植物细胞大规模培养课件

第十一章

植物细胞大规模培养植物次生代谢产物：植物中一大类并非植物生长发育所必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官组织和生长发育期的特异性。次生产物在植物中的合成与分解过程称为次生代谢。（一）、概述

植物产生代谢产物的类型根据分子结构不同大致分为：

酚类化合物：黄酮类；醌类（苯醌、萘醌、蒽醌）萜类化合物：三萜皂甙；甾体皂甙；单萜、倍半萜、二萜含氮化合物：生物碱；胺类（伯、仲、叔、季胺）非蛋白氨基酸生氰甙多炔类、有机酸

自然植物和细胞培养的紫草宁含量比较生产方式生产周期紫草宁含量（％干重）完整植物2～3年1～2植物细胞培养3周14植物次生代谢产品的市场潜能产品成分用途年销售额（亿美元）长春花碱治疗白血病18～20（美国）奎宁治疗疟疾5～10（美国）致热素杀虫剂20（全世界）毛地黄心脏病药20～55（美国）

植物细胞大规模培养的技术要求：

从工程的角度讲必须要进一步研究和开发适宜于植物细胞生长和次生代谢产物生产的生物反应器，建立最佳的控制和调节系统。从细胞生长与培养技术方面讲必须满足以下3个条件：1、培养的细胞在遗传上应是稳定的，以得到产量恒定的产物。2、细胞生长及生物合成的速度快，在较短的时间内能得到较高产量的终产物。3、代谢产物要在细胞中积累而不被迅速分解，最好能将其释放到培养基中。2、种子细胞系的增殖与放大培养种子细胞增殖初期一般采用摇瓶培养，摇瓶体积从几百毫升到几升逐级放大。当细胞数量增加到一定值后，应转移至体积较小的生物反应器培养。3、大规模培养体系的建立

（1）成批培养：在一个培养体积中接种细胞或添加培养基后，中途不添加也不更换培养基的方式。

（2）连续培养：在培养过程中，不断向反应器中以一定流量添加新培养基，同时以一定流量从系统中取出培养基的方式。

(3)半连续培养：在完成成批培养的一个周期后，从反应器中取出大部分细胞悬液，只保留小部分细胞悬液作为下一培养周期的种子细胞，然后加入新鲜培养基进行培养的方式。(三)生物反应器类型及特点大规模培养系统基本原理方法与上述实验室悬浮培养一致，但大规模培养所采用的设备及控制技术比实验室小规模培养要复杂的多。

机械搅拌式培养系统

机械搅拌式生物反应器通常是在微生物发酵罐的基础上改进设计的，根据植物细胞的特性，其设备要求在微生物发酵罐的基础上作如下改进：搅拌装置要减少剪切，一般改叶轮式为螺旋式；因为植物细胞生长周期长，需要随时补充水分和营养，因此必须设计加液装置；由于植物细胞的生理活动需要新鲜空气，且细胞代谢也可能产生有害气体，所以必须设计通气装置；为便于取样观察，一般还设计有取样口。

生物反应器气压式培养系统

考虑到机械搅拌式反应器的剪切作用难以避免，同时搅拌器转动的中轴往往是容易使培养物污染的部位，因此，发展出空气提升式生物反应器，但其缺点是搅拌不均匀。

1、利用细胞培养生产有用物质的一般程序（1）选材

应注意以下条件：①药效肯定；②对其有效成分有充分的了解；③有测定有效成分和药理的可靠方法；④市场短缺或价格昂贵；⑤取有药效成分的部位，且该部位较易形成愈伤组织。（四）利用细胞培养生产有用物质

（2）细胞株系建立

将诱导产生的愈伤组织进行分离，建立悬浮细胞繁殖体系（液体培养）。

在工厂化生产中，为了提高有用物质产品的产量和质量，对细胞培养的选择有两个基本要求：①有用物质的合成积累能力强②生长速度快

（3）大量培养

将选出的优良细胞株扩大繁殖后，可作为细胞工厂化培养的生产“种子”，进行大量培养。

（4）产品提取与纯化从植物细胞培养物中提取和纯化有的产品。筛选出的高效、高产细胞株系，有的植物细胞系其高效、高产性能稳定多年，但有的植物细胞系不稳定，因此，还需要定期检测，更新细胞株系。第一步：解决生物量生产（促进细胞分裂）；第二步：促进次生代谢物合成，即在细胞指数生长停止期前后才更换培养基，有利于次生物质的积累。

②、二步培养法③、培养基中添加前体前体：有用次生代谢物的前驱物。烟草愈伤组织培养中，将前体物质—烟碱酸加入，会增加烟碱的生成量。⑤、培养条件的影响光照、温度等影响次生代谢。在胡萝卜愈伤组织培养中，光照条件使紫