《植物细胞工程》课件.ppt

第五章植物细胞工程,上游工程：细胞培养、细胞的遗传操作和细胞的保藏。下游工程：以植物细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖的过程。包括：基因工程、染色体工程、染色体组工程、细胞质工程、细胞融合工程。,第一节基本概念,第二节植物细胞工程发展简史,第三节植物细胞的形态及生理特征,第四节植细胞培养的基本技术,第五节影响植物次级代谢物累积的因素第六节植细胞培养的生物反应器,第七节进展与展望,第一节基本概念,1植物细胞的全能性（Totipotency）2植物组织和器官培养3植物的分化胚胎发生（从精卵结合到种子）器官发生（从种子到植物体）4植物的脱分化：已分化为组织器官的细胞离体条件下变成未分化的细胞和组织的过程5植物的再分化：脱分化的愈伤组织再分化形成胚状体或愈伤组织直接分化为胚状体,6植物无菌培养植物培养愈伤组织培养（由外植体脱分化）悬浮培养离体器官的培养胚胎培养7细胞培养得到单个细胞无性繁殖系,8分生组织培养（生长锥培养）9外植体10无性繁殖系11突变体12继代培养（subculture)13初级代谢物，次级代谢物和次级代谢作用,第二节植物细胞工程发展简史,一，20世纪初德国植物学家Haderlandt提出植物细胞的全能性和离体培养的观点。发展了植物细胞培养技术，包括：植物微繁殖技术（试管和人工种子）细胞杂交技术体细胞变异和选择种子保存技术植物细胞大量培养技术,48利用植物作为生物反应器生产油脂、蔗糖和蛋白质,二基本的程序,从完整植物体取得植物组织外植体培养诱导愈伤组织进行脱分化建立细胞株原生质体培养液体悬浮培养和深层大规模培养,三已有200余种植物培养细胞，可生产300多种人们需要的产品,黄连的培养生产小蘖碱紫草的培养生产紫草素人参培养生产人参皂苷黄花蒿培养生产青蒿素红豆杉培养生产紫杉醇,第三节植物细胞的形态及生理特征,一植物细胞形态二植物细胞的结构特征三植物细胞的生理活性物质酶类、维生素、植物激素、植物杀菌素、生物碱、糖苷、挥发油、有机酸,四植物细胞的生理特征,细胞团的产生抗张力强、抗剪切力弱供氧要控制，必要时通二氧化碳光照防止泡沫产生，包埋细胞防细胞黏附于反应器,第四节植物细胞培养的基本技术,材料制备培养基制备培养方法选择,一植物材料的准备,1外植体的无菌处理2外植体的培养,108清洁液的三种配方,二培养基及组成,1无机盐：大量元素浓度大于30mg/L的无机元素微量元素浓度小于30mg/L的无机元素2碳源：糖类、肌醇、甘油等3植物生长调节剂生物素、分裂素、赤霉素、脱落酸、乙烯4有机氮源蛋白质水解产物和各种氨基酸5维生素,三培养方法,1培养方式：原生质体培养单倍体细胞培养固体培养液体培养悬浮培养固定化培养,2植物大规模培养系统,（1）成批培养法：一次性将培养基加入反应器中，接种培养后收获细胞的培养系统。改进：气升式反应器,以通气体代替搅拌两步培养法：一个反应器用于细胞量的积累，另一个反应器生产次级代谢物（2）半连续培养法在反应器中投料和接种培养一段时间后，将部分培养液和新鲜培养液进行交换的培养方法,（3）连续培养法在投料和接种培养一定时间后，以一定速度连续采集细胞核培养液，并以同样速度提供新鲜培养液以使细胞生长环境保持恒定的方法。改进：二阶段连续培养法（4）固定化培养法固定化反应器：网状多孔板，尼龙网套和中孔纤维膜等,第五节影响植第物次级代谢物累积的因素,影响因素：生物条件物理条件化学条件工业培养条件,2影响培养细胞次代谢产物产生的各种因素,一外植体的选择,不同外植体的悬浮细胞培养物，其最大次级产物的累积时间不同,二培养条件的影响,1培养环境的内在因素接种和诱导培养基组成植物生长调节剂供氧和pH,2两步法培养第一步采用适合细胞生长的培养基生长培养基第二步采用适合次级代谢产物合成的培养基生产培养基,3培养环境的外部因素温度搅拌频率培养容器光照影响,第六节植物细胞培养的反应器,植物细胞的特性细胞体积大抗剪切能力差培养时间长呼吸率低，对氧要求低,根据通气和搅拌类型，生物反应器分为：摇瓶反应器搅拌型生物反应器环流生物反应器和鼓泡塔生物反应器,一机械搅拌生物反应器二鼓泡塔生物反应器三气升式生物反应器四转鼓式生物反应器五固定化生物反应器六各种反应器性能比较,第七节进展与展望,新技术和新方法:诱导子前体饲喂两相培养毛状根和冠瘿瘤组织培养植物生物转化,一诱导子的应用,1诱导子（elicitor)的分类（1）定义：指抗病过程中诱导植物在防御过程中产生植物抗毒素和引起植物过敏反应的物质，包括生物诱导子（生孢子、酶类、细胞壁碎片、代谢物及培养基中的成分）和非生物诱导子（不是植物的天然成分，又能触发形成生物抗毒素信号的分子）。用来诱导次生代谢物。（2）内源性诱导子来自植物细胞的分子：细胞壁降解物、杂多糖、糖蛋白、木质素（3）外源性诱导子病源微生物在侵入植物体内时自身的降解产物（如真菌诱导子）分为：多糖类，蛋白类，不饱和脂肪酸类。,2诱导子的作用机制,（1）膜脂过氧化和膜结构功能的改变（2）生成植保素（抗微生物）（3）蛋白酶抑制剂的生成（4）合成和分泌降解微生物细胞壁的酶,3诱导子在细胞培养中的应用,植物细胞培养中应用的诱导子：糖蛋白类：糖基化的氧化牛血清的蛋白和氧化溶菌酶（尼克碱）蛋白质类：果胶酶、链状蛋白酶多糖类：镰刀霉菌丝体、乙烯、水杨酸、几丁质、脱乙酰几丁质、病原体的细胞溶解物微生物类：真菌诱导子（微黄霉素，灰葡萄孢，大丽轮枝孢和融粘带酶混合培养液）（紫杉醇）,二前体饲喂,1莽草酸（芳香化合物和多酚化合物）2氨基酸（生物碱和肽类抗生素）3乙酸（前列腺素和大环抗生素）,三两相培养法,两相培养法是在培养细胞外创造一个次级代谢物的储存单元，方法是加入固相或疏水液相，形成两相组织培养，达到收集分泌物的目的两相培养的条件：添加相无毒，易吸附易溶解。两相易分开，不吸附培养基,四转基因技术在次级代谢生产中的应用,1冠瘿瘤（根瘤农杆菌）组织和毛状根（发根农杆菌）培养技术2转基因植物和活性成分生产，如：免疫球蛋白的植物表达,五植物生物转化技术与生物制药,1概念（1）定义：生物转化或生物催化生物离体培养细胞、器官及细胞器，利用体系中的酶对外源化合物进行转化（结构修饰），获得有价值的产物。,（2）生物转化的优点离体生产，细胞无限生长，生长循环期短（3）可用于生物转化的化合物种类：芳香族化合物、类固醇、生物碱、香豆素、萜类（4）植物生物转化的意义产生新化合物，改造已有化合物,2植物细胞和器官培养物的生物转化,基因工程，细胞工程，酶工程等方法生物转化的类型：（1）羟基化（2）糖基化（3）醇和酮的氧化还原反应（4）水解反应,（5）环化反应（6）碳-碳双链的还原反应（7）羰基还原反应（8）硝基还原反应,A利用固定化细胞培