2次作业

姓名：古丽孜热.曼合木提班级：生技132学号：220131963,植物次生代谢及影响因子,影响植物细胞培养生产次生代谢产物的主要因素？,1.外植体的影响 同一植株不同部位的组织进行培养时，其产物或产物积累量不同。银杏叶来源的愈伤组织黄酮含量为1.5%，茎段来源的愈伤组织为1.0%，而子叶来源的愈伤组织仅为0.3%。Mischenko等3在茜草愈伤组织培养过程中发现，来源于叶柄和茎的愈伤组织蒽醌累积量比来源于茎尖和叶的愈伤组织高。 2.培养基的影响 2.1培养基种类 在细胞培养中，愈伤组织生长和次生代谢物产生的最佳培养基一般是不一致的。钟青平等研究不同培养条件下的栀子愈伤组织生长和栀子黄色素的产生时发现，B5、MG-5基本培养基有利于愈伤组织生长；M-9基本培养基有利于黄色素合成。甘烦远等认为MC培养基对红花愈伤组织生长和生育酚的形成最有效。因此在组织培养时可以采用二步培养法，根据生长及代谢的需要，调整基本培养基。,2.2.2氮源 氮源对次生代谢物的产率有很大影响。陈永勤等报道，培养基中 NO3-浓度高有利于愈伤组织的生长，NH4+浓度高抑制愈伤组织生长.2.2.3无机离子 汤飞宇等发现无机离子能有效提高西洋参细胞的生长速度和皂甙产量，当MS培养基MgSO4含量降低到原有量的1/4时，细胞生长速度提高1.27倍；将KNO3含量提高一倍，同时去掉NH4NO3，细胞生长速度和皂甙产量分别比正常培养液中提高65.1%和 166.2% ； 适 宜 细 胞 生 长 的 磷 酸 盐 浓 度 为0.65mmol/L，适宜细胞生产多糖和皂甙的磷酸盐浓度为1.25 mmol/L。2.2.4外源植物激素 一般悬浮细胞的生长不需要乙烯，但乙烯及其前体却能刺激小果咖啡悬浮细胞中生物碱的产生。同一激素对不同植物会有不同的结果. 2.2.5前体物质的添加,3环境条件的影响3.1光照 光对于次生代谢产物的积累具有重要的作用。朱新贵等研究发现，蓝光是促进玫瑰茄悬浮细胞产生花青素的最有效单色光，红光和橙光无效，其它单色光随其波长接近蓝光正效应增强。3.2温度 一般植物组织培养的温度在2025，超过30对生长具有明显的抑制作用。次生代谢物的积累对温度的依赖性不同，不同的培养材料略有差异。3.3气体 维持细胞的存活和增殖对溶氧浓度有一定的要求，一定范围提高溶氧浓度能提高细胞生长速度，但是过高的溶氧浓度对细胞生长有抑制作用。氧能促进某些次生代谢产物的产生.,简述植物次生代谢产物的主要类型及其作用。,次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类。 物次生代谢是植物在长期进化中对生态环境适应的结果。产物其代谢产物具有多种复杂的生物学功能，在提高植物对物理环境的适应性和种间竞争力、抵御天敌的侵袭，增强抗药病性等方面起着重要作用。植物次生代谢物也是人类生活、生产中不可缺少的重要物质。为医药、轻工、化工、食品及农药等工业提供了宝贵的原料。尤其是医药生产，作为天然活性物质的植物次生代谢物，是是解决目前世界面临的医药毒素作用大，一些疑难疾病（如癌症、艾滋病等）无法医治等难题的一条重要途径。为此,科学工作者正在重新认识民间的传统草药,力图从野生植物中寻找高效、低毒和价廉的药物,希望用以攻克对人类健康和生命危害严重的疾病,如心血管病、癌症、艾滋病等,并在这方面取得了重大进展.,目前植物细胞扩大化培养中存在的问题有哪些？,1. 植物细胞生 长慢 , 代谢低问题 。 植 物细胞的生长受很多因素 的影 响 , 就 细胞本身而 言 ,在大 量培养装置 中生 长不 快 , 主要 有两 方面 的原 因 一 是植 物细 胞加倍时 间长 , 悬 浮培 养细胞加倍 时间为 20-60小时 , 已报道的发酵罐 中加倍 时间最快的是生长在富含氮源培养基 中的烟草细胞 , 加倍时间为 12小时 ，二 是植物细胞在发酵罐中生长 时经常聚成 团块 , 很难 在培养液 中达 到高细胞密度 , 目前尚无理想 的方法 来解决 聚集成 团 的问题 。故 细胞 生 长速 度慢 ,必然生 长周 期 长 , 不仅增加了成本 , 还增加 了污染 的可能性, 是大量培 养中的一大 问题。 2. 所需的次生 物质含量 不 高 问题。 据报道 有近 二 十种植物细胞培养物, 其次生 物 质 含量超过原 植物 , 但在大 多数情 况下 , 培养细胞的 次生 物质形 成 量不 高 , 其原 因常被认为是培养细胞 的形态分化 受 到抑制 , 其 化学特性 也随 之丧 失 。 不 少报 道观 察到 从愈 伤组 织分 化 出的器官或苗 , 次生物质 的含 量和类 型 与原 植 物一致 , 但也有不 少 次生物质 如人参皂 贰 、 紫草素 、 蛇根碱的含 量报 道是 以细胞培 养物为 基础 的 。 总 之 , 提 高所需 物质 的含 量是进行 细胞大 量培养生产次生 物质 的关键 , 目前解决的办法是不 断筛选高产细胞株和 进行 次生物质代谢调 控的研究。,3.泡沫 问题 。 泡沫是植物细胞 和微生 物大量培 养 时所遇到 的共 同 问题 。 由于植物细胞在 生 长后 期分 泌大量 的 多糖和 蛋 白质 , 使培养物发粘 , 细胞被气 泡 、 蛋 白质 和多糖 混合 的泡沫 所包 围 , 逐 渐在培 养物顶 上形成 一层 覆盖 物并越 积越 厚 。 泡沫 还会 留存 于培养液 和气体接触 的界面 , 特 别是分积 于各 种探 头出 入 口 的表面 , 在大 量培 养 时出现 “逃液现象 ” 。 目前 尚无 理想 的方式 来 防止 泡沫 的形成 。 消泡 剂的应 用是 否利于植 物细胞 的生 长还 无定论 , 已报道聚丙 二醇作 消 泡剂时会 降低植物细胞的 生长 。 2. 接种量问题 。 对 于每 一细 胞系 都有其合适的接种量 。 接 种量决 定于植 物细 胞培养物开始 生 长所 需时 间 , 植 物细 胞 的生 长有其 最低 密度效 应 , 如果接种量 低 于某一 临界值 , 接种后细胞 生 长将 会很 慢 。 接种量 一般在 10-30 , 高的达50, 准备足够 的接种材料 是成本 核算 中一个不 可 忽视 的项 目。 3. 大 量 培养的 后处 理 , 这 个 问题 随着植 物细胞 大量 培养技术 的成 熟 而 逐 步 得 到 重视 。 从 已 知的 植物细胞大 量 培养的技 术来 看 , 它 比传统的方 法复 杂 , 有 各种 各样的 枝节 细 目需要考 虑 。 后处理 的具 体 内容主 要包 括 培 养装置的清 洗 、 维修 次级 代谢 物 的 提 取 、 分离 。 在 植 物 细胞培 养 过程 中 , 次 级代 谢物有 的分 泌到培 养液 中, 有 的 贮存在 细胞 内 的液 泡或其它 细胞 器 中 。,4. 大 量 培养 的技术 问题。 植 物细胞大量 培养技术是通向工业 化和 商业 化生 产的技术难关 之植 物细胞 不 耐受切 变力 。 我们 目前使用 的植 物细胞大量 培 养装置 大 多是用 来 培 养微 生 物的发酵罐 , 用 它们来培养植 物细胞 还 存在许多 间题 。 这主要 是 由于植物细胞和微 生 物细 胞在生理 和生 产上还 存在许多 差异 。,其中主 要的是植物细胞抗 切变能力很低 。 这就要 求 我们 努力研 制 和改进 适 应 于植 物细胞 培养的培 养装置 发酵罐 , 目前气升 式 发酵罐被认为最 适合 于 植物 细胞培 养 。 通气与 细胞生 长 。 培 养基的 通气使 培 养物 中的各成 分受 到空 气的机械 或化 学 的作用 , 在培养系 统中 , 通气依 赖 于培养基 的搅动 。 过 高的 通气量 可能 影 响细胞 的生 长和 次 级 代谢物的形 成 , 气泡和培养基 混在一起, 在生 物量增加时, 培养液的流动逐 渐受阻 , 混 合不到的 区域逐渐增加, 形成一个多相系 统而使 生 长变慢.,你所研究的植物的价值？原材料中的该物质的含量？,红豆杉的价值药用价值 红豆杉在我国医学中早有记载，本草纲目就记载红豆杉有治疗霍乱、伤寒，以及排毒等效果；在现代中药大辞典、 东北药植志、 吉林中草药、 本草推陈 等医药书中也有进一步的记载3。红豆杉闻名遐迩的一个重要因素就是其含有紫杉醇。紫杉醇对多种癌症有明显的疗效，尤其对一些用其他抗癌药治疗无效的病人具有良好疗效。我国的 5 种红豆杉都能提取紫杉醇，其中北方红豆杉的紫杉醇含量较高，是抗癌植物中的佼佼者。观赏价值 红豆杉树姿优美，树干紫红通直，四季常青，种子成熟时呈红色，假皮鲜艳夺目，是上等的园林观赏树种，最宜作为园景树，植于庭院荫凉处，或与其他高大乔木组成观赏树丛。同时，它所分泌释放的各种生物碱气体散发到空气中，能起到很好的消炎杀菌、净化空气的作用，并有助于促进睡眠，提高睡眠质量。1,生态价值 对东北地区不同季节降尘量的调查数据表明，该地区冬季降尘量要大于其他季节，而且冬季除了少量阔叶灌木以外，阔叶树大都已落叶，只有针叶树发挥着滞尘的功能，因此应用红豆杉的这一特性无疑对改善该地区生态环境、降低空气浮尘乃至沙尘暴的危害具有重要意义7。另外，红豆杉主根不明显，而侧根又极其发达，所以红豆杉又能起到保持水土和防止土壤沙漠化的作用5。建材价值 红豆杉木材呈淡红褐色，纹理致密而坚硬，耐腐、防腐性强，弹性好，有光泽及香气，不易翘曲或开裂，既是上等工业用材，又是做室内装饰、家具、雕刻、乐器的好材料。然而由于红豆杉资源短缺，我国现已禁止将红豆杉作为建材使用。,紫杉醇研究目的,作为生产抗癌药物紫杉醇的潜在途径之一，红豆杉属植物细胞培养一直是药用植物生物技术的研究热点。尽管此项研究已进行了10余年，但仍未实现工业化生产。重要原因之一是目前细胞系合成紫杉醇的能力还比较低。因此，选择高产细胞系对于该技术的突破具有重要意义。但迄今未见在红豆杉属植物组织培养过程中进行高紫杉醇含量细胞系筛选的报道。 植物细胞在离体培养过程中比较容易发生变异，这为新细胞系的选择提供了基础。多年来我们在进行云南红豆杉细胞培养时发现，不仅不同植株来源的细胞系在外观形态、生长速率和紫杉醇含量方面存在较大的差异l Il，而且即使在来源于同一植株的细胞系中也存在色泽、质地和生长速率等性状不同的细胞团。我们自1998年起对云南红豆杉TY6细胞系进行了选择，从中选到了一些紫杉醇含量比较高的细胞系。,材料与方法,材料TY6细胞系是1995年10月以同1株云南红豆杉T ax us yunnanensas Cheng et L. I. Fu的枝条为外植体诱导而成的。其方法见文献 1J。该细胞系为黄色颗粒状，不分泌或分泌少量的黄色物质，培养在增殖培养基上时紫杉醇含量在0. 020%-0. 025%(细胞干重)。 细胞团的选择 通过仔细观察，根据颜色、质地、生长速率和向培养基中分泌有色物质等外观性状，挑出直径约1 2 mm的细胞团，分别单独培养。不同细胞团增殖所形成的愈伤组织构成1个细胞系。 培养基、培养条件和生长分析均同文献。细胞中紫杉醇含量测定时，样品的处理方法同文献11，但高效液相色谱条件为:Waters 515泵，996紫外可见二极管阵列检测器，M illennium犯色谱工作站。色谱柱为DiamOSil CIA柱(4. 6 mm x 250 mm, 5L1m，流动相为甲醇乙月春水(25: 35: 45)，流速为1. 0 mlmin一 1，检测波长为227 nm。样品中紫杉醇含量通过外标法计算得出。,结果及分析,不同细胞系外观性状稳定性的比较根据质地、生长速率、颜色、或分泌有色物质的不同，曾先后选出74个小细胞团。这些细胞团在开始的3 5代培养过程中，表现出相应的外观性状。但随着细胞的增殖和愈伤组织体积的扩大，大部分(47/ 63)原来向培养基中分泌棕红色或黄褐色物质的细胞系。 不同细胞系外观性状和紫杉醇含量的比较(表1)根据外观性状，所选出的细胞系可分为4种类型:1堤黄白色、高度分散、湿沙状、不向培养基中分泌有色物质(图1) ; C堤黄色、颗粒状、不分泌或分泌少量的黄色物质(图2 ; 3褐色至深褐色、颗粒状、向培养基中分泌黄褐色物质(图3)洲墓是红色至棕红色、结实颗粒状、向培养基中分泌棕红色物质.,表1部分细胞系的外观形态、生长速率和紫杉醇含量的比较细胞系 外观性状 生长指数 几重/鲜重 紫杉醇含量TY 6-15 黄自色、湿沙状、不分泌有色物质 2. 67士0. 04 0. 042士0. 03 0. 0096士0. 0004T Y 6- 7 黄自色、湿沙状、不分泌有色物质 2. 56士0. OS 0. 048士0. 06 0. 0136士0. 0005TY 6-4 浅黄色、湿沙状、不分泌有色物质 2.巧士0. 07 0. 051士0. 02 0. 0166士0. 0007TY6-1 黄色、疏松颗粒状、分泌少量黄色物质 1. 42士0. 03 0. 062士0. 03 0. 0231士0. 0010TY 6- 2 淡黄色、疏松颗粒状、不分泌有色物质 1. 32士0. OS 0. 070士0. OS 0. 028士0. 0008TY6-10 黄色、疏松颗粒状、分泌少量黄色物质 1.39士0. 08 0. 066士0. 04 0. 0245士0. 0011TY6-16 淡黄色、疏松颗粒状、不分泌有色物质 1. 47士0.12 0. 069士0. 06 0. 0251士0. 0014TY6-12 褐色、颗粒状、分泌黄褐色物质 1. 37士0. 06 0. 072士0. 04 0. 0562士0. 0003TY 6- 24 褐色、颗粒状、分泌黄褐色物质 1. 43士0. 03 0. 069士0. 07 0. 0431士0. 0004TY 6-32 深褐色、结实颗粒状、分泌黄褐色物质 1 .35士0. 11 0. 071士0. OS 0. 0596士0. 0013TY 6-28 黄褐色、颗粒状、分泌黄色物质 1.45士0. 09 0. 075士0. 04 0. 0577士0. 0006TY 6- 5 红色、结实颗粒状、分泌红色物质 1. 41士0. 06 0. 078士0. 07 0. 0694士0. 0013TY 6- 9 棕红色、颗粒状、分泌红色物质 1. 36士0. 11 0. 073士0. OS 0. 0844士0. 0005TY6-14 红色、结实颗粒状、分泌红色物质 1. 24士0. 07 0. 082士0. 06 0. 0962士0. 0003TY6-18 棕红色、颗粒状、分泌红色物质 1. 33士0. OS 0. 077士0. 04 0. 0786士0. 0008T Y 6-2