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1、第五章第五章植物细胞工程制药植物细胞工程制药第一节概第一节概 述述n 基本概念基本概念l l植物细胞工程植物细胞工程 l l植物组织和器官培养植物组织和器官培养 l l植物细胞培养植物细胞培养 l l外植体（外植体（explant） l l愈伤组织（愈伤组织（callus）l l继代培养（继代培养（subculture） l l次级代谢产物和次级代谢次级代谢产物和次级代谢 l l植物细胞工程：植物细胞工程：以植物细胞为基本单位，以植物细胞为基本单位，应用细胞生物学、分子生物学等理论和技应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术，在离体条件下进行培养、繁殖或人为术，在离体条件下进行培养、繁殖或人为的
2、精细操作，使细胞的某些生物学特性按的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良品种、制人们的意愿发生改变，从而改良品种、制造新品种、加速繁育植物个体或获得有用造新品种、加速繁育植物个体或获得有用物质的一门科学或技术。物质的一门科学或技术。 l l植物组织和器官培养：植物组织和器官培养：在无菌和人工控制在无菌和人工控制条件下（培养基、光照、温度等条件下（培养基、光照、温度等)，研究植物，研究植物的细胞、组织和器官以及控制其生长发育的的细胞、组织和器官以及控制其生长发育的技术。技术。l l植物细胞培养：植物细胞培养：利用单个植物细胞进行液利用单个植物细胞进行液体或固体培养，诱导
3、其增殖及分化的技术。体或固体培养，诱导其增殖及分化的技术。l l外植体（外植体（explant）：）：用于植物组织（细胞）用于植物组织（细胞）培养的器官或组织（的培养的器官或组织（的切段），植物的各部位切段），植物的各部位如根、茎、叶、花、果、如根、茎、叶、花、果、穗、胚珠、胚乳、花药穗、胚珠、胚乳、花药和花粉等均可作为外植和花粉等均可作为外植体进行组织培养。体进行组织培养。 l l愈伤组织愈伤组织(callus）：）：由外植体组织增生的细由外植体组织增生的细胞产生的一团无定型的胞产生的一团无定型的疏松排列的薄壁细胞。疏松排列的薄壁细胞。 Each “callus” is a cluster
4、of cells that start differentiating as they grow in a special medium. l l继代培养（继代培养（subculture）：）：愈伤组织在愈伤组织在培养基上生长一段时间后，营养物枯竭，培养基上生长一段时间后，营养物枯竭，水分散失，并已经积累了一些代谢物，此水分散失，并已经积累了一些代谢物，此时需要将这些组织转移到新的培养基上。时需要将这些组织转移到新的培养基上。 n 次级代谢产物特征：次级代谢产物特征：l l有明显的分类学区域界限有明显的分类学区域界限l l其合成需在一定的条件下才能发生其合成需在一定的条件下才能发生l l缺乏明
5、确的生理功能缺乏明确的生理功能l l是生命的多余成分是生命的多余成分n 次级代谢：次级代谢：特殊蛋白质内源化合物的合特殊蛋白质内源化合物的合 成、代谢及分解作用的综合体现。成、代谢及分解作用的综合体现。 第二节植物细胞的形态第二节植物细胞的形态 及生理特性及生理特性 n 植物细胞的形态植物细胞的形态 n 植物细胞的结构特征植物细胞的结构特征 植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞细胞壁细胞壁细胞壁细胞壁原生质体原生质体原生质体原生质体细胞质细胞质细胞质细胞质细胞核细胞核细胞核细胞核液泡液泡液泡液泡原生质原生质原生质原生质n 植物细胞的主要生理活性物质及植物细胞的主要生理活性物质及 其他化学成分其他化
6、学成分 l l后含物后含物 系储藏物质或废弃物质，分布于液泡内，系储藏物质或废弃物质，分布于液泡内，系储藏物质或废弃物质，分布于液泡内，系储藏物质或废弃物质，分布于液泡内，如糖类、盐类、生物碱、苷类、有机酸、挥发油如糖类、盐类、生物碱、苷类、有机酸、挥发油如糖类、盐类、生物碱、苷类、有机酸、挥发油如糖类、盐类、生物碱、苷类、有机酸、挥发油等等等等l l生理活性物质生理活性物质 对细胞内生化代谢和生理活动对细胞内生化代谢和生理活动对细胞内生化代谢和生理活动对细胞内生化代谢和生理活动起着调节作用，如酶、维生素、植物激素和抗生起着调节作用，如酶、维生素、植物激素和抗生起着调节作用，如酶、维生素、植物
7、激素和抗生起着调节作用，如酶、维生素、植物激素和抗生素等素等素等素等 n 植物细胞培养的特性植物细胞培养的特性 l l植物细胞较微生物细胞大得多，有纤维素细胞壁，植物细胞较微生物细胞大得多，有纤维素细胞壁，植物细胞较微生物细胞大得多，有纤维素细胞壁，植物细胞较微生物细胞大得多，有纤维素细胞壁，细胞耐拉不耐扭，抵抗剪切力差细胞耐拉不耐扭，抵抗剪切力差细胞耐拉不耐扭，抵抗剪切力差细胞耐拉不耐扭，抵抗剪切力差l l培养过程生长速度缓慢，易受微生物污染，需用培养过程生长速度缓慢，易受微生物污染，需用培养过程生长速度缓慢，易受微生物污染，需用培养过程生长速度缓慢，易受微生物污染，需用抗生素抗生素抗生素抗
8、生素l l细胞生长的中期及对数期，易凝聚成团块，悬浮细胞生长的中期及对数期，易凝聚成团块，悬浮细胞生长的中期及对数期，易凝聚成团块，悬浮细胞生长的中期及对数期，易凝聚成团块，悬浮培养较难培养较难培养较难培养较难l l培养时需供氧，培养液黏度大，不能耐受强力通培养时需供氧，培养液黏度大，不能耐受强力通培养时需供氧，培养液黏度大，不能耐受强力通培养时需供氧，培养液黏度大，不能耐受强力通风搅拌风搅拌风搅拌风搅拌l l具有群体效应，无贴壁依赖性及接触抑制性具有群体效应，无贴壁依赖性及接触抑制性具有群体效应，无贴壁依赖性及接触抑制性具有群体效应，无贴壁依赖性及接触抑制性l l培养细胞产物滞留于细胞内，且
9、产量较低培养细胞产物滞留于细胞内，且产量较低培养细胞产物滞留于细胞内，且产量较低培养细胞产物滞留于细胞内，且产量较低l l培养过程具有结构与功能全能性培养过程具有结构与功能全能性培养过程具有结构与功能全能性培养过程具有结构与功能全能性第三节植物细胞培养的基本技术第三节植物细胞培养的基本技术 n植物材料的准备植物材料的准备n 培养基的组成培养基的组成l l植物激素植物激素 是指植物代谢过程中自身形成的植物是指植物代谢过程中自身形成的植物是指植物代谢过程中自身形成的植物是指植物代谢过程中自身形成的植物生长调节剂，在极低浓度时即能调节植物的生长生长调节剂，在极低浓度时即能调节植物的生长生长调节剂，在
10、极低浓度时即能调节植物的生长生长调节剂，在极低浓度时即能调节植物的生长和发育过程，并能从合成部位转运到作用部位而和发育过程，并能从合成部位转运到作用部位而和发育过程，并能从合成部位转运到作用部位而和发育过程，并能从合成部位转运到作用部位而发挥作用。迄今为止，已发现植物组织中可形成发挥作用。迄今为止，已发现植物组织中可形成发挥作用。迄今为止，已发现植物组织中可形成发挥作用。迄今为止，已发现植物组织中可形成五种植物激素，即生长素、分裂素、赤霉素、脱五种植物激素，即生长素、分裂素、赤霉素、脱五种植物激素，即生长素、分裂素、赤霉素、脱五种植物激素，即生长素、分裂素、赤霉素、脱落酸和乙烯。落酸和乙烯。落
11、酸和乙烯。落酸和乙烯。n 培养方法培养方法 植物细胞培养植物细胞培养植物细胞培养植物细胞培养固体培养固体培养固体培养固体培养液体培养液体培养液体培养液体培养琼脂培养琼脂培养琼脂培养琼脂培养固定化培养固定化培养固定化培养固定化培养摇瓶悬浮培养摇瓶悬浮培养摇瓶悬浮培养摇瓶悬浮培养反应器反应器反应器反应器大规模培养大规模培养大规模培养大规模培养分批培养分批培养分批培养分批培养半连续培养半连续培养半连续培养半连续培养连续培养连续培养连续培养连续培养n 植物细胞大规模培养多采用植物细胞大规模培养多采用悬浮培养悬浮培养方方 式，这主要是其具有以下优点式，这主要是其具有以下优点 ：l l可以增加培养细胞与培
12、养液的接触面，促进营养可以增加培养细胞与培养液的接触面，促进营养可以增加培养细胞与培养液的接触面，促进营养可以增加培养细胞与培养液的接触面，促进营养的吸收的吸收的吸收的吸收l l可带走培养物产生的有害代谢产物，避免高浓度可带走培养物产生的有害代谢产物，避免高浓度可带走培养物产生的有害代谢产物，避免高浓度可带走培养物产生的有害代谢产物，避免高浓度积聚对细胞的伤害积聚对细胞的伤害积聚对细胞的伤害积聚对细胞的伤害l l保证良好的混合状态，从而获得良好的气体传递保证良好的混合状态，从而获得良好的气体传递保证良好的混合状态，从而获得良好的气体传递保证良好的混合状态，从而获得良好的气体传递效果效果效果效果
13、第四节影响植物次级代谢产物第四节影响植物次级代谢产物 积累的因素积累的因素 n n生物条件生物条件 外植体、季节、休眠、分化等外植体、季节、休眠、分化等外植体、季节、休眠、分化等外植体、季节、休眠、分化等n n物理条件物理条件 温度、光（光照时间、光强、光温度、光（光照时间、光强、光温度、光（光照时间、光强、光温度、光（光照时间、光强、光 质）、通气（质）、通气（质）、通气（质）、通气（O2O2）、）、）、）、pHpH和渗透压等和渗透压等和渗透压等和渗透压等n n化学条件化学条件 无机盐（无机盐（无机盐（无机盐（N N、P P、KK等）、碳源、植物等）、碳源、植物等）、碳源、植物等）、碳源、植物 生长调节剂、维生素、氨基酸、核生长调节剂、维生素、氨基酸、核生长调节剂、维生素、氨基酸、核生长调节剂、维生素、氨基酸、核 酸、抗生素、天然物质、前体等酸、抗生素、天然物质、前体等酸、抗生素、天然物质、前体等酸、抗生素、天然物质、前体等n n工业培养条件工业培养条件 培养罐类型、通气、搅拌和培养培养罐类型、通气、搅拌和培养培养罐类型、通气、搅拌和培养培养罐类型、通气、搅拌和培养 方法等方法等方法等方法等第五节第五节 植物细胞培养的生物反应器植物细胞培养的生物反应器 n n机械搅拌式机械搅拌式n n鼓泡式鼓泡式n n气升循环式气升循环式
