第8章植物的细胞培养及次生物质生产

第八章植物的细胞培养及次生物质生产植物细胞培养（plantcellculture）：是指在离体条件下对植物单个细胞或小的细胞团进行培养使其增殖的技术。分类：根据培养规模:小规模培养和大批量培养；根据培养方式:悬浮培养、单细胞培养等；根据要求获得产物:用于诱变的细胞培养和生产次生代谢产物的细胞培养。内容：§1.单细胞分离§2.悬浮培养§3.单细胞培养技术§4.植物细胞大规模培养与次生产物生产§1.单细胞分离由完整的植物器官分离单细胞。由培养组织中分离单细胞。1、由完整的植物器官分离单细胞叶片是分离单细胞的最好材料机械法酶解法1-1、机械法第一种方法：用刀片刮叶片撕去下表皮露出叶肉细胞用解剖刀刮下细胞第二种方法：叶片研碎、离心加研磨介质研碎成粉过滤、离心原因：只有薄壁组织排列松散，细胞间结触点很少，用机械法分离叶肉细胞才能取得成功。1-2、酶解法Takebe等（1968）最早报道：用果胶酶处理可以分离大量的叶肉细胞。加果胶酶过滤、离心2、由培养组织分离单细胞茎段步骤：(1)诱导产生愈伤组织；(2)愈伤组织反复继代，使组织不断增殖，提高愈伤组织的松散性；120rpmculturetransfer15mlmedium/1g继代悬浮摇床用于振荡(3)（Suspension1time/3dculture)将愈伤组织在液体培养基中培100-130目网过滤3weeks养，建立悬浮培养物Centrifuge(离心）isolation注意：1、选择适宜的外植体：幼胚、胚轴、子叶是最常使用的外植体。2、选择适宜的培养基：较高浓度激素浓度，特别是生长素，必要的附加物质，例如水解酪蛋白、Pro、Gln。3、继代多次，以获得均匀一致疏松的愈伤组织。§2.细胞悬浮培养(cellsuspensionculture)一、细胞悬浮培养的概念和意义悬浮培养是将单个游离细胞或小细胞团悬浮在液体培养基中进行培养增殖的技术。BioreactorforcontinuouscellsuspensionsShakerforsuspensioncultureCulturewheel意义：1、细胞可以不断增殖，形成高密度的细胞群体，适于大规模培养；2、能够提供大量较为均匀的细胞，为研究细胞的生长、分化创造方法和条件。Cellsuspension二、细胞悬浮培养的应用PlantsArtificialseedsIsolationprotoplastsMutationselectSecondaryproducts影响悬浮细胞生长的因素：起始愈伤组织的质量：松散性好、增殖快、再生能力强。其外观一般是色泽呈鲜艳的乳白或淡黄色，呈细小颗粒状，疏松易碎。接种细胞密度：接种初期的细胞密度过低往往使延迟期加长，悬浮细胞的起始密度一般在0.5～2.5×105个细胞/毫升，低于这一密度则会使细胞生长延迟。培养条件：方式、温度、继代周期§3.植物细胞大规模培养与次生代谢产物生产一.概述二.培养系统三.植物细胞规模培养技术要点四.提高细胞次生代谢产物的途径IntroductionPrimarymetabolitesarecompoundsneededinthebasicprocessesthatkeeptheplantalive,suchascarbohydrates,proteinsandlipids.Secondarymetabolitesarecompoundsproducedinplantsthatarenotnecessaryfortheplantsbasicfunctions.Somesecondarymetabolitesareproducedaschemicaldefenseagainstmicrobesandanimals.1.Type:Secondarymetabolitesareusedinthepharmaceutical（制药）industry,asflavourants（香料）anddyes,andinperfumery（香水）.Secondarymetabolitesincludeterpenes（萜类）,cardiacglycosides（皂苷）,steroidal（类固醇）compounds,alkaloids（生物碱）andmanymore.植物。其药物的有效成分均为次生产物。2．植物次生代谢产物在医药、食品、轻化工业等领域具有重要意义。李时珍（1593）在《本草纲目》中所开列的1892种药物绝大多数是植物药物，目前仍有约25％的法定药品来自产品成分用途年销售额（亿美元）长春花碱（长春花）治疗白血病18～20（美国）阿吗灵循环系统障碍药5～25（全世界）奎宁（金鸡纳树）治疗疟疾5～10（美国）致热素杀虫剂20（全世界）毛地黄心脏病药20～55（美国）许多植物次生代谢产物是优良的食品添加剂和名贵化妆品原料。有些是生物毒素的主要来源，可以用于杀虫、杀菌，而对环境和人畜无害，是理想的环保产品。例如：从胡萝卜、万寿菊提取色素从黄菊提取芳香油栀子提取果酸：果酸含有大量的维生素，如维生素C、柠檬酸等。主要用作食品的调味剂，化妆行业用于制作护肤品和洗发香波等，美容院用作换肤液。3．规模化细胞培养是生产植物次生产物的理想途径优点：保护生态环境提高生产效率发展新型生物技术产业来自于植物体和细胞培养的紫草宁含量比较紫草宁含量（％干重）4、植物细胞培养的特性（1）植物细胞较微生物细胞大得多，有纤维素细胞壁．细胞耐拉不耐扭，抵抗剪切力差；（2）培养过程生长速度缓慢，易受微生物污染，需用抗生素；（3）细胞生长的中期及对数期．易凝聚为直径达350JJm一400Pm的团块，悬浮培养较难；（4）培养时需供氧，培养液粘度大；(6)因为有细胞壁,培养细胞产物滞留于细胞内，产量较低；(7)细胞培养过程具有结构与功能全能性,因而易分化,从而导致目的产物低于原植物体内的浓度；(8)悬浮培养中要求有一定的细胞浓度，否则不生长（25000~50000个/ML）。