植物细胞培养生产次生代谢产物及其应用前景PPT.ppt

植物细胞培养生产次生代谢产物及其应用前景 1.植物细胞培养 （1）植物细胞培养的简介 （2）植物细胞培养的基本过程 （3）植物细胞培养的特点 （4）植物细胞培养的基本技术 2.植物细胞培养技术生产次生代谢产物的研究历史及现状 3. 生产次生代谢产物的条件调控 （1）高表达细胞系的选择 （2）合适的环境条件 （3）合适培养基的选用 4.植物细胞培养技术生产代谢产物的应用前景 植物细胞培养的简介 植物细胞培养始于本世纪初，并不可争议地具有工业化潜力。目前植物细胞培养生产的化合物很多，包括糖类、酚类、脂类、蛋白质、核酸以及帖类和生物碱等初生和次生代谢产物，植物细胞培养的应用主要包括以下3个方面：有用物质（次生代谢产物）的生产；植物无性系的快速繁殖和遗传突变体的筛选；植物细胞遗传、生理、生化和病毒方面的深入研究。但是由于植物细胞大规模培养技术的局限性使得植物细胞仍难以实现大规模工业化生产，迫切需要进一步研究和发展细胞培养条件的优化控制及其工艺 什么是植物组织培养 植物细胞培养是将离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织。由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化，或者叫做去分化。脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。再分化形成的试管苗，移栽到地里，可以发育成完整的植物体。依据的原理是植物细胞的全能性 . 植物细胞培养的基本过程 植物细胞培养技术的特点 与其它的方法相比，应用植物细胞培养技术生产次生代谢产物爨有以下优点：(1)能够保证产物在一个限定的生产系统中连续、均匀生产，不受病虫害、地理和季节等各种环境因素的影响；(2)可以在生物反应器中进行大规模培养，并通过控制环境条件得到超过整株植物产量的代谢产物；(3)所获得的产物可从培养体系内直接提取，并快速、高效的回收与利用，简化了分离与纯化的步骤；(4)有利于细胞筛选、生物转化，合成新的有效成分[2]。；(5)有利于研究植物的代谢途径，还可以利用某些基因工程手段探索与创造薪的合成路线，得到价值更高的产品；(6)节省大量用于种植原料的农田，以便进行粮食作物的生产。 植物次生代谢物 绿色植物及藻类因为有叶绿素可以通过光合作用将二氧化碳和水转化成糖类。并放出氧气,生成的糖则进一步通过不同途径（如磷酸戊糖途径,糖降解途径,三羧酸循环),产生核酸合成的原料如核糖等,脂类合成的原料如丙二酸单酰辅酶A(malmylCoA)等,并通过固氮反应得到一系列的氨基酸。上述过程因为对维持植物生命活动过程来说是不可缺少的,且几乎存在于所有的绿色植物中,故习惯上称为初生代谢(primarymetabolism)。糖、蛋白质、脂类和核酸等这些对植物有机体生命活动来说是不可缺少的物质,称为初生代谢产物(primarymetabolites) 植物细胞培养技术生产此生代谢产物的发展 1956年ROUTIOR秘NIKZELL首次提出应用植物细胞培养技术商业化生产植物化合物的设想，1967年KAUL和STABA采用多并发酵罐对Ammivisnaga进行了细胞大量培养的研究，并首次用此方法得到了药用成分呋哺色酮，使这一设想变为现实[3]。但是，由于植物细胞培养体系中细胞生长缓慢，目标代谢产物极低(通常不到细胞于重的1％)[4]等特点，再加上植物细胞所特有的生理生化特性还没被人们所认识，人们单纯的模拟培养微生物的条件来培养植物细胞及当时有效成分的分析手段落后等原因，人们并没有看到该技术在生产天然产物方面的潜能。 20世纪70年代以后，该技术有所发展，利用植物细胞工程技术生产一些药用有效成分在工业上获得成功，据20世纪80年代末期的统计，当时全世界有40多种植物的细胞培养工程研究获得成功，部分悬浮细胞培养体系中次生物质的产量达到或超过整体植株的产量，有些药用植物的研究达到中试水平，其中利用紫草悬浮细胞培养生产紫草宁的成功令人瞩目[5]。1984年日本的Mitsui公司利用紫草生产紫草宁规模达到750 L，产物最终浓度达到1400 mg／L。 compliment 20世纪90年代至今，利用植物细胞进行天然产物的生产进入了一个崭新的发展阶段，它与基因工程、快速繁殖形成了新世纪生物技术领域的三大主流[6]。迄今为止，全世界已经有1 000多种植物进行过细胞培养的研究。利用植物细胞培养技术生产的次生代谢产物被人类广泛应用，一些天然成分如紫杉醇、紫草宁、迷迭香酸和人参皂甙等已进入工业化生产阶段。同时探索出了悬浮培养、两相培养、固定化培养、毛状根培养、冠瘿培养、反义技术等先进的培养方法。据1996年报道，国际上通过植物细胞和组织培养的方法进行食品成分商业纯生产最成功者是日本。[3]。下面列出几个利用植物培养技术工业化