植物细胞培养技术

植物细胞培养技术

植物细胞培养技术就是为了某种目的而在细胞水平上对离体植物细胞或原生质体进行的一系列生物工艺学操作。它包括分离、培养、再生以及一系列相关的操作。就有用化合物的生产来说，它主要是指在无菌条件下通过悬浮培养植物细胞生产有用化合物的过程。

理论与技术基础：植物细胞全能性、微生物液体深层发酵系统、遗传工程

意义：

1）不受地理、季节和气候条件的限制；

2）节省土地，降低成本，生产周期短，可大大提高经济效益；

3）可代替整体植株在工厂内连续生产所需产物；

4）可通过添加抑制剂等使生物合成按照人的意志进行；

5）可通过诱变筛选，获得高产细胞株，并且可以进行特定的生物转化获得新的有用物质。

1. 发展与成果例证

2. 培养基组成

3. 培养条件

1. 发展与成果例证

1959年Tu1ecke和Nickell首次采用大体积〔20升〕的硫酸瓶进行了蔷薇(Rosa sp．)茎段的细胞大量培养。

1967年Kaul和Staba采用多升发酵罐对小阿米(Ammi visnaga)进行了细胞大量培养的研究，并从细胞培养物中得到了第一个药用成分呋喃色酮(visnagin)。

1972年，Kato培养烟草细胞以获得尼古丁，最后放大到在20000升的生物反应器上进行分批和连续培养，其生产能力为5．82kg／m3．d。

1983年，***三井石油化学工业公司利用大规模培养紫草细胞生产紫草宁，产物终浓度达1400mg／L；随后，Ushiyama等在20000升生物反应器中成功地进行了100公斤／月的人参愈伤组织培养。

迄今为止，全世界已对近1000余种植物进行过细胞培养方面的研究，生产的天然产物包括药品、香料、色素、食品、化妆品等500多种。许多植物的细胞培养已完成实验室阶段研究，正向工厂中试过渡，有的已完成工厂化生产规模的实验。如人参、紫草、毛地黄、烟草、肉桂、迷迭香、黄芪等。

2. 培养基组成

培养基的组成对植物细胞的生长和代谢物质的生产影响极大。典型的培养基有Murashige-Skoog(MS),Linsmaier-Skoog(LS)，white和B5等四种。

---无机盐类：在无机盐中，磷酸根及氮源(NH4+或N03-)的含量对细胞的生长与物质生产有明显的影响。另外，一些金属离子如Ca2+、Cu2+、Mg2+等的含量往往也有重要影响。---碳源：通常使用2—3％的蔗糖作碳源，也有使用葡萄糖或果糖。使用单糖的优点是方便分析测定，且有助于细胞生长动力学分析。

---植物生长调节物质：植物生长调节物质对植物细胞的生长和代谢物质生产的影响十分大。它可分为两大类：植物生长素类有2，4—D(二氯苯氧基乙酸)、IAA(吲哚基醋酸)、NAA(萘乙酸)等，细胞激动素类有BA(苄基腺凛吟)、动力精和玉米素。

---其他因素：植物细胞培养的影响因素还有培养系统内气相组成(CO2和乙烯含量)、前体物

质、氨基酸、维生素及诱导剂等。

3. 培养条件

---温度：培养温度对植物细胞生长及二次代谢产物生成有重要影响。通常，植物细胞培养采用25℃。

---搅拌：在摇瓶实验中，通常摇床的转速取90—120r／min。

---pH值：通过细胞膜进行的H+离子传递对细胞的生育环境、生理活性来说无疑是重要的。在培养过程中，通常pH作为一个重要参数被控制在一定范围内。植物细胞培养的适宜pH 值一般为5—6。

---通气：通气是细胞液体深层培养重要的物理化学因子。好气培养系统的通气与混合及搅拌是相互关联的。对摇瓶试验，通常500m1的三角瓶内装80—200m1的植物细胞培养液较适宜。当然，气液传质还与瓶塞的材料有关。试验表明，从溶氧速率考虑，以棉花塞最好，微孔硅橡胶塞次之，铝箔塞最差。

---光：光对植物有着特殊的作用。光照射条件不仅通过光照周期、光的质量(即种类、波长)而且通过光照量(光强度)的调节来影响植物细胞的生理特性和培养特性。研究表明，光调节着细胞中的关键酶的活性，有时光能大大促进代谢产物的生成，有时却起着阻害作用。

---细胞龄：在培养过程的不同时期，细胞的生理状况、生长与物质生产能力差异显著。而且，使用不同细胞龄的种细胞，其后代的生长与物质生产状况也会大不一样。通常，使用处于对数生长期后期或稳定期前期的细胞作为接种细胞较合适。

---接种量：在植物细胞培养中，接种量也是一个影响因素。在再次培养中，往往取前次培养液的5—20％作为种液，也以接种细胞湿重为基准，其接种浓度为15—50g(湿细胞)／L。由于接种量对细胞产率及二次代谢物质的生产有一定影响，故应根据不同的培养对象通过试验，确定其最大接种量。