细胞工程：植物细胞培养.ppt

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1、工业化植物细胞培养系统主要有两大类：悬浮细胞培养系统和固定化细胞培养系统,植物细胞,植物细胞制备,机械法酶法愈伤组织诱导法 不断继代培养愈伤组织，通过流体剪切力和振动，使植物细胞从结构非常松散的愈伤组织中释放出来，得到悬浮的植物细胞,植物细胞分离-悬浮培养系建立,调节培养基组分 疏松的愈伤组织在液体培养基中继代培养若干次建立稳定的悬浮培养植物细胞系,植物细胞特性,叶绿体液泡细胞核细胞膜内网质膜线粒体高尔基体,与微生物的比较,植物细胞培养的人工环境物理因素,光：光照时间与光照强度视具体的植物细胞的生理特性而定 温度：通常在25C-28 C之间 pH：56之间 氧：好氧,溶氧：溶氧浓度往往有最适范

2、围 碳源：蔗糖作为碳源。氮源：含无机氮，如硝酸盐和铵盐等。有的细胞株还需要加入有机氮，如酵母提取液。植物激素：调节细胞生长、分化和次生物质代谢，IAA和2,4-D 其它成分：如金属离子和有机添加物,植物细胞培养的人工环境化学因素,植物细胞培养与次生代谢,类似于青霉素的生产，大多植物有效成分积累与细胞生长非关联，而往往在细胞生长达平衡时开始次生代谢物积累于细胞胞内的液泡中，分离提取首先需要破碎细胞,培养基,一、无机盐二、碳源三、植物生长激素四、有机氮源五、有机酸六、复合物质,培养基,大量元素,主碳源,微量有机物或氨基酸,微量无机盐,植物生长激素,2,4-D：10 to 50 M NAA：1 to

3、 50 M Kinetin：0.1 to 10 M IAA：0.1 to 10 M,植物细胞悬浮培养反应器,传统反应器,转筒反应器适合于慢反应,大规模植物细胞培养,提高次生代谢物产量的策略,高产细胞系的建立和选择：克隆选择、抗性选择和诱导选择 组织化培养：根系培养固定化细胞技术：凝胶包埋法、吸附法 产物促进释放技术：改变培养基组成、电刺激法、二甲基亚砜（DMSO）类物质的化学渗透法、由培养基与萃取剂组成的双液相培养,原生质体的制备去除细胞壁的植物细胞,转基因构建体细胞融合育种,用途,功能,繁殖代谢分化,1960年英国诺丁汉大学Cocking 教授领导的小组率先利用真菌纤维素酶，成功地制备出了大

4、量具有高度活性可再生的番茄幼根细胞原生质体,开辟了原生质体融合研究的新阶段。植物细胞杂交的主要过程如下：1.原生质体的制备 2.原生质体的融合 3.杂合体的鉴别与筛选,原生质体的应用植物细胞杂交,细胞育种 诱导突变，筛选新品系、新品种,次生代谢产物生成 从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物。优点 比栽培原料作物更易控制最佳生产条件；培养物为无菌、无虫材料，能保证产品质量；工艺操作较为简单，可减少劳动费用，提高 生产率。,植物细胞培养的应用,植物细胞产生的次生代谢物,植物细胞培养产物 药品及生物活性物质,生物碱Alkaloids 吗啡楠碱Morphinan alkaloids 小檗碱 Berbe

5、irine 莨菪烷Tropane alkaloids 强心苷Cardinolides*毛地黄毒苷是一种强心苷类。毛地黄细胞培养物能够进行植 株所不能够或能 极微量进行的生物合成过程。抗癌化合物（Antitumor compounds）喜树碱Camptothecin Homoharringtonine 鬼臼毒Podophyllotoxin 紫杉醇（Taxol）西洋参（Ginseng）*迷迭香酸Rosmarinic acid 对苯二酚葡糖苷Arbutin,植物细胞培养产物 食品添加剂Food additives,色素 Pigments 紫草宁shikonin compounds*花青素Anthoc

6、yanins$1,250-2,000/kg 红花黄色素，红花素carthamin 是其主要成分 藏红花Saffron 茜草色素Madder Colorants 其它 糖胶树胶Chicle（口香糖树胶）香豆素,紫草宁的生产（1）,8种衍生物的总称传统中药与天然色素,悬浮紫草细胞的制备,采用种子萌动法诱导紫草愈伤组织 紫草种子在25C黑暗中萌动，然后转移于LS培养基进行固体培养，激素水平为2,4-D10-6mol/L，KT 10-5mol/L。一星期后在芽的下端产生了乳黄色愈伤组织。紫草宁分泌 愈伤组织若在固体LS培养基上进行继代培养，并将激素改为添加IAA，4周后可发现细胞变为深红色，此物质即紫

7、草宁 悬浮细胞系建立 将愈伤组织继代培养在液体LS培养基中，经多次培养后可得到悬浮的小颗粒细胞（几个到几十个细胞聚集团）,紫草宁的生产（2）,紫草宁的生产（2）发展与开发历史,日本三井石油公司：确定生长-生产两阶段培养 流加高密度培养 育种，高产细胞株筛选 1983年750 L气升式反应器 1987年，1m3的转鼓式反应器 中国：南京大学生物系 浙江大学材料与化工学院,人参（Panax ginseng）细胞,有效成分 皂甙（saponins）和皂甙配基（sapogenins）研究与开发历史 1 日本Meiji Seika Kaisha 1973年专利 大规模培养反应器 后放弃 2 美国Univ

8、ersity of Minnesota 发现2,4-D 和 kinetin对细胞生长与次生代谢有着不同的调节作用 3 日本Nitto Denko Corporation 80年代中期 20 立方米罐 细胞质产量达 700 mg/L/day In 1988,被the Ministry of Welfare and Health in Japan准许以食品添加剂（酒、汤、饮料和草药提取液）生产西洋参细胞质 现在正等待西洋参细胞质作为药的审批,红豆杉细胞培养,有效成分：紫杉醇药效：卵巢癌、乳腺癌、肺癌的高效、低毒、广谱的抗癌药物 需求：需求量极大但自然产量有限，最迫切需要通过细胞培养来提供 研究开发：美国：Catalytic Inc.和 ESCAgenetics 几年前宣布建立taxol生产过程，但后来未见进一步报道（DT 十几天）我国：短叶红豆杉(T.Brevifolia)和东北红豆杉（T.Cetenhum）中进行诱导愈伤组织、筛选得到的细胞在培养4周增殖了5倍，紫杉醇含量达到0.05%，比原来的红豆杉皮紫杉醇含量高出10倍,植物细胞培养的应用,大规模组织培养试管苗 铁皮石斛（铁皮枫斗晶）次生代谢物（中药有效成分如抗癌、消炎等 食品添加剂 化妆品）重组植物细胞生产医用蛋白质（疫苗 抗体等）,