细胞工程及其在食品工业中应用.ppt

第三章 细胞工程及其在食品工业中应用 第一节 概述 细胞工程（cell engineering）：以生物细胞或组织为研究对象，利用细胞生物学和分子生物学技术，应用工程学的步骤，按照预定目标和设计有计划地改变细胞的遗传物质并使之增殖，从而生产有用的细胞生物产品或获得新型生物品种的一门综合性技术。 第二节 细胞培养技术 细胞培养（cell culture）：从生物体获得细胞,在体外模拟体内生理环境,使之生存和生长,并维持其结构和功能特性的培养技术。 一、植物细胞培养技术 （一）植物细胞培养的发展简史： 20世纪40年代 J. Bonner报道了银胶菊组织培养能产生橡胶； 20世纪70年代 植物细胞培养生产药用有效成分在工业上获得成功； 20世纪80年代 全世界已经建立了400多种植物的组织和细胞培养，可分离出超过600种代谢产物； 20世纪90年代 全世界有1000多种植物被进行过细胞培养的研究。 植物细胞培养： 指在离体条件下，将愈伤组织或其他易分散的的组织置于液体培养基中，进行振荡培养，得到分散成游离的悬浮细胞，通过传代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。 （二）植物细胞工程理论基础 1 细胞的全能性 细胞的全能性指：即单一的离体细胞在一定的环境条件下能分化成不同细胞组织的乃至整个植株的能力。 动物和植物细胞都可在一定的条件表现出全能性，其中最先发现的是植物细胞的全能性，植物细胞表现全能性要求的条件更容易达到。 但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；即使对于植物细胞而言，细胞全能性也并不意味着任何细胞均可以直接产生植物个体。 2 细胞分化与脱分化 2-1 细胞分化，是指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。 细胞分化也可以说是相同基因型的细胞所具有的各个不同的表现型。 它包括： 时间上的分化：一个细胞在不同的发育阶段上可以有不同的形态结构和功能； 空间上的分化：对于多细胞生物来讲，同一细胞后代，由于所处的环境不同而可以有相异的形态结构和功能。 细胞分化是一个复杂的生物化学过程，它是以内部生理生化变化为基础，同时又受到外界条件的调控。据知，营养物质和激素的种类和配比能深刻影响分化过程，光照则是许多细胞分化的必需条件 2-2 细胞脱分化与组织培养 组织培养(tissue culture) 指通过无菌操作分离出植物体的一部分接种到培养基上，在人工控制条件下(包括温度、湿度、光照等)进行培养的过程。 ?外植体(explant)：通常指被培养的上述植物离体部分。 脱分化：植株上已经分化的细胞或组织离体后在培养条件下逐渐恢复到分生状态的过程。 愈伤组织：细胞脱分化的结果通常是形成愈伤组织（未分化的细胞团）。 已经脱分化的细胞或组织在一定条件下，它们又可以经过胚状体(由体细胞形成的类似合子胚的结构)或愈伤组织再分化出芽和根，从而发育成一个完整的植株，因为在细胞的基因中，除了全套的结构基因外，还有操纵基因，使结构基因不能启动而无法工作。激素则是在一定条件下能打破操纵基因的控制，使结构基因活化。因此，它直接影响和控制细胞的分化。 （三）植物细胞培养基 培养基是指人工配制的含有营养物质供培养物生长分化的介质。通常含有无机营养物质(大量元素和微量元素)、碳源(1%-4%蔗糖)、生长调节剂(2，4-D或NAA、KT或6-BA)以及有机附加物(维生素、甘氨酸)等几类物质组成。 （四）愈伤组织和悬浮细胞培养技术 基本概念： 细胞悬浮培养 愈伤组织 外植体 3个步骤： 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→大量培养细胞或细胞团。 1 步骤 选择细胞株，一般选择次生代谢物含量高的植物种类、品种或某一高产植株，利用外植体诱导出愈伤组织。 将愈伤组织转移到液体培养基中，建立悬浮细胞培养株， 并从中筛选出目标产物产量高、性能优良的无性繁殖系。 扩大培养，即把选出的“种子”接种到通气搅拌罐或进一步放大到几百升至几立方米的生物培养器中。 注意： 由于植物细胞培养的目标产物都属于次级代谢产物，要在细胞生长的后期才开始合成。因此，为了让产物产量高，一般采用二步培养法： 即使用生长培养基使细胞大量增殖，达到了一定的细胞密度，然后再改用适合细胞产物积累的培养基，促进细胞启动 次级代谢途径并提高产物的产量 2 培养条件 （1）物理因素 光：根据植物细胞而定 温度：25 ℃左右 PH值：5～6 （2）化学因素 溶氧：植物细胞悬浮培养是好氧过程，但植物细胞的呼吸率低。选择合适溶氧度 培养基：有机碳源、含氮盐类（有时加入有机氮）、植物激素（IAA和2，4－D等） 3.植物细胞培养的细胞生理特性 在自然状态下，植物之间