細胞工程植物細胞培養(yǎng)

植物細胞制備機械法酶法愈傷組織誘導法

不斷繼代培養(yǎng)愈傷組織，通過流體剪切力和振動，使植物細胞從結構非常松散的愈傷組織中釋放出來，得到懸浮的植物細胞植物細胞分離

--懸浮培養(yǎng)系建立調節(jié)培養(yǎng)基組分疏松的愈傷組織在液體培養(yǎng)基中繼代培養(yǎng)若干次建立穩(wěn)定的懸浮培養(yǎng)植物細胞系

植物細胞特性葉綠體液泡細胞核細胞膜內(nèi)網(wǎng)質膜線粒體高爾基體與微生物的比較

植物細胞培養(yǎng)與次生代謝

類似于青霉素的生產(chǎn)，大多植物有效成分積累與細胞生長非關聯(lián)，而往往在細胞生長達平衡時開始次生代謝物積累于細胞胞內(nèi)的液泡中，分離提取首先需要破碎細胞培養(yǎng)基一、無機鹽二、碳源三、植物生長激素四、有機氮源五、有機酸六、復合物質植物生長激素2,4-D：10to50μMNAA：1to50μMKinetin：0.1to10μMIAA：0.1to10μM傳統(tǒng)反應器轉筒反應器適合于慢反應ABC大規(guī)模植物細胞培養(yǎng)提高次生代謝物產(chǎn)量的策略

高產(chǎn)細胞系的建立和選擇：克隆選擇、抗性選擇和誘導選擇

組織化培養(yǎng)：根系培養(yǎng)固定化細胞技術：凝膠包埋法、吸附法

產(chǎn)物促進釋放技術：改變培養(yǎng)基組成、電刺激法、二甲基亞砜（DMSO）類物質的化學滲透法、由培養(yǎng)基與萃取劑組成的雙液相培養(yǎng)

原生質體的制備—去除細胞壁的植物細胞轉基因構建體細胞融合育種用途功能繁殖代謝分化

化合物

植物品系得率(%干重)

培養(yǎng)類型細胞培養(yǎng)植物紫草寧紫草201.5s人參皂甙西洋參Panaxginseng274.5c蒽醌Morindacitrifolia180.3sAjmalicine長春花Catharanthusroseus1.00.3sRosmarinicacidColeusblumeii153sUbiquinone-10Nicotianatabacum0.0360.003sDiosgeninDioscoreadeltoides22sBenzylisoquinolineAlkaloidsCoptisjaponica115-10sBerberineThalictrumminor100.01sBerberineCoptisjaponica102-4sAnthraquinonesGaliumverum5.41.2sAnthraquinonesGaliumaparine3.80.2s尼古丁煙草Nicotianatabacum3.42.0cBisoclaurineStephaniacepharantha2.30.8sTripdiolideTripteryqiumwilfordii0.050.001s*s=suspension;c=callus植物細胞產(chǎn)生的次生代謝物植物細胞培養(yǎng)產(chǎn)物

——藥品及生物活性物質

生物堿Alkaloids

嗎啡楠堿Morphinanalkaloids

小檗堿Berbeirine

莨菪烷Tropanealkaloids

強心苷Cardinolides*

毛地黃毒苷是一種強心苷類。毛地黃細胞培養(yǎng)物能夠進行植株所不能夠或能極微量進行的生物合成過程。

抗癌化合物（Antitumorcompounds）

喜樹堿CamptothecinHomoharringtonine

鬼臼毒Podophyllotoxin

紫杉醇（Taxol）

西洋參（Ginseng）*迷迭香酸Rosmarinicacid

對苯二酚葡糖苷Arbutin植物細胞培養(yǎng)產(chǎn)物

——食品添加劑Foodadditives

色素Pigments

紫草寧

shikonincompounds*

花青素

Anthocyanins$1,250-2,000/kg

紅花黃色素，紅花素carthamin是其主要成分

藏紅花Saffron

茜草色素MadderColorants

其它

糖膠樹膠Chicle

（口香糖樹膠）香豆素紫草寧的生產(chǎn)（1）

8種衍生物的總稱傳統(tǒng)中藥與天然色素懸浮紫草細胞的制備采用種子萌動法誘導紫草愈傷組織

紫草種子在25

C黑暗中萌動，然后轉移于LS培養(yǎng)基進行固體培養(yǎng)，激素水平為2,4-D10-6mol/L，KT10-5mol/L。一星期后在芽的下端產(chǎn)生了乳黃色愈傷組織。紫草寧分泌愈傷組織若在固體LS培養(yǎng)基上進行繼代培養(yǎng)，并將激素改為添加IAA，4周后可發(fā)現(xiàn)細胞變?yōu)樯罴t色，此物質即紫草寧

懸浮細胞系建立

將愈傷組織繼代培養(yǎng)在液體LS培養(yǎng)基中，經(jīng)多次培養(yǎng)后可得到懸浮的小顆粒細胞（幾個到幾十個細胞聚集團）紫草寧的生產(chǎn)（2）LS細胞生長White紫草寧積累兩階段LS-White培養(yǎng)改進的優(yōu)化兩階段培養(yǎng)基M5-M9發(fā)根系培養(yǎng)高密度流加培養(yǎng)紫草寧的生產(chǎn)（2）

發(fā)展與開發(fā)歷史

日本三井石油公司：確定生長-生產(chǎn)兩階段培養(yǎng)流加高密度培養(yǎng)育種，高產(chǎn)細胞株篩選

1983年750L氣升式反應器

1987年，1m3的轉鼓式反應器中國：南京大學生物系浙江大學材料與化工學院

人參（Panax

ginseng

）細胞有效成分皂甙（saponins）和皂甙配基（sapogenins）

研究與開發(fā)歷史

1日本MeijiSeikaKaisha1973年專利大規(guī)模培養(yǎng)反應器后放棄

2美國UniversityofMinnesota發(fā)現(xiàn)2,4-D和kinetin對細胞生長與次生代謝有著不同的調節(jié)作用

3日本NittoDenkoCorporation80年代中期20立方米罐細胞質產(chǎn)量達700mg/L/day

In1988,被theMinistryofWelfareandHealthinJapan準許以食品添加劑（酒、湯、飲料和草藥提取液）生產(chǎn)西洋參細胞質

現(xiàn)在正等待西洋參細胞質作為藥的審批紅豆杉細胞培養(yǎng)有效成分：紫杉醇藥效：卵巢癌、乳腺癌、肺癌的高效、低毒、廣譜的抗癌藥物需求：

需求量極大但自然產(chǎn)量有限，最迫切需要通過細胞培養(yǎng)來提供

研究開發(fā)：

美國：

CatalyticInc.和ESCAgenetics幾年前宣布建立taxol生產(chǎn)過程，但后來未見進一步報道（DT十幾天）我國：短葉紅豆杉(T.Brevifolia)和東北紅豆杉（T.Cet