植物组织培养在生产次级代谢产物中的应用
植物细胞培养在生产次级代谢产物方面的应用
植物细胞培养在生产次级代谢产物方面的应用德国柏林，柏林大学食品生物技术研发部，141951．简介 (188)2．植物细胞培养技术 (189)2.1细胞培养产生的植物次级代谢产物 (189)2.2植物细胞培养应用 (189)2.2.1从植物细胞培养获得食品添加剂 (191)2.2.2从植物细胞培养获得药物 (194)2.2.3植物细胞培养的利与弊 (195)3．增加次级代谢产物的方法 (197)3.1根据分子吉生化特性的选择 (200)3.1.1植物基因和培养变种 (200)3.1.2快速增殖和高产细胞株系的获得 (201)3.2目标代谢物 (203)3.2.1培养环境 (203)3.2.2处理 (209)3.2.3固定化细胞的固定及应用 (214)3.2.4生物转化及其利用 (217)4．释放和产品回收 (219)4.1分泌物 (219)4.2两阶系统 (219)4.3膜透化 (221)4.3.1化学透化 (221)4.3.2物理透化 (222)5．植物细胞培养有用生化物质的工业生产 (233)6．结论和展望 (223)引用 (224)摘要：植物细胞培养代表宝贵的次生代谢产物，可以用作食品添加剂、维他命和药品的潜在的来源。
独立的环境条件和质量波动相对于这些植物的细胞培养的草本植物的合成。
在很多的情况下的代谢产物的化学合成为不可能或经济上可行。
此外，天然食品添加剂是更好地接受消费者相对于那些人工制作的。
在这一章中的次生代谢产物获得植物细胞培养过程被表示为一个多阶段的策略和每个链接应根据单元格文化或产品规格说明。
对于高生产和快速增长的细胞系的建立应选择父植物。
表达的合成途径可以受环境条件、前体，供应和诱导子，应用程序，它可以更改如生物转化和固定的特殊处理。
通过简化的产品回收，连续产品发布到栽培介质的原则基础的方法，可以增加的加工效率。
这可以通过膜通透性的影响例如，高电场脉冲化学或物理因素所致。
联合的研究建立的体外文化领域，针对合成代谢产物和产品回收技术的发展可以利用植物细胞的潜力作为次生代谢产物的来源。
植物细胞培养生产次生代谢产物及其应用前景_PPT幻灯片
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• 20世纪90年代至今，利用植物细胞进行天然产物的生产进入了一个崭新的发展阶段， 它与基因工程、快速繁殖形成了新世纪生物技术领域的三大主流[6]。迄今为止，全世 界已经有1 000多种植物进行过细胞培养的研究。利用植物细胞培养技术生产的次生代 谢产物被人类广泛应用，一些天然成分如紫杉醇、紫草宁、迷迭香酸和人参皂甙等已 进入工业化生产阶段。同时探索出了悬浮培养、两相培养、固定化培养、毛状根培养、 冠瘿培养、反义技术等先进的培养方法。据1996年报道，国际上通过植物细胞和组织 培养的方法进行食品成分商业纯生产最成功者是日本。[3]。下面列出几个利用植物培 养技术工业化生产有用代谢物的例子，如紫杉醇的生产，自从1991年CHRISTEN等人 申请有关红豆杉组织培养的专利以来，在培养体系紫杉醇含量已提高100多倍，达到 153 mg／L，美国的Phytoncatalytic公司已在德国进行了75 t发酵罐的试验；其他如日 本三井石油公司生产紫草宁和小檗碱(750 L)、日本日东电工公司生产人参皂甙和花色 素(500L)、西德A．Nattermann&Gie．GmbH公司生产迷迭香酸(75 000 L)、英国的辣 椒素生产、美国的香子兰代谢物生产、加拿大的血根碱生产等[7]。
• 20世纪70年代以后，该技术有所发展，利用植物细胞工程技术生产一 些药用有效成分在工业上获得成功，据20世纪80年代末期的统计，当 时全世界有40多种植物的细胞培养工程研究获得成功，部分悬浮细胞 培养体系中次生物质的产量达到或超过整体植株的产量，有些药用植 物的研究达到中试水平，其中利用紫草悬浮细胞培养生产紫草宁的成 功令人瞩目[5]。1984年日本的Mitsui公司利用紫草生产紫草宁规模达 到750 L，产物最终浓度达到1400 mg／L。
组织培养在农业生产中的应用
植物组织培养技术在农业生产中的应用植物组织培养成为生物科学的一个广阔领域，•除了在基础理论的研究上占有重要地位，•在农业生产也得到越来越广泛的应用。
一、快速繁殖优良种苗植物离体快速繁殖是目前植物组织培养应用最多、最有效的一个方面。
很多作物都带有病毒，尤其是无性繁殖植物，如马铃薯、甘薯、草莓、大蒜等。
长期的病毒感染并在植物体内的积累，使植物的产量和品质不断下降。
比如我们看到合肥市场供应的草莓越来越小，就是病毒病感染的结果。
White早在1943年就发现植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。
利用组织培养方法，取一定大小的茎尖进行培养，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱病毒苗，再用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少发生病毒。
目前利用茎尖脱毒技术组织培养在甘蔗、菠萝、香蕉、草莓、甘薯、马铃薯等主要经济作物上已成功应用。
二、无病毒苗(Virus free)的培养几乎所有植物都遭受到病毒病不同程度的危害，•有的种类甚至同时受到数种病毒病的危害，•尤其是很多园艺植物靠无性方法来增殖，若蒙受病毒病，代代相传，越染越重。
自从Morel(1952)发现采用微茎尖培养的方法可得到无病毒苗后，微茎尖培养就成为解决病毒病危害的重要途径之一。
•若再与热处理相结合，则可提高脱毒培养的效果。
•对于木本植物，茎尖培养得到的植株难以发根生长，则可采用茎尖微体嫁接的方法来培育无病毒苗。
组织培养无病毒苗的方法已在很多作物的常规生产上得到应用，•如马铃薯，甘薯，草莓，苹果香石竹，菊花等。
已有不少地区建立了无病毒苗的生产中心，这对于无病毒苗的培养、鉴定、繁殖、保存、•利用和研究，形成了一个规范的系统程序，从而达到了保持园艺植物的优良种性和经济性状的目的。
三、在育种上的应用1、通过花药或花粉培养为单倍体育种，由于单倍体植株往往不能结实，在花药或花粉培养中用秋水仙素处理，可使染色体加倍，成为纯合二倍体植株，它已成为一种崭新的育种手段，具有高速、高效率、基因型一次纯合等优点，目前我国科学家育成烟草、小麦、水稻新品种已大面积种植。
利用药用植物组织培养生产次生代谢产物的研究进
综 述利用药用植物组织培养生产次生代谢产物的研究进展刘谦,张永清(山东中医药大学 济南 250014)摘要:本文论述了药用植物组织培养生产次生代谢物的研究进展,包括影响次生代谢产物的因素、提高产量的途径、生物反应器技术的应用等.关键词:组织培养 次生代谢产物中图分类号:R282 2 文献标识码:A 文章编号:1672-7738(2006)06-0350-04Research progress of using tissue culture to produce secondary metabolite of medicinal plantLIU Qian,ZH ANG Yong qing(Shandong U niversit y of T raditio na l Chinese M edicine,Ji nan250014)ABSTRAC T:T his ar ticle elabo rated the research pr og ress of using tissue cultur e to pro duce medicinal plant secondar y me tabo lite,Including the influence factor o f secondar y metabo lite,the w ay o f enhancing the o ut put,t he bior eacto r technolog y appli catio n and so on key w o rds:T issue cult ur e;secondar y metaboliteKEY WORDS:tissue cultur e;seco ndar y metabolite人们利用药用植物防治疾病的历史非常悠久,大部分中药就来源于药用植物.随着国际社会 回归自然"潮流的涌起,药用植物的需求量越来越大,但其野生资源却越来越少,供求矛盾日益扩大,许多品种濒临灭绝,如何解决这一问题备受世人关注.药用植物所以能够发挥防治疾病的作用,是因为其体内含有一些药理活性成分,包括酚类化合物、萜类化合物、含氮化合物三大类[1].由于植物体内的任何一个细胞都包含整体植物全部的遗传信息,在一定条件下具有发育成一个完整植株和合成次生代谢产物的能力.利用现代生物组培技术直接获得这些次生代谢产物用于药物生产,不仅具有保护植物资源、生产周期短、不受地区和季节限制、个体差异小、便于工业化生产等优点,而且还有利于筛选高产细胞株和利用生物转化生产更加有效的药物等[2],具有较大的社会效益、经济效益和生态效益.1 影响次生代谢产物生物合成的因素1 1外植体选择 能够发生次生代谢的细胞株往往来自适当生理状态下的外植体[3].一般来讲,由次生代谢活动旺盛的植物或器官诱导出的愈伤组织中的次生代谢产物含量也高[4].有人证明,杜仲植株叶片中绿原酸、总黄酮的含量比茎高,以叶片作为外植体诱导出的愈伤组织绿原酸、总黄酮含量也均高于茎来源的愈伤组织[4].也有人发现,组织分化与次生代谢产物生物合成之间并无明显关联,次生代谢产物可能是慢速生长或老龄期细胞处于或接近稳定生长期时产生的多余物质,如从人参植株不同器官上分离外植体形成的愈伤组织中人参皂苷含量便相差不大[5].在采集样品时由于忽视了地域、立地、个体、品系、年龄、部位、时期、贮存时间等因素对次生代谢产物合成积累的干扰,特别是对个体差异因素的影响认识不足[6],目前对外植体个体水平的选择仍然没有得到满意的答案.1 2培养基组成 培养基通常由碳、氮、磷源和无机盐、维生素、氨基酸及生长调节物质等组成,其组分对植物次生代谢产物生产具有重要影响.1 2 1碳源:经常使用的碳源为蔗糖.高浓度蔗糖由于提高了培养基的渗透压,所以往往能够提高次生代谢产物含量,但愈伤组织生长与次生代谢产物积累对蔗糖浓度的要求有时是不同的.杜仲组织培养中,在10~40g L-1蔗糖浓度范围内,其愈伤组织增长量随蔗糖浓度的升高而升高,在浓度达50g L-1时开始下降,但高渗条件对细胞中绿原酸的生物合成还是有利的,绿原酸含量随着糖浓度的升高而升高[7].1 2 2氮源:在天山雪莲组织培养中,氮源对愈伤组织生长和总黄酮生物合成的影响最为明显,提高培养基中N H4N O3浓度,有利于愈伤组织生长和总黄酮的形成[8].1 2 3无机盐:按照无机盐含量,培养基一般可以分为高含盐量、高硝酸钾、中等无机盐和低盐四种类型[7].无机盐较高的培养基比较适合细胞生长,无机盐较低的培养基比较适合次生代谢产物积累[9].如B5培养基中较高K N O3含量有利于杜仲愈伤组织生长,而2/3B5培养基的KN O3最利于绿原酸和总黄酮的积累.1 2 4生长调节物质:生长调节物质的种类与浓度对愈伤组织细胞产量和次生代谢物质含量均有影响.高浓度萘乙酸(NA A)对迷迭香酸甲酯和咖啡酸的形成具有一定的抑制作用,而6-苄基腺嘌呤(6-BA)对萘乙酸(NA A)具有一定的拮抗作用[10].高浓度激动素(K T)对丹参酮的形成具有明显的促进作用[11].以3-吲哚乙酸或3-吲哚辛酸替代吲哚乙酸(IA A)应用于人参细胞培养,可提高培养细胞生长速度和皂苷含量.不同生长素组合使用的效果往往比单一使用更好.在长春花组织培养中,萘乙酸(N A A)、吲哚乙酸(IA A)共同使用与单一使用2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)相比,其吲哚总碱含量提高[11].1 3pH值 pH值既影响药用植物愈伤组织生长,也影响其次生代谢水平.pH5 15对南方红豆杉愈伤组织生长最为有利,但紫杉醇含量较低,仅占干重的0 10%~0 12%.随着pH值的提高,愈伤组织的生长越来越差,而紫杉醇的含量却显著提高[12],这说明有利于愈伤组织生长的pH值不适于次生代谢产物的形成,从而减少了次生代谢物的积累.pH 值在4 5~7 5范围变动时,对长春花愈伤组织生长及吲哚总碱的积累影响不大,表明长春花愈伤组织对pH值的变化有较强的适应能力[11].1 4光照 光强和光质变化对生物碱、黄酮、萜类内酯、挥发性成分、糖苷等次生代谢产物含量均会产生影响[13].红光强烈抑制黄酮的合成,蓝光则相反;在毛地黄叶组织培养中,蓝光、绿光、黄光对细胞生长和强心苷积累均有促进作用,红光则有抑制作用[14].红光较蓝光更有利于长春花悬浮培养细胞中阿玛碱的生成[15].杜仲愈伤组织培养中采用光暗交替处理时,绿原酸和黄酮含量高于全光和全暗处理[7].在有光、无光两种情况下,黑暗无光有利于紫杉细胞的生长,但紫杉醇的含量变化则截然相反[16].1 5温度 温度可以影响愈伤组织形成过程中的细胞分裂速度,对次生代谢中酶的活性也起着重要调节作用.因此,只有温度调节适宜才能得到较多的次生代谢产物.在天山雪莲愈伤组织培养过程中,采用温度梯度培养方式即愈伤组织培养温度由28 到26 再到24 梯度递减时,培养周期15d,有利于天山雪莲愈伤组织的细胞生长和总黄酮的积累[17].1 6诱导剂 诱导剂可以改变次生代谢途径中催化酶的活力或者活化次生代谢途径中特定酶基因,诱导新酶的形成,引起次生代谢途径通量和反应速率的改变,从而提高次生代谢物产量[18].1 6 1生物诱导剂:常见的生物诱导剂有真菌类、茉莉酸甲酯、水杨酸、花生四烯酸等,多是植物在防御过程中为对抗微生物感染而产生的物质.实验证明,红豆杉细胞培养时加入0 1mg L-1水杨酸,紫杉醇含量最高可达6 8mg L-1,而对照组仅为1 2mg L-1[19].1 6 2非生物诱导剂:重金属离子:重金属离子有可能引起或促进与植物防御机制有关的特异性次生代谢产物合成途径[20].在颠茄毛状根的培养中,将培养基中三价铁换成二价铁,可提高生物碱含量[15].在紫杉愈伤组织培养中,添加Ag+等重金属离子有助于紫杉醇合成[21].丹参组织培养中,低含量的Zn2+、Cu2+、M g2+,较高含量的Fe2+和M n2+有利于丹参酮 A合成,较高含量的M n2+利于原儿茶醛的合成[22].1 6 3稀土元素:稀土元素在促进细胞生长及次生代谢产物合成方面效果显著,如用于长春花、银杏细胞培养分别生产长春碱、和总黄酮等物质[23~24],能明显促进次生代谢产物合成.部分稀土元素还有类似植物激素作用,在培养水母雪莲的培养基中,在不含外源激素6-苄基腺嘌呤(6-BA)时,合适浓度的Ce3+可替代6-BA对细胞生长及黄酮合成的促进作用[25].1 7前体化合物的加入 在培养基中加入或向培养物中注入已知或假定的前体,可消除关键酶阻碍(即 瓶颈"作用).或阻断内源性中间体的分隔及有效贮存[3].在东北红豆杉的培养基中添加苯丙氨酸、苯甲酸、苯甲酰甘氨酸、丝氨酸和甘氨酸,能使紫杉醇含量高出1~4倍,这些物质参与了紫杉醇侧链合成[26].在三尖杉悬浮细胞培养过程中,添加前体物质酪氨酸和苯丙氨酸也不同程度地提高了三尖杉酯碱含量[9].2 提高次生代谢产物产量的组培技术2 1二步培养技术 次生代谢产物往往在培养后期生成,这可能是因为迅速生长不利于细胞间的彼此接触,从而妨碍了养分和生长调节物质的交换[3].根据生长与代谢的不同需求,对培养基组分和培养条件进行调整,使生长和代谢均能在最适条件下进行,就可以有效地解决细胞生物量增长与次生代谢产物积累之间的矛盾,从而大大提高次生代谢物质产量,这就是二步培养法.丹参悬浮培养采取二步培养法时,在整个培养期间可以连续产生隐丹参酮和铁锈醇[27].用组织培养方法生产绿原酸时,也宜用二步培养法,即先在生长培养基B5上增加细胞的生物量,然后在生产培养基1/2M S上生产绿原酸[7].2 2固定化细胞培养技术 固定化细胞培养与液体悬浮培养相比,具有培养细胞可以再利用、增加稳定性、细胞生长缓慢促进次生代谢物积累、利于细胞的组织化,以及有利于化学环境的控制和次生代谢产物的回收等优点[28].采用此技术通过小规模的细胞培养就可生产出大量胞外次生代谢物质[29].在硬紫草固定化培养过程中,培养30d的紫草色素产量达到4 2mg g-1鲜重(FW),相对色素分泌量达到70%[30].2 3两相培养技术 两相培养是指在植物细胞培养体系中加入水溶性或脂溶性有机化合物,或具有吸附作用的多聚化合物,使培养体系由于分配系数不同而形成上、下两相,细胞在其中一相中生长并合成次生代谢物,这些次生代谢物又通过主动或被动运输释放到胞外,并被另一相吸附.这样由于产物的不断释放与回收,可以降低由于产物积累在胞内形成的反馈抑制,从而有利于提高次生代谢物质产量,并有可能真正实现植物细胞的连续培养,大大降低生产成本[31].2 4毛状根培养技术 将发根农杆菌含有的Ri质粒中的T -DN A片段整合到植物细胞D NA上,可诱导出毛状根.毛状根培养具有生长快、培养条件简单、不需要外源激素、次生代谢合成能力较为稳定等优点,几乎所有双子叶植物中由根部合成的次生代谢物质都可以通过毛状根来生产,这为植物有用成分的大量生产提供了新途径,因而受到了广泛的关注[32].转化的毛状根大部分都能检测到与原植株含量相当或高于原植株含量的次生代谢产物,有些毛状根有用成分的含量甚至大大高于原植株[33].目前已经在长春花、紫草、人参、曼陀罗、颠茄等几十种药用植物中建立了毛状根培养体系[34].黄芪毛状根经21d培养,产量可达10g L-1(干重)[35],并且其作用效价基本上与药材黄芪类似,且粗皂苷含量稍高于药材[36].利用发根农杆菌A4、15834等菌株转化短叶红豆杉愈伤组织细胞,可使紫杉醇含量最多提高50倍[16].3 生物反应器植物组织培养不仅可以作为生产有用次生代谢产物的资源,而且还具有转化培养液中外源性底物的能力.因此,可以利用组织培养作为生物反应器,把廉价、活性较低的次生代谢物转化为稀有、具有较高药用价值的物质加以利用[37].生物反应器是组织培养走向产业化、商业化的基础.利用生物反应器大量培养植物细胞,生产植物次生代谢产物在技术上是可行的,但目前在商业上获得成功的只有紫草宁(素)和人参皂苷.主要问题是植物细胞生长慢、产量低,导致成本太高[38].但是,目前长春碱等次生代谢产物的生产研究进展迅速,进入了中试水平,从而增强了人们进行工业化生产次生代谢物的信心.4 展望近50年来,我国药用植物组织培养研究取得了很大的进展,但仍存在许多问题,如有的单子叶植物和裸子植物发根难以诱导,生产中转化系统相对独立,并且没有一种模式系统,高产细胞系稳定性差等.因此,我们离药用植物次生代谢物产业化的目标还有很长的距离.另外,在进行组织培养生产次生代谢产物的同时,还需要开展生长迅速和产量稳定的细胞系的种质保存工作,需要利用药用植物组织培养进行药物代谢研究、遗传机理研究等,只有这样才能使利用植物组织培养生产活性物质更持久、有效地进行下去.相信随着研究的不断深入,利用药用植物组织培养技术生产有效药物一定会有更大的发展.参考文献[1]高丽君,崔建华,刘风云,等 植物次生代谢物的应用和开发 生物学通报,2004,39(7):15~17[2]徐忠东 植物组织培养生产药物研究进展 生物学杂志,2001,18(6):13~14[3]方唯硕 植物组织培养的应用与局限性 国外医药 植物药分册,1995,10(5):213~217[4]李琰,董娟娥,姜在民,等 杜仲愈伤组织中次生代谢产物积累动态研究 西北植物学报,2004,24(11):2033~2037[5]刘贤旺 人参组织培养研究的进展 江西中医学院学报,1993,5(2):51~54[6]董娟娥,梁宗锁 植物次生代谢物积累量影响因素分析 西北植物学报,2004,24(10):1979~1983[7]李琰,王冬梅,姜在民,等 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genesis)理论至今,人们对血管形成的机制等方面的研究已取得较大进展.目前,抑制肿瘤血管形成已被公认为一种崭新的抗癌战略,以肿瘤血管生成为靶点,开发血管生成抑制剂在抗肿瘤研究中是一个新的十分活跃的研究领域.抗血管形成治疗的研究已推广到新生儿血管瘤病、类风湿性关节炎、银屑病、糖尿病性视网膜病变等疾病的治疗;而促进血管生成对心血管疾病、胃肠道消化性溃疡等疾病的治疗也有一定的意义[2].利用鸡胚绒毛尿囊膜(chicken cho rioallan to ic membrane,CAM)模型进行血管生成的研究,国内主要集中于抑制血管生成方面,而在促进血管生成研究方面还处于起步阶段.血管生成是指从已经存在的毛细血管或微静脉通过内皮细胞增殖和迁移,以芽生或非芽生的方式生成新的毛细血管的过程.通常情况下,体内大部分血管在发育完全后呈高度的稳定性,除创伤修复、女性血管生成的周期性变化及一些疾病(如肿瘤)之外,血管生成作用缓慢[3].筛选血管生成活性物质可利用内环境与人体相似且血管新生的过程易于观察的动物模型来检测.常用模型有兔或大鼠的角膜囊(眼前房)模型[4]、仓鼠颊囊模型[5]和鸡胚绒毛尿囊膜模型[6].其中CAM模型简便易行、计数指标客观成熟并具有良好的重复性,可定性定量地检测不同组织或细胞系分泌成分及生物因子等对血管的作用[7],成本较低、实验周期短、易于大样本重复等特点而得到了广泛应用.此法有蛋壳上开窗和将鸡胚孵育在平皿中观察等方法.1 在抑制血管生成研究中的应用1 1柏长青[8]等采用CA M实验方法,观察克拉霉素(clar ithro mycin)的抗血管生成作用,为肿瘤和其他疾病的抗血管生成治疗提供了实验依据.方法是将受精鸡卵在37 、55%的相对空气湿度下孵育3d,每天翻动3次,第3天以75%酒精清洗卵壳,超净台中吹干后用无菌眼科镊和小钢锯在鸡蛋的平钝端小心开出一长约2 0cm的矩形小窗,移去蛋壳和其内面的壳膜,小心用无菌石蜡膜覆盖以防干燥,鸡卵窗口朝上在37 、55%的相对空气湿度和3%CO2的条件下继续孵育,但不再翻动.开窗后第3天将药物-甲基纤维素薄片小心放置于矩形窗口的边缘1/3处,远离已形成的致密血管网.克拉霉素浓度分别为10,30,60,90,120,150mmol L-1,同时用碱性成纤维细胞生长因子(b-F GF)20ng、PBS和环孢素20 g分别作为阳性、阴性对照.盖上石蜡膜后继续孵育[9].第10天用L eica图像分析系统观察、拍摄实验区域(以药物-甲基纤维素薄片为中心范围约1cm2)明确可辨的血管,测定、计算其面积[10].在L eica解剖显微镜下观察存活鸡胚实验区域(以药物-甲基纤维素薄片为中心范围约1cm2),结果显示:b-F GF 组的血管面积明显多于其它实验组,克拉霉素和环孢素实验组的血管及其网络较b-F GF和PBS组稀疏.1 2金艳[11]等采用改进的Folkman平皿法观察硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)对血管生成抑制作用.采用孵育4d并。
植物组织培养技术及其在生产上的应用
植物组织培养的应用
植物组织培养的应用一、增加遗传变异性，改良作物单倍体育种：通过花药培养，从小孢子获得单倍体植株，染色体加倍后获得正常二倍体植株，这是一条育种的新途径。
单倍体育种可以缩短育种年限，节约人力物力，较快地获得优良品种，目前已有四十多种植物获得了单倍体植株。
我国在水稻、小麦、烟草、柏树、橡胶、辣椒等植物的单倍体育种的工作上，处于领先地位。
胚培养、子房培养、胚珠培养：为了克服远缘杂交的不亲和性，可采用胚、子房、胚珠培养和试管受精等手段。
最早成功的例子是两个栽培种亚麻的杂交胚发生败育，利有杂种胚培养克服了一些障碍，得到种子。
现在在棉花、黄麻上也获得成功。
从玉米的离体子房培养，经体外受粉可以得到种子。
突变体的选择和应用：由于植物的单细胞培养成功，可以用这个方法诱发单细胞进行突变，通过筛选所需要的突变体，然后使细胞分化成植株，再通过有性世代使遗传性稳定下来，这是从细胞水平来改造植物的一种途径。
除细胞外，愈伤组织、花药、原生质体都可诱发突变。
70 年代以来，世界各国在这方面已有不少成功的例子，如：已选育出抗花叶病毒的甘蔗无性系，抗1-2%NaCl 的野生烟草细胞株，抗除草剂的白三叶草细胞株等。
体细胞杂七杂八交和遗传工程：自1960 年以来用酶法获得大量有活力的植物原生质体，现已从四十多种植物的原生质体产生出再生植株。
通过异种原生质体的相互融合（即体细胞杂交）为植物育种工作开阔新的途径。
原生质体融合的工作自1972 年Carlson 在两个烟草种间成功以来，现在除种内与种间能获得杂种植株外，在属间甚至不同科的植物间亦做了许多工作，如烟草与大豆、烟草与天仙子、矮牵牛与小花矮牵牛、番茄与矮牵牛等都得到了杂种植株。
此外，通过原生质体融合，并以选择胞质链霉素抗性做手段以转移烟草的雄性不育性状，或通过原生质体融合转移胞质的抗林可霉素因子都得到成功。
原生质体没有胞壁，容易接受外来的引入物质。
由于致癌农杆菌可以使多种植物形成肿瘤，以及已发现它所带的Ti 质粒可以有效的插入植物细胞的基因组中，所以一些研究者也设想能否以Ti 质粒作为载体，与固氮基因重组后转入植物的细胞中，如能实现将固氮基因转到非豆科植物如水稻、小麦、玉米等作物中，则遗传工程在创新植物类型上的前景，无疑是非常广阔的。
植物组织细胞培养技术生产此生代谢产物
植物组织细胞培养技术生产次生代谢产物的应用摘要：植物组织细胞培养是现代生物技术应用最重要的一个方面，它是一个应用广泛和快速发展的技术。
植物组织细胞培养技术已应用于植物次生代谢产物的生产，并取得很大成效。
本文讲述组织细胞培养技术在药物、食品、化妆品等方面的次生代谢产物生产的一些应用，以及总结了现在主要植物组织培养技术、植物组织培养技术在实践中的应用。
关键词：次生代谢产物细胞培养代谢产物植物的次生代谢产生的活性物质成分已被人类广泛应用，主要集中在研究制药(如如抗癌药物紫杉醇、疗伤药物紫草宁、保健药物人参皂甙等)、食品添加剂(如生姜、香子兰等)、调味剂(如胡椒、留兰香等)、食用色素(如花青素等)、油料(如如豆寇油、春黄菊油等)、饮料(如咖啡、可可等)、树胶(如阿拉伯胶等)、化妆品、生物杀虫剂和农用化学品等方面。
尽管有些植物次生代谢物质并不是很多，但它们与人类健康密切相关，已成为当前生物领域研究关注的重点。
因此许多植物代谢产物以组织细胞培养技术的方法开发利用，进行大规模生产，使植物次生代谢物质产量和活性提高。
1 植物组织培养技术在实践中的应用[1]21世纪是生物技术迅速发展的世纪，而植物组织培养技术是生物技术中的重要内容，可以用于：植物育种已被越来越广泛的用于扦插难生根植物、引种材料少的植物。
除常规的用器官进行培养，也可以用花药进行花粉单倍体植株育种，这种方法技术简单，对一些植物种来说易于诱导未成熟花粉的分裂，可以进行大群体研究，可以迅速而大量的产生单倍体，具有迅速纯合、选择效率高、排除杂种优势干扰、突变体筛选、消除致死基因等优点。
用于脱毒和离体快繁获得脱除病毒的材料和用于植物材料快速繁殖这方面是目前植物细胞组织培养应用最多最有效的一方面. 世界上受病毒危害的植物很多，而园艺植物受病毒危害更为严重，当植物被病毒侵染后，常常造成生长迟缓、品质变劣、产量大幅度降低等危害，目前，已经在马铃薯、甘薯、草莓、大蒜、苹果、香蕉等多种作物上大规模应用;离体培养的优点就是快速，而且材料来源单一，遗传背景一致，不受季节和地区的限制，重复性好，所以离体快速繁殖已经广泛应用于果树，中药材等的栽培。
植物细胞培养生产次级代谢产物的影响因素与对策
植物细胞培养生产次级代谢产物的影响因素与对策植物细胞培养技术是将植物体的某一部分经过无菌处理，置于人工培养基上使其细胞增殖，进而按需要进行培养的技术。
利用植物细胞培养技术生产有用代谢产物，已成为继微生物技术以后当代生物技术重要的发展领域。
据不完全统计，我国已对400多种植物建立了组织和细胞培养体系，并从中分离出600多种代谢产物。
1外植体的影响同一植株不同部位的组织进行培养时，其产物或产物积累量不同。
银杏叶来源的愈伤组织黄酮含量为1.5%，茎段来源的愈伤组织为1.0%，而子叶来源的愈伤组织仅为0.3%。
Mischenko等[3]在茜草愈伤组织培养过程中发现，来源于叶柄和茎的愈伤组织蒽醌累积量比来源于茎尖和叶的愈伤组织高。
徐咏梅等对杜仲乔林与叶林2种栽培模式下树皮中次生代谢物的含量差异研究发现，乔林树皮中杜仲醇、总黄酮和杜仲胶的含量均比叶林树皮中的高，而叶林树皮中绿原酸、京尼平甙酸和桃叶珊瑚甙比乔林树皮中的高。
因此，利用植物细胞培养生产次生代谢物时，选择能诱导出疏松易碎、生长快速且具有较高次生代谢物合成能力的愈伤组织的外植体非常重要。
2培养基的影响2.1培养基种类在细胞培养中，愈伤组织生长和次生代谢物产生的最佳培养基一般是不一致的。
钟青平等研究不同培养条件下的栀子愈伤组织生长和栀子黄色素的产生时发现，B5、MG-5基本培养基有利于愈伤组织生长；M-9基本培养基有利于黄色素合成。
甘烦远等认为MC培养基对红花愈伤组织生长和生育酚的形成最有效。
因此在组织培养时可以采用二步培养法，根据生长及代谢的需要，调整基本培养基。
2.2培养基组分2.2.1碳源不同的培养细胞适合生长和次生代谢物积累的碳源种类不同。
郑穗平等，在研究玫瑰茄细胞生长和花青素生成时发现，蔗糖作为碳源，细胞的生长量高，葡萄糖作为碳源，细胞花青素的含量高。
赵德修等研究发现，5%蔗糖+1%葡萄糖组合对雪莲愈伤组织生长不仅有利，而且细胞中总黄酮的含量也最高。
高中生物精品资源第四章 植物细胞培养与次生代谢产物的生产课件高中生物竞赛
的速度蓬勃发展。
药用植物及其制成保健食品、化妆品等每年进,药用植物细胞大量培养技术正成为 国际上名贵珍稀天然药物开发的新目标,目前已经从400多种植物建立了组 织和细胞培养体系,从中分离出600多种代谢产物,其中40多种化合物在数量 上超过或等于原植物
玫瑰鲜花在清晨摘下后24小时内即取出黄褐色的玫瑰精油，大约五吨 重的花朵只能提炼出两磅的玫瑰油，所以是全世界最贵的精油之一
茉莉精油被称为“精油之王”。茉莉精油产量 极少因而十分昂贵，其具有高雅气味，可舒缓 郁闷情绪、振奋精神、提升自信心，同时可护 理和善肌肤干燥、缺水、过油及敏感的状况， 淡化妊娠纹与疤痕，增加皮肤弹性，让肌肤倍 感柔嫩。
悬浮培养基本分为：分批式、流加式、连续式、半连续式培养
1)分批培养(batch culture) 是指在培养过程中，既不向系统中补加培养基， 也不从系统中排出培养物（包括培养基和细胞），也就是说一次性加入培养 基，在一定条件下培养一段时间后，一次性收获。
国内外细胞培养的研究进展
1）重点放在细胞培养上（过去） 细胞培养的优点是生物量生长快，但也有次生代谢产物的含量不稳定
和不易与大田栽培接轨等明显的缺点。
2）植物组织和器官培养具有更重要的意义。
初级代谢物、次生代谢物对细胞、植物的意义 植物合成次生代谢产物的目的是其自身生理代谢的需要，在细胞阶段，往往不 需要合成，但到了组织和器官阶段，合成的需要就会加强。因此，培养药用植 物的组织和器官，更容易获得次生代谢产物。
第四章 植物组织培养生产次生代谢产物
一、植物组织培养生产次生代谢物质的目的意义 二、植物细胞培养生产次生代谢产物
植物细胞培养及次生产物代谢生产
细胞固定化培养技术按照其支持物不 同可以分为两大类：
包埋式固定化培养系统：支持物多采 用琼脂、琼脂糖、藻酸盐、聚丙烯酰胺等 ；
附着式固定化培养系统：支持物采用 尼龙网、聚氨酯泡沫、中空纤维等材料。
（四）、利用细胞培养生产有用物质
第四章
植物细胞培养及次生产物代谢生产
一、悬浮培养
二、单细胞培养 三、植物细胞的规模化培养及有
用物质生产
一、悬浮培养（cell suspension culture）
悬浮培养是细胞培养的基本方法，是将单个 游离细胞或小细胞团在液体培养基进行培养增殖 的技术。
1、愈伤组织诱导
要求：松散性好，增殖快，再生能力强。其外 观一般是鲜艳的乳白或淡黄色，呈细小颗粒状， 松散易碎。
Circulation through an external loop
旋转式培养系统 一般用于产品中试或某些必需裂解细
胞才能获得目的产物的培养，其优点是控制 精确，处理灵活，缺点是培养体积较小。
②固定化培养系统
这一技术的优点在于： 可以较容易地控制培养系统的理化环境，从而可以研
究特定的代谢途径，并便于调节； 细胞位置的固定使其所处的环境类似于在植物体中所
平板培养中细胞密度和培养基成分是培养成功的关键，而细胞密度 和培养基成分互相依赖（负相关）。
2、看护培养
看护培养（nurse culture）：是由Muir1954年设计的。
操作方法： 在固体培养基上置入一块 活跃生长的愈组织，再在愈 伤组织上放一小片滤纸，待 滤纸湿润后将细胞接种于滤 纸上。当培养细胞长出微小 细胞团以后，将其直接转至 琼脂培养基上让其 迅速生长
植物组织培养技术的发展与应用
植物组织培养技术的发展与应用摘要植物组织培养技术是一种新兴的科研手段，近些年来发展迅速。
本文从植物组织培养的原理、组织培养的方法入手，简单介绍植物组织培养技术的发展与应用。
关键词植物组织培养愈伤组织原生质体1. 植物组织培养的概念、原理、方法及特点1.1 植物组织培养的概念植物组织培养技术（简称组培）是20世纪中叶开始发展，如今已经非常成熟的一种现代科研手段，其概念是：在无菌条件下，将离体的植物器官(根尖、茎尖等)、组织(形成层、花药组织等)、细胞(体细胞、生殖细胞等)、胚胎(成熟或未成熟的胚)、原生质体等在人工配制的培养基上培养，给予适宜的培养条件，诱发其产生愈伤组织或潜伏芽或长成完整的植株的技术。
1.2 植物组织培养的原理植物组织细胞培养的依据是植物细胞“全能性”及植物的“再生作用”。
1902年，德国著名植物学家G·Haberlanelt根据细胞学理论，大胆地提出了高等植物的器官和组织可以不断分割，直到单个细胞，即植物体细胞，在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖，发育成完整植株的潜力的观点。
19世纪30年代，德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺创立了细胞学说，根据这一学说，如果给细胞提供和生物体内一样的条件，每个细胞都应该能够独立生活。
1958年，美国植物学家斯蒂瓦特等人，用胡萝卜韧皮部的细胞进行培养，终于得到了完整植株，并且这一植株能够开花结果，证实了G·Haberlanelt在五十多年前关于细胞全能的预言。
根据植物细胞具有全能性这个理论，近几十年来发展起来的一项无性繁殖的新技术——植物的组织培养技术。
1.3 植物组织培养的方法1.3.1 非试管微组织快繁非试管微组织快繁技术是将外植体（一般要求带一叶一芽）放置在室内外普通沙子培养基上进行培养，利用植物腋芽自然倍增达到快速繁殖的目的。
一般植物7～15天可以生长出根系。
此技术投资低，操作环节少。
1.3.2 试管组织培养试管组织培养是将外植体（即离体组织、器官或细胞）放置在试管等器皿中在无菌的条件下进行组织培养获得试管苗。
《植物组织培养技术的应用》 知识清单
《植物组织培养技术的应用》知识清单一、植物组织培养技术的概念植物组织培养技术是在无菌条件下，将植物的离体器官、组织、细胞或原生质体等培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，使其长成完整植株的技术。
这一技术的核心在于利用植物细胞的全能性，即每个植物细胞都具有发育成完整植株的潜在能力。
二、植物组织培养技术的基本步骤1、外植体的选择与消毒外植体是指用于培养的植物组织或器官，如茎尖、叶片、根段等。
选择生长健壮、无病虫害的外植体，并进行严格的消毒处理，以防止微生物的污染。
2、培养基的配制培养基包含植物生长所需的各种营养成分，如大量元素、微量元素、有机物、植物激素等。
不同植物和不同培养阶段所需的培养基成分和比例可能不同。
3、接种在无菌操作台上，将消毒后的外植体接种到培养基上，注意操作的规范性，避免带入微生物。
4、培养接种后的培养物放置在适宜的环境中进行培养，包括温度、光照、湿度等条件的控制。
培养过程中要定期观察，及时处理出现的问题。
5、诱导分化与生根通过调整培养基中的激素成分和比例，诱导外植体分化形成芽、根等器官，最终形成完整的植株。
6、炼苗与移栽当组培苗生长到一定阶段，需要进行炼苗，使其逐渐适应外界环境，然后移栽到土壤中。
三、植物组织培养技术的应用领域1、快速繁殖优良品种对于一些繁殖系数低、难以用种子繁殖或用常规方法繁殖速度慢的植物，如兰花、名贵花卉等，组织培养技术可以快速大量地繁殖优良种苗，满足市场需求。
2、脱毒苗的培育许多植物在长期的无性繁殖过程中容易感染病毒，导致产量降低、品质变差。
通过组织培养技术，可以选取未感染病毒的茎尖等部位进行培养，获得无病毒植株，提高农作物和花卉的产量和质量。
3、新品种的培育利用组织培养过程中的变异，结合人工选择和诱变等手段，可以培育出新的品种。
例如，通过花粉培养可以获得单倍体植株，然后经过加倍处理得到纯合二倍体，加快育种进程。
4、植物次生代谢产物的生产一些植物产生的次生代谢产物具有重要的药用价值或工业用途，如紫杉醇、人参皂苷等。
浅谈植物组织培养技术及应用
浅谈植物组织培养技术及应用作者：那倩等来源：《广东蚕业》 2021年第5期DOI：10.3969/j.issn.2095-1205.2021.05.11那倩韩琳（沈阳工学院辽宁抚顺 113122）作者简介：那倩（1998- ），女，锡伯族，辽宁丹东人，本科在读，研究方向为植物保护。
通讯作者：韩琳（1986- ），女，汉族，辽宁抚顺人，博士在读，讲师，研究方向为温室环境及设施作物栽培。
摘要植物组织培养技术以植物细胞全能性为基础，在无菌条件下，利用离体组织器官，如植物根、茎、花、叶和果实等，培育出一系列的可育后代。
利用此技术，可以生产出大量的优良品种来提高原品种的质量。
文章对植物组织培养技术在育种、中药上的应用进行了分析，指出了存在的问题。
关键词植物组织培养；应用；育种；问题中图分类号:Q943.1 文献标识码:A 文章编号:2095-1205(2021)05-23-02组织培养技术是现代高技术之中最重要的、最活跃的技术之一，它不仅是农业持续发展的基础，还是应用最广泛的生物技术，被称为农业发展史上的第四次绿色革命，对解决经济社会发展面临的人口增长、农业资源等重大问题，具有重要的战略意义。
1 植物组织培养技术植物组织培养技术渐渐进入人们的视野，通过不断开发探索，一些新的技术和方法的提出，为组织培养的发展奠定了基础，给技术优化也提供了上升的空间。
植物组织培养技术已应用于农业生产育种上，让许多传统方法上的难题都得到了解决，与其他技术相结合产生了很大的市场空间和经济的提升。
通过该技术还能解决中药材紧缺、作物育种、生物合成等问题，推动我国资源的可持续发展[1]。
1.1 植物组织培养技术的定义植物组织培养技术是指，在无菌操作条件下，将体外器官（如原生质体、茎段、茎）的组织和细胞或是植物器官放置在一个合适的培养环境，连续培养获得相关细胞的技术手段。
1.2 植物组织培养条件首先为避免微生物入侵，愈伤组织的培养环境必须是无菌的，并且要保证幼芽和茎尖、新的叶原基生长点的嫩尖，不受病毒感染。
植物组织培养在生产次级代谢产物中的应用
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
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
植物组织培养在生产次级代谢产物中的应用在培养过程中影响产量的因素11应用实例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油料小豆落油春黄菊油食品添加剂生姜香子兰调味剂胡椒留兰香等饮料咖啡可可等树胶阿拉伯胶等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
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 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 一定分化程度的大颗粒，再进行悬浮培养.
植物组织细胞培养技术生产次生代谢产物的应用
重庆文理学院植物组织细胞培养技术生产次生代谢产物的应用摘要：植物组织细胞培养是现代生物技术应用最重要的一个方面，它是一个应用广泛和快速发展的技术。
植物组织细胞培养技术已应用于植物次生代谢产物的生产，并取得很大成效。
本文讲述组织细胞培养技术在药物、食品、化妆品等方面的次生代谢产物生产的一些应用，以及总结了现在主要植物组织培养技术、植物组织培养技术在实践中的应用。
关键词：次生代谢产物细胞培养代谢产物植物的次生代谢产生的活性物质成分已被人类广泛应用，主要集中在研究制药(如如抗癌药物紫杉醇、疗伤药物紫草宁、保健药物人参皂甙等)、食品添加剂(如生姜、香子兰等)、调味剂(如胡椒、留兰香等)、食用色素(如花青素等)、油料(如如豆寇油、春黄菊油等)、饮料(如咖啡、可可等)、树胶(如阿拉伯胶等)、化妆品、生物杀虫剂和农用化学品等方面。
尽管有些植物次生代谢物质并不是很多，但它们与人类健康密切相关，已成为当前生物领域研究关注的重点。
因此许多植物代谢产物以组织细胞培养技术的方法开发利用，进行大规模生产，使植物次生代谢物质产量和活性提高。
1 植物组织培养技术在实践中的应用[1]21世纪是生物技术迅速发展的世纪，而植物组织培养技术是生物技术中的重要内容，可以用于：1.1植物育种已被越来越广泛的用于扦插难生根植物、引种材料少的植物。
除常规的用器官进行培养，也可以用花药进行花粉单倍体植株育种，这种方法技术简单，对一些植物种来说易于诱导未成熟花粉的分裂，可以进行大群体研究，可以迅速而大量的产生单倍体，具有迅速纯合、选择效率高、排除杂种优势干扰、突变体筛选、消除致死基因等优点。
1.2用于脱毒和离体快繁获得脱除病毒的材料和用于植物材料快速繁殖这方面是目前植物细胞组织培养应用最多最有效的一方面. 世界上受病毒危害的植物很多，而园艺植物受病毒危害更为严重，当植物被病毒侵染后，常常造成生长迟缓、品质变劣、产量大幅度降低等危害，目前，已经在马铃薯、甘薯、草莓、大蒜、苹果、香蕉等多种作物上大规模应用;离体培养的优点就是快速，而且材料来源单一，遗传背景一致，不受季节和地区的限制，重复性好，所以离体快速繁殖已经广泛应用于果树，中药材等的栽培。
植物组织培养的应用原理
植物组织培养的应用原理1. 引言植物组织培养是一种利用无菌条件下体外培养植物组织的技术。
通过控制培养基、生长调节剂和环境条件等因素，可以实现植物的无性繁殖、体细胞胚胎发育以及次生物质的产生等应用。
本文将重点介绍植物组织培养的应用原理。
2. 应用原理植物组织培养的应用原理主要涉及以下几个方面：2.1. 培养基的配置培养基的配置是植物组织培养的重要环节。
培养基通常包括盐类、糖类、维生素、激素以及其他添加剂。
其中，盐类提供植物所需的无机元素，糖类提供能量来源，维生素为植物提供生长所需的有机物质，激素用于调节植物的生长和发育。
通过合理的调配，可以满足植物组织培养的需求。
2.2. 生长调节剂的使用生长调节剂是植物组织培养中的关键因素，可以调控植物的生长和发育。
常用的生长调节剂包括激素类和生长抑制剂。
激素类可以促进植物的细胞分裂和分化，从而实现植物的增殖和再生；而生长抑制剂则可以抑制植物的生长，用于调控植物的大小和形态。
2.3. 无菌培养条件的建立植物组织培养需要在无菌条件下进行，以避免外源性微生物的污染。
通过在培养器中建立严格的无菌环境，包括使用无菌操作台、灭菌培养器等工具和设备，可以确保培养物的干净和纯度。
2.4. 培养环境的控制培养环境的控制对植物组织培养也至关重要。
温度、光照和湿度等环境因素对植物的生长和发育有着直接影响。
通过调节这些环境因素，可以提高植物的生长速度和组织发生。
3. 植物组织培养的应用植物组织培养的应用广泛，主要包括以下几个方面：3.1. 繁殖和筛选优良品种通过植物组织培养技术，可以大量繁殖和筛选出优良的植物品种。
利用无性繁殖的方式，可以迅速繁殖出大量植株，并保持其遗传特征的稳定性。
3.2. 物质代谢研究植物组织培养还可以被用于研究植物的物质代谢。
通过对不同培养基和添加物的组合进行试验，可以研究植物的生长和代谢规律，从而为农业生产提供理论依据。
3.3. 植物基因工程植物组织培养是植物基因工程的基础技术之一。
植物细胞培养的应用
从植物细胞培养获得香料
自然的香料是多种混合物的混合，在烘烤的 咖啡豆中有500多种被鉴定，在苹果中有200多种。 自然地香料易受食品保存过程的影响例如消毒、 杀菌、冷冻等。 一些香料被酶或化学反应改变， 通常储存较长时间香味会渐渐消失，正是因为这 样在19世纪末人们就开始寻找它们的替代品。人 造香料过去常常从煤或油的衍生物中被提取加工， 并且加入非常低的浓度，现在的形势是或者生产 与自然分子完全相同的合成分子，或者应用植物 细胞工程技术，来自细胞工程的香料。
组织培养中得到的食物添加剂
• 用组织培养技术合成的代谢产物作为食品添加剂的原因不 是因为化学合成困难或者不可能合成，而是较加工产品消 费者更容易接受天然产品。通过加强或改善食品的味道、 颜色，食品添加剂使得其成为人们可接受的，吸引人的食 物。特别考虑到了食品的质地、味道和气味，食品工艺尝 试去顺应这些准则。 • 20世纪50年代以来，国际和网络的权威人士对许多食品 添加剂长期使用的安全性及耗损量提出质疑。同时，消费 者协会也将食品添加剂列入关注的范围，已经开始提出将 用来自植物组织的天然添加物或通过植物细胞培养合成添 加物代替化学的或人工合成的添加物。通过植物细胞培养 可获得的最有价值的食品添加剂是食品着色剂（花青素和 红色素），香味剂（藏红花粉和香草香精），甜味剂（甜 菊糖苷），刺激性食品添加剂（辣椒素受体）和抗菌食品 防腐剂。
加色素的使用在20世纪70年代受到消费者协会的 强烈批判，因为大部分染料都是化学合成生产的并且 与人和天然物质无关，用于生产天然食物色素的生物 技术方法包括培养高等植物细胞。 1． 紫草素化合物例如紫草素及其乙酰化的衍生物和 异丁基紫草素在在紫草根中累积 这种植物的短缺为紫 草根细胞生产紫草化合物的大量培养已成功建立 2． 花青素是导致化和果实许多种鲜亮颜色的大群水 溶性色素，由于四种依赖Ph的形 式，花青素在Ph范 围内改变颜色，在低Ph值呈红色，在Ph>6时变成蓝 色为了赋予软饮料、糖果、果酱和面包配料红色它们 通常在酸性条件在使用。纯花青素价值2000美元/Kg， 但是粗原料（来自果汁和酒厂的葡萄渣和废料）是很 便宜的，许多研究人员描述利用各种植物物种的利用 产花青素细胞生产线作为次生产品生产的模型体系， 由于它的颜色让产品很容易想象直观。
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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
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：
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。
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。
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。
3 在培养过程中影响产量的因素
• • • • • • • 1 2 3 4 5 6 7 外植体的选择 高产细胞系的选育 培养条件 培养技术的选择 前体物的添加 诱导剂的使用 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。
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。 •
2.6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.
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） • 。。。。。
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
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
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）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
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
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