《植物细胞工程课程4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物细胞工程课程4（152页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 六 讲 植物细胞培养与次生 代谢物质生产,6-1植物次生代谢物质及其种类,一、植物的次生代谢物质1、概念:(plant secondary metabolite) 是指植物生活细胞的次生代谢产生的，大多对生 物体代谢没有什么明显功能，但却对生物体具有选 择性优势的一类化合物。,2、植物次生代谢物的性质,次生代谢物或次级产物是由糖类、脂肪、 氨基酸等初级产物的代谢衍生出来的，一 般储藏在液胞或细胞壁中，为代谢的终产 物，除极少数外大多不参与代谢活动。,丹参,3、合成途径,1） 乙酸-丙二酸途径多酮化合物,2）乙酸-甲酸戊酸途径异戊二烯类化合物（如木质素和甾体类化合物）,3）莽草酸途径提供合成
2、次生代谢物的前体,如木质素和单宁,4）其他途径合成如类黄酮、苯醌、生物碱等次生代谢物的途径,4、种类、用途及来源,植物次生代谢物 用途 来源生物碱类咖啡因 神经中枢刺激剂 咖啡、茶、可乐果可卡因 局部麻醉剂 古柯莨菪烷 (碱) 麻醉剂 颠茄莨菪胺 抗乙酰胆碱酶 白花曼陀罗吐根碱 抗阿米巴剂 Coehaelis pecacuanha天仙子胺 抗乙酰胆碱酶 天仙子、颠茄、曼陀罗吗啡、可待因 麻醉性止痛剂 婴粟尼古丁 杀虫剂 烟草奎宁 抗疟疾 莱氏金鸡纳树利血平 降血压 萝芙木、长春花、鸭脚树长春花碱 治白血病 长春花小檗碱 治胃病 小檗喜树碱 抗肿瘤 喜树,黄酮类 鱼藤酮 治原虫剂、杀虫剂 鱼藤属
3、 路丁 微血管加强剂 桉树属 葛根异黄酮类 降血压 葛根 酚类 柯桃因 治腹泻 寇托皮属 香豆素 香料 熏衣草 甾体类 毛地黄毒苷 强心药 毛地黄 地高辛 强心药 希腊毛地黄 地奥配质(茄鲜定) 甾体原料 茄科 核皂苷元 性激素 可的松 地奥皂苷元 性激素 薯蓣 萜类 薄荷醇 香料 薄荷属 甜叶菊精 甜味剂 甜叶菊 四氢大麻醇 治疗精神病 大麻,一、药用成分,（一）苷类:1、皂苷：人参皂苷、三七皂苷、 柴胡皂苷、薯蓣皂苷等；2、强心苷：如强心醇苷、毛地 黄毒配质衍生物等；3、糖苷、干草甜苷、香豆精等。,（二）甾醇类核柯皂苷元、地奥皂苷元、菜油甾醇、谷甾醇、豆甾醇、 胆甾醇、异岩藻甾醇等;,天麻
4、,肉桂,（四）醌类:蒽醌、萘醌、泛醌等;,（三）生物碱类:莨菪烷、莨菪胺莨菪碱、东莨菪碱、利血平、吡啶、喹 啉、异喹啉、吲哚等;,纯天然植物药广谱抗菌,（六）蛋白质类:膜岛素、氨基酸、酶抑制剂、植物 病毒抑制剂、植物抗菌素、抗消化性 溃疡及鸡球虫病物质等;还包括有机 酸、芳香油、酚类和黄酮等药用物质。,（五）萜类：人参皂苷、人参二醇、人参三醇、油烷酸、薄荷醇、甜叶菊精、四氢大麻醇等;,二、食品添加剂,1、食品色素：花色素、甜菜花青素、藏红花素、紫草宁、(类)胡萝卜 素、叶黄素、红色素、单宁、黄酮体等。,2、调味物质：包括从辣椒细胞培养中得到辣椒素,其他如从草莓、葡萄、 番茄、芹属、甘蓝等植物细
5、胞培养获得调味成分等,3、植物油：从薄荷、蔷薇、香根草、茉莉、广霍香、檀香木、拧檬、 洋葱、大蒜细胞培养中获得植物油成分。,4、其他食品添加剂：包括从甜菊叶细胞培养生产甜菊苷,从海藻培养物生产琼 脂,从咖啡培养细胞中获得咖啡碱和可可碱等。,三、农业化学物质,1、杀虫剂和杀菌剂：如噻吩烷(万寿菊)、鱼藤生物碱、灰 叶素、鱼藤酮和除虫菊酯(鹰嘴豆、扫 帚艾)、蓝鱼藤酮、粉红鱼藤酮(胡卢巴) 等 从植物的根和种皮中分离到的香豆 素对动物和微生物具有毒性,如含0.1% 的呋喃香豆素就可导致南方灰翅夜蛾 100% 死亡；烟草浸泡液具有明显杀虫作用。,2、生物活性抑制物质：从20多种蕨类植物和紫杉、罗汉松
6、等植物中分离到具昆 虫蜕皮素(昆虫食用后影响其变态发育,并导致不育或死亡)的 活性物质40多种；3、其他利用桑树、蓖麻、榆等培养物生产蚕饲料,利用银胺菊培 养物生产橡胺等。,6-2 利用细胞工程技术进行 次生代谢物质生产的优势与生产现状,一、次生代谢物利用情况,（一）需求：全球约75%的人口依靠植物来防病治病。美国现有120多种处方药是植物药,欧洲也约有1/4的处方药来自植物。 （二）来源：从化学结构上讲,次生代谢物是一类结构多样的化合物,其生物合成也仅限于微生物、植物或少数动物种群。人工合成代价昂贵,即使能够人工合成的次生代谢物也必须经过严格检验才可商品化生产。,（三）自然存在现状：此类物质
7、商业化生产目前主要通过野生或栽培。 珍稀濒危，资源问题十分突出。自然环境破坏、生境恶化、自身发育时间长、无 计划的采挖。,葛花,利用细胞工程技术工业化生产次生 代谢物需具备的基本条件,1.生长条件严格，分布范围很小； 2.生长发育缓慢，生长周期较长； 3.次生代谢物的生理作用明确的，且含量较高的； 4.次生代谢物质利用价值较高的。,（四）技术开发：利用微生物生产：即利用重组DNA在微生物体系中表 达目标产物。但在微生物体内多步生物合成途径目前仍未切 实可行。由于化学结构的复杂性，人们对其特性的认识也并 不充分。利用细胞工程技术：细胞培养与高产细胞系的筛选。可以解决市场供求矛盾,也保护了生物多样
8、性,二、细胞培养的优势,在室内工厂化生产：排除病虫害和微生物的干扰，不受地区、季节、气候、土壤、病虫害或政治因素的影响，可更好地满足市场的需要.,三、已开展细胞培养生产次生代谢物质种类,1、紫草宁（Lithospermum erythrorhizon）：紫草宁在日本既作染料,也可用于创伤、烧伤、痔疮等治疗的药物。紫草宁价格奇昂(4500美元/)；植物细胞培养养在3周内就可使其含量达到干重的14%。如 日本三井石油化学公司采用发酵罐培养植物细胞生产紫草宁, 可以满足日本市场的43%的需求。,2、紫杉醇,从红豆杉等植物中提取出来的一种次生代谢物, 是一种高效、低毒、广谱的天然抗癌药物。,3、其他植
9、物种类,从人参根细胞中生产人参皂苷、人参二醇、人参三醇等 萜烯类成分； 希腊毛地黄细胞培养物通过生物转化生产地高辛； 日本黄连细胞培养物中生产黄连碱；长春花生产吲哚碱、利血平(蛇根碱)和阿玛碱；丹参生产丹参酮, 青蒿生产青篙素, 紫草、海巴戟和 决明生产萘醌, 三七生产皂苷, 黄麻生产甾醇, 海巴戟生 产醌类, 三角叶薯蓣生产性激素原料薯蓣皂苷元, 紫花毛 地黄生产强心苷等。 另外,小檗碱、迷迭香酸、可待因、莨 菪胺等也已考虑进行商业化生产。,6-3 细胞的培养技术,细胞的规模化培养可以生产各种次生代谢物质，作为药 用成分、天然食品、食品颜料、食品调料、香料、饲料、精 细化工产品、天然杀菌剂和
10、杀虫剂等物质。,细胞规模化培养技术包括：单细胞培养、悬浮细胞培养和毛状根诱导培养。,一、单细胞培养技术,（一）单细胞的分离1、从完整的植物器官上分离单细胞机械分离法：叶肉组织是分离单细胞最适合的材料。,酶解分离法,去掉叶脉 表面消毒 无菌水冲洗 切条(1mm宽) 在离析培养基中解离 除去旧 的离析培养基换入新培养基 搅拌2030min (20) 用40m孔径的尼龙网筛过滤 收集分离细胞 用悬浮培养基洗涤和重新培养(离析培养基：以番茄叶为例：19.5g/L MES、100 g/L山梨 醇、20.0g/L PVP、2.2g/L K2SO4、1030g/L果胶酶，pH 6.0),2、从愈伤组织分离单
11、细胞,胚性愈伤组织 多次继代培养使之疏松 转入液体培养基上振荡培养 使愈伤组织崩解 分散成小细胞团或单细胞 适合网眼的网筛过滤500600r/min离心 弃去2/3的上清液制备悬浮细胞培养液。,(二) 单细胞的培养方法,1、平（植）板培养（platiIIg culture）确定培养细胞密度，后按培养细胞密度的2倍悬浮培养；,平板培养的细胞密度一般为103105个细胞 /mL，如果悬浮液与琼脂以1：4混合的话，那么用 于制备平板的单细胞悬浮液细胞密度应为5103 5105个细胞/mL。为了达到这个数值，要对悬浮液进 行调制：加入培养基使其稀释；进行离心，吸出上清液使其 浓缩。该方法与液体培养方法相比，不适宜低密度细 胞培养，通气效果差，不易吸收培养基中的成分， 且排泄物质容易累积并毒害培养细胞。,植板率(plating efficiency,PE)：PE 100%。培养细胞生长后，在40倍显微镜下检查已知面积的20个 视野,对新形成的细胞进行计数,可得出每平方毫米和每板的 细胞单位数(或细胞数)。每板接种的细胞数也可根据悬浮单 细胞的细胞密度与固体培养的混合比例及混合后加入培养皿 的毫升数求得。,
