第五章植物细胞工程

细胞工程动物细胞工程制药一概述二动物细胞的形态和生理特性三生产动物细胞的要求和获得四动物细胞的培养条件和培养基五动物细胞培养的基本方法六动物细胞大量培养的方法和操作方式七动物细胞生物反应器八动物细胞产品的纯化方法和质量要求九动物细胞产品的制造实例十动物细胞制药的前景与展望植物细胞工程制药一基本概念二植物细胞工程发展简史三植物细胞的形态及生理特性四植物细胞培养的基本技术五影响植物次级代谢产物积累的因素六植物细胞培养的生物反应器七进展与展望第五章植物细胞工程第一节基本概念1.植物细胞的全能性2.植物组织和器官培养3.植物的分化4.脱分化5.再分化6.植物无菌培养7.细胞培养8.分生组织培养9.外植体10.无性繁殖系11.突变体12.继代培养13.次级代谢作用和次级代谢产物植物细胞全能性在离体培养下，植物的体细胞或性细胞被诱导产生器官分化和再生，成为具有与母体植株相同遗传信息的植株的能力。植物细胞全能性的相对性不是所有基因型的所有细胞在任何条件下都具有良好的培养反应；动、植物细胞全能性的表现程度存在明显差异。细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接产生植物个体。植物细胞分化基因的差异性表达，即为细胞分化；具体表现为内部生理变化和外部形态变化。细胞分化使细胞功能趋于专门化，更有利于提高生理功能的效率。因此,分化是进化的表现,越高级的植物类群,分化水平越高,细胞分工越细,机体代谢水平也越高。细胞脱分化（dedifferentiation)是指失去已分化细胞的典型特征，或消除了细胞分工，使之回复到分生组织状态，或胚性细胞状态。细胞脱分化阶段启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡蛋白体出现；演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成原质体；脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞分裂即将开始。一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上所处的位置和生理状态。细胞再分化（redifferentiation)：脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在特定的条件下，重新恢复细胞分化能力，并经历器官发生形成单极性的芽或根，或经历胚胎发生形成双极性的胚状体，进一步发育成完整植物体的过程。极性：是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的梯度差异。在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞极性建立的标志。愈伤组织(callus)：脱分化后的细胞，往往经过细胞分裂形成一团无特定结构和功能的松散的薄壁细胞团。外植体：用于植物组织（细胞）培养的器官或组织。第二节植物细胞工程发展简史（了解）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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一植物细胞的形态植物细胞的亚显微结构（质膜）洋葱表皮细胞显微结构细胞壁细胞核液泡细胞质二植物细胞的结构特征模式植物细胞构造细胞壁胞间层初生壁次生壁后含物原生质体贮藏物质晶体细胞膜细胞质细胞器细胞核模式植物细胞模式植物细胞是由细胞壁、原生质体、后含物三大部分组成质体线粒体液泡内质网核糖体高尔基体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A酶B维生素C植物激素D抗生素和植物杀菌素2其他成分A生物碱B糖苷类C挥发油D有机酸四植物培养细胞的生理特性延迟期：细胞数量不变，核酸及蛋白合成较快加速期：最大生长期，最大细胞浓度对数期：细胞数呈对数增加稳定期：细胞高液泡化，非常脆弱植物组织培养和动物细胞培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养原理培养基性质培养基特有成分培养结果培养目的细胞的全能性细胞增殖固体培养基液体培养基蔗糖植物激素葡萄糖动物血清植物体细胞株、细胞系快速繁殖、培育无病毒植株、制造人工种子获得细胞或细胞分泌蛋白第四节植物细胞培养的基本技术一植物材料的准备二培养基及其组成三培养方法最重要的是无菌。植物组织培养的外植体必须是无杂菌材料。植物组织培养时表面处理的常用灭菌剂（表5-5）不同器官的灭菌方式不同（表5-6）一植物材料的准备1无机盐：大量元素：N,S,P,K,Mg,Ca,Cl,Na微量元素：Fe,Mn,Zn,Cu,Co,Ni等2碳源：糖类，肌醇等直接通过光合作用吸收CO2二培养基及其组成3.植物生长调节物质（1）生长素类:(例）在离体条件下胡萝卜体细胞胚的发育是一个包括两个步骤的过程,每个步骤需要一种不同的培养基。愈伤组织的建立和增殖所需要的是一种含有生长素的培养，通常所用的生长素是2,4-D,浓度范围0.5～1mg/L。在这样一种培养上,愈伤组织的若干部位分化形成分生细胞团,称作“胚性细胞团”。在增殖培养基上反复继代,胚性细胞团的数量不断增加,但并不出现成熟的胚。然而,如果把胚性细胞团转移到一种生长素含量很低或完全没有生长素的培养上,它们就能发育为成熟的胚。另：吲哚乙酸(2)细胞分裂素类:既或促进也可抑制体细胞胚的发生,这主要取决于植物的种类及其基因型。一般而言,细胞分裂素对于促进体细胞胚的成熟有显著作用,特别有利于子叶的发育。另外有研究表明,不同的外植体对于细胞分裂素的需要可能具有不同的专一性,如在胡萝卜的研究中发现,虽然激动素对胚胎发生过程表现抑制作用,但浓度为0.1μM的玉米素却能促进这个过程,而6-BA对胡萝卜则是促进其愈伤组织的增殖,但不形成胚性愈伤组织。植物组织的生长主要取决于生长素和分裂素。4.氮源氮源有还原态氮(NH4+)和氧化态氮(NO3-)两种在以KNO3为唯一氮源(如White培养基)的培养上建立起来的愈伤组织,去掉生长素以后不能形成胚。5.维生素三培养方法按培养基类型分为：固体培养和液体培养1.分批培养法2.半连续培养法3.连续培养法4.固定化培养法植物组织培养技术的流程第五节影响植物次级代谢产物积累的因素一外植体选择二培养条件的影响一外植体选择不同外植体的悬浮细胞培养物，其最大次级代谢产物的累积时间各异。二培养条件的影响1.内在因素（菌种和营养条件）接种和诱导，培养基2.外在因素（环境条件）温度，搅拌，容器，光3.两步法培养影响因子外因内因遗传性状生理状态营养条件环境条件无机盐有机物激素天然复合物渗透压酸碱度湿度温度光照第六节植物细胞培养的生物反应器一机械搅拌式生物反应器二鼓泡塔生物反应器三气升式生物反应器四转鼓式生物反应器五固定化细胞生物反应器六各种生物反应器性能比较第七节进展与展望一诱导子在植物细胞工程研究中的应用二前体饲喂三两相法培养四转基因技术在次级代谢产物中的应用五植物生物转化技术与生物制药