第二十四章_药用植物生物技术

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1、组员:王丽娥 李维锦 李玉瑚 田锦丽田文燕 闭国凤药用植物生物技术药用植物组织培养技术 药用植物细胞培养技术 药用植物基因工程技术原理:植物细胞全能性任何具有完整细胞核的植物细胞,都拥 有形成一个完整植珠所必须的全部遗传信 息和发育成完整植株的潜能。第一节 植物组织培养植物组织培养(Plant Tissue Culture)通过无菌操作分离植物体的一部分( 外植体explant),接种到培养基上,在 人工控制的条件下(包括营养、激素、 温度、光照、湿度)进行培养,使其产 生完整植株的过程。组织(愈伤组织Callus、茎尖分生组织)悬浮细胞器官(胚,花药,子房,根、茎、叶等)原生质体(Proto

2、plast)药用植物组织培养包括:愈伤组织(Callus):原指植物在受伤 之后于伤口表面形成的一团薄壁细胞, 在组培中则指人工培养基上由外植体长 出来的一团无序生长的薄壁细胞。植物组织培养步骤1.获得无菌外植体 2.消毒 3.培养基的选择 4.愈伤组织的培养5.试管苗的培养 炼苗,驯化完整植株 原生质体培养概念:将植物细胞游离成原生质体,在适宜 的条件下,依据细胞全能性使其再生细胞壁, 进行细胞的分裂分化,并发育成完整植株的过 程。 主要来源:植物的叶片、根尖、花粉、愈伤 组织植物快繁技术(micropropagation)概念: 把植物器官、组织、细胞或原生 质体作为外植体,给予人工培养基

3、和合适 的离体培养条件下再生植物的技术,从而 达到高速增殖,属离体无性繁殖。步骤:母株(完整)外植体(母株的 一小部分,种子亦可)接种到培养基上 长芽(继代增殖)长根(试管外生根 亦可)炼苗,驯化完整植株花药培养概念:应用组织培养技术,将花粉发育至一定 阶段的花药接种到人工培养基上进行培养,以 诱导其花粉粒改变发育进程,形成花粉胚或愈 伤组织进而分化成苗的技术。 步骤:花药在烧杯中研碎(有溶剂)过滤 浓度梯度离心收集中间层消毒接种 培养花药培养得到的植株染色体数目相当 于原植株体细胞染色体数目的一半,又 称单倍体植株。花粉的培养概念:将花粉从花药中游离出来,再进 行离体培养的技术。花粉培养图解

4、花粉花药培养的意义:克服后代分离,缩短育种年限选择效率高有利于隐性基因控制性状的选择快速获得自交系的超雄株可用于品种提纯复壮 概念: 组织培养物分离成单细胞并不断扩增 的液体培养技术 过程:将愈伤组织或其它易分散的组织至于液 体培养基中,使组织分散成游离的悬浮细胞, 进行振荡培养,通过继代培养使细胞增殖,获 得大量的细胞群体,生产有用次生代谢产物 振荡培养条件: 采用水平振荡,速率30- 150r/min,振幅2-4cm,温度24-30为宜第二节 植物细胞培养体细胞杂交将二倍体植物体细胞经离心、振荡等 机械方法或采用诱导剂促使不同植物的 原生质体进行融合,培养,获得体细胞 杂交的植株,由此使自

5、然不杂交的植物 获得种间杂交品种。(一)利用组织和细胞培养物转化药用成分(1)植物细胞和组织培养物中含有催化氧化 、还原、甲基化、羟基化、异构化、酯化、 糖基化、羧基化、去甲基化等多种反应的酶 类,可使加入到培养物中的原料转化成有用 的化合物。药用植物组织和细胞培养的应用(2)加入到紫花洋地黄细胞培养中的甲 基毛地黄毒素可以被转化成-甲基地高 辛。植物细胞和组织培养物的生物转化体 系中常含有糖苷化酶,能往一些天然产物 上面加上糖基,合成一些苷类物质。(3)可以向药用植物细胞和组织培养物 中添加前体,经培养将其转化为目的化合 物,以此来增加有效成分的含量。(二)利用组织和细胞培养技术 生产药用成

6、分 提取过程相对简单(植物组织及细胞培养 过程中,所产生的次生代谢物常存在于细胞内, 可以收获细胞进行提取,且所含色素等杂质较少 )植物培养细胞中有效成分含量高于原植 物中的含量培养周期短,有利于节约成本大规模生 产(三)利用组织和细胞培养产生新 的化合物 鸡骨常山-利血平 长春花-蛇根碱药用植物基因工程概述 基因指纹图谱技术 药用植物基因工程的技术策略 药用植物基因工程展望 实例第三节 药用植物基因工程概述:植物基因工程是近年来随着DNA重组技术、基因遗 传转化技术、植物组织培养技术发展而兴起的新兴生物技术 。70年代未,发现了土壤根癌农杆菌 浸染植物细胞后,能将 其Ti质粒上的一段DNA插

7、到被侵染细胞的基因组中,并能稳 定地遗传给后代。这一发现为植物基因工程的发展创造了条 件。从此人们可以采用工程设计的方法,用一种植物细胞中 的基因片段或DNA分子替换另一种植物(或微生物)细胞中 的基因片段或DNA分子,实现其转移,通过重组DNA,从而 改变植物的性状和功能,获得具有优良性状的转基因植株,并 可采用微生物培养的方法,进行具有药用价值的植物次生代 谢产物的大规模生产。由于基因重组技术不借助于有性过程 ,不受植物亲缘关系的限制,可随人们的意愿定向地改造植 物,故具有巨大的潜力。PCR技术(1)概念:聚合酶链式反应 (英文全称:Polymerase Chain Reaction)(2

8、)原理:类似于DNA的天然复制过程,其特 异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。 PCR由变性-退火(复性)-延伸三个基本反应 步骤构成 模板DNA的变性:模板DNA经加热至9095一定时 间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解 离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作 准备; 模板DNA与引物的退火(复性):模板DNA经加热 变性成单链后,温度降至5560,引物与模板DNA单 链的互补序列配对结合;引物的延伸: DNA模板-引物结合物在 DNA聚合酶的作用下,于 7075,以dNTP为反应 原料,靶序列为模板,按 碱基配对与半保留复制原 理,合成一条新的与模板 D

9、NA链互补的半保留复制 链重复循环变性-退火-延 伸三过程,就可获得更多 的“半保留复制链”,而且 这种新链又可成为下次循 环的模板。每完成一个循 环需24分钟,23小时 就能将待扩目的基因扩增 放大几百万倍。(3)PCR基本过程 :(一)待转移基因的提纯(二)体外酶促DNA的重组(三)重组基因拼接至载体 并转化至受体植物(或微生 物)细胞(四)重组体的筛选(五)基因工程细胞的培养 及基因工程植株的再生等基因工程技术策略药用植物基因工程展望将能生产有药有价值的植物次生代谢产物的基因转移到细 菌和真菌的细胞中,使其成功表达,则可使用现代微生物 发酵的方法直接培养转基因细菌或真菌,以高效低成本地

10、生产药用植物次生代谢产物。将能生产有药用价值的次生代谢产物的基因(目的基因可 源于植物、动物或微生物)转移到经济作物(如蔬菜或水 果)的细胞中,使其在转基因作物中得以成功表达,就可 向人们大规模地提供可预防或治疗某些疾病的蔬菜或水果 。中医药中存在的控制标准不科学、药物作用机理和毒理作 用不明确以及新药有效成分的筛选缺乏科学性等缺点,制 约了中药的现代化、国际化的进程。基因芯片技术通过对 中药作用后基因表达差异的分析,使我们在分子水平上了 解中药的作用的靶点、方式和代谢 利用转基因技术,将野生植物高产、抗逆、抗虫 害等有益基因导入栽培植物,不但能获得与野生品种 同样的优良性状,甚至还能大幅度地

11、提高有效成分的 含量。目前,各国科学家已成功利用转基因技术使番 茄、马铃薯及胡萝卜等植物可表达乙肝等疾病的疫苗 ,为新药源开发找到了新的途径。据推测,21世纪, 随着转基因及组培等技术在药用植物繁育中的广泛应 用,全球药物的6070将与生物工程有关。中药是中华民族的瑰宝,为中华民族的繁衍昌盛 作出了巨大的贡献。现代生物技术在药用植物新品种 的快速繁育、珍稀种质的保存、工厂化培养具有高含 量活性物质细胞、药用植物的分子鉴定、中药药理研 究以及转基因药用植物的培育等方面,都具有十分广 阔的应用前景。总之生物技术的发展及应用将带动药 用植物学领域内各个方面的发展,使对药用植物的研 究正如其它生命科学

12、一样进入到一个崭新的阶段。实例:利用基因工程改良丹参品质丹参能够促进血液循环,扩张冠状动脉,增加血流量 ,防止血小板凝结,保护心肌,防止血液郁积和心肌梗塞 ;丹参也影响脂质代谢,能使一些病人胆甾醇(类固醇) 下降;丹参还能治疗某些妇科病,有中枢镇静、抗衰老( 帮助记忆)、抗菌、抗微生物(结核菌、真菌、肝炎、血 吸虫)等作用;丹参也能阻止酒精吸收,预防肝脏纤维化 ,降低血糖,甚至保护灼伤皮肤等作用。 丹参有如此好的药用功能和价值,来源于其基因。丹参基 因组的完成,使丹参成为第一个“模式药用植物”。研究人 员通过对基因组的检测、识别、筛选和克隆,能获得一些 功能基因,从而根据其中的原理栽培、提炼和利用丹参, 不仅能实现增产,还能实现分子育种,减少杀虫剂的使用 ,打造真正的绿色中药。同样,通过丹参基因组,还有可 能把丹参的水溶性活性效果发挥到极致,有效地治病人。

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