次生代谢产物 PPT

植物细胞培养 之次生代谢产物生产
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植物次生代谢产物的概述 研究现状 植物细胞大规模培养生产次生代谢
产物的基本程序 提高次生代谢物生产效率的途径与
方法 应用实例 前景展望
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植物次生代谢产物是指植物中一大类并 非植物生长发育所必需的小分子有机化 合物，其产生和分布通常有种属、器官 组织和生长发育期的特异性。
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pH：培养基的pH值与细胞生长繁殖以及次生 代谢产物的生产关系密切，与培养温度相似， 细胞的生长繁殖与次生代谢产物合成时所需 的pH值通常并不一致，需要在不同的阶段控 制不同的pH值。
电场：膜周电泳学说认为对细胞施加稳定的 电场能够导致膜中带电物质的重新分配，最 终导致原生质体生长和分化效应。
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合适的培养条件
物理因素：
温度：植物细胞培养的最适温度一般为 25℃，但不同的植物种类略有差异，而 且植物细胞生长和次生代谢产物的合成 所需的温度并不一致，因此选择合理的 培养温度并进行相应的调控对于细胞生 长以及产物合成十分关键。
光照：光强、光质和光照时间对细胞的 生长和次生代谢产物的合成都具有一定 的影响。不同的光照情况要根据不同的 植物细胞来设定。
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因此充分利用基因工程的手段，筛选高 产细胞系，深入研究特定代谢产物的生 物合成途径，对培养条件进行优化，研 究和开发适合植物细胞培养的生物反应 器是解决这些问题的根本途径。
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提高次生代谢产物生产效 率的途径和方法：
选择合适的外植体 筛选得到高产细胞系（株） 寻求合适的培养条件和培养技术
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植物次生代谢产品的市场潜能
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规模化细胞培养是生产植物次生 产物的理想途径：
保护生态环境 提高生产效率 发展新型生物技术产业
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植物细胞大规模培养生产次 生代谢产物的基本程序：
诱导植物产生旺盛生长的愈伤组织 和悬浮细胞系
筛选高产细胞系 在生物反应器中进行大规模培养 次生代谢产物的提取、纯化和测定
次生产物在植物中的合成与分解过程称 为次生代谢。
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次生代谢过程被认为是植物在长期进化 中对生态环境适应的结果，它在处理植 物与生态环境的关系中充当着重要的角 色。许多植物在受到病原微生物的侵染 后，产生并大量积累次生代谢产物，以 增强自身的免疫力和抵抗力。
植物次生代谢途径是高度分支的途径， 这些途径在植物体内或细胞中并不全部 开放，而是定位于某一器官、组织、细 胞或细胞器中并受到独立的调控。
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李时珍（1593）在《本草纲目》中所开 列的1892种药物绝大多数是植物药物， 目前仍有约25％的法定药品来自植物。 其药物的有效成分均为次生产物。
许多植物次生代谢产物是优良的食品添 加剂和名贵化妆品原料。有些是生物毒 素的主要来源，可以用于杀虫、杀菌， 而对环境和人畜无害，是理想的环保产 品。
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Stages in the development and operation of a plant cell biotechnology process
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次生代谢产物的提取、纯化与测定
细胞培养结束后，根据次生代谢产物分 布的情况，分别收集细胞和培养液，选 用相应的生化分离技术对次生代谢产物 进行分离、纯化，并对所得的次生代谢 产物的含量进行测定，对其活性进行鉴 定。
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植物次生产物种类繁多（据保守估计已超过2 万种），根据分子结构不同大致分为：
酚类化合物－黄酮类 单酚类 醌 类（苯醌、萘醌、蒽醌）
萜类化合物－三萜皂甙 甾体皂甙 单萜、倍半萜、二萜
含氮化合物－生物碱（真生物碱、伪生物碱、 原生物碱） 胺类（伯、仲、叔、季胺） 非蛋白质氨基酸 生氰甙
多炔类、有机酸等
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筛选得到高产细胞系（株）
获得高产株系从选择富含目的产物的植 物品种开始，通过其愈伤组织的诱导， 异质种群的筛选，即从不同的无性繁殖 系中筛选出富含目的产物的品系做种子 细胞。
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筛选植物高产细胞系常用的方法有目视 法、放射免疫法(RIA)、酶联免疫法 (ELISA)、高效液相色谱法(HPLC)等。 目前国外还采用一种突变种筛选法，其 原理是把一些细胞毒性抑制剂如P-氟苯 丙氨酸(PFP)、5-甲基色氨酸、草苷磷、 维生素H等加入到要筛选的细胞培养体 系中，那些耐药性强且经过一段时间培 养生长正常的细胞系就可能是所要求的 高产细胞系。
如果次生代谢产物存在于细胞内，则要 经过细胞破碎，然后再进行提取和分离 纯化。
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植物细胞培养进行有效成分的生产发展 到现在,已经取得令人瞩目的成就。
然而在植物细胞培养过程中普遍存在的 细胞系不稳定、细胞生长缓慢、不耐剪 切力及代谢物产量低等问题又成为其实 现规模化生产的瓶颈。在目前已经研究 过的植物中，仅有 1/5左右种类的培养 物中目的产物的含量接近或超过原植物， 多数情况下培养细胞合成某些次生代谢 物的能力下降甚至消失。
磁场：加速了细胞内的氧化磷酸化过程，从 而促进ATP的合成，最终使得有丝分裂指数 增高。
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迄今为止，人们已从培养的植物细胞中 分离出六百多种次生代谢产物，已使包 括紫草、毛地黄、黄连、彩叶紫苏和人 参在内的多种植物细胞培养达到工业化 生产的规模，并且有的已经生产成商品 投入市场。
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来自于植物体和细胞培养的紫 草宁含量比较
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Examples of enhancement in natural product yield in selected cell lines compare with parent plant material. (After Fowler, 1983)
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不同外植体的愈伤组织诱导能力和诱导 的愈伤组织合成次级代谢产物能力均不 同 ,所以 ,在利用植物细胞悬浮培养生 产次生代谢产物时 ,选择能诱导出疏松 易碎 ,生长快速且具有较高次生代谢产 物合成能力的愈伤组织的外植体是非常 重要的。
如在茜草愈伤组织培养过程中 ,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。