植物组织培养在生产次级代谢产物中的应用)课件.ppt

1、植物组织培养在生产次级代谢产物中的应用 1 应用概况 2 生产次级代谢产物的细胞培养方法 3 在培养过程中影响产量的因素1.1应用实例 1 集中在制药工业中一些价格高,产量低,需求量大的化合物上 （紫杉醇、长春碱）2 油料 （小豆落油、春黄菊油）3 食品添加剂 （生姜、香子兰）4 调味剂 (胡椒、留兰香等)、5 饮料 (咖啡、可可等)、6 树胶 (阿拉伯胶等）。1.2应用概况 迄今为止,人类通过植物细胞培养获得的生物碱、维生素、色素、抗生素以及抗肿瘤药物不少于50大类,其中有30多种次生代谢物的含量在人工培养时已达到或超过亲本植物的水平。在研究过的200多种植物细胞培养物中,已发现可产生300

2、余种对人类有用的成分,其中大部分为临床上广为应用的重要药物2 培养技术的方法 液体悬浮培养 固定化细胞培养 二步培养法 发状根培养 两相培养技术 冠瘿培养技术2.1液体悬浮培养 将游离的植物细胞或小的细胞团置于液体培养其中进行培养和生长的一种技术，称为植物细胞悬浮培养。它是从愈伤组织的液体培养基础上发展起来的一种新的培养技术。液体悬浮培养原理 植物离体培养可产生愈伤组织。将疏松型的愈伤组织县浮在液体培养基中并在振荡条件下培养一段时间后，可形成分散县浮培养物。良好的县浮培养物应具备以下特征：（1）主要有单细胞和小细胞团组成；（2）细胞具有量盛的生长和分裂能力，增殖速度快；（3）大多数细胞在形态上

3、应具有分生细胞的特征，它们多呈等径形，核一质比率大，胞质浓厚，无液胞化程度较低。要建成这样的县浮培养体系，首先需要有良好的起始培养物迅速增殖的疏松型愈组织。然后经过培养基成分和培养条件的选择，并经多次断代培养才能达到。县浮培养细胞经长期继代培养后，染色体常有变异现象，细胞的再生能力也有逐渐降低的趋势，然而对于以上生产有用代谢特质为目的的大量培养，这种再生能力的降低不一定有不良影响。2.2固定化细胞培养 与悬浮培养相比，固定化培养具有很多优点：（1）提高了次生物质的合成、积累（2）能长时间保持细胞活力；（3）可以反复使用；（4）抗剪切能力强；（5）耐受有毒前体的浓度高；（6）遗传性状较稳定；（7

4、）后处理难度小等特点.固定化细胞的方法1 传统固定化方法 （1）包埋法是目前最普遍采用的固定化方法.特别是海藻胶包埋法，条件温和、价格便宜、方法简单，且特别适用于脆弱、敏感的植物细胞 （2）吸附法也是一种比较温和的固定化方法，但不如包埋法在植物细胞固定化应用广泛.2 膜法 植物细胞附着在玻璃、金属、木屑、海藻盐表面生长，形成的一定厚度的生物膜为细胞的生长和次生代谢产物的合成提供了近似天然的良好条件3 细胞自固定 植物细胞自生固定化培养是近几年来才发展起来的一项培养技术.利用植物细胞具有聚集成团的特性，将愈伤组织细胞进行液体培养，或通过选择合适的激素配比，使悬浮培养的植物细胞自动聚集成具有一定分

5、化程度的大颗粒，再进行悬浮培养.2.3二步培养法 植物细胞次生代谢物的产生可分为生长偶联、半偶联、非偶联三种情况。二步培养一般适用于后两种情况。根据生长及代谢的需求,调整培养基组分和培养条件,使生长和代谢均能在最适的条件下进行,较好地解决了细胞生物量增长与次生代谢产物积累之间的矛盾,大大提高目的产物的产率,具有一定的实用价值2.4 发状根培养 发状根是双子叶植物受发根土壤杆菌(Agrobacterium rhizogenes)感染后产生的病态组织。由于是器官培养,根器官中产生的次级代谢产物的能力比悬浮细胞强。2.5两相培养技术 两相培养技术是在培养体系中加入水溶性或脂溶性有机物,或者加入具有吸

6、附作用的多聚化合物,使培养体系形成上、下两相,细胞在水相中生长与合成次级代谢物,次级代谢物分泌出来并转移到有机相中。这样减少了反馈抑制作用,使产物产量提高,而且有机相可循环使用。2.6冠瘿培养技术 冠瘿瘤有植物激素非依赖性生长能力、冠瘿碱合成能力,其遗传性状稳定,生长迅速.冠瘿瘤细胞与正常细胞相比,生长素的水平可高出500倍,细胞分裂素可高出1600倍,这可能是因为冠瘿瘤细胞既可以激发自身激素的生物合成(或抑制其降解),又能诱导原有细胞内受阻遏的激素合成基因的表达.3 在培养过程中影响产量的因素 1外植体的选择 2高产细胞系的选育 3 培养条件 4培养技术的选择 5 前体物的添加 6诱导剂的使

7、用 7 抑制剂的使用3.1外植体的选择 利用植物细胞生产次级代谢产物,首先要从外植体诱导出愈伤组织,而不同外植体诱导愈伤组织的能力和诱导的愈伤组织合成次级代谢产物的能力均不同,所以外植体的选择非常重要。3.2高产细胞系的选育 高产细胞系的选育是提高次级代谢产物产量的主要途径之一。筛选高产细胞系的方法有很多,目前使用较多的是直接筛选法和诱变育种法。3.3培养条件 培养条件的控制在进行次级代谢产物生产中是很重要的环节。培养条件的优化包括培养基组成和培养条件如温度、光照、通气等的优化3.4培养技术的选择 根据细胞的类型，选择合适的培养方法，使其更加有利于次级代谢产物的积累和分离，有以下几种培养方法：

8、液体悬浮培养，固定化细胞培养，二步培养法，发状根培养，两相培养技术，冠瘿培养技术3.5前体物的添加 前体物：是指处于目的代谢产物代谢途径上游的物质 为了提高植物细胞培养生产次级代谢产物的产量，在培养过程中添加目的代谢物的前体是一种有效的措施。3.6诱导剂的使用 诱导剂：是一类刺激因子，他们并不是前体或营养，这类物质的添加或者可以影响细胞的正常代谢，或促进中间代谢产物的积累，或提高次级代谢产物的产量。根据性质可分为生物诱导剂和非生物诱导剂两种:前者包括真菌菌丝体、酵母提取液和植物细胞壁片断等;后者有紫外照射、金属离子等 3.7抑制剂的使用 使用抑制支路代谢和其它相关次级代谢途径的抑制剂,可使代谢流更多地流向我们所需的次级代谢产物