第五节 植物细胞培养 - 图文

第五节 植物细胞培养

一、概念

二、植物细胞培养的方法 三、植物细胞培养的培养基 四、植物单细胞培养 五、植物细胞培养的应用

六、植物细胞的生物反应器大规模培养 七、植物细胞两相培养技术

八、植物细胞的生物反应器固定化培养 九、植物细胞培养存在的问题与发展趋势

前 言

中草药：植物细胞的大规模培养-----植物中含有数量极为可观的次代谢物质。据保守的估计，目前已发现的植物天然代谢物已超过2万种，而且还在以每年新发现1600种的速度递增。我们祖先在与疾病的抗争中已各积累了丰富的利用植物中的生物活性物质治病强身的经验。李时珍的巨著《本草纲目》中所开列的1892种药物绝大多数是植物。目前仍约25%的法定药品来自植物。

然而植物生长缦慢，自然灾害频繁。即使是大规模人工栽培仍然不能从根本上满足人类对经济植物日益增长的需求。因此早在1956年，Routier和Nickell就提出工业化培养植物细胞以提取其天然产物的大胆设想。

Reinhard等（1968）首先将这种设想转变成现实，生产出了哈尔碱(harmine)。紧接着Kaul等（1969）、Furrya等(1972)和Teuscher等（1973）分别培养植物细胞获取了其中的薯蓣(山药）皂苷、人参皂角苷和维斯纳精（visnagin）。

现在一些发达国家已集中相当数量的人力、财力潜心开拓这个经济潜力十分巨大的生产领域。目前世界最大批量工业化培养细胞（烟草细胞）已达2万升（20吨）。我国在“八五”、“九五”和“863计划”中连续拨款资助工业化培养红豆杉细胞生产抗肿瘤药物紫杉醇的研究，目前已达到60mg/L的世界先进水平。

鉴于有些产物的唯一来源只能是植物，而许多有价值的植物只能生长在某一特定的地理区域，且受到很多自然条件的限制和影响，尤其是有些植物从种植到收获要花几年时间，很难满足需要。采用大规模植物细胞培养技术就可以直接生产这些产物。如可作为药物和染料的紫草宁就是典型的通过大规模植物细胞培养

生产的产品，通过大规模培养紫草细胞短时间内就可大量生产紫草宁。

目前，植物细胞培养技术已在农业、医药、食品、化妆品、香料等领域广泛用于大规模生产有价值的产品。小规模的细胞培养通常在培养瓶中完成，而大规模的培养可在发酵罐中进行。

问题

请列举出3至5种由大规模培养植物细胞获得的有经济价值的产物。 抗肿瘤药物紫杉醇

薯蓣皂苷、人参皂角苷和维斯纳精（visnagin） 紫草宁

一、植物细胞培养的概念

1、定义：

植物细胞培养是指在离体条件下，将愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行振荡培养，得到分散成游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。 2、意义

目前植物细胞培养已生产出过去只能从植物中提取的一系列产品，如重要药用植物的有效成分、香料、调味品、蛋白酶抑制剂、肿瘤抑制剂以及色素等重要产品。

与整株植物栽培相比，细胞培养技术的优点是

①代谢产物的生产是在控制条件下进行，通过选择优良细胞系和优良 培养条件等方法，得到大量的代谢产物。不受季节、地域的限制。 ②细胞培养是在无菌条件下进行，因此可以排除病菌和害虫的影响。 ③可以通过特定的生物转化获得均一的有效成分。 ④可以探索新的合成路线，获得新的有用物质。

总之，植物细胞培养，用于具有生理活性的次生代谢产物的生产方面，已成为当代生物技术的一个重要应用技术。

二、植物细胞的培养方法

根据培养对象，植物细胞培养主要有单细胞培养、单倍体培养、原生质体培养等。

单倍体培养 ：是指花药培养，即将花药在人工培养基上进行培养，从小孢子直接发育成胚状体，然后长成单倍体植株；或通过愈伤组织诱导分化出芽和根，最终长成植株。

原生质体培养：将植物的体细胞经过纤维素酶等处理后去掉细胞壁，获得的原生质体在无菌培养基上生长、分裂、最终长成植株。

植物细胞培养按照培养系统可分为悬浮培养、液体培养、固定化培养等。 固定化培养是固体培养的一种，但不是使用固体培养基。应用最广泛的固定化方法是将细胞包埋于海藻酸盐或卡拉胶中。

细胞液体培养有静止与振荡培养两种。振荡培养需要摇床或转床等设备。 细胞悬浮培养属于液体培养的一种，是植物细胞大规模培养的主要方式，可以通过机械或气体搅拌实现细胞的悬浮。

三、植物细胞培养的培养基

与动物细胞培养相比，植物细胞培养的最大优点是植物细胞可以在简单的合成培养基上正常生长。

用于植物细胞培养的基础培养基成分基本上与整个植物的要求一样，但是用于培养细胞、组织和器官的培养基需要满足各自的特殊要求。

根据特定的植物种类和培养系统，培养基的基本营养成分可作适当的调整。

（一）培养基组成

1、无机盐类：通常无机盐的浓度为25mmol/L左右。虽然硝酸盐可以单独作为无机氮源，但是加入一点铵盐对细胞生长有利。培养基中必须添加钾元素，其浓度一般在20mmol/L或更高一些。磷酸钙和硫元素的浓度在1-3mmol/L。 2、碳源：蔗糖或葡萄糖是常规的碳源，通常增加培养基中蔗糖的含量，可增加培养细胞的次生代谢产物量。

3、植物生长激素：大多数植物细胞培养基中都含有天然的或合成的植物生长激素。生长激素包括了植物生长素、细胞激动素、赤霉素和脱落酸等四大类。 4、有机氮源： 通常采用的有机氮源有蛋白质水解物、谷氨酰胺或氨基酸混合物等。

5、有机酸： 加入丙酮酸，或者柠檬酸、苹果酸和琥珀酸等三羟酸循环的中间产物，能够保证植物细胞在以铵盐作为单一氮源的培养基上生长，并且使细胞对钾盐的耐受能力至少提高到10mmol/l。除此之外，这些有机酸还能提高低密度接种的细胞和原生质体的生长。

6、复合物质： 在植物细胞的培养过程中，酶母抽提液、麦芽抽提液、椰子汁和水果汁等复合物质通常可以作为细胞的生长剂。在培养基中浓度一般是1-15 mmol/L。

目前应用最广的基础培养基主要有MS、B5、E1以及N6培养基 问题

1植物细胞培养基组成包括 2、植物生长素、细胞激动素、赤霉素对植物细胞培养上有何作用？

（二）植物细胞培养基的制备

植物细胞培养基的制备是非常严格的

问题：植物细胞培养基制备时对水有哪些严格要求？

制备培养基时，培养基中使用无机盐、碳源、维生素、有机酸和植物生物激素都应该采用最高纯度级的试剂和药品。有些生长激素在使用前需要进行重结晶提纯。由于一些生长激素难溶于水，配制时可先溶于2-5ml的酒精中，其酒精-水溶液要用吸附法进行脱色处理，然后慢慢加入蒸馏水，稍微加热后，再稀释至所需体积。

配制培养基的用水应严格地采用蒸馏水或高纯度的去离子水，其中以玻璃器皿制备的蒸馏水最好。培养基的PH值应用0.5mol/L的HCL或0.2 mol/L的NaOH