植物细胞工程应用及发展前景

攀枝花学院PanzhihuaUniversity植物细胞工程应用及发展前景院（系）：生物与化学工程学院专业：生物工程班级：2009级生物工程学生姓名：顿茹兰学号:20091020092007植物细胞工程应用及发展前景顿茹兰200910902007攀枝花学院生物与化学工程学院,四川攀枝花617000【摘要】植物细胞工程是一门以植物组织培养为基础,具有广泛应用前景和实用价值的生物技术。目前根据人们的需要已经相继完善和发展了一些具有特色的实用技术,这些技术的发展和应用,使植物细胞工程在人类现生活中的地位更加突出,并发挥着越来越重要的作用。【关键词】植物细胞工程应用发展前景植物细胞工程是一门以植物组织培养为基础,具有广泛应用前景和实用价值的生物技术。随着该技术的不断完善和发展,植物细胞工程已经在部分经济植物的育种和繁殖中发挥着十分重要的作用。目前根据人们的需要已经相继完善和发展了一些具有特色的实用技术,包括植物细胞培养技术、无性快繁技术、制备转基因植物、单倍体育种及胚胎培养等[5]。这些技的发展和应用,使得植物细胞工程在人类的现代生活中的地位更加突出,并在经济植物快繁、植物新品种选育和有用次生代谢产物的生产方面发挥了重要的作用。一、植物细胞工程的概念植物细胞工程（plantcellengineering）是以植物细胞为基本单位在体外条件下进行培养、繁殖和人为操作，改变细胞的某些生物学特性，从而改良品种加速繁育植物个体或获得有用物质的技术。植物体的细胞中，含有该植物所有的遗传信息。在合适的条件下，一个细胞可以独立发育成完整的植物体。利用细胞的这种全能性，生物学家通过组培来繁殖名贵花卉、消灭果树上的病毒，以及通过对细胞核物质的重新组合，进行植物遗传改造等。1、植物细胞工程的简要概述在合适的条件下，一个细胞可以独立发育成完整的植物体。利用细胞的这种全能性，生物学家通过组培来繁殖名贵花卉、消灭果树上的病毒，以及通过对细胞核物质的重新组合，进行植物遗传改造等。所谓细胞工程，是指以细胞为基本单位进行培养、增殖或按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性，从而创造新的生物和物种，以获得具有经济价值的生物产品。细胞工程根据研究材料的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。2、植物细胞工程的目的植物细胞工程的目的，是得到人们所需要的生物产品。要使已经改造好的细胞产生大量具有经济价值的产物，就必须依靠下游加工过程，也就是我们常说的下游工程。它的作用就是大量培养细胞，并从培养液中分离、精制出有关的生物化工产品。由于植物细胞的高度易碎性，对剪切力的敏感、细胞有去分化和聚集作用，增殖时间长等独特性，使其大规模培养技术明显比微生物和动物细胞的发展缓慢。但通过不懈的努力，现在已经具备在２万升规模的生物反应器中培养烟草细胞的能力。3、植物细胞工程的基本原理植物细胞工程的原理就是植物细胞全能型，所谓植物细胞全能性，即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。而让细胞发挥出全能性的方法，就是细胞脱分化。细胞脱分化，就是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成为未分化细胞，进而形成愈伤组织。愈伤组织在一定的培养条件下，分化出幼根和芽，进而形成完整小植株，这就是愈伤组织再分化。二、植物细胞工程的实际应用1、植物细胞培养技术在药用上的应用对于人类来说,植物次生代谢产物一直是药物和工业原料的重要来源,同时很多植物次生代谢产物又是优良的食品添加剂和名贵的化妆品原料,甚至是生物毒素的主要来源,可以用于杀虫、对环境和人畜无害。植物细胞培养作为重组蛋白生产系统,集合了微生物发酵、动物细胞培养植株培养系统的很多优点。可以利用植物细胞培养、固定化培养及各种生物反应器实现次生产物尤其是药用植物成分的大量生产,这对制药技术现代化具有重要意义。目前,我国的药用细胞培养技术取得了很大进展。以细胞培养为主要手段的商品化生产药用植物天然产物的工业正在迅速崛起。如人参、毛地黄、萝芙木、黄连等已实现了工业化生产。人参根的培养以达到200升发酵罐。红花细胞培养的研究也进入了试验水平。除此之外,我国科研人员还进行了当归、青蒿、长春花、紫背天葵、延胡索等药用植物的细胞工程研究。新疆紫草、人参的细胞培养静茹了工业化生产。据统计,现在已经能从400中建立了植物组织和细胞培养物,从中分离出600多种代谢产物。但由于技术上的原因，与人类所需相比仅有少数的物质可以用细胞培养的方法来生产,主要困难是在一些培养的组织细胞中次生代谢产物的含量极低。因此开展旨在提高药用有效成分的细胞培养及次生代谢调控工作是一项很有应用前景的探索性研究工作[4]。2、植物无性快繁技术的应用植物无性快繁技术是指利用离体培养技术,将快繁来自优良植株的茎尖、腋芽、叶片、鳞片等器官、组织和细胞进行离体培养，在短期内获得大量遗传性状的个体的方法[1]。植物快繁的速率是相当惊人的。如大花蕙兰的快速繁殖,在适宜的条件产方下,一个大花蕙兰的圆球茎在一个半月里可以增殖6个原球茎。每年可继代培养8次，一年之内可以繁殖出2097152个圆球茎，这些圆球茎又可以进一步长成有商品价值的试管苗。植物快速繁殖技术在园艺和农业上有广泛的应用。许多优良观赏植物和经济植物的所谓“品种”都是杂种，一旦有型生殖，后代性状分离则不能得到性状均一的植株,通过无性繁殖能够保持杂合性,并且大量生产性状均一的商品苗。其次可应用于脱病毒种苗生产。长时期营养繁殖的农作物和果树往往感染和积累了许多病毒,通过茎尖培养可以脱除病毒,并进行无毒苗的大量生产。近年来我国出现了许多脱毒试管苗工厂。广东新会和顺德已建立了两个年产百万株试管苗的工厂。新会的试管苗厂扩建后,目前年生产能力达到2000万株。同时对香蕉的主要病害香蕉花叶病和束顶病进行了研究。另外,内蒙古、黑龙江、湖南、湖北、河南、甘肃等地建立了生产脱毒种薯的原种场。脱毒马铃薯已经推广了近30万公顷,平均增产50%以上。目前,草莓、苹果、柑橘、葡萄等经济作物都已建立了脱多种毒苗技术[3]。3植物遗传转化技术植物遗传转化是植物细胞工程中一项十分重要的技术。它是指在人工控制条件下通过某种外源基因转移方法,将含有目的基因和标记基因的重组质粒或DNA片段导入植物不同生活状态的细胞、组织或器官中去,在经过适宜条件的筛选,以期获得带有特殊遗传性状的细胞株或转基因再生植株的一套系统工程技术。植物遗传转化技术是目前建立转基因再生植株的重要方法。可以通过农杆菌转化法、基因枪法、PEG介导转化法、电孔击穿法、激光微束转化技术、植物生殖细胞转化法、超声波转化法、脂质体介导转化法、病毒介导转化法等方法立多种转基因再生植株。例如通过农杆菌介导将甜菜碱醛脱氢酶基因导入豆瓣菜,使转基因植物中甜菜碱醛脱氢酶活性和甜菜碱含量增高,通过提高豆瓣菜的调渗能力而增加抗盐性,使有预防肿瘤功效的豆瓣菜能够生长在盐碱地区。遗传转化技术对中药现代化也有很大促进作用,例如石斛具有滋阴清热,养胃生津,润肺止咳,益肾明目的功效,药用价值很高。斛的育种一直以自然选育为主,随着转基因技术的发展,目前可以通过基因枪转化法、PEG介导转化法、农杆菌转化法、电孔击穿法等对其进行转基因育种,能够得到更具有经济价值的品种[2]。4单倍体育种高等植物的孢子体一般都是二倍体,而高等植物的配子体,如被子植物的花粉和胚囊,其细胞中只含有一套染色体,为单倍体。在特定情况下,被子植物的花粉或卵细胞未经受精作用也可以发育为植株,是单倍体植株。单倍体植株经过染色体加倍后就成为加倍单倍体(DH系)或者纯合二倍体,不仅可育,而且在遗传上是纯合的。我国是最早利用花药培养和加倍花粉单倍体育成新品种的国家之一,育成了数十种烟草、水稻、小麦、玉米和辣椒新品种。例如中国农业科学院李梅芳教授通过花药培养培育出一系列水稻新品种,具有高产、抗病和优质特性。2000年以前国家级的科研计划一直支持单倍体诱导技术和单倍体育种的研究,研究成果也处于世界前列。目前由于基因工程的安全性受到质疑,转基因品种的应用受到许多限制。在这种情况下,可以预料细胞工程作为一种高效、的“绿色生物技术”仍将受到各国政府,特别是育种公司的重视。三、植物细胞工程的应用前景植物细胞工程技术的应用,催生了一大批先进实用的研究成果和技术,培育了一批优良品种。随着现代农业的不断拓展,植物细胞工程技术应不断拓展，植物细胞工程技术应不断开拓新的应用领域，如推动植物细胞工程技术与空间技术的结合，发展空间细胞融合技术，加强海洋生物技术的应用，利用植物细胞工程技术培育新品种，开拓植物细胞工程在环境保护中的应用等。加强植物细胞工程基础研究植物细胞工程的发展有赖于基础科学的进步与发展。应用现代分子生物学理论和技术研究植物细胞全能性表达、细胞脱分化、器官发生和形态建成相关基因的功能和表达调控,将揭示植物再生的分子基础,有利于实现植物再生的人工调控。同时,加强植物代谢工程的基础研究,加快植物细胞工程与植物基因工程的整合,结合分子标记辅助育种技术,将大大推进转基因植物、植物生物反应器的研究和应用。完善植物细胞工程技术体系植物细胞工程技术体系是植物组织培养技术的集成和优化。培养和选育高效型的优良细胞株系,建立植物高频率再生体系,优化突变体筛选、无糖培养和快繁技术,开发适合规模生产的低成本培养基,优化植物细胞生物反应器的设计和工艺,加强计算机技术和自动化控制技术在植物细胞工程中的应用,形成一套集成创新的技术体系,将推动植物细胞工程技术向高效、可控和多样化的方向发展。开拓新的研究和应用领域植物细胞工程技术是现代生物技术中发展比较成熟的技术,是植物改良的有效途径和方法。随着现代农业的不断拓展,植物细胞工程技术应不断开拓新的应用领域。在大力推广常规脱毒和快繁技术的同时,加快发展植物快繁生物反应器和光自养微繁技术,将为种苗业带来新的变革。生产微型营养器官的人工种子可能成为最先规模化应用的人工种子技术,以体细胞胚为繁殖体的人工种子技术需要进一步研究和完善。应用植物细胞培养技术生产植物来源的生物产品,尽管目前仅在少数植物上实现了商业化生产,但随着植物细胞工程生物反应器技术的完善,其应用领域将进一步扩大。重视植物细胞工程质量管理植物细胞工程技术呈现发展规模化、管理规范化和操作自动化的趋势。植物细胞工程技术在产生巨大的社会经济效益的同时,必然对其技术产品的质量管理提出更高的要求,推动了现代生物技术的发展。作为一个相对独立的学科和技术体系,植物细胞工程为高效、优质、可持续的现代农业做出了重大贡献。植物细胞工程的发展,有赖于生命科学技术和工程技术的进步,同时也促进了现代生命科学技术的进步和发展。因此重视植物细胞工程的基础研究,加强学科交叉融合,突出技术集成创新,将为植物细胞工程的发展提供更为广阔的空间,为现代农业和生命科学技术制药业的发展做出更大的贡献。植物细胞工程将对我们的生活产生越来越大的影响，我们应对此加以重视，了解一些新的研究成果及新技术，以求在生物工程这个二十一世纪的龙头产业中占有一席之地。参考文献[1]庞俊兰.细胞工程北京.高等教育出版社,2007[2]王泽清.细胞工程和基因工程在药用石斛研究上的应用,广东农业科学,2009,9.130-131[3]朱至清.植物细胞工程北京:化学工业出版社,2003�[4]李思经.国际农业生物技术进展[M].北京:中国农业科技出版社,1997.40-45[5]殷红.细胞工程.化学工艺出版社，2006