第五章植物细胞工程制药
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? 植物细胞大小不一。植物基本组织细胞体积较大，种子 植物薄壁细胞的直径在20~100微米之间；储藏组织细胞 的直径可达1 mm。苎麻纤维一般为200 mm，有的可达 500 mm以上。最长的细胞是无节乳管，长达数米至数 十米不等。
突变体
? 细胞本身发生遗传变异或应用诱变处理发生 的遗传变异所得的新细胞，即为突变体 （mutant）。
? 由单细胞形成的无性系称为“单细胞无性 系”；如果这种单细胞无性系是从同一组织 分离得到的，并彼此不同时，叫做“单细胞 变异体”。
继代培养
? 由最初的外植体上切下的新增殖的组织，培 养一代称为“第一代培养”。连续多代的培 养即为“继代培养”（subculture），又称 “连续培养”。
细胞培养
? 是指利用单个细胞进行液体或固体培养，诱导 其增殖及分化。
? 其目的是为了得到单细胞无性繁殖系。
分生组织培养（meristem culture）
? 又称生长锥培养，是指在人工培养基上培养茎端分生 组织细胞。分生组织，如茎尖分生组织的部位仅限于 顶端圆锥区，其长度不超过0.1mm。
? 研究表明，通过组织培养技术进行植物的快速繁殖试 验时往往并没有利用这么小的外植体，而是利用较大 的茎尖组织，通常包括1~2个叶原基。
? 离体器官的培养，如茎尖、根尖、叶片、花器官各部 分原基或未成熟的花器官各部分以及未成熟果实的培 养，称为器官培养（organ culture）；
? 未成熟或成熟的胚胎的离体培养，则称为胚胎培养 （embryo culture）。
悬浮培养
? 是指在液体培养基中，能够保持良好分散性 的细胞和小的细胞聚集体的培养。在此培养 条件下组织化水平较低。
第五章 植物细胞工程制药
? 5.1 概述 ? 5.2 植物细胞的形态和生理特性 ? 5.3 植物细胞培养的基本技术 ? 5.4 影响植物次级代谢产物累积的因素 ? 5.5 植物细胞培养的生物反应器 ? 5.6 进展与展望 ? 5.7 植物生物转化与生物制药
5.1 概述
? 高等植物次级代谢产物极其丰富多样，除药用之外， 许多次级代谢产物还是食品、化工和农业化学的重要 原料。
? 人们通过研究，一方面通过化学合成的方法来生产， 另一方面通过植物细胞培养方法来生产。目前已经研 究过的近300种植物细胞培养物可以生产400多种人们 感兴趣的成分。
5.1.1 基本概念
? 植物组织和细胞培养：是指在无菌和人工控制的 营养（培养基）及环境条件（光照、温度等）下， 研究植物的细胞、组织和器官以及控制其生长发 育的技术。
5.1.2 植物细胞培养发展简史
? 19世纪上半叶，Schleiden和Schwann提出了细胞学说； ? 20世纪初，德国著名植物学家Haber landt依据细胞理论，
首次提出了高等植物的器官和组织可以不断分割，直至单 个细胞的观点； ? 20世纪20年代初至30年代，在胚胎培养和器官培养领域中 取得了一些成果。Hanning首次在无机盐溶液及有机营养 成分的培养基上成功地培养了萝卜和辣根菜的胚，观察到 离体胚均能正常发育，同时发现有促进提早萌发成苗的事 实。 ? 自此植物器官与营养需求之间关系研究、原生质体、培养 基以及培养方法的研究获得了高度重视，基因工程技术也 被用于植物次级代谢产物的生产中。
5.2 植物细胞的形态和生理特性
5.2.1 植物细胞的形态
? 植物细胞的形态多种多样，随植物种类、存在部位和功 能的不同而异。
? 游离的或排列疏松的薄壁细胞多呈球形、类圆形和椭圆 形；排列紧密的细胞多呈角形；具有支持作用的细胞， 细胞壁常增厚，呈类圆形、纺锤形等；具有输导作用的 细胞则多呈管状。
? 但习惯上“连续培养”一词多用于不断加入 新的培养基，并连续收集培养物以保持平衡 而进行的长期不转移的悬浮培养。
次级代谢和次级代谢产物
? 人们把除了核酸、核苷、核苷酸、氨基酸、蛋白质及 糖类（这些成分通常称为初级代谢产物）以外，具有 如下特征的成分称为次级代谢产物：①有明显的分类 学区域界限；②其合成需在一定的条件下才能发生； ③缺乏明确的生理功能；④是生命的多余成分。现代 定义：次级代谢作用是特殊蛋白质内源化合物的合成、 代谢及分解作用的综合体现。上述作用的结果导致了 次级代谢产物的产生，如生物碱、黄酮体、萜类、有 机酸、木质素等。
无性繁殖系
? 无性繁殖系（clone）又叫克隆，是指使用母体培养物 反复进行继代培养时，通过同种外植体而获得越来越 多的无性繁殖后代而言，如根无性系、组织无性系、 悬浮培养物无性系等。
? 在上述无性系的培养中，有时其局部的组织无论在结 构、生长速度以及颜色方面都表现出明显的区别，如 继续进行选择培养，则从同一无性系可分离形成二个 或多个不同的系列，该系列称为“无性系的变异体” （clonal variant）。
? 如果培养过程中小植株的发生百度文库径与正常的受精卵发育 方式极为近似时，通常称为胚胎形成（embryogenesis）。
? 当在体细胞或花药培养中培养物是小孢子这样的单倍体 细胞，其所形成的胚胎结构叫做“胚状体”（embryoid， or embryo-like）或“不定胚”（adventitious embryo）。
植物无菌培养技术分类
? 幼苗及较大植株的培养，即为植物培养（plant culture）；
? 从植物各种器官的外植体增殖而形成的愈伤组织的培 养叫做愈伤组织培养（callus culture）；
? 能够保持较好分散性的离体细胞或较小细胞团的液体 培养，称为悬浮培养（suspension culture）；
外植体（explant）
? 是指用于植物组织（细胞）培养的器官或组 织（的切段），植物的各部位如根、茎、叶、 花、果、穗、胚珠、胚乳、花药和花粉等均 可作为外植体进行组织培养。
器官形成（organogenesis）
? 是指在组织培养或悬浮培养物中芽、根或花等器官的分 化与形成。或者在先形成的小根基部迅速形成愈伤组织， 然后再形成芽；或者在不同部位分别形成芽或根之后， 再形成维管组织而将二者连成一个轴，最后形成小植株。
突变体
? 细胞本身发生遗传变异或应用诱变处理发生 的遗传变异所得的新细胞，即为突变体 （mutant）。
? 由单细胞形成的无性系称为“单细胞无性 系”；如果这种单细胞无性系是从同一组织 分离得到的，并彼此不同时，叫做“单细胞 变异体”。
继代培养
? 由最初的外植体上切下的新增殖的组织，培 养一代称为“第一代培养”。连续多代的培 养即为“继代培养”（subculture），又称 “连续培养”。
细胞培养
? 是指利用单个细胞进行液体或固体培养，诱导 其增殖及分化。
? 其目的是为了得到单细胞无性繁殖系。
分生组织培养（meristem culture）
? 又称生长锥培养，是指在人工培养基上培养茎端分生 组织细胞。分生组织，如茎尖分生组织的部位仅限于 顶端圆锥区，其长度不超过0.1mm。
? 研究表明，通过组织培养技术进行植物的快速繁殖试 验时往往并没有利用这么小的外植体，而是利用较大 的茎尖组织，通常包括1~2个叶原基。
? 离体器官的培养，如茎尖、根尖、叶片、花器官各部 分原基或未成熟的花器官各部分以及未成熟果实的培 养，称为器官培养（organ culture）；
? 未成熟或成熟的胚胎的离体培养，则称为胚胎培养 （embryo culture）。
悬浮培养
? 是指在液体培养基中，能够保持良好分散性 的细胞和小的细胞聚集体的培养。在此培养 条件下组织化水平较低。
第五章 植物细胞工程制药
? 5.1 概述 ? 5.2 植物细胞的形态和生理特性 ? 5.3 植物细胞培养的基本技术 ? 5.4 影响植物次级代谢产物累积的因素 ? 5.5 植物细胞培养的生物反应器 ? 5.6 进展与展望 ? 5.7 植物生物转化与生物制药
5.1 概述
? 高等植物次级代谢产物极其丰富多样，除药用之外， 许多次级代谢产物还是食品、化工和农业化学的重要 原料。
? 人们通过研究，一方面通过化学合成的方法来生产， 另一方面通过植物细胞培养方法来生产。目前已经研 究过的近300种植物细胞培养物可以生产400多种人们 感兴趣的成分。
5.1.1 基本概念
? 植物组织和细胞培养：是指在无菌和人工控制的 营养（培养基）及环境条件（光照、温度等）下， 研究植物的细胞、组织和器官以及控制其生长发 育的技术。
5.1.2 植物细胞培养发展简史
? 19世纪上半叶，Schleiden和Schwann提出了细胞学说； ? 20世纪初，德国著名植物学家Haber landt依据细胞理论，
首次提出了高等植物的器官和组织可以不断分割，直至单 个细胞的观点； ? 20世纪20年代初至30年代，在胚胎培养和器官培养领域中 取得了一些成果。Hanning首次在无机盐溶液及有机营养 成分的培养基上成功地培养了萝卜和辣根菜的胚，观察到 离体胚均能正常发育，同时发现有促进提早萌发成苗的事 实。 ? 自此植物器官与营养需求之间关系研究、原生质体、培养 基以及培养方法的研究获得了高度重视，基因工程技术也 被用于植物次级代谢产物的生产中。
5.2 植物细胞的形态和生理特性
5.2.1 植物细胞的形态
? 植物细胞的形态多种多样，随植物种类、存在部位和功 能的不同而异。
? 游离的或排列疏松的薄壁细胞多呈球形、类圆形和椭圆 形；排列紧密的细胞多呈角形；具有支持作用的细胞， 细胞壁常增厚，呈类圆形、纺锤形等；具有输导作用的 细胞则多呈管状。
? 但习惯上“连续培养”一词多用于不断加入 新的培养基，并连续收集培养物以保持平衡 而进行的长期不转移的悬浮培养。
次级代谢和次级代谢产物
? 人们把除了核酸、核苷、核苷酸、氨基酸、蛋白质及 糖类（这些成分通常称为初级代谢产物）以外，具有 如下特征的成分称为次级代谢产物：①有明显的分类 学区域界限；②其合成需在一定的条件下才能发生； ③缺乏明确的生理功能；④是生命的多余成分。现代 定义：次级代谢作用是特殊蛋白质内源化合物的合成、 代谢及分解作用的综合体现。上述作用的结果导致了 次级代谢产物的产生，如生物碱、黄酮体、萜类、有 机酸、木质素等。
无性繁殖系
? 无性繁殖系（clone）又叫克隆，是指使用母体培养物 反复进行继代培养时，通过同种外植体而获得越来越 多的无性繁殖后代而言，如根无性系、组织无性系、 悬浮培养物无性系等。
? 在上述无性系的培养中，有时其局部的组织无论在结 构、生长速度以及颜色方面都表现出明显的区别，如 继续进行选择培养，则从同一无性系可分离形成二个 或多个不同的系列，该系列称为“无性系的变异体” （clonal variant）。
? 如果培养过程中小植株的发生百度文库径与正常的受精卵发育 方式极为近似时，通常称为胚胎形成（embryogenesis）。
? 当在体细胞或花药培养中培养物是小孢子这样的单倍体 细胞，其所形成的胚胎结构叫做“胚状体”（embryoid， or embryo-like）或“不定胚”（adventitious embryo）。
植物无菌培养技术分类
? 幼苗及较大植株的培养，即为植物培养（plant culture）；
? 从植物各种器官的外植体增殖而形成的愈伤组织的培 养叫做愈伤组织培养（callus culture）；
? 能够保持较好分散性的离体细胞或较小细胞团的液体 培养，称为悬浮培养（suspension culture）；
外植体（explant）
? 是指用于植物组织（细胞）培养的器官或组 织（的切段），植物的各部位如根、茎、叶、 花、果、穗、胚珠、胚乳、花药和花粉等均 可作为外植体进行组织培养。
器官形成（organogenesis）
? 是指在组织培养或悬浮培养物中芽、根或花等器官的分 化与形成。或者在先形成的小根基部迅速形成愈伤组织， 然后再形成芽；或者在不同部位分别形成芽或根之后， 再形成维管组织而将二者连成一个轴，最后形成小植株。