第5章_植物细胞工程制药
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《植物细胞工程制药》课件
植物细胞大规模培养的工艺流程
细胞株筛选与保存
从植物中筛选具有药 用价值的细胞株，并 进行低温保存。
细胞培养基制备
根据细胞株生长需求 ，制备适宜的培养基 。
细胞接种与培养
将细胞接种到培养基 中，在适宜条件下进 行培养。
产物提取与纯化
收集培养过程中产生 的药物成分，并进行 提取和纯化。
质量控制与检测
对提取的药物成分进 行质量检测和控制， 确保符合标准。
03
植物细胞大规模培养技术
植物细胞大规模培养的必要性
01
02
03
药物生产
植物细胞大规模培养是生 产药物的重要手段，能够 实现药物的批量生产，降 低生产成本。
保护生态环境
通过植物细胞大规模培养 ，可以减少对野生植物资 源的依赖，保护生态环境 。
生物多样性保护
植物细胞大规模培养有助 于保存和繁殖珍稀、濒危 植物，维护生物多样性。
植物细胞培养的优缺点
植物细胞培养的优点包括
可以快速繁殖优良品种，提高育种效率；可以保存濒危植物资源，保护生态平衡 ；可以通过基因工程手段改良作物品种，提高农作物的产量和品质等。
植物细胞培养的缺点包括
技术难度较大，需要专业的技术人员操作；培养过程中需要消耗大量的营养物质 和能源；培养条件难以完全模拟自然环境，可能导致植株生长不良或变异等。
机遇
随着科技的不断进步，植 物细胞培养技术有望得到 优化，降低生产成本，提 高生物安全性。
研究方向
针对植物细胞培养技术进 行深入研究，探索降低成 本、提高生物安全性的方 法。
植物细胞工程制药的研究方向
研究方向一
研究植物细胞培养的最佳条件， 提高细胞生长和代谢水平。
研究方向二
5 植物细胞工程制药
快速繁殖实现工厂化育苗(特点：繁殖快，性状稳定，整 齐一致，无病虫害，周期短，周年生产。)
（三）植物细胞工程育种 1.利用培养变异，筛选优良突变体 植物离体培养，能够明显提高突变率，并且 会有各种各样的生理和形态突变，如株高、花色、 植株形态、生育期、耐性等。可以从中选择优良 突变体，培育新品种。
1962年Marshing和Skoog在烟草培养中筛选 出至今仍被广泛使用的MS培养基。 1964年，印度科学家Guha 和Maheswari 在曼 陀罗花药培养中首次由花粉诱导得到了单倍体 植株。
3、应用研究阶段（20世纪70年代以后）
1971年，Takebe 等从烟草原生质体得到再生 植株，首次获得原生质体植株再生成功。 1972年，Carlson 等通过两个烟草物种之间原 生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种植株。
植 所采用技术 物 的理论基础 细 胞 工 程 通常采用的
植物细胞的全能性
植物组织培养 植物体细胞杂交
技 术 手 段
二、植物细胞工程的主要应用
（一）种苗脱毒 茎尖培养可以得到无病毒苗木已成为解决病
毒病危害和品种退化问题的一个重要途径。
（二）快速繁殖
许多植物名贵是因为繁殖系数太低，种子结 实率低或者不结种子，而营养繁殖又很慢。利用 组织培养再生植株，进行大量繁殖，可以大大提 高繁殖系数。目前组织培养快速繁殖已在许多植 物上应用， 最早是兰花（60年代）。
（四）离体种质保存 随着地球不断开发、生态环境破坏，种植资 源日趋枯竭，大量有用基因损失。利用组织培养 法，低温保存（－196℃）或试管保存，为保存和 抢救濒临灭绝的生物带来希望。 （五）细胞培养生产有用物质（生物 制品） 利用细胞培养生产次生物质，如药物、色素、 食品添加剂、酶、农药等。有些极其昂贵的生物 制品，如抗癌首选药物--紫杉醇等，可以用大规模 培养植物细胞来直接生产。
（三）植物细胞工程育种 1.利用培养变异，筛选优良突变体 植物离体培养，能够明显提高突变率，并且 会有各种各样的生理和形态突变，如株高、花色、 植株形态、生育期、耐性等。可以从中选择优良 突变体，培育新品种。
1962年Marshing和Skoog在烟草培养中筛选 出至今仍被广泛使用的MS培养基。 1964年，印度科学家Guha 和Maheswari 在曼 陀罗花药培养中首次由花粉诱导得到了单倍体 植株。
3、应用研究阶段（20世纪70年代以后）
1971年，Takebe 等从烟草原生质体得到再生 植株，首次获得原生质体植株再生成功。 1972年，Carlson 等通过两个烟草物种之间原 生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种植株。
植 所采用技术 物 的理论基础 细 胞 工 程 通常采用的
植物细胞的全能性
植物组织培养 植物体细胞杂交
技 术 手 段
二、植物细胞工程的主要应用
（一）种苗脱毒 茎尖培养可以得到无病毒苗木已成为解决病
毒病危害和品种退化问题的一个重要途径。
（二）快速繁殖
许多植物名贵是因为繁殖系数太低，种子结 实率低或者不结种子，而营养繁殖又很慢。利用 组织培养再生植株，进行大量繁殖，可以大大提 高繁殖系数。目前组织培养快速繁殖已在许多植 物上应用， 最早是兰花（60年代）。
（四）离体种质保存 随着地球不断开发、生态环境破坏，种植资 源日趋枯竭，大量有用基因损失。利用组织培养 法，低温保存（－196℃）或试管保存，为保存和 抢救濒临灭绝的生物带来希望。 （五）细胞培养生产有用物质（生物 制品） 利用细胞培养生产次生物质，如药物、色素、 食品添加剂、酶、农药等。有些极其昂贵的生物 制品，如抗癌首选药物--紫杉醇等，可以用大规模 培养植物细胞来直接生产。
植物细胞工程课件第五章细胞融合
单细胞的制备
• 用胰蛋白酶、机械法或二者兼用来分离细 胞，对其进行单层或悬浮培养，获得单个分 散的细胞。
5.3 细胞融合的方法
•自发融合 NaNO3 高pH-高Ca离子
仙台病毒
•诱发融合
PEG
电场
……
5.3.1 生物融合法-----仙台病毒法
• 病毒类是研究得最早的促融剂 • 疱疹病毒、天花病毒、副流感型 病毒、副黏液病毒等致癌、致病 病毒，都能诱导细胞融合
不对称杂种：亲本双方原生质体发生部分融
合，或发生了融合，但融合体在分裂过程中一
方的部分核或质被排斥，因而其体细胞染色体
数目达不到双亲之和。其外部形态呈双亲的中
间型或偏一方形态，一般表现为雄性器官退化，
正常花粉粒极少，育性低。
胞质杂种：携带一个亲本的核和两个亲本的
细胞质。
细胞融合的意义
• 实现远缘遗传重组 植 物
P1
融合液
P2
混合静止1min. P1 P2 加入PEG
选 择
融 合 加入稀释液
稀 释 加入培养基
培 养
洗 涤
洋葱根尖原生质体 （40×）
烟草叶肉原生质体 （40×）
烟草叶肉细胞和洋葱根 尖细胞原生质体融合
烟草叶肉和洋葱根尖细 胞原生质体的异源融合
原生质体的 诱导频率；同时 群体密度 与pH 值相关。
德国生理学家 Johannes Müller 1801-1858
• 毒性大，应用受到限制
• 1958 年 ， 日 本 学 者 冈 田 善 雄 （Okada）发现了HVJ病毒可促
进细胞融合。
• 仙台病毒（HVJ）毒力低，对人
的危害小
日本学者Okada
• 易被紫外线或 β －丙炔内酯所灭 活
• 用胰蛋白酶、机械法或二者兼用来分离细 胞，对其进行单层或悬浮培养，获得单个分 散的细胞。
5.3 细胞融合的方法
•自发融合 NaNO3 高pH-高Ca离子
仙台病毒
•诱发融合
PEG
电场
……
5.3.1 生物融合法-----仙台病毒法
• 病毒类是研究得最早的促融剂 • 疱疹病毒、天花病毒、副流感型 病毒、副黏液病毒等致癌、致病 病毒，都能诱导细胞融合
不对称杂种：亲本双方原生质体发生部分融
合，或发生了融合，但融合体在分裂过程中一
方的部分核或质被排斥，因而其体细胞染色体
数目达不到双亲之和。其外部形态呈双亲的中
间型或偏一方形态，一般表现为雄性器官退化，
正常花粉粒极少，育性低。
胞质杂种：携带一个亲本的核和两个亲本的
细胞质。
细胞融合的意义
• 实现远缘遗传重组 植 物
P1
融合液
P2
混合静止1min. P1 P2 加入PEG
选 择
融 合 加入稀释液
稀 释 加入培养基
培 养
洗 涤
洋葱根尖原生质体 （40×）
烟草叶肉原生质体 （40×）
烟草叶肉细胞和洋葱根 尖细胞原生质体融合
烟草叶肉和洋葱根尖细 胞原生质体的异源融合
原生质体的 诱导频率；同时 群体密度 与pH 值相关。
德国生理学家 Johannes Müller 1801-1858
• 毒性大，应用受到限制
• 1958 年 ， 日 本 学 者 冈 田 善 雄 （Okada）发现了HVJ病毒可促
进细胞融合。
• 仙台病毒（HVJ）毒力低，对人
的危害小
日本学者Okada
• 易被紫外线或 β －丙炔内酯所灭 活
植物细胞工程制药
细 工
药
092408157
Company
LOGO
Contents
1. 细 工 与细 工
药
2.
细 工
药
3 .发展前景
COMPANY LOGO
1.细
工
与细
工
药
– 所谓细胞工程，就是以细胞为单位，按人们的意 所谓细胞工程，就是以细胞为单位， 应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术， 志，应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术， 有目的地进行精心设计，精心操作， 有目的地进行精心设计，精心操作，使细胞的某 些遗传特性发生改变， 些遗传特性发生改变，达到改良或产生新品种的 目的， 目的，以及使细胞增加或重新获得产生某种特定 产物的能力，从而在离体条件下进行大量培养、 产物的能力，从而在离体条件下进行大量培养、 增殖， 增殖，并提取出对人类有用的产品的一门应用科 学和技术。 学和技术。
COMPANY LOGO
它主要由上游工程 包括细胞培养、 （包括细胞培养、细胞遗 传操作和细胞保藏） 传操作和细胞保藏）和下 游工程（ 游工程（即将已转化的细 胞应用到生产实践中用以 生产生物产品的过程） 生产生物产品的过程）两 部分构成。 部分构成。当前细胞工程 所涉及的主要技术领域包 括细胞融合技术、 括细胞融合技术、细胞器 特别是细胞核移植技术、 特别是细胞核移植技术、 染色体改造技术、 染色体改造技术、转基因 动植物技术和细胞大量培 养技术等方面。 养技术等方面。
COMPANY LOGO
• •¦ˆ/ 单 ， 种 。 • 药 功 获 养
药 药
种 ， ，可进 单 参
据 药
细 养 种。 种， ， 罗 养单 药 单
组织 养 工控 组织 养过 现 变 传 ， 养 产 现 。 鸡骨 组织 黄 养 产 种甾 ； 莲内酯A、B、C。
药
092408157
Company
LOGO
Contents
1. 细 工 与细 工
药
2.
细 工
药
3 .发展前景
COMPANY LOGO
1.细
工
与细
工
药
– 所谓细胞工程，就是以细胞为单位，按人们的意 所谓细胞工程，就是以细胞为单位， 应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术， 志，应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术， 有目的地进行精心设计，精心操作， 有目的地进行精心设计，精心操作，使细胞的某 些遗传特性发生改变， 些遗传特性发生改变，达到改良或产生新品种的 目的， 目的，以及使细胞增加或重新获得产生某种特定 产物的能力，从而在离体条件下进行大量培养、 产物的能力，从而在离体条件下进行大量培养、 增殖， 增殖，并提取出对人类有用的产品的一门应用科 学和技术。 学和技术。
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它主要由上游工程 包括细胞培养、 （包括细胞培养、细胞遗 传操作和细胞保藏） 传操作和细胞保藏）和下 游工程（ 游工程（即将已转化的细 胞应用到生产实践中用以 生产生物产品的过程） 生产生物产品的过程）两 部分构成。 部分构成。当前细胞工程 所涉及的主要技术领域包 括细胞融合技术、 括细胞融合技术、细胞器 特别是细胞核移植技术、 特别是细胞核移植技术、 染色体改造技术、 染色体改造技术、转基因 动植物技术和细胞大量培 养技术等方面。 养技术等方面。
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• •¦ˆ/ 单 ， 种 。 • 药 功 获 养
药 药
种 ， ，可进 单 参
据 药
细 养 种。 种， ， 罗 养单 药 单
组织 养 工控 组织 养过 现 变 传 ， 养 产 现 。 鸡骨 组织 黄 养 产 种甾 ； 莲内酯A、B、C。
植物细胞工程制药讲义
大规模培养可能会产生一定的环境负担，需要进一步研究和评估。
04
植物细胞工程制药的挑战与解决方案
技术挑战
细胞培养技术
如何建立高效、稳定的细胞培养 体系，提高细胞生长和产物表达
水平。
基因工程技术
如何利用基因工程技术改良植物细 胞，提高目标产物的产量和纯度。
分离纯化技术
如何优化分离纯化工艺，降低副产 物和杂质的含量，提高目标产物的 纯度。
生产效率高
大规模培养可以快速获得大量细胞和 产物。
植物细胞大规模培养的优缺点
• 安全性高：在封闭的生物反应器中进行培养，可以减少污 染和交叉感染的风险。
植物细胞大规模培养的优缺点
技术难度大
植物细胞大规模培养需要较高的技术水平和经验。
成本较高
需要投入大量的资金和人力进行技术研发和设备购置。
对环境的影响尚不明确
植物细胞工程制药讲义
• 植物细胞工程制药概述 • 植物细胞培养技术 • 植物细胞大规模培养技术 • 植物细胞工程制药的挑战与解决方案 • 植物细胞工程制药的未来展望
01
植物细胞工程制药概述
植物细胞工程制药的定义
植物细胞工程制药是指利用植物细胞 工程技术，通过工业化生产流程，提 取或合成具有药理活性的化合物，并 经过加工制成药物的过程。
01
植物细胞大规模培养是生产药物的重要手段，可以满足市场需
求，降低生产成本。
生物多样性保护
02
通过植物细胞大规模培养，可以保护濒危植物物种，维护生物
多样性。
农业可持续发展
03
植物细胞大规模培养有助于提高农业生产效率，促进农业可持
续发展。
植物细胞大规模培养的工艺流程
01
生物制药技术重点归纳
第一章生物技术：（Biotechnology）是人类对生物资源（包括微生物、植物、动物）的利用、改造并为人类服务的技术。
生物技术制药：就是利用基因工程技术、细胞工程技术、微生物工程技术、酶工程技术、蛋白质工程技术、分子生物学技术等来研究和开发药物，用来诊断、治疗和预防疾病的发生。
第二章基因工程技术：基因工程技术又叫基因拼接技术或DNA重组技术。
将重组对象的目的基因插入载体，拼接后转入新的宿主细胞，构建成工程菌；实现遗传物质的重新组合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术。
补料分批培养：补料分批培养是将种子接入发酵反应器中进行培养，经过一段时间，间歇或连续地补加新鲜培养基，使菌体进一步生长的培养方法。
连续培养：连续培养是将种子接入发酵反应器中，搅拌培养至菌体浓度达到一定程度后，开动进料和出料蠕动泵，以一定稀释率进行不间断培养。
透析培养技术：透析培养技术是利用膜的半透性原理使培养物和培养基分离，其主要目的是通过去除培养液中的代谢产物来解除其对生产菌的不利影响。
高密度发酵：是指培养液中菌体的浓度在50gDCW/L以上，目的是降低成本，提高效率。
离子交换层析：是依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。
疏水层析：是利用蛋白质表面的疏水区域和固定相上疏水基团之间的相互作用力差异，对蛋白组分进行分离的层析方法。
亲和层析：是利用固定化配体与目的蛋白质之间非常特异的生物亲和力进行吸附，这种结合既是特异的，又是可逆的，改变条件可以使结合解除。
凝胶过滤层析：是以多孔性凝胶填料为固定相，按分子大小对溶液中各组分进行分离的液相层析方法。
利用基因工程技术生产药物的优点？答：1大量生产过去难以获得的生理活性蛋白和多肽，为临床使用提供有效的保障；2、可以提供足够数量的生理活性物质，以便对其生理、生化和结构进行深入的研究，从而扩大这些物质的应用范围；3、可以发现、挖掘更多的内源性生理活性物质；4、内源生理活性物质在作为药物使用时存在的不足之处，可通过基因工程和蛋白质工程进行改造和去除；5、可获得新型化合物，扩大药物筛选来源。
第5章 植物细胞工程制药
植物细胞培养技术
第一节 概述
一、基本概念 二、植物细胞培养的发展简史 三、植物细胞培养的应用
植物细胞培养技术
一、基本概念
植物细胞工程 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术，在离体条件 下进行培养、繁殖或人为的精细操作，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。
二、植物细胞的营养成分及其培养基 常用的培养基 MS、LS、B5、NT、KM-8P、N6
三、植物细胞培养的类型
培养对象：原生质体和单细胞培养 培养基类型：固体和液体培养 培养方式：悬浮细胞培养和固定化细胞培养
1.植物细胞悬浮培养技术 成批培养法
将培养基一次性加入反应器中，接种、培养一定时 间后收获细胞的操作方式。 最适于植物细胞培养的是气升式反应器。 两步培养法
植物细胞培养技术 三、细胞后含物和生理活性物质 • 生物活性物质
酶类 维生素 植物激素 植物杀菌素
植物细胞培养技术 四、植物细胞培养的特性
植物细胞较大，有纤维素细胞壁，细胞耐拉不 耐扭，抗剪切力差 生长速度缓慢，易被污染，需用抗生素 细胞生长的中期及对数期，多以非均相集合体 的细胞团形式存在，悬浮培养较难 培养时需供氧，培养液粘度大，不能耐受强力 通风和搅拌
三、两相法培养
定义：加入固相或疏水液相，形成两相培养系 统，从而达到收集分泌物的目的
出发点：在细胞外创造一个次级代谢产物的储 存单元。
优点：
v 减轻产物本身对细胞代谢的抑制作用； v 保护产物免受培养基中催化酶或酸对产物的影 响； v 简化了下游处理过程，降低生产成本
两相培养系统满足的条件：
固相或液相对细胞无毒害，不影响细胞生长 和产物合成 产物易被固相吸附或有机相溶解 两相易分离 固相不能吸附培养基中的添加成分
《植物细胞工程制药》课件
02 03
生物制品的安全性和有效性
植物细胞工程制药技术可以确保生物制品的安全性和有效性，通过检测 和鉴定生物制品的成分、纯度、稳定性等方面，确保生物制品的质量和 可靠性。
生物制品的生产效率
植物细胞工程制药技术可以提高生物制品的产量和生产效率，降低生产 成本，为生物制品的生产提供更加经济和可持续的解决方案。
大规模培养技术还有助于解决 植物资源短缺和生态环境保护 等问题，促进可持续发展。
植物细胞大规模培养的方法和技术
01
02
03
悬浮培养
将植物细胞接种在液体培 养基中，通过搅拌或充气 等方式使细胞悬浮在培养 基中生长。
固定化培养
将植物细胞固定在载体上 ，然后将其放入培养基中 进行培养。这种方法有利 于细胞生长和产物积累。
通过酶解将植物组织或细胞分散为单个细胞 ，再进行培养。
组织培养
将植物组织或器官进行培养，可再生为完整 植株。
悬浮细胞培养
将单个细胞悬浮在液体培养基中进行培养， 可实现大规模培养。
微繁殖
利用植物细胞培养技术快速繁殖珍稀、濒危 植物。
植物细胞培养的工艺流程和关键技术参数
工艺流程
细胞选择、酶解分散、细胞悬浮、细胞增殖、诱导分化、植株再生。
植物细胞工程制药在其他领域的应用
食品工业
植物细胞工程制药技术可以用于生产具有特定功能的食品添加剂 、功能性食品等，提高食品的营养价值和保健功能。
环境保护
植物细胞工程制药技术可以用于治理环境污染，通过植物细胞对有 毒有害物质的吸收和降解，实现环境净化。
农业领域
植物细胞工程制药技术可以用于改良农作物品种，提高农作物的抗 逆性和产量，促进农业可持续发展。
04
《植物细胞工程制药》PPT课件
Callus 11
➢ 毛状根(hairy root)：受到发 根农杆菌感染后形成的根组织， 易于培养，改变了植物的次生 代谢。
➢ 次生代谢产物：保持植物的抗 逆性，抗病性和抗虫性，及担 当信号分子。合成途径见表52
整理课件ppt
毛状根
12
第二节 植物细胞的培养
➢ 植物细胞培养从植物组织培养而来，植物组织培 养主要用于形成组织和再生成植株
21
植物培养物的生长取决于生长素和分裂素的比例：
高浓度生长素和低浓度分裂素——刺激细胞分裂 低浓度生长素和高浓度分裂素——刺激细胞生长 ➢ （三）诱导子(elicitor)：
刺激植物细胞合成防御性次生代谢产物的物质, 可以通过改变次生代谢途径中催化酶的酶活力,引 起代谢通量和反应速率的改变, 提高次生代谢产 物的产量。
已分化的细胞要表现全能性，首先要脱分化形成 分生细胞，然后再分化形成胚胎发育成植株
脱分化条件：创伤和外源激素。
整理课件ppt
10
➢ 外植体(explant)：植物体上 取出的用于培养和分离细胞 的组织或器官
➢ 愈伤组织：植物的伤口或外 植体的伤口长出的细胞团， 既是组织，又是脱分化细胞
整理课件ppt
整理课件ppt
30
2.单倍体细胞的培养（花药培养）：指将植物单倍 体细胞培养成单倍体植株或纯和二倍体植株
➢ 一般采取花药作为单倍体细胞的培养对象 ➢ 用花粉在固体培养基上培养
整理课件ppt
31
3.愈伤组织培养 ➢ 愈伤组织既是组织又是细胞，为脱分化细胞，具
再分化的能力，可用于次生代谢物的生产，也可 再生为植株。
➢ 即愈伤组织看护单细胞
整理课件ppt
29
➢ （2）微室培养法：单细胞接种到小室里，密封 培养，观测单细胞的生长发育情况
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第五章 植物细胞工程制药
第一节 基本概念
植物细胞工程：以植物细胞为单位应用细胞生物 学分子生物学的理论和技术，在离体条件下培养、 繁殖和精细操作，使细胞的某些生物学特性按人 们的意愿改变，从而改良品种、加速繁殖或得到 有用的物质的一门科学技术。
基本概念
✓ 1.植物细胞的全能性（Cell Totipotency）：指任何具有完整的细胞核的 活植物细胞，都携带一套完整的基因组（染色体），并具有发育成为完 整植株的潜在能力。
5.细胞培养：形成单细胞无性繁殖系。
✓6.植物无菌培养： ✓（1）幼苗及植株的培养 ✓（2）愈伤组织培养（外植体，细胞聚集体） ✓（3）悬浮培养（单细胞或小细胞团的液体培养） ✓（4）器官培养（organ culture） ✓（5）胚胎培养（embryo culture）
❖ 7.分生组织培养(meristem culture)：生长锥培养,人工 培养基上培养茎端分生组织细胞。如:茎尖0.1mm
✓ 4.植物组织和器官的培养（Plant tissue culture） ：在无菌条件下，将 离体的植物器官（根尖、茎尖、叶、花、果实、种子等）、组织（花 药、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（成熟或 未成熟的胚）、原生质体等培养在人工配制的培养基上，给予人工控 制的培养条件，诱发产生愈伤组织或丛生芽或长成新的完整的植株的 一种实验技术。也叫“离体培养”（Culture in vitro）或“试管培养” （In test-tube culture）。
❖ Ｐ－183～184
细菌和哺乳动物细胞的化学组成百分比
Molecular Composition of Cells
❖ 物质
细菌 哺乳动物
❖水
70
70
❖ 无机盐
1
1
❖ 混合的小分子
❖ 代谢物
3
3
❖ 蛋白质
15
18
❖ 磷脂
2
3
❖ 其它脂
—
2
❖ 多糖
2
2
❖ RNA
6
1.1
❖ DNA
1
0.25
第四节 植物细胞培养的基本技术
1674年，荷兰布商列文虎克(Anton van Leeuwenhoek)自制了高倍显微镜(300倍左右)
第三节 植物细胞的形态及生理特性
一、植物细胞的形态 二、植物细胞的结构特征：细胞壁、液泡、质体 三、植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分 四、植物培养细胞的生理特性
P-181
植 物 细 胞 的 结 构 水 平
❖ 次级代谢作用
❖ 是由特异蛋白质调控产生的内源化合物的合成、代谢及分解作用的综合 过程。
第二节 植物细胞工程发展简史
❖ 19世纪Schleiden和Schwann提出细胞学说 ❖ 20世纪30年代胚胎培养和器官培养 ❖ 20世纪90年代植物细胞培养工程：Phyton公司红豆杉
(Taxus chinensis)细胞培养生产紫杉醇。
✓ 2.植物的分化(differentiation):胚胎分化和器官分化，受精卵－胚－种子 －植株
✓ 3.脱分化(dedifferentiation):一定条件下，原来已经分化,并且具有一定功 能的体细胞(或性细胞)，丧失了原有的结构和功能,又重新恢复了分裂功 能,就叫做植物细胞的脱分化。
✓ 4.再分化(redifferentiation):已脱分化的细胞和组织再次分化发育成为完 整植株。
❖ 2.其他成分（后含物） ❖ （1）生物碱（alkaoid）:罂粟科，茄科 ❖ （2）糖苷类(glycoside):洋地黄毒苷 ❖ （3）挥发油(volatile oil):薄荷油，丁香油 ❖ （4）有机酸(organic acid):苹果酸，柠檬酸，水杨酸
四、植物培养细胞的生理特点
❖ 表5－3 植物细胞与动物细胞、微生物细胞的比较 ❖ 表5－4 植物培养细胞不同生长阶段的持续时间及特征
中机体及其器官形态结构的形成过程。
脱分化
再分化
形态发生
外植体 → 愈伤组织 → 生长点 → 芽、根 → 小植株
次级代谢产物
❖ 1.有明显的分类学区域界限 ❖ 2.其生物合成需要在一定条件下才能发生 ❖ 3.缺乏明确的生理功能 ❖ 4.是生命活动的多余成分 ❖ 主要有：生物碱、黄酮类、萜类、有机酸、木质素、皂苷类、多元酚类
糖原、淀粉和纤维素的结构
三、植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分 1.生理活性物质 （1）酶类（enzyme）:淀粉酶，蛋白酶，脂肪酶 （2）维生素（vitamin）:辅酶 （3）植物激素(phytohormones):调节代谢，影响生理过程，
量微、作用大。 （4）抗生素和植物杀菌素(antibiotic):蒜，葱，萝卜
嘌呤，6－FA）、赤霉素、脱落酸、乙烯
❖ 高浓度生长素、低浓度分裂素刺激细胞分裂；低浓度生长素、高浓度 分裂素刺激细胞生长；过量的赤霉素和酚类化合物能掩盖上述现象。
❖ （4）有机氮源：氨基酸 ❖ （5）维生素：B族VB1，VB6和泛酸，生物素，肌醇
根据无机离子在细胞内的作用分为四大类∶
❖ 8.外植体(explant)：植物组织培养中用来离体无菌培养 的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。 如：根、茎、叶、花、果实、胚珠、花药、花粉等。
❖ 9.愈伤组织(Callus)：外植体产生的一团无序生长的薄 壁细胞。
❖ 10.无性繁殖系(clone)：克隆，同一外植体获得很多无性繁殖后代。 ❖ 11.突变体(mutant)：经诱变处理而变异成新细胞 ❖ 12.继代培养(subculture)：连续多代培养 ❖ 13.初级代谢产物：核酸、蛋白质、糖类 ❖ 形态发生（morphologenesis）：指细胞再生植株的过程或个体发育
菌材料，常用灭菌剂，灭菌时间和顺序
❖ 二、培养基及其组成 ：P-187
❖ 相当于无菌土壤
❖ 三、培养方法： P-190
❖ 二、培养基及其组成
❖ （1）无机盐：大于30mg/L浓度大量元素，小于30mg/L微量元素,辅助 酶的合成。
❖ （2）碳源：甘油，糖类，肌醇 ❖ （3）植物生长调节剂：极低浓度（﹤1µmol/L） ❖ 5种天然激素：生长素（吲哚乙酸，IAA）、分裂素（6－呋喃甲基腺
第一节 基本概念
植物细胞工程：以植物细胞为单位应用细胞生物 学分子生物学的理论和技术，在离体条件下培养、 繁殖和精细操作，使细胞的某些生物学特性按人 们的意愿改变，从而改良品种、加速繁殖或得到 有用的物质的一门科学技术。
基本概念
✓ 1.植物细胞的全能性（Cell Totipotency）：指任何具有完整的细胞核的 活植物细胞，都携带一套完整的基因组（染色体），并具有发育成为完 整植株的潜在能力。
5.细胞培养：形成单细胞无性繁殖系。
✓6.植物无菌培养： ✓（1）幼苗及植株的培养 ✓（2）愈伤组织培养（外植体，细胞聚集体） ✓（3）悬浮培养（单细胞或小细胞团的液体培养） ✓（4）器官培养（organ culture） ✓（5）胚胎培养（embryo culture）
❖ 7.分生组织培养(meristem culture)：生长锥培养,人工 培养基上培养茎端分生组织细胞。如:茎尖0.1mm
✓ 4.植物组织和器官的培养（Plant tissue culture） ：在无菌条件下，将 离体的植物器官（根尖、茎尖、叶、花、果实、种子等）、组织（花 药、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（成熟或 未成熟的胚）、原生质体等培养在人工配制的培养基上，给予人工控 制的培养条件，诱发产生愈伤组织或丛生芽或长成新的完整的植株的 一种实验技术。也叫“离体培养”（Culture in vitro）或“试管培养” （In test-tube culture）。
❖ Ｐ－183～184
细菌和哺乳动物细胞的化学组成百分比
Molecular Composition of Cells
❖ 物质
细菌 哺乳动物
❖水
70
70
❖ 无机盐
1
1
❖ 混合的小分子
❖ 代谢物
3
3
❖ 蛋白质
15
18
❖ 磷脂
2
3
❖ 其它脂
—
2
❖ 多糖
2
2
❖ RNA
6
1.1
❖ DNA
1
0.25
第四节 植物细胞培养的基本技术
1674年，荷兰布商列文虎克(Anton van Leeuwenhoek)自制了高倍显微镜(300倍左右)
第三节 植物细胞的形态及生理特性
一、植物细胞的形态 二、植物细胞的结构特征：细胞壁、液泡、质体 三、植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分 四、植物培养细胞的生理特性
P-181
植 物 细 胞 的 结 构 水 平
❖ 次级代谢作用
❖ 是由特异蛋白质调控产生的内源化合物的合成、代谢及分解作用的综合 过程。
第二节 植物细胞工程发展简史
❖ 19世纪Schleiden和Schwann提出细胞学说 ❖ 20世纪30年代胚胎培养和器官培养 ❖ 20世纪90年代植物细胞培养工程：Phyton公司红豆杉
(Taxus chinensis)细胞培养生产紫杉醇。
✓ 2.植物的分化(differentiation):胚胎分化和器官分化，受精卵－胚－种子 －植株
✓ 3.脱分化(dedifferentiation):一定条件下，原来已经分化,并且具有一定功 能的体细胞(或性细胞)，丧失了原有的结构和功能,又重新恢复了分裂功 能,就叫做植物细胞的脱分化。
✓ 4.再分化(redifferentiation):已脱分化的细胞和组织再次分化发育成为完 整植株。
❖ 2.其他成分（后含物） ❖ （1）生物碱（alkaoid）:罂粟科，茄科 ❖ （2）糖苷类(glycoside):洋地黄毒苷 ❖ （3）挥发油(volatile oil):薄荷油，丁香油 ❖ （4）有机酸(organic acid):苹果酸，柠檬酸，水杨酸
四、植物培养细胞的生理特点
❖ 表5－3 植物细胞与动物细胞、微生物细胞的比较 ❖ 表5－4 植物培养细胞不同生长阶段的持续时间及特征
中机体及其器官形态结构的形成过程。
脱分化
再分化
形态发生
外植体 → 愈伤组织 → 生长点 → 芽、根 → 小植株
次级代谢产物
❖ 1.有明显的分类学区域界限 ❖ 2.其生物合成需要在一定条件下才能发生 ❖ 3.缺乏明确的生理功能 ❖ 4.是生命活动的多余成分 ❖ 主要有：生物碱、黄酮类、萜类、有机酸、木质素、皂苷类、多元酚类
糖原、淀粉和纤维素的结构
三、植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分 1.生理活性物质 （1）酶类（enzyme）:淀粉酶，蛋白酶，脂肪酶 （2）维生素（vitamin）:辅酶 （3）植物激素(phytohormones):调节代谢，影响生理过程，
量微、作用大。 （4）抗生素和植物杀菌素(antibiotic):蒜，葱，萝卜
嘌呤，6－FA）、赤霉素、脱落酸、乙烯
❖ 高浓度生长素、低浓度分裂素刺激细胞分裂；低浓度生长素、高浓度 分裂素刺激细胞生长；过量的赤霉素和酚类化合物能掩盖上述现象。
❖ （4）有机氮源：氨基酸 ❖ （5）维生素：B族VB1，VB6和泛酸，生物素，肌醇
根据无机离子在细胞内的作用分为四大类∶
❖ 8.外植体(explant)：植物组织培养中用来离体无菌培养 的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。 如：根、茎、叶、花、果实、胚珠、花药、花粉等。
❖ 9.愈伤组织(Callus)：外植体产生的一团无序生长的薄 壁细胞。
❖ 10.无性繁殖系(clone)：克隆，同一外植体获得很多无性繁殖后代。 ❖ 11.突变体(mutant)：经诱变处理而变异成新细胞 ❖ 12.继代培养(subculture)：连续多代培养 ❖ 13.初级代谢产物：核酸、蛋白质、糖类 ❖ 形态发生（morphologenesis）：指细胞再生植株的过程或个体发育
菌材料，常用灭菌剂，灭菌时间和顺序
❖ 二、培养基及其组成 ：P-187
❖ 相当于无菌土壤
❖ 三、培养方法： P-190
❖ 二、培养基及其组成
❖ （1）无机盐：大于30mg/L浓度大量元素，小于30mg/L微量元素,辅助 酶的合成。
❖ （2）碳源：甘油，糖类，肌醇 ❖ （3）植物生长调节剂：极低浓度（﹤1µmol/L） ❖ 5种天然激素：生长素（吲哚乙酸，IAA）、分裂素（6－呋喃甲基腺