植物细胞工程制药..课件.ppt

1、精品精品精品精品精品精品精品精品精品精品 植物组织和器官培养植物组织和器官培养 植物的分化植物的分化 脱分化脱分化 再分化再分化 植物无菌培养植物无菌培养 细胞培养细胞培养 分生组织培养分生组织培养精品精品 无性繁殖系无性繁殖系 突变体突变体 继代培养继代培养精品精品第三节 植物细胞的形态及生理特性 一、形态一、形态 二、植物细胞的结构特征：二、植物细胞的结构特征：由细胞壁和原生质体组成由细胞壁和原生质体组成 具有细胞壁、液泡和质体具有细胞壁、液泡和质体 初生细胞壁和次生细胞壁初生细胞壁和次生细胞壁精品 三、植物细胞的主要生理活性物质及其化三、植物细胞的主要生理活性物质及其化学成分学成分 1.

2、生理活性物质：酶类；维生素；植物激素；生理活性物质：酶类；维生素；植物激素；抗生素和植物杀菌素抗生素和植物杀菌素 2.其他成分：生物碱；糖苷类；挥发油；有其他成分：生物碱；糖苷类；挥发油；有机酸机酸精品四、植物培养细胞的生理特性精品精品第四节 植物细胞的培养方法 原生质体培养与单倍体培养原生质体培养与单倍体培养 固体培养与液体培养固体培养与液体培养 悬浮培养与固定化细胞培养悬浮培养与固定化细胞培养 固体培养的优缺点：优点是简便易行、培固体培养的优缺点：优点是简便易行、培养所占空间小养所占空间小 固化剂：琼脂、明胶、淀粉、硅胶等固化剂：琼脂、明胶、淀粉、硅胶等 培养控制：控温、控光、更换新鲜培养

3、基培养控制：控温、控光、更换新鲜培养基精品植物细胞大规模培养系统 1.成批培养法：气生式反应器是最适于植物成批培养法：气生式反应器是最适于植物培养的反应器；两步培养法（及两个生物培养的反应器；两步培养法（及两个生物反应器）反应器）2.半连续培养法半连续培养法 3.连续培养法：二阶段连续培养法连续培养法：二阶段连续培养法 4.固定化培养法：优点固定化培养法：优点精品第五节 影响植物次级代谢产物积累的因素 生物条件生物条件 物理条件物理条件 化学条件化学条件 工业培养条件工业培养条件精品 一、外植体选择：同一化合物在不同外植一、外植体选择：同一化合物在不同外植体的不同生长阶段积累体的不同生长阶段积

4、累 二、培养条件的影响二、培养条件的影响 1.培养环境的内在因素培养环境的内在因素（1）接种和诱导：外植体大小；细胞密度；）接种和诱导：外植体大小；细胞密度；细胞生长率；营养成分；外植体前处理细胞生长率；营养成分；外植体前处理（2）基本培养基组成）基本培养基组成精品磷：低磷有利于次级代谢产物积累，缺乏磷磷：低磷有利于次级代谢产物积累，缺乏磷导致生物量大幅降低。导致生物量大幅降低。氮：主要的氮源氮：主要的氮源NO3-和和NH4+；含氮化合物的；含氮化合物的数量和种类对次级代谢产物的合成有很大影数量和种类对次级代谢产物的合成有很大影响。细胞的生产能力取决于响。细胞的生产能力取决于NH4+和和NO3

5、-之比。之比。铜：次级代谢产物积累的必要元素；可作为铜：次级代谢产物积累的必要元素；可作为非生物诱导子。非生物诱导子。精品（3）碳源：二氧化碳可诱导某些特征反应。）碳源：二氧化碳可诱导某些特征反应。糖是使用最广泛、作用最强的碳源。糖是使用最广泛、作用最强的碳源。糖的作用：延长稳定期；糖的作用：延长稳定期；对内源性生长素合成得抑制；对内源性生长素合成得抑制；增强戊糖磷酸化途径有关酶增强戊糖磷酸化途径有关酶的活性。的活性。精品（4）植物生长调节剂）植物生长调节剂 不同植物激素及其不同组合形式可显著影不同植物激素及其不同组合形式可显著影响代谢产物的产生。响代谢产物的产生。（5）O2和和pH 一般含一

6、般含5CO2的洁净空气和的洁净空气和pH5-6最利于最利于植物细胞生长。氢离子浓度直接影响次级植物细胞生长。氢离子浓度直接影响次级代谢产物的产生。代谢产物的产生。（6）渗出物：次级代谢产物积累在水解酶）渗出物：次级代谢产物积累在水解酶活性增加之前。活性增加之前。精品 2.两步培养法两步培养法 第一步：生长培养基适于细胞生长；第一步：生长培养基适于细胞生长；第二步：生产培养基适于次级代谢产物的第二步：生产培养基适于次级代谢产物的合成。合成。3.培养环境的外部因素培养环境的外部因素（1）温度：培养物中次级代谢产物产生的）温度：培养物中次级代谢产物产生的最佳温度为最佳温度为20-28。精品（2）搅拌

7、频率：次级代谢产物的产率与搅）搅拌频率：次级代谢产物的产率与搅拌速度有关，搅拌速度不宜太快，也不宜拌速度有关，搅拌速度不宜太快，也不宜太慢。太慢。（3）培养容器的影响：培养容器的大小和）培养容器的影响：培养容器的大小和不同搅拌装置可影响次级代谢产物的产生。不同搅拌装置可影响次级代谢产物的产生。（4）光的影响：光照时间长短、光质和光）光的影响：光照时间长短、光质和光的强度对次级代谢产物的积累有影响。植的强度对次级代谢产物的积累有影响。植物激素和光照具有协同或对抗作用。物激素和光照具有协同或对抗作用。精品第六节 植物细胞生物反应器 植物细胞易聚集化，比较脆弱，代谢途径植物细胞易聚集化，比较脆弱，代

8、谢途径和代谢产物累积与细胞生长关系的复杂性，和代谢产物累积与细胞生长关系的复杂性，选择合适的培养方法和反应器影响产物产选择合适的培养方法和反应器影响产物产量。量。细胞培养周期长，次生代谢产物含量相对细胞培养周期长，次生代谢产物含量相对较低，提取困难，生物反应器技术还有待较低，提取困难，生物反应器技术还有待深入。深入。精品精品 一、分类：摇瓶；一、分类：摇瓶；搅拌型生物反应器；搅拌型生物反应器；环流生物反应器和鼓泡塔生物环流生物反应器和鼓泡塔生物反应器。反应器。精品摇瓶精品内部搅拌循环式反应器精品内部搅拌循环式反应器精品外部泵循环式反应器精品压缩空气循环式反应器精品植物细胞生物反应器设计精品二、

9、各种生物反应器二、各种生物反应器 1.机械搅拌式生物反应器机械搅拌式生物反应器 2.鼓泡塔生物反应器鼓泡塔生物反应器 3.气升式生物反应器气升式生物反应器 4.转鼓式生物反应器转鼓式生物反应器 5.固定化细胞生物反应器固定化细胞生物反应器精品三、各种生物反应器性能比较三、各种生物反应器性能比较 不同类型的生物反应器各有其优缺点，而不同类型的生物反应器各有其优缺点，而改进的搅拌式生物反应器和气升式反应器改进的搅拌式生物反应器和气升式反应器可能更适合植物细胞的培养。可能更适合植物细胞的培养。一般来说，悬浮培养的细胞在干重不大于一般来说，悬浮培养的细胞在干重不大于20g/L时，以气升式反应器为宜，而当干重时，以气升式反应器为宜，而当干重超过超过20g/L时，则改进的搅拌式生物反应器时，则改进的搅拌式生物反应器优于其它类型的反应器。优于其它类型的反应器。精品植物细胞培养工业化存在的问题植物细胞培养工业化存在的问题 生长缓慢生长缓慢,通常完成一次生产周期需通常完成一次生产周期需4-5周周 次级代谢物含量低次级代谢物含量低 培养细胞不稳定等培养细胞不稳定等 多数产物积累于胞内多数产物积累于胞内 不耐受剪切力不耐受剪切力 一般的说，只有当次级代谢产物的价格高一般的说，只有当次级代谢产物的价格高于于1000美元美元/kg时，才考虑采用植物细胞培时，才考虑采用植物细胞培养方法。养方法。