《植物细胞培养》课件.ppt

1、植 物 细 胞 培 养,李昆太 江西农业大学,“发酵工艺的控制”授课内容的实例分析,背景资料：大肠杆菌W3110（pEC901）的干扰素受trp启动子调控，当培养基中存在色氨酸时干扰素表达受到阻遏，不存在色氨酸时干扰素基因表达。连续培养表明，当菌体比生长速率较高时重组质粒稳定性高，干扰素的比生产速率也高，但代谢副产物乙酸的比生产速率大大增加。乙酸对大肠杆菌的生长有非竞争性抑制，对干扰苏的生产也有强烈的抑制作用。 问1：请画出液体深层发酵的工艺路线图？ 问2：根据上述菌体生理代谢特性，请问你该怎样实行最优化调控？,定义：植物细胞培养包括植物器官、组织、原生质体、胚和植株的培养。它是在植物组织技术

2、上发展起来的，是指在离体条件下培养植物细胞的方法。,至今植物细胞培养已着手研究的植物多达100余种，但进入中试开发或工业生产规模的还仅限于人参、紫草、红豆杉、烟草等为数不多种类。 植物细胞培养的应用领域： 1）有用代谢物质的生产； 2）珍贵植物和名贵花卉等种苗的快速繁殖； 3）进行植物细胞遗传、生理、生化和病毒方面的研究。,第一节 植物细胞培养特性与基本培养基,一、植物细胞培养特性 与植株栽培相比的优点： 不受气候、季节和地域的影响； 细胞增殖速度快且产率高； 细胞的生长环境可调节控制； 选择性地生产所需的代谢产物。 植物细胞的代谢产物：糖类、酚类、生物碱等,与微生物细胞相比，植物细胞的不利之

3、处： 1）培养周期长、生长缓慢、生产率低； 2）所需有效成分含量不高； 3）大量培养相对困难，往往不耐剪切、接种量大及放大后产量下降等一系列问题。 解决途径： 1）诱导驯化获得高产细胞株； 2）优化培养条件； 3）开发新型细胞反应器； 4）采用新的培养技术。,二、基本培养技术 无菌操作； 无菌培养的组织：植物细胞、生长点、叶、根、子房、胚珠、花丝、花瓣、花药、花粉等。,植物细胞培养的影响因子,1. 碳源 蔗糖是最常用的C源。 2. 氮源 有机N源：蛋白水解物、谷氨酰胺或氨基酸混合物。 无机N源：NH4+/NO3-更适合植物细胞生长。 3. 磷源 三七细胞悬浮培养：初始磷浓度从1.25mM提高到

4、3.75mM，能同时增强细胞生长和皂苷生产。 Choi报道：磷浓度从3.7mM提高到11mM，皂苷的含量也随之下降。,4. 激素及其类似物 生长素和分裂素对细胞生长和次生物质的合成有非常重要的作用，使细胞分裂保持一致。 包括植物生长素、细胞激动素、赤霉素和脱落酸等。 5. 金属离子 人参和三七悬浮细胞培养：K+和Cu2+ 6.前体 例如，红豆杉产紫杉醇：苯丙氨酸、苯甲酸、N-苯基甘氨酸、甘氨酸和色氨酸,7.诱导子 生物诱导子：包括经高压灭活的真菌细胞壁提取物、糖原高分子、糖蛋白和低分子有机酸等。 非生物诱导子：紫外辐射、重金属离子和一些化学物质。 如 紫杉醇：甲基茉莉酮酸酯，可显著提高关键酶紫

5、杉二烯合成酶的活性；花生四烯；硫代硫酸银和硝酸银等。 8.光 对已失去分化的植物细胞来说，虽然光照不是作为能源供给，但是光源、光强和光照时间也会在一定程度上影响细胞的生理代谢，这可能跟光作为一种信号或诱发氧自由基的产生有关。,9. 温度 最适温度：22-30。 10.pH 培养基pH值在灭菌前调至5-6之间，且一般在4-7之间对植物细胞培养影响不大。 11. 氧 良好的氧供应能提高培养过程的收率。 12.细胞龄 植物细胞保存方式往往是愈伤组织（固体）或摇瓶细胞（液体）继代培养。细胞继代周期（即接种细胞的细胞龄大小）对培养往往有很大影响。,第二节 植物细胞大量培养技术,一、 生物反应器的选型、设

6、计和开发 选型与开发依据：供氧能力；剪切力；细胞在反应器壁上的附着情况；细胞高浓度培养时的混合状况；温度、pH及营养物质浓度的控制；细胞集团大小的控制；放大的难易程度；维持无菌状态的性能。 植物细胞个体大，易形成更大的集块且对剪切力敏感，这是设计和操作植物细胞生物反应器的主要问题。 常用的生物反应器：机械搅拌式；气升式,气升式反应器：仅依靠鼓气来通气和搅拌，剪切力较低，尤其适合对剪切敏感的植物细胞；但缺点是在高细胞密度时混合效率往往下降。,二、反应器操作条件,培养基成分； 光照：光照影响许多代谢物的生产； 剪切：对剪切力敏感； 供氧； 气体成分：氧气、二氧化碳、乙烯； 黏度； 混合等,三、过程开发与反应器操作,连续培养 在植物细