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LOGO细胞工程作业：植物组织培养和植物细胞培养用于植物生长次生代谢产物制备比较贾程慎F0408006Contents植物次生代谢产物1.植物组织培养举例2.植物细胞培养举例3.什么是植物次生代谢产物次生代谢过程被认为是植物在长期进化中对生态环境适应的结果，它在处理植物与生态环境的关系中充当着重要的角色。许多植物在受到病原微生物的侵染后，产生并大量积累次生代谢产物，以增强自身的免疫力和抵抗力。植物次生代谢途径是高度分支的途径，这些途径在植物体内或细胞中并不全部开放，而是定位于某一器官、组织、细胞或细胞器中并受到独立的调控。植物次生代谢产物是细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类，据报道每一大类的已知化合物都有数千种甚至数万种以上。植物组织培养与细胞培养用于植物次生代谢产物制备的意义大多数次生物质产量超过亲本植物中的含量，可用以生产过去只能从植物中提取的一系列产品。例如，重要药用植物的有效成分、香料、调味品、蛋白酶抑制剂、植物肿瘤抑制剂以及色素等重要商品植物细胞和植物器官的主要区别Contents植物次生代谢产物1.植物组织培养举例2.植物细胞培养举例3.植物组织器官培养生物反应器技术是植物组织或器官培养生产次生代谢产物走向工业化和产业化的关键举例：利用生物反应器培养植物毛状根生产青蒿素青蒿素是中国学者在20世纪70年代初从青蒿中分离得到的抗疟有效单体，它是一种含有过氧桥结构的倍半萜内酯化合物，是目前世界上最有效的治疗脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的药物，被WHO称为“治疗疟疾的最大希望”。毛状根培养物的特点Text生长迅速分支多生理生化特征稳定具有较稳定的次生代谢产物合成能力毛状根培养物特点小规模培养反应器1小型雾化生物反应器2流化床生物反应器3气升式反应器植物组织培养用于植物生长次生代谢产物的优缺点优点营养供给充分接种操作简易混合充分剪切力伤害小得到高度分化的组织器官产生代谢产物提取产物较易常年保证供应优点分析流化床生物反应器培养：接种的毛状根，由于筛网的隔离作用，有的附着在筛网上，有的在层间随气流混合而运动。混合和供氧充分，毛状根在各层的生长速度较一致。雾化生物反应器培养：雾化反应器可以保证反应器内充足的养料和对氧气的需要，加速毛状根的生长，产生大量根毛和分支。雾化生物反应器培养：雾化时，由超声产生的能量使培养物形成细小雾滴。沿设备均匀分布于反应器内，对培养物无损伤。避免了毛状根对剪切力敏感这一问题。剪切力伤害小营养供给充分混合充分缺点空间利用操作放大进一步研究生物反应器技术内部培养物生长的均匀性和空间利用率不高，培养物容易下沉。在毛状根比较致密时，混合和传质等受很大影响。培养物接种，取样，无菌化操作等技术有待优化。生物反应器放大技术，不同植物组织培养生物反应器系统的放大规律及大型化仍不成熟。适用于不同培养对象的新型生物反应器的研制还不够。不同培养体系的反应器动力学研究与工艺化控制还需进一步研究。Contents植物次生代谢产物1.植物组织培养举例2.植物细胞培养举例3.植物细胞培养植物细胞培养分类很多，系统分类分为固体培养和液体培养，液体培养包括摇瓶悬浮培养和反应器大规模培养。举例：生物反应器大规模培养，搅拌式生物反应器悬浮培养水母雪莲细胞。雪莲是我国高山地区常用的一种名贵药材，含黄酮、生物碱、挥发油、多糖等多种有效成分，具有散寒除湿、活血通络、抗癌、抗炎、抗疲劳等功效。植物细胞培养用于植物生长次生代谢产物的优缺点优点快速筛选无菌条件下进行排除病毒和害虫全过程有效控制剪切力伤害小探索新的合成路线获得新的有用物质特定生物转化途径获得均一有效成分优点分析根据特定条件下细胞生长情况快速筛选到优良的细胞系。同时因为代谢产物的产生是在控制条件下进行的，可以快速筛选到优化的培养条件。不仅节约资源，减少耕地占用面积，而且不受季节、地域的限制。接种后的培养过程中，可定时进行细胞鲜种、干重、存活率、可溶性糖、聚集体分布、总黄酮含量等的分析测定。通过增大搅拌器，减小通气量，改变搅拌浆性质、形状，倾泻叶片，减小搅拌速度等方法来实现。剪切力伤害小全过程有效控制快速筛选植物组织培养用于植物生长次生代谢产物的优缺点成本较高放大过程中，次生代谢产物合成能力大大降低其原因包括：缺点缺点分析通气搅拌液体高密度反应器结构最佳培养条件通气、搅拌引起的流体压力对细胞或积聚体造成损伤，有意气体散失，大量泡沫生成对细胞生长、产物积累产生影响。高密度使液体黏度增加，造成细胞对营养、气体传递的抑制。反应器结构缺陷，如死角等部位细胞黏附引起细胞死亡、腐败、营养和气体吸收限制等，搅拌浆类型缺陷或通气方式等。对产物相关积累的机制、途径等（尤其是营养与环境条件）尚不是非常清楚，因此很难维持最佳培养条件。LOGO