間的距離不斷發(fā)生改變,從而引起電流不斷發(fā)生改變。將電流的這種改變圖像化即可顯示出原子水平的凹凸形態(tài)。掃描隧道顯微鏡的分辨率很高,橫向?yàn)?.1~0.2nm,縱向可達(dá)0.001nm。它的優(yōu)點(diǎn)是三態(tài)(固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài))物質(zhì)均可進(jìn)行觀察,而普通電鏡只能觀察制作好的固體標(biāo)本。利用掃描隧道顯微鏡直接觀察生物大分子,如DNA、RNA和蛋白質(zhì)等分子的原子布陣,和某些生物結(jié)構(gòu),如生物膜、細(xì)胞壁等的原子排列。

用途:于分離細(xì)胞器與生物大分子及其復(fù)合物

差速離心:分離密度不同的細(xì)胞組分差速離心主要是采取逐漸提高離心速度的方法分離不同大小的細(xì)胞器。

密度梯度離心:精細(xì)組分或生物大分子的分離

用一定的介質(zhì)在離心管內(nèi)形成一連續(xù)或不連續(xù)的密度梯度,通過重力或離心力場的作用使細(xì)胞組分分層、分離。密度梯度離心常用的介質(zhì)為氯化銫,蔗糖和多聚蔗糖。離心分離技術(shù)

原理:利用一些顯色劑與所檢測物質(zhì)中一些

特殊基團(tuán)特異性結(jié)合的特征,通過顯色劑在細(xì)胞中的定位及顏色的深淺來判斷某種物質(zhì)在細(xì)胞中的分布和含量。

方法:FeulgenStaining等

細(xì)胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)、

酶、糖與脂類等的顯示方法

1.Schiff反應(yīng):細(xì)胞中的醛基可使Schiff試劑中的無色品紅變?yōu)榧t色。這種反應(yīng)通常用于顯示糖和脫氧核糖核酸(Feulgen反應(yīng))。

2.金屬沉淀法:利用金屬化合物在反應(yīng)過程中生成有色沉淀,借以辨認(rèn)所檢查的物質(zhì)或酶活性。如磷酸酶分解磷酸酯底物后,反應(yīng)產(chǎn)物最終生成CoS或PbS有色沉淀,而顯示出酶活性。

3.偶氮偶聯(lián)法:酚類化合物與偶氮染料結(jié)合后可以形成耐曬染料。4.聯(lián)苯胺反應(yīng):過氧化物酶分解H202。產(chǎn)生新生氧,后者再將無色的聯(lián)苯胺氧化成聯(lián)苯胺藍(lán),進(jìn)而變成棕色化合物。

5.普魯士藍(lán)反應(yīng):三價鐵與酸性亞鐵氰化鉀作用,形成普魯士藍(lán)。

6.

Formazane反應(yīng):顯示脫氫酶。

7.

吲哚酚反應(yīng)

(Nadi反應(yīng)):顯示細(xì)胞色素氧化酶。

8.

脂溶染色法:借蘇丹染料溶于脂類而使脂類顯色。

9.

茚三酮反應(yīng):顯示蛋白質(zhì)。

免疫熒光技術(shù): 快速、靈敏、有特異性,但其分辨率有限

蛋白電泳(SDS)與免疫印跡反應(yīng)(Western-Blot)

免疫電鏡技術(shù):免疫鐵蛋白技術(shù)免疫酶標(biāo)技術(shù)免疫膠體金技術(shù)特異蛋白抗原的定位與定性根據(jù)免疫學(xué)原理,利用抗體同特定抗原專一結(jié)合,對抗原進(jìn)行定位測定的技術(shù)。如果將抗體結(jié)合上標(biāo)記物,再與組織中的抗原發(fā)生反應(yīng),即可在光鏡或電鏡下顯示出該抗原存在于組織中的部位。常用的標(biāo)記物有熒光素和酶。熒光素標(biāo)記的稱為免疫熒光法常用的螢光素有異硫氰酸熒光素(FITC)、羅丹明等。酶標(biāo)記的稱為酶標(biāo)免疫法,常用的酶有辣根過氧化物酶,酶與底物發(fā)生反應(yīng)后形成不透明的沉積物,從而顯示出抗原存在的部位??贵w與抗原的結(jié)合方法可分為直接法和間接法兩種,直接法是將帶有標(biāo)記的抗體與抗原反應(yīng),顯示出抗原存在的部位。而間接法則是在抗體抗原初級反應(yīng)的基礎(chǔ)上,再用帶標(biāo)記的次級抗體同初級抗體反應(yīng),從而使初級反應(yīng)得到放大,顯示增強(qiáng)。免疫熒光技術(shù)標(biāo)記細(xì)胞骨架蛋白質(zhì)電泳和轉(zhuǎn)膜儀器電泳后凝膠經(jīng)考馬斯亮藍(lán)染色轉(zhuǎn)膜后經(jīng)X射線膠片曝光

光鏡水平的原位雜交技術(shù)

(同位素標(biāo)記或熒光素標(biāo)記的探針)

電鏡水平的原位雜交技術(shù)(生物素標(biāo)記的探針與抗生物素抗體相連的膠體金標(biāo)記結(jié)合)

核酸體外擴(kuò)增技術(shù)

細(xì)胞內(nèi)特異核酸的定位與定性核酸體外擴(kuò)增技術(shù)1.非等溫?cái)U(kuò)增——PCRPCR(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))是利用DNA在體外攝氏95°高溫時變性會變成單鏈,低溫(經(jīng)常是60°C左右)時引物與單鏈按堿基互補(bǔ)配對的原則結(jié)合,再調(diào)溫度至DNA聚合酶最適反應(yīng)溫度(72°C左右),DNA聚合酶沿著磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互補(bǔ)鏈?;诰酆厦钢圃斓腜CR儀實(shí)際就是一個溫控設(shè)備,能在變性溫度,復(fù)性溫度,延伸溫度之間很好地進(jìn)行控制。2.等溫?cái)U(kuò)增——LAMP環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù),與以往的核酸擴(kuò)增方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)操作簡單:不需要特殊的試劑及儀器。(2)快速高效:因?yàn)椴恍枰A(yù)先的雙鏈DNA熱變性,多數(shù)情況在15-60min即可完成。(3)高特異性:由于設(shè)計(jì)4種特異性引物,引物不匹配均不能進(jìn)行核酸擴(kuò)增,故其特異性極高。(4)高靈敏度:比PCR高出數(shù)量級的差異。PCR后瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果實(shí)時熒光定量PCR儀記錄結(jié)果原理及應(yīng)用:將放射性同位素(如14C和3H)標(biāo)記的化合物導(dǎo)入生物體內(nèi),經(jīng)過一段時間后,將標(biāo)本制成切片或涂片,涂上鹵化銀乳膠,經(jīng)一定時間的放射性曝光,組織中的放射性即可使乳膠感光。然后經(jīng)過顯影、定影處理顯示還原的黑色銀顆粒,即可得知標(biāo)本中標(biāo)記物的準(zhǔn)確位置和數(shù)量利用同位素的放射自顯影,對細(xì)胞內(nèi)生物大分子進(jìn)行定性、定位與半定量研究;實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)生物大分子進(jìn)行動態(tài)和追蹤研究。前體物摻入細(xì)胞(標(biāo)記:持續(xù)標(biāo)記和脈沖標(biāo)記)

放射自顯影技術(shù)將顯微鏡技術(shù)與分光光度計(jì)結(jié)合起來的技術(shù)。它以物質(zhì)分子的光吸收、熒光發(fā)射和光反射特性作為測定基礎(chǔ),可用來分析生物樣品細(xì)微結(jié)構(gòu)中的化學(xué)成分,同時進(jìn)行定位、定性和定量。

細(xì)胞顯微分光光度術(shù)(Microspectrophotometry)利用細(xì)胞內(nèi)某些物質(zhì)對特異光譜的吸收,測定這些物質(zhì) (如核酸與蛋白質(zhì)等)在細(xì)胞內(nèi)的含量。

紫外光顯微分光光度測定法可見光顯微分光光度測定法

流式細(xì)胞術(shù)(FlowCytometry)主要應(yīng)用:定量測定細(xì)胞中的DNA、RNA或某一特異蛋白的含量; 測定細(xì)胞群體中不同時相細(xì)胞的數(shù)量; 從細(xì)胞群體中分離某些特異染色的細(xì)胞; 分離DNA含量不同的中期染色體。

定量細(xì)胞化學(xué)分析技術(shù)流式細(xì)胞術(shù)是對單個細(xì)胞進(jìn)行快速定量分析與分選的一門技術(shù),所用儀器稱為流式細(xì)胞儀(flowcytometer)。流式細(xì)胞儀通常以激光作為發(fā)光源,經(jīng)過聚焦后垂直照射在樣品流(單個細(xì)胞的液滴)上,被熒光染色的細(xì)胞在激光束的照射下,產(chǎn)生散射光和激發(fā)熒光。光散射信號在前向小角度進(jìn)行檢測,這種信號基本上反映了細(xì)胞體積的大??;熒光信號的接受方向與激光束垂直,經(jīng)過一系列雙色性反射鏡和帶通濾光片的分離,形成多個不同波長的熒光信號。根據(jù)采集到的信號把特定的細(xì)胞或細(xì)胞器從群體中分類收集。

流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果表示方式:散點(diǎn)圖,直方圖,密度圖,三維圖,等高圖散點(diǎn)圖直方圖

細(xì)胞電泳

在一定PH值下細(xì)胞表面帶有凈的正或負(fù)電荷,能在外加電場的作用下發(fā)生泳動,這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞電泳(cellelectrophoresis)。引起細(xì)胞電泳的電位值稱為ξ電位。各種細(xì)胞或處于不同生理狀態(tài)的同種細(xì)胞荷電量有所不同,故在一定的電場中的泳動速度不同。在恒定的電場條件下,同種細(xì)胞的電泳速度相當(dāng)穩(wěn)定,因而可通過測定電泳速度來推算出細(xì)胞的ξ電位。ξ電位常因細(xì)胞生理狀態(tài)和病理狀態(tài)而異,因此在診斷疾病上有一定價值。此外由于不同類型的細(xì)胞在電場中的泳動速度不同,細(xì)胞電泳尚可用來分離不同種類的細(xì)胞,例如可把淋巴樣細(xì)胞與造血細(xì)胞分開。單細(xì)胞凝膠電泳技術(shù)(彗星電泳)

動物細(xì)胞培養(yǎng) 類型:原代培養(yǎng)細(xì)胞(primaryculturecell)

從動物機(jī)體取出的進(jìn)行培養(yǎng)的細(xì)胞群。

繼代\傳代培養(yǎng)細(xì)胞(sub-culturecell)

將細(xì)胞從一個培養(yǎng)瓶轉(zhuǎn)移到另外一個培養(yǎng)瓶。 細(xì)胞株(cellstrain)正常二倍體,接觸抑制細(xì)胞系(cellline)亞二倍體,接觸抑制喪失

植物細(xì)胞培養(yǎng)

類型:原生質(zhì)體培養(yǎng)(體細(xì)胞培養(yǎng))

單倍體細(xì)胞培養(yǎng)(花藥培養(yǎng))非細(xì)胞體系(cell-freesystem)來源于細(xì)胞,而不具有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu),但包含了進(jìn)行正常生物學(xué)反應(yīng)所需的物質(zhì)組成的體系。

細(xì)胞的培養(yǎng)

動物細(xì)胞培養(yǎng)

細(xì)胞培養(yǎng)方式大致可分為兩種:一種是群體培養(yǎng),將含有一定數(shù)量細(xì)胞的懸液置于培養(yǎng)瓶中,讓細(xì)胞貼壁生長,匯合后形成均勻的單細(xì)胞層;另一種是克隆培養(yǎng)(clonalculture),將高度稀釋的游離細(xì)胞懸液加入培養(yǎng)瓶中,經(jīng)過生長增殖每一個細(xì)胞形成一個細(xì)胞集落,稱為克?。╟lone)。一個細(xì)胞克隆中的所有細(xì)胞均來源于同一個祖先細(xì)胞。

Hela細(xì)胞(左)、CHO細(xì)胞(右)的培養(yǎng)

植物細(xì)胞培養(yǎng)1.組織培養(yǎng):誘發(fā)產(chǎn)生愈傷組織,如果條件適宜,可培養(yǎng)出再生植株。用于研究植物的生長發(fā)育、分化和遺傳變異;進(jìn)行無性繁殖;制取代謝產(chǎn)物。

2.懸浮細(xì)胞培養(yǎng):在愈傷組織培養(yǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種培養(yǎng)技術(shù)。適合于進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng),制取植物代謝產(chǎn)物。

3.單倍體培養(yǎng):通過花藥或花粉培養(yǎng)可獲得單倍體植株,經(jīng)人為加倍后可得到完全純合的個體。4.原生質(zhì)體培養(yǎng):脫壁后的植物細(xì)胞稱為原生質(zhì)體,與完整細(xì)胞一樣具有全能性,仍可產(chǎn)生細(xì)胞壁,經(jīng)誘導(dǎo)分化成完整植株。核糖體體外組裝DNA雜交細(xì)胞融合(cellfusion)技術(shù)通過培養(yǎng)和誘導(dǎo),兩個或多個細(xì)胞合并成一個雙核或多核細(xì)胞的過程稱為細(xì)胞融合(cellfusion)或細(xì)胞雜交(cellhybridization)。單克隆抗體技術(shù)(monocloneantibody)顯微操作技術(shù)(micromanipulationtechnique)

在高倍復(fù)式顯微鏡下,利用顯微操作器(micromanipulator)進(jìn)行細(xì)胞或早期胚胎操作的一種方法。顯微操作技術(shù)包括細(xì)胞核移植、顯微注射、嵌合體技術(shù)、胚胎移植以及顯微切割等。細(xì)胞工程

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