生物制药工程：第三章 植物细胞工程123节
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第三章 植物细胞工程 Plant Cell Engineering
第一节 细胞工程的基础知识与基本技术
1. 基础知识
➢ 原核细胞：DNA裸露，生 长迅速，易于操作；但细 胞壁为肽聚糖，表达真核 基因受一定限制。
➢ 真核细胞：接近人类需要 ，但具细胞周期，要同步 化培养；生长慢，植物细 胞和真菌细胞具细胞壁 （ 纤维素和果胶）。
植物细胞的结构特征
细胞壁 cell wall
细胞核
nucleu
s液泡
vacuol
细e胞质 Cytoplas
叶绿体Chloroplast （质膜）
m 洋葱表皮细胞显微结构 植物细胞的亚显微结构
动植物细胞区别
细胞壁、质体、液泡三部分是植物细胞特有的结构，动物细胞没 有。植物细胞是完整的,一个健全的植物细胞通过分化与增殖可发 于成一株完整的植物, 但动物细胞不可以 。
壁。 (4)用70%—75%的酒精擦拭工作台和双手。 (5)用沾有70%—75%酒精的纱布擦拭盛培养基的培养器
皿，放进工作台。 (6)把解剖刀、剪刀、镊子等器械浸泡在95%的酒精中，
再在火焰上消毒，放在器械架上。
(7)在酒精灯火焰附近切割备用的接种材料。 (8)打开瓶口，用火焰烧瓶口，转动瓶口使瓶口各部分都
二、营养成分
3、碳源
碳源物质包括糖类物质、醇类物质和有机酸，以糖 类物质最重要。糖类物质特点： ◆ 具有热易变的性质
◆ 利于吸收和利用 ◆ 使用浓度一般在2%—5% ◆ 提供能源和调节渗透压
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
二、营养成分
4、维生素类
◆ 以各种辅酶的形式存在 ◆ 参与多种代谢活动 ◆ 对生长，分化等有很好的促进作用 ◆ 主要分为脂溶性维生素和水溶性维生素 ◆ 常用维生素有VB1和VB6
国内外公认的高等植物所必需的营养元素有16 （17）种：
C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、 Mn、Cu、Zn、Mo、Cl、（Ni）
在植物中含量差别很大，同一元素在植物不同 时期、不同条件下含量也不同。
根据植物体内含量多少，可把这些元素分为 ※大量营养元素：占干物质重量的 0.1%以上；
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
二、营养成分
硼与蛋白质合成、糖类运输有着密切的关系 铜是某些氧化酶的成分，能够促进离体根的生长 锰参与植物的光合、呼吸代谢 钼参与氮素的代谢 氯是光合作用水光解的活化剂 微量元素的主要作用是作为酶的辅助因子或激活 剂参与代谢的调节。
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
一、所需环境条件
• 与自然条件一样，组织培养中的材料的生长要 受到温度、光照、湿度等各种物理条件，
• 不同气体、培养基的组成、pH值和渗透压等各 种化学条件，
• 以及外植体部位、大小、细胞密度等各种生物 条件等环境条件的影响。
• 如何根据需要来控制培养条件是组织培养中的 一个重要问题。
温度
植物材料一般最适温度在25±2℃之间
光照
最常用的光周期是光照16h，黑暗8h
湿度
环
境
条 件
气体
一般情况下，培养器内相对湿度应达100%， 培养室内环境的相对湿度在70%—80%
氧气是愈伤组织生长所必需的
培养基的渗透压
调节渗透压常常从糖入手
pH值
植物组织培养时培养基的pH值大多在5.0—6.5
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
二、营养成分
C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等9种 ※微量营养元素：占干物质重量的0.1%以下
有的只含0.1mg/kg Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl等7种
按照国际植物生理协会的建议： 所需浓度 > 0.5mmol/L的元素为大量元素 所需浓度 < 0.5mmol/L的元素为微量元素
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
2. 基本操作
2.1 无菌操作概念与技术
无菌室布局、卫生、消毒、超净台
无菌操作 asepsis
实验员消毒 实验室、无 菌台灭菌
实验台 卫生
实验器材 的灭菌
消毒
Βιβλιοθήκη Baidu
无菌接种
培养室 培养
(1)消毒，更换实验服、帽子与鞋子，进入接种室。 (2)打开超净工作台和无菌操作室的紫外灯，照射40min
左右，后关闭。 (3)开启过滤室风机，使无菌风吹拂工作台面和四周的台
S: 是含S氨基酸的蛋白质的组成成分。
Ca: 是构成细胞壁的成分，对细胞分裂，稳定 质膜结构有显著作用，此外，Ca及钙调素在细 胞信号转导中起重要作用。
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
二、营养成分
2、微量元素
在微量元素中，铁的使用最大 ： ◆ 一些氧化酶的组成成分 ◆ 叶绿素形成的必要条件 ◆ 使用乙二胺四乙酸铁（EDTA-Fe）鳌合物防止 铁的沉淀
二、营养成分
1、大量元素
N: 是蛋白质、酶、叶绿素、维生素、核酸、磷脂、 生物碱等的组成成分，在植物生命活动中占有重要的 位置。
P: 是磷脂的主要成分。培养基中常用KH2PO4 NaH2PO4等。
K: 对碳水化合物合成，转移，以及氮素代谢等有密切 关系。
Mg、S、Ca: 是叶绿素的组成成分，又是激酶 的活化剂，对核蛋白体结构具有稳定作用；
烧到。 (9)取下接种器械，在火焰上消毒。 (10)把培养材料放入培养瓶，盖上瓶口。 (11)接种结束后，清理和关闭超净工作台。
第一节 细胞工程的基础知识与基本技术
2. 基本操作
2.1 细胞培养技术
取样 除菌
灭菌 取样
培养
传代 收获
2.3 细胞融合技术
原生质体 融合 筛选 鉴定
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
植物体内至少含有几十种化学元素，其中大部分元素在植物体 内起到一定的生理作用： a、组成各种化合物，参与机体的建造，成为结构物质； b、构成一些特殊的生理活性物质，参与活跃的新陈代谢； c、元素之间相互协调，以维持离子浓度平衡、胶体稳
定、电荷平衡等点化学方面的作用； d、发育方面，特定的元素影响植物的形态发生和组织、器官 建成。
植物细胞全能性
一个细胞所具有的产生完整
指植物的每个细胞都包含
生物个体的固有能力。
着该物种的全部遗传信息，
从而具备发育成完整植株
的遗传能力。在适宜条件
下，任何一个细胞都可以
发育成一个新个体。植物
细胞全能性是植物组织培
养的理论基础。
离体培养之所以能够成功， 首先是由于植物细胞具有 全能性的缘故。
第一节 细胞工程的基础知识与基本技术
第一节 细胞工程的基础知识与基本技术
1. 基础知识
➢ 原核细胞：DNA裸露，生 长迅速，易于操作；但细 胞壁为肽聚糖，表达真核 基因受一定限制。
➢ 真核细胞：接近人类需要 ，但具细胞周期，要同步 化培养；生长慢，植物细 胞和真菌细胞具细胞壁 （ 纤维素和果胶）。
植物细胞的结构特征
细胞壁 cell wall
细胞核
nucleu
s液泡
vacuol
细e胞质 Cytoplas
叶绿体Chloroplast （质膜）
m 洋葱表皮细胞显微结构 植物细胞的亚显微结构
动植物细胞区别
细胞壁、质体、液泡三部分是植物细胞特有的结构，动物细胞没 有。植物细胞是完整的,一个健全的植物细胞通过分化与增殖可发 于成一株完整的植物, 但动物细胞不可以 。
壁。 (4)用70%—75%的酒精擦拭工作台和双手。 (5)用沾有70%—75%酒精的纱布擦拭盛培养基的培养器
皿，放进工作台。 (6)把解剖刀、剪刀、镊子等器械浸泡在95%的酒精中，
再在火焰上消毒，放在器械架上。
(7)在酒精灯火焰附近切割备用的接种材料。 (8)打开瓶口，用火焰烧瓶口，转动瓶口使瓶口各部分都
二、营养成分
3、碳源
碳源物质包括糖类物质、醇类物质和有机酸，以糖 类物质最重要。糖类物质特点： ◆ 具有热易变的性质
◆ 利于吸收和利用 ◆ 使用浓度一般在2%—5% ◆ 提供能源和调节渗透压
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
二、营养成分
4、维生素类
◆ 以各种辅酶的形式存在 ◆ 参与多种代谢活动 ◆ 对生长，分化等有很好的促进作用 ◆ 主要分为脂溶性维生素和水溶性维生素 ◆ 常用维生素有VB1和VB6
国内外公认的高等植物所必需的营养元素有16 （17）种：
C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、 Mn、Cu、Zn、Mo、Cl、（Ni）
在植物中含量差别很大，同一元素在植物不同 时期、不同条件下含量也不同。
根据植物体内含量多少，可把这些元素分为 ※大量营养元素：占干物质重量的 0.1%以上；
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
二、营养成分
硼与蛋白质合成、糖类运输有着密切的关系 铜是某些氧化酶的成分，能够促进离体根的生长 锰参与植物的光合、呼吸代谢 钼参与氮素的代谢 氯是光合作用水光解的活化剂 微量元素的主要作用是作为酶的辅助因子或激活 剂参与代谢的调节。
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
一、所需环境条件
• 与自然条件一样，组织培养中的材料的生长要 受到温度、光照、湿度等各种物理条件，
• 不同气体、培养基的组成、pH值和渗透压等各 种化学条件，
• 以及外植体部位、大小、细胞密度等各种生物 条件等环境条件的影响。
• 如何根据需要来控制培养条件是组织培养中的 一个重要问题。
温度
植物材料一般最适温度在25±2℃之间
光照
最常用的光周期是光照16h，黑暗8h
湿度
环
境
条 件
气体
一般情况下，培养器内相对湿度应达100%， 培养室内环境的相对湿度在70%—80%
氧气是愈伤组织生长所必需的
培养基的渗透压
调节渗透压常常从糖入手
pH值
植物组织培养时培养基的pH值大多在5.0—6.5
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
二、营养成分
C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等9种 ※微量营养元素：占干物质重量的0.1%以下
有的只含0.1mg/kg Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl等7种
按照国际植物生理协会的建议： 所需浓度 > 0.5mmol/L的元素为大量元素 所需浓度 < 0.5mmol/L的元素为微量元素
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
2. 基本操作
2.1 无菌操作概念与技术
无菌室布局、卫生、消毒、超净台
无菌操作 asepsis
实验员消毒 实验室、无 菌台灭菌
实验台 卫生
实验器材 的灭菌
消毒
Βιβλιοθήκη Baidu
无菌接种
培养室 培养
(1)消毒，更换实验服、帽子与鞋子，进入接种室。 (2)打开超净工作台和无菌操作室的紫外灯，照射40min
左右，后关闭。 (3)开启过滤室风机，使无菌风吹拂工作台面和四周的台
S: 是含S氨基酸的蛋白质的组成成分。
Ca: 是构成细胞壁的成分，对细胞分裂，稳定 质膜结构有显著作用，此外，Ca及钙调素在细 胞信号转导中起重要作用。
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
二、营养成分
2、微量元素
在微量元素中，铁的使用最大 ： ◆ 一些氧化酶的组成成分 ◆ 叶绿素形成的必要条件 ◆ 使用乙二胺四乙酸铁（EDTA-Fe）鳌合物防止 铁的沉淀
二、营养成分
1、大量元素
N: 是蛋白质、酶、叶绿素、维生素、核酸、磷脂、 生物碱等的组成成分，在植物生命活动中占有重要的 位置。
P: 是磷脂的主要成分。培养基中常用KH2PO4 NaH2PO4等。
K: 对碳水化合物合成，转移，以及氮素代谢等有密切 关系。
Mg、S、Ca: 是叶绿素的组成成分，又是激酶 的活化剂，对核蛋白体结构具有稳定作用；
烧到。 (9)取下接种器械，在火焰上消毒。 (10)把培养材料放入培养瓶，盖上瓶口。 (11)接种结束后，清理和关闭超净工作台。
第一节 细胞工程的基础知识与基本技术
2. 基本操作
2.1 细胞培养技术
取样 除菌
灭菌 取样
培养
传代 收获
2.3 细胞融合技术
原生质体 融合 筛选 鉴定
第二节 植物细胞工程培养基及培养环境
植物体内至少含有几十种化学元素，其中大部分元素在植物体 内起到一定的生理作用： a、组成各种化合物，参与机体的建造，成为结构物质； b、构成一些特殊的生理活性物质，参与活跃的新陈代谢； c、元素之间相互协调，以维持离子浓度平衡、胶体稳
定、电荷平衡等点化学方面的作用； d、发育方面，特定的元素影响植物的形态发生和组织、器官 建成。
植物细胞全能性
一个细胞所具有的产生完整
指植物的每个细胞都包含
生物个体的固有能力。
着该物种的全部遗传信息，
从而具备发育成完整植株
的遗传能力。在适宜条件
下，任何一个细胞都可以
发育成一个新个体。植物
细胞全能性是植物组织培
养的理论基础。
离体培养之所以能够成功， 首先是由于植物细胞具有 全能性的缘故。
第一节 细胞工程的基础知识与基本技术