植物细胞工程课件第六章植物细胞次生产物生产
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centrifuge isolation 80rpm
subculture
成功的悬浮细胞培养体系必须满足三个条件：
• 悬浮培养物分散性良好，细胞团较小，一般在 30～50个细胞以下，在实际培养中很少有完全由 单细胞组成的植物细胞悬浮系。
• 均一性好，细胞形状和细胞团大小大致相同。悬 浮系外观为大小均一的小颗粒，培养基清澈透亮， 细胞色泽呈鲜艳的乳白或淡黄色。
6.1.1 次生产物的主要类型
• 按照用途主要分为色素、香精、药物和 酶等；
• 按照分子结构包括生物碱、类黄酮、香 豆素、蒽醌、萜类、甾体、蛋白质和多 肽等化合物。
• 已知的植物次生代谢产物大约有100 000 种， 并且每年大约还有4 000 种新的化合物被发现。
• 植物次生代谢物质中含有许多药用成分，现代 药物中大约有25 %来自于植物。
饥饿法：饥饿也是调整细胞同步化的方法之一。 在一个培养体系中，如果细胞生长的基本成分丧 失，则导致细胞因饥饿而分裂受阻，从而停留在 某一分裂时期，当在培养基中加入所缺乏的成分 或者将饥饿细胞转入完整培养基中继代培养时， 则细胞分裂又可重新恢复。
饥饿导致的细胞分裂受阻常常是使细胞不能合 成DNA，即不能进入S期，或细胞分裂不能进行，即 不能进入M期。因此，通过饥饿法可以获得处于G1和 G2期的同步化细胞。
物质产合物成合的成植在物细细胞胞生，长托停品止类以生后物。碱如类紫合草成 的植宁物的细合胞成等。属于此类型；
植物细胞生长于次生产物积累的相关性（引自Endress R，1994 ）
I组 II组 III组
IV组
培养植物种属
单冠毛菊 玫瑰 曼陀罗属、莨菪属 穿心莲属 巴戟天属
杨属 胡萝卜属
长春花属 烟草属 藜属、商陆属 唐松草属 薯蓣属 白屈菜属 药鼠李
6.2 培养系统的建立
植物细胞的获取
悬浮系的建立与细胞的同步化
6.2.1 植物细胞的获取
• 外植体的选择与预处理 • 从外植体直接分离植物细胞 • 通过愈伤组织诱导获取植物细胞
6.2.1.1 外植体的选择与预处理
一、外植体的选择 • 用于直接分离植物细胞的外植体，必须选
择适当生长期的健康植株，并选择细胞之 间粘连程度较小的植物组织、器官。 • 幼胚、胚轴、子叶是最常使用的外植体。 • 叶片组织是直接分离单细胞的最好材料。
• 色素： 类胡萝卜素：从胡萝卜、单冠毛菊、薄荷、蔷薇、万
寿菊等植物的愈组织中提取。 叶黄素：从胡萝卜、薄荷、蔷薇、万寿菊中提取。
• 生物碱： 麻醉药品：如从颠茄根愈伤组织中提取的莨菪烷、莨
菪碱和从茎愈伤组织中提取东莨菪烷。 降压药：从鸭脚树种子愈伤组织中提取的利血平。
• 甾体： 激素类药品：如性激素、可的松中的核皂甙元和从薯
二、外植体的预处理
（一）消毒处理 （二）其它处理
• 预培养 • 黑暗处理 • 低温或高温处理 • 萎蔫处理 • 抗氧化剂处理 • 高渗透压处理
6.2.1.2 从外植体直接分离植物细胞
• 机械捣碎法
方法：先将叶片等外植体轻轻捣碎，然后通过过滤 和离心分离细胞。
优点：获得的植物细胞没有通过其它物质作用，不 会受到伤害；不需要经过质壁分离，有利于生理和 生化研究。
6.1.3 重要的植物资源
• 在15%的陆地植物中已发现5000多种生物碱，分布 在150多个科中，如：夹竹桃科、罂粟科、茜草科、 茴香科和茄科等。
• 蒽 醌广泛公布于植物界，主要的科有：蓼科、鼠李 科和茜草科等。挥发性石油醌仅在约20个科目的高 等植物中发现，如凤仙花科、毛毡苔科等。
• 树脂主要分布于艾菊属、阿魏属、桉树、 柑橘、茴香属等。
p = （lnx – lnx0）/ t 单位体积的细胞重量测定细胞生长情况。细胞重量采 用鲜重和干重来衡量。一般鲜重只能反应细胞的生长情 况，而干重则在一定程度上反应了细胞质量。鲜重和干 重的测定方法比较简单，只需按一定体积取样，经真空 过滤后称重即可得到鲜重，然后在80 ℃条件下烘干细胞 至恒重即可获得细胞干重。
红豆杉
抗肿瘤
地高辛
毛地黄
强心药
利血平
罗夫木
降血压
长春花碱
长春花
治疗白血病
奎宁碱
金鸡纳
抗疟疾
鱼藤酮
鱼藤
杀虫
没药
颠 茄
胡黄连(玄参科)
毛 曼 陀 罗
莨菪（茄科）
银杏（银杏科） 人参（五加科）
烟草 茄科
罂粟（罂粟科） 宁树(楝科)
吐根 (茜草科)
洋地黄(参科) 叶下珠(大戟科)
萝芙木(夹竹桃科） 芸香（芸香科） 狗牙花（夹竹桃科）
影响悬浮细胞生长的因素：
• 起始愈伤组织的质量 • 接种细胞密度：接种初期的细胞密度过低往往
使延迟期加长，悬浮细胞的起始密度一般在 0.5～2.5×105个细胞/毫升，低于这一密度则 会使细胞生长延迟。 • 培养条件：方式、温度、继代周期
6.2.2.3 细胞同步化
细胞同步化是指同一悬浮培养体系的所有细胞 都同时通过细胞周期的某一特定时期。
1．选择适宜的起始材料
• 首先必须选择能够高效合成目的产物的植物种类。
• 起始培养材料还应考虑器官和组织特异性，通常 选取自然状态下能够积累次生产物部位的细胞，这 样的细胞经过培养以后常常具有合成目的产物的能 力，或比较容易诱导合成目的产物。
2．植物细胞的特性、细胞系的选择
次生代谢物的积累与培养细胞的分化程度之 间存在正相关。
蓣愈伤组织中提取的地奥皂甙元。
6.1.2 次生产物在植物体内的积累特点
• 植物次生代谢的概念是 1891 年 由 Kossel 明 确 提 出的，现代植物生理学 根据代谢活动与细胞生 命活动的关系，将植物 代谢分为初生代谢和次 生代谢。
• 植物初生代谢及其产物是维持细胞生命 活动必需的，初生代谢受阻将直接影响 植物的生长和发育。
• 而次生代谢及其产物一般认为关非细胞 生命活动所必需。
• 次生代谢产物是一类小分子有机化合物，其分 布具有种、属、器官、组织以及发育阶段的特 异性。
• 次生代谢产物虽然是由初生代谢物衍生而来， 但与初生产物相比，产量上更加有限。
• 次生代谢物只能由特定时期的特化细胞合成， 与初生代谢物由全株或整个器官中获得相比起 来，其提取、纯化更加困难。
阿米属 Paul’s红玫瑰
紫草
产物 对数生长后期积累 花色素苷 酚醛 托品类生物碱 内酯、倍半萜类 蒽醌类 快速生长期积累 花色素苷 肉桂酸 与细胞生长平行积累 长春花碱 烟碱 β-花青苷 小檗碱 薯蓣皂甙配基 血根碱 蒽醌 稳定期积累
visnagin 绿原酸
紫草宁
6.3.2 提高细胞次生产物产量的途径
悬浮培养与固体培养比较有三个优点：
• 一是增加培养细胞与培养液的接触面，改善营养 供应；
• 二是在振荡条件下可避免细胞代谢产生的有害物 质在局部积累而对细胞自身产生毒害；
• 三是振荡培养可以适当改善气体的交换。
悬浮系的建立与继代培养
callus 10ml medium/1g
150~250ml flask 120rpm culture transfer 1time/3d
• 乳胶主要分布于木瓜属、大戟属植物中。
• 类固醇广泛分布在单子叶植物中，如：百 合科、石蒜科和薯蓣属，及双子叶植物中， 如：玄参科和茄属。
• 特殊味道和颜色的次生代谢物分布在含精油 类植物：如豆蔻、丁香、柑桔、薄荷，或含 不可挥发性类脂的精油类植物：如红辣椒、 胡荽、香菜、肉豆蔻和芹菜，或含刺激成分 的植物: 如辣椒、生姜、胡椒，或含色素的 植物：如姜黄，或含氨基酸的衍生物的植物： 如洋葱、大蒜、咖啡、可可等。
缺点：由于受到机械的作用，细胞结构会受到一定 的伤害，获得完整的细胞团或细胞数量少，其使用 不普遍。
酶解法
利用果胶酶、纤维素酶等处理，分离出 具有代谢活性的细胞。 注意：该法不仅能降解中胶层，还能软 化细胞壁。必须对细胞给予渗透压保护。
6.2.1.3 通过愈伤组织诱导获取植物细胞
愈伤组织的要求：松散性好、增殖快、再生 能力强。其外观一般是色泽呈鲜艳的乳白或 淡黄色，呈细小颗粒状，疏松易碎。
• 细胞生长迅速，悬浮细胞的生长量一般2～3天甚 至更短时间便可增加一倍。
良好的悬浮细胞系状态
显微镜下细胞系的细胞状态
6.2.2.2 悬浮细胞的生长动态
根据不同培养时间的细胞数变化，或细胞重量变化，即 可构成该培养体系的基本参数。
生长速率（p）一般通过不同时间细胞密度（x）的自 然对数与起始密度（x0）的自然对数之差与培养时间（t） 级代谢物
植物来源
主要用途
紫草宁
紫草
色素、消炎
小檗碱(黄连素)
黄连
消炎，止泻
花青素，花黄素 玫瑰茄，紫苏
食用色素，抗氧化
胡萝卜素
胡萝卜
色素
超氧化歧化酶(SOD)
大蒜
抗氧化、抗辐射、抗衰老
木瓜蛋白酶
番木瓜
消炎，肉质嫩化
人参皂苷
人参
调节免疫功能，保健
类胰岛素
苦瓜
治疗糖尿病
紫杉醇
植物细胞在悬浮培养中的游离性较差，容易团 聚并进入不同程度的分化状态，因此，要达到完全 同步化对于植物细胞培养来讲是十分困难的。
也正是因为同一培养体系的植物细胞通常并不 能处于同一细胞周期，这种差异使悬浮细胞的分裂、 代谢以及生理生化状态等更趋复杂化。
通过一定的理化措施可以使同一体系中的细胞 达到相对同步化。
这愈些而伤现在组象生织说长的明迅培，速养慢、具高速有度生初分长步散、分的分化细化或胞或部悬部分浮分分培分化养化的系的结统组构， 可织中以或，积组细累织胞较团所多块处的，的产才环物能境，积既但累无是较极，多性它的也在次无生形梯产成度物连，。续虽生然产可方 面以却获极得为迅不速利增。长的生物量，但只有在细胞生长的 相对静止期才能积累较多产物。
通过抑制剂获得的同步化细胞基本处于同一 个细胞周期，在除去抑制剂后可以不进行分选直 接培养，用羟基尿处理获得同步化细胞的方法在 小麦、玉米、西芹等植物细胞培养中均有成功应 用。
分选法：通过细胞体积大小分级是直接将处于 相同周期的细胞进行分选，然后将同一状态的细 胞继代培养于同一培养体系中，从而可能保持相 同培养体系中的细胞具有较好的一致性。
细胞工程电子课件
华
中
农 业
第六章
大
学 生
植物细胞次生产物生产
命
科
学
技
术
学
院
主要内容
自然条件下植物次生 代谢产物积累特点
培养系统的建立
培养细胞的次生 代谢及产物积累
植物细胞培养 的应用潜力
6.1 自然条件下植物次生
代谢产物积累特点
• 次生产物的主要类型 • 次生产物在植物体内的积累特点 • 重要的植物资源
6.3 培养细胞的次生代谢及产物积累
• 培养条件下的植物细胞次生产物积累特性 • 提高细胞次生产物产量的途径 • 次生产物生产实例
6.3.1 培养条件下的植物细胞 次生产物积累特性
根据植物细胞生长与产物合成的关系可 分为三大类型:
生长偶联型 植非物产生中物长的合偶长成联春与型花细碱胞的生合长成成、正烟比草。细如胞长的春烟花碱属 合产成物、仅薯在蓣细属胞植生物长中下的降薯时蓣合皂成甙，的细合胞成处等于；指 中数间生型长期或停止生长产物都不合成。蒽醌类
研究显示，当细胞处于氮饥饿时，通常获得G1 期的同步化细胞，当细胞处于磷和碳饥饿时，则获 得G1和G2期的同步化细胞（Chawla，1999）。
抑制剂法：通过一些DNA合成抑制剂处理细胞， 使细胞滞留在DNA合成前期，当解除抑制后，即可 获得处于同一细胞周期－G1期的同步化细胞。
常 用 抑 制 主 要 有 5 － 氟 脱 氧 尿 苷 （ 5flouorodeoxyuridine ， FudR ） 和 羟 基 尿 （hydoxyurea，HU）。
6.2.2 悬浮系的建立与细胞的同步化
• 细胞悬浮培养系统的建立 • 悬浮细胞的生长动态 • 细胞同步化
6.2.2.1 细胞悬浮培养系统的建立
悬浮培养(suspension culture)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 养基中进行培养增殖的技术。
液体状态下便于细胞和营养物质的充分接触和 交换，细胞状态可以相对保持一致，因此有利于在 细胞水平上进行各种遗传操作，生理生化活动的研 究，同时为植物细胞的大规模培养提供了技术基础。
这种方法的优点是操作简单，不影响细胞活 力。精细度较差。
常规细胞分选定方法是采用梯度离心的方法。
流式细胞仪的使用可以大大提高分选效率和 精确程度，但由于仪器的昂贵和操作的复杂性的 限制，这一技术短期内很难普遍使用。
低温处理：冷处理也可以提高培养体系中细 胞同步化的程度。Okamura等曾采用此途径使胡萝 卜悬浮细胞较好的同步化。梅兴国等（2001）采 用6℃低温处理红豆杉细胞也获得较明显得同步化 效果。
subculture
成功的悬浮细胞培养体系必须满足三个条件：
• 悬浮培养物分散性良好，细胞团较小，一般在 30～50个细胞以下，在实际培养中很少有完全由 单细胞组成的植物细胞悬浮系。
• 均一性好，细胞形状和细胞团大小大致相同。悬 浮系外观为大小均一的小颗粒，培养基清澈透亮， 细胞色泽呈鲜艳的乳白或淡黄色。
6.1.1 次生产物的主要类型
• 按照用途主要分为色素、香精、药物和 酶等；
• 按照分子结构包括生物碱、类黄酮、香 豆素、蒽醌、萜类、甾体、蛋白质和多 肽等化合物。
• 已知的植物次生代谢产物大约有100 000 种， 并且每年大约还有4 000 种新的化合物被发现。
• 植物次生代谢物质中含有许多药用成分，现代 药物中大约有25 %来自于植物。
饥饿法：饥饿也是调整细胞同步化的方法之一。 在一个培养体系中，如果细胞生长的基本成分丧 失，则导致细胞因饥饿而分裂受阻，从而停留在 某一分裂时期，当在培养基中加入所缺乏的成分 或者将饥饿细胞转入完整培养基中继代培养时， 则细胞分裂又可重新恢复。
饥饿导致的细胞分裂受阻常常是使细胞不能合 成DNA，即不能进入S期，或细胞分裂不能进行，即 不能进入M期。因此，通过饥饿法可以获得处于G1和 G2期的同步化细胞。
物质产合物成合的成植在物细细胞胞生，长托停品止类以生后物。碱如类紫合草成 的植宁物的细合胞成等。属于此类型；
植物细胞生长于次生产物积累的相关性（引自Endress R，1994 ）
I组 II组 III组
IV组
培养植物种属
单冠毛菊 玫瑰 曼陀罗属、莨菪属 穿心莲属 巴戟天属
杨属 胡萝卜属
长春花属 烟草属 藜属、商陆属 唐松草属 薯蓣属 白屈菜属 药鼠李
6.2 培养系统的建立
植物细胞的获取
悬浮系的建立与细胞的同步化
6.2.1 植物细胞的获取
• 外植体的选择与预处理 • 从外植体直接分离植物细胞 • 通过愈伤组织诱导获取植物细胞
6.2.1.1 外植体的选择与预处理
一、外植体的选择 • 用于直接分离植物细胞的外植体，必须选
择适当生长期的健康植株，并选择细胞之 间粘连程度较小的植物组织、器官。 • 幼胚、胚轴、子叶是最常使用的外植体。 • 叶片组织是直接分离单细胞的最好材料。
• 色素： 类胡萝卜素：从胡萝卜、单冠毛菊、薄荷、蔷薇、万
寿菊等植物的愈组织中提取。 叶黄素：从胡萝卜、薄荷、蔷薇、万寿菊中提取。
• 生物碱： 麻醉药品：如从颠茄根愈伤组织中提取的莨菪烷、莨
菪碱和从茎愈伤组织中提取东莨菪烷。 降压药：从鸭脚树种子愈伤组织中提取的利血平。
• 甾体： 激素类药品：如性激素、可的松中的核皂甙元和从薯
二、外植体的预处理
（一）消毒处理 （二）其它处理
• 预培养 • 黑暗处理 • 低温或高温处理 • 萎蔫处理 • 抗氧化剂处理 • 高渗透压处理
6.2.1.2 从外植体直接分离植物细胞
• 机械捣碎法
方法：先将叶片等外植体轻轻捣碎，然后通过过滤 和离心分离细胞。
优点：获得的植物细胞没有通过其它物质作用，不 会受到伤害；不需要经过质壁分离，有利于生理和 生化研究。
6.1.3 重要的植物资源
• 在15%的陆地植物中已发现5000多种生物碱，分布 在150多个科中，如：夹竹桃科、罂粟科、茜草科、 茴香科和茄科等。
• 蒽 醌广泛公布于植物界，主要的科有：蓼科、鼠李 科和茜草科等。挥发性石油醌仅在约20个科目的高 等植物中发现，如凤仙花科、毛毡苔科等。
• 树脂主要分布于艾菊属、阿魏属、桉树、 柑橘、茴香属等。
p = （lnx – lnx0）/ t 单位体积的细胞重量测定细胞生长情况。细胞重量采 用鲜重和干重来衡量。一般鲜重只能反应细胞的生长情 况，而干重则在一定程度上反应了细胞质量。鲜重和干 重的测定方法比较简单，只需按一定体积取样，经真空 过滤后称重即可得到鲜重，然后在80 ℃条件下烘干细胞 至恒重即可获得细胞干重。
红豆杉
抗肿瘤
地高辛
毛地黄
强心药
利血平
罗夫木
降血压
长春花碱
长春花
治疗白血病
奎宁碱
金鸡纳
抗疟疾
鱼藤酮
鱼藤
杀虫
没药
颠 茄
胡黄连(玄参科)
毛 曼 陀 罗
莨菪（茄科）
银杏（银杏科） 人参（五加科）
烟草 茄科
罂粟（罂粟科） 宁树(楝科)
吐根 (茜草科)
洋地黄(参科) 叶下珠(大戟科)
萝芙木(夹竹桃科） 芸香（芸香科） 狗牙花（夹竹桃科）
影响悬浮细胞生长的因素：
• 起始愈伤组织的质量 • 接种细胞密度：接种初期的细胞密度过低往往
使延迟期加长，悬浮细胞的起始密度一般在 0.5～2.5×105个细胞/毫升，低于这一密度则 会使细胞生长延迟。 • 培养条件：方式、温度、继代周期
6.2.2.3 细胞同步化
细胞同步化是指同一悬浮培养体系的所有细胞 都同时通过细胞周期的某一特定时期。
1．选择适宜的起始材料
• 首先必须选择能够高效合成目的产物的植物种类。
• 起始培养材料还应考虑器官和组织特异性，通常 选取自然状态下能够积累次生产物部位的细胞，这 样的细胞经过培养以后常常具有合成目的产物的能 力，或比较容易诱导合成目的产物。
2．植物细胞的特性、细胞系的选择
次生代谢物的积累与培养细胞的分化程度之 间存在正相关。
蓣愈伤组织中提取的地奥皂甙元。
6.1.2 次生产物在植物体内的积累特点
• 植物次生代谢的概念是 1891 年 由 Kossel 明 确 提 出的，现代植物生理学 根据代谢活动与细胞生 命活动的关系，将植物 代谢分为初生代谢和次 生代谢。
• 植物初生代谢及其产物是维持细胞生命 活动必需的，初生代谢受阻将直接影响 植物的生长和发育。
• 而次生代谢及其产物一般认为关非细胞 生命活动所必需。
• 次生代谢产物是一类小分子有机化合物，其分 布具有种、属、器官、组织以及发育阶段的特 异性。
• 次生代谢产物虽然是由初生代谢物衍生而来， 但与初生产物相比，产量上更加有限。
• 次生代谢物只能由特定时期的特化细胞合成， 与初生代谢物由全株或整个器官中获得相比起 来，其提取、纯化更加困难。
阿米属 Paul’s红玫瑰
紫草
产物 对数生长后期积累 花色素苷 酚醛 托品类生物碱 内酯、倍半萜类 蒽醌类 快速生长期积累 花色素苷 肉桂酸 与细胞生长平行积累 长春花碱 烟碱 β-花青苷 小檗碱 薯蓣皂甙配基 血根碱 蒽醌 稳定期积累
visnagin 绿原酸
紫草宁
6.3.2 提高细胞次生产物产量的途径
悬浮培养与固体培养比较有三个优点：
• 一是增加培养细胞与培养液的接触面，改善营养 供应；
• 二是在振荡条件下可避免细胞代谢产生的有害物 质在局部积累而对细胞自身产生毒害；
• 三是振荡培养可以适当改善气体的交换。
悬浮系的建立与继代培养
callus 10ml medium/1g
150~250ml flask 120rpm culture transfer 1time/3d
• 乳胶主要分布于木瓜属、大戟属植物中。
• 类固醇广泛分布在单子叶植物中，如：百 合科、石蒜科和薯蓣属，及双子叶植物中， 如：玄参科和茄属。
• 特殊味道和颜色的次生代谢物分布在含精油 类植物：如豆蔻、丁香、柑桔、薄荷，或含 不可挥发性类脂的精油类植物：如红辣椒、 胡荽、香菜、肉豆蔻和芹菜，或含刺激成分 的植物: 如辣椒、生姜、胡椒，或含色素的 植物：如姜黄，或含氨基酸的衍生物的植物： 如洋葱、大蒜、咖啡、可可等。
缺点：由于受到机械的作用，细胞结构会受到一定 的伤害，获得完整的细胞团或细胞数量少，其使用 不普遍。
酶解法
利用果胶酶、纤维素酶等处理，分离出 具有代谢活性的细胞。 注意：该法不仅能降解中胶层，还能软 化细胞壁。必须对细胞给予渗透压保护。
6.2.1.3 通过愈伤组织诱导获取植物细胞
愈伤组织的要求：松散性好、增殖快、再生 能力强。其外观一般是色泽呈鲜艳的乳白或 淡黄色，呈细小颗粒状，疏松易碎。
• 细胞生长迅速，悬浮细胞的生长量一般2～3天甚 至更短时间便可增加一倍。
良好的悬浮细胞系状态
显微镜下细胞系的细胞状态
6.2.2.2 悬浮细胞的生长动态
根据不同培养时间的细胞数变化，或细胞重量变化，即 可构成该培养体系的基本参数。
生长速率（p）一般通过不同时间细胞密度（x）的自 然对数与起始密度（x0）的自然对数之差与培养时间（t） 级代谢物
植物来源
主要用途
紫草宁
紫草
色素、消炎
小檗碱(黄连素)
黄连
消炎，止泻
花青素，花黄素 玫瑰茄，紫苏
食用色素，抗氧化
胡萝卜素
胡萝卜
色素
超氧化歧化酶(SOD)
大蒜
抗氧化、抗辐射、抗衰老
木瓜蛋白酶
番木瓜
消炎，肉质嫩化
人参皂苷
人参
调节免疫功能，保健
类胰岛素
苦瓜
治疗糖尿病
紫杉醇
植物细胞在悬浮培养中的游离性较差，容易团 聚并进入不同程度的分化状态，因此，要达到完全 同步化对于植物细胞培养来讲是十分困难的。
也正是因为同一培养体系的植物细胞通常并不 能处于同一细胞周期，这种差异使悬浮细胞的分裂、 代谢以及生理生化状态等更趋复杂化。
通过一定的理化措施可以使同一体系中的细胞 达到相对同步化。
这愈些而伤现在组象生织说长的明迅培，速养慢、具高速有度生初分长步散、分的分化细化或胞或部悬部分浮分分培分化养化的系的结统组构， 可织中以或，积组细累织胞较团所多块处的，的产才环物能境，积既但累无是较极，多性它的也在次无生形梯产成度物连，。续虽生然产可方 面以却获极得为迅不速利增。长的生物量，但只有在细胞生长的 相对静止期才能积累较多产物。
通过抑制剂获得的同步化细胞基本处于同一 个细胞周期，在除去抑制剂后可以不进行分选直 接培养，用羟基尿处理获得同步化细胞的方法在 小麦、玉米、西芹等植物细胞培养中均有成功应 用。
分选法：通过细胞体积大小分级是直接将处于 相同周期的细胞进行分选，然后将同一状态的细 胞继代培养于同一培养体系中，从而可能保持相 同培养体系中的细胞具有较好的一致性。
细胞工程电子课件
华
中
农 业
第六章
大
学 生
植物细胞次生产物生产
命
科
学
技
术
学
院
主要内容
自然条件下植物次生 代谢产物积累特点
培养系统的建立
培养细胞的次生 代谢及产物积累
植物细胞培养 的应用潜力
6.1 自然条件下植物次生
代谢产物积累特点
• 次生产物的主要类型 • 次生产物在植物体内的积累特点 • 重要的植物资源
6.3 培养细胞的次生代谢及产物积累
• 培养条件下的植物细胞次生产物积累特性 • 提高细胞次生产物产量的途径 • 次生产物生产实例
6.3.1 培养条件下的植物细胞 次生产物积累特性
根据植物细胞生长与产物合成的关系可 分为三大类型:
生长偶联型 植非物产生中物长的合偶长成联春与型花细碱胞的生合长成成、正烟比草。细如胞长的春烟花碱属 合产成物、仅薯在蓣细属胞植生物长中下的降薯时蓣合皂成甙，的细合胞成处等于；指 中数间生型长期或停止生长产物都不合成。蒽醌类
研究显示，当细胞处于氮饥饿时，通常获得G1 期的同步化细胞，当细胞处于磷和碳饥饿时，则获 得G1和G2期的同步化细胞（Chawla，1999）。
抑制剂法：通过一些DNA合成抑制剂处理细胞， 使细胞滞留在DNA合成前期，当解除抑制后，即可 获得处于同一细胞周期－G1期的同步化细胞。
常 用 抑 制 主 要 有 5 － 氟 脱 氧 尿 苷 （ 5flouorodeoxyuridine ， FudR ） 和 羟 基 尿 （hydoxyurea，HU）。
6.2.2 悬浮系的建立与细胞的同步化
• 细胞悬浮培养系统的建立 • 悬浮细胞的生长动态 • 细胞同步化
6.2.2.1 细胞悬浮培养系统的建立
悬浮培养(suspension culture)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 养基中进行培养增殖的技术。
液体状态下便于细胞和营养物质的充分接触和 交换，细胞状态可以相对保持一致，因此有利于在 细胞水平上进行各种遗传操作，生理生化活动的研 究，同时为植物细胞的大规模培养提供了技术基础。
这种方法的优点是操作简单，不影响细胞活 力。精细度较差。
常规细胞分选定方法是采用梯度离心的方法。
流式细胞仪的使用可以大大提高分选效率和 精确程度，但由于仪器的昂贵和操作的复杂性的 限制，这一技术短期内很难普遍使用。
低温处理：冷处理也可以提高培养体系中细 胞同步化的程度。Okamura等曾采用此途径使胡萝 卜悬浮细胞较好的同步化。梅兴国等（2001）采 用6℃低温处理红豆杉细胞也获得较明显得同步化 效果。