温州医学院药学院生物技术制药课件第五章 植物细胞工程制药.pptVIP

第一节 概述 1.在无菌和人工控制的条件下，采用植物细胞和组织培养技术培养植物的细胞，组织，器官以获得有药用价值的次生代谢产物。 2.采用植物的遗传操作技术改变植物或植物细胞的原有性状和功能，获得具有优良性状的植株或植物细胞，生产有药用价值的次生代谢产物。 利用组织和细胞培养技术生产药用成分 植物组织及细胞培养过程中，所产生的次生代谢物常存在于细胞内，可以收获细胞进行提取，因所含色素等杂质较少，所以提取过程相对于从原植物中提取要简单一些。 植物培养细胞中有效成分含量高于原植物中的含量 培养周期短，有利于节约成本大规模生产 与哺乳动物细胞培养系统相比，植物表达系统具有耗费极低而生产蛋白复合物量大的潜力， 而且植物表达系统不存在来自动物、细菌或者病毒病原体的污染问题。 植物组织（细胞）培养的次生代谢产物见表5-1 一、植物细胞工程发展简史 1902年，德国Haberlandt提出了细胞全能性学说，并进行了植物叶肉细胞、髓细胞、腺细胞、气孔保卫细胞、表皮细胞的培养试验,奠定了细胞工程的基础。 之后至30年代，建立了基本的植物组织培养技术 50年代期间，组织培养进入新的阶段 培养基的设计 生物反应器 培养动力学等 用于次级代谢产物的 调控研究 80年代后，高速发展时期 分子生物学技术改变植物遗传特性 植物细胞培养技术进行有药用价值的天然产物的工业化生产和直接生产次生代谢产物成为主流 目前，我国处于此方面的领先 二、植物细胞的药用成分 市售中成药的25%来源于植物提取药物或半合成药物 一类为植物后含物，为细胞储液或废弃物，包括生物碱、挥发油和有机酸。 一类为生理活性物质，如酶、维生素、植物激素、植物杀菌素等 三、植物细胞的生物学特性 细胞的全能性: 一个细胞所具有的产生完整生物个体的固有能力。 植物干细胞：植物胚性细胞（embryogenic cells）即合子。 分化的根茎叶中仍保留少数未分化或分化程度不高的细胞（遗留的胚性细胞） 细胞的脱分化（dedifferentiation):特定条件下，分化细胞被诱导，基因活动模式发生变化，改变原有的发育途径，失去原有的分化状态，转变为具分生能力的胚性细胞。 已分化的细胞要表现全能性，首先要脱分化形成分生细胞，然后再分化形成胚胎发育成植株 脱分化条件：创伤和外源激素。 外植体(explant)：植物体上取出的用于培养和分离细胞的组织或器官 愈伤组织：植物的伤口或外植体的伤口长出的细胞团，既是组织，又是脱分化细胞 毛状根(hairy root)：受到发根农杆菌感染后形成的根组织，易于培养，改变了植物的次生代谢。 次生代谢产物：保持植物的抗逆性，抗病性和抗虫性，及担当信号分子。合成途径见表5-2 第二节 植物细胞的培养 植物细胞培养从植物组织培养而来，植物组织培养主要用于形成组织和再生成植株 细胞培养主要生成次生代谢产物 基本技术： 植物材料的准备 培养基制备 培养方法的选择 一、植物细胞的培养特点 植物培养细胞四个生长时期特性 延迟期：细胞数恒定，高RNA含量，高蛋白质合成能力； 加速期：细胞快速生长期。干重恒定，细胞数、DNA和蛋白质浓度增加，有丝分裂活性、RNA含量和蛋白质合成能力减少； 对数期：介于最大生长率和蛋白质合成完全停止期之间。增加细胞鲜重、干重及RNA酶活性，蛋白质合成能力完全减退； 稳定期：细胞数稳定。细胞高液泡化，极度脆弱，高度分化及有机化合物的高浓度。 （1）植物细胞有独特的培养时间及特征：重量的增加在对数期，次生代谢产物在稳定期积累 （2）植物细胞很少单一细胞生长，对数生长后期分泌量蛋白和粘多糖，以非均相集合的细胞团悬浮生长。 （3）植物细胞好气，培养过程中需供气及搅拌，但细胞壁脆弱，抗剪切能力小，传统的搅拌式反应器极易损伤细胞壁 二、植物细胞培养基 植物细胞生长代谢特点： （1）需大量无机盐 （2）需多种维生素和植物生长激素 （3）无机氮源，硝酸盐，铵盐为主。 （4）以蔗糖为碳源 培养基配方见表5-3 常用培养基 MS、N6、B6、LS、RM-1964、H、T、B5、DBMII、米勒、改良怀特、尼许等。 MS培养基是目前应用最多最普遍的培养基。无机盐的浓度较高，能保证组织培养生长所需的矿物营养。并且因为离子浓度高，在配制、贮存、消毒过程中，即使有些成分略有出入，也不致影响培养基中的离子平衡。 B5含有较低的盐离子，这个成分可能对很多培养物的生长有抑制作用。 White的无机盐含量较低，适于生根培养。 KM-8p主要用于原生质体培养，其特点是有机成分较复杂，它包括了几乎所有的单糖和维生素、呼吸代谢中的主要有机酸。 凡是花药培养中常用的培养基，其成分较简单， 且KN03和(NH)2N04含高。 （一）无机盐 大量元素：氮、磷、钾、钙、镁、硫等