植物細胞工程課件第六章植物細胞次生產物生產(已修改)

　

【正文】 植物細胞次生產物生產 第六章 細胞工程電子課件 華中農業大學生命科學技術學院 自然條件下植物次生 代謝產物積累特點 培養系統的建立 培養細胞的次生 代謝及產物積累 植物細胞培養 的應用潛力 主要內容 自然條件下植物次生 代謝產物積累特點 ? 次生產物的主要類型 ? 次生產物在植物體內的積累特點 ? 重要的植物資源 次生產物的主要類型 ? 按照用途主要分為色素、香精、藥物和酶等； ? 按照分子結構包括生物堿、類黃酮、香豆素、蒽醌、萜類、甾體、蛋白質和多肽等化合物。 ? 已知的植物次生代謝產物大約有 100 000 種 ，并且每年大約還有 4 000 種新的化合物被發現 。 ? 植物次生代謝物質中含有許多藥用成分 ， 現代藥物中大約有 25 %來自于植物 。 ? 色素： 類胡蘿卜素：從胡蘿卜、單冠毛菊、薄荷、薔薇、萬壽菊等植物的愈組織中提取。 葉黃素：從胡蘿卜、薄荷、薔薇、萬壽菊中提取。 ? 生物堿： 麻醉藥品：如從顛茄根愈傷組織中提取的莨菪烷、莨菪堿和從莖愈傷組織中提取東莨菪烷。 降壓藥：從鴨腳樹種子愈傷組織中提取的利血平。 ? 甾體： 激素類藥品：如性激素、可的松中的核皂甙元和從薯蕷愈傷組織中提取的地奧皂甙元。 ? 植物次生代謝的概念是1891年由 Kossel明確提出的 ， 現代植物生理學根據代謝活動與細胞生命活動的關系 ， 將植物代謝分為初生代謝和次生代謝 。 次生產物在植物體內的積累特點 ? 植物初生代謝及其產物是維持細胞生命活動必需的 ， 初生代謝受阻將直接影響植物的生長和發育 。 ? 而次生代謝及其產物一般認為關非細胞生命活動所必需 。 ? 次生代謝產物是一類小分子有機化合物 ， 其分布具有種 、 屬 、 器官 、 組織以及發育階段的特異性 。 ? 次生代謝產物雖然是由初生代謝物衍生而來 ，但與初生產物相比 ， 產量上更加有限 。 ? 次生代謝物只能由特定時期的特化細胞合成 ，與初生代謝物由全株或整個器官中獲得相比起來 ， 其提取 、 純化更加困難 。 ? 在 15%的陸地植物中已發現 5000多種生物堿 ， 分布在 150多個科中 ， 如：夾竹桃科 、 罌粟科 、 茜草科 、茴香科和茄科等 。 ? 蒽 醌廣泛公布于植物界 ， 主要的科有：蓼科 、 鼠李科和茜草科等 。 揮發性石油醌僅在約 20個科目的高等植物中發現 ， 如鳳仙花科 、 毛氈苔科等 。 重要的植物資源 ? 樹脂主要分布于艾菊屬 、 阿魏屬 、 桉樹 、柑橘 、 茴香屬等 。 ? 乳膠主要分布于木瓜屬 、 大戟屬植物中 。 ? 類固醇廣泛分布在單子葉植物中 ， 如：百合科 、 石蒜科和薯蕷屬 ， 及雙子葉植物中 ，如：玄參科和茄屬 。 ? 特殊味道和顏色的次生代謝物分布在含精油類植物：如豆蔻 、 丁香 、 柑桔 、 薄荷 ， 或含不可揮發性類脂的精油類植物：如紅辣椒 、胡荽 、 香菜 、 肉豆蔻和芹菜 ， 或含刺激成分的植物 : 如辣椒 、 生姜 、 胡椒 ， 或含色素的植物：如姜黃 ， 或含氨基酸的衍生物的植物：如洋蔥 、 大蒜 、 咖啡 、 可可等 。 次級代謝物 植物來源 主要用途 紫草寧 紫草 色素、消炎 小檗堿 (黃連素 ) 黃連 消炎，止瀉 花青素，花黃素 玫瑰茄，紫蘇 食用色素，抗氧化 胡蘿卜素 胡蘿卜 色素 超氧化歧化酶 (SOD) 大蒜 抗氧化、抗輻射、抗衰老 木瓜蛋白酶 番木瓜 消炎，肉質嫩化 人參皂苷 人參 調節免疫功能，保健 類胰島素 苦瓜 治療糖尿病 紫杉醇 紅豆杉 抗腫瘤 地高辛 毛地黃 強心藥 利血平 羅夫木 降血壓 長春花堿 長春花 治療白血病 奎寧堿 金雞納 抗瘧疾 魚藤酮 魚藤 殺蟲 表 1 植物來源的次生代謝物 沒藥 胡黃連 (玄參科 ) 顛茄 毛曼陀羅 莨菪（茄科） 煙草 茄科 銀杏（銀杏科） 人參（五加科） 罌粟（罌粟科） 寧樹 (楝科 ) 吐根 (茜草科 ) 洋地黃 (參科 ) 葉下珠 (大戟科 ) 蘿芙木 (夾竹桃科） 蕓香（蕓香科） 狗牙花（夾竹桃科） 培養系統的建立 植物細胞的獲取 懸浮系的建立與細胞的同步化 植物細胞的獲取 ? 外植體的選擇與預處理 ? 從外植體直接分離植物細胞 ? 通過愈傷組織誘導獲取植物細胞 外植體的選擇與預處理 一、外植體的選擇 ? 用于直接分離植物細胞的外植體，必須選擇適當生長期的健康植株，并選擇細胞之間粘連程度較小的植物組織、器官。 ? 幼胚、胚軸、子葉是最常使用的外植體。 ? 葉片組織是直接分離單細胞的最好材料。 （一）消毒處理 （二） 其它處理 二、外植體的預處理 ? 預培養 ? 黑暗處理 ? 低溫或高溫處理 ? 萎蔫處理 ? 抗氧化劑處理 ? 高滲透壓處理 從外植體直接分離植物細胞 ? 機械搗碎法 ? 方法 ：先將葉片等外植體輕輕搗碎 ， 然后通過過濾和離心分離細胞 。 ? 優點 ：獲得的植物細胞沒有通過其它物質作用 ， 不會受到傷害；不需要經過質壁分離 ， 有利于生理和生化研究 。 ? 缺點 ：由于受到機械的作用 ， 細胞結構會受到一定的傷害 ， 獲得完整的細胞團或細胞數量少 ， 其使用不普遍 。 利用果膠酶 、 纖維素酶等處理 ， 分離出具有代謝活性的細胞 。 注意：該法不僅能降解中膠層 ， 還能軟化細胞壁 。 必須對細胞給予滲透壓保護 。 ? 酶解法 愈傷組織的要求：松散性好 、 增殖快 、 再生能力強 。 其外觀一般是色澤呈鮮艷的乳白或淡黃色 ， 呈細小顆粒狀 ， 疏松易碎 。 通過愈傷組織誘導獲取植物細胞 懸浮系的建立與細胞的同步化 ? 細胞懸浮培養系統的建立 ? 懸浮細胞的生長動態 ? 細胞同步化 懸浮培養 (suspension culture)是細胞培養的基本方法 ， 是將單個游離細胞或小細胞團在液體培養基中進行培養增殖的技術 。 液體狀態下便于細胞和營養物質的充分接觸和交換 ， 細胞狀態可以相對保持一致 ， 因此有利于在細胞水平上進行各種遺傳操作 ， 生理生化活動的研究 ， 同時為植物細胞的大規模培養提供了技術基礎 。 細胞懸浮培養系統的建立 ? 一是增加培養細胞與培養液的接觸面 ， 改善營養供應； ? 二是在振蕩條件下可避免細胞代謝產生的有害物質在局部積累而對細胞自身產生毒害； ? 三是振蕩培養可以適當改善氣體的交換 。 懸浮培養與固體培養比較有三個優點： callus 150~250ml flask subculture centrifuge isolation 10m