生物反應工程綜述——植物細胞培養(yǎng)技術應用研究進展班級：學號：姓名：摘要：近年來，植物的次生代謝物的結(jié)構(gòu)、功能與應用越來越受人們的關注。本文簡要介紹植物細胞培養(yǎng)，綜合概述植物細胞培養(yǎng)技術提高次生代謝物產(chǎn)量的幾種方法，并對其應用前景進行展望。關鍵詞：細胞培養(yǎng)技術；植物次生代謝產(chǎn)物；進展；展望前言植物細胞培養(yǎng)是在離體條件下，將愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中進行震蕩培養(yǎng)，得到分散成游離的懸浮細胞，通過繼代培養(yǎng)使細胞增殖，從而獲得大量細胞群體的一種技術。植物細胞培養(yǎng)技術經(jīng)過近百年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門精細的實驗科學，在選材消毒、接種培養(yǎng)、誘變篩選、繼代保存、分離鑒定以及深層培養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物方面，已建立了標準的操作流程。植物細胞培養(yǎng)技術2.1原理植物細胞培養(yǎng)的原理：植物體的任何一個細胞都具有生長分化成為一個完整植株的能力，稱為植物的全能性。植物組織培養(yǎng)就是利用植物的全能性進行離體無菌植物培養(yǎng)的一門技術。植物組織培養(yǎng)按其原始意義，就是指愈傷組織培養(yǎng)。但發(fā)展至今，其范圍日益擴大，已包括植物和它的離體器官、組織、細胞和原生質(zhì)體的離體無菌培養(yǎng)。2.2分類2.2.1

固定化培養(yǎng)技術：植物細胞固定化是將植物細胞包裹于一些多糖或多聚化合物上進行培養(yǎng)，并生產(chǎn)有用代謝物的技術。是由Brodelius等人于1979年首次生產(chǎn)植物次生代謝物應用成功的。與懸浮培養(yǎng)相比，它具有提高反應效率、延續(xù)反應時間及保持產(chǎn)物生產(chǎn)的穩(wěn)定性等特點。

2.2.2兩相培養(yǎng)技術：在培養(yǎng)體系中加入水溶性或脂溶性有機物或者具有吸附作用的多聚物使培養(yǎng)體系分為上下兩相，細胞或組織在水相中生長和合成次生代謝物質(zhì)，次生代謝物質(zhì)分泌出后再轉(zhuǎn)移到有機相中，然后再從有機相分離植物次生代謝物的技術，稱為兩相培養(yǎng)技術。

2.2.3反義技術：根據(jù)堿基互補原理，人工合成或生物體合成特定互補DNA或RNA片段，抑制或封閉某些基因表達的技術，通過此技術，可以將反義DNA或RNA片段導人植物細胞，使催化某一分支代謝的關鍵酶活性受抑制或加強，從而提高目的物的含量，同時抑制其他化合物合成。

2.2.4冠癭培養(yǎng)技術：利用根癌農(nóng)桿菌感染植物可以將Ti質(zhì)粒的T—DNA片段(含有誘導冠癭組織發(fā)生的tms基因和tmr基因)整合進入植物細胞的基因組，誘導細胞冠癭組織的發(fā)生。

2.2.5毛狀根培養(yǎng)技術：毛狀根是雙子葉植物各器官受發(fā)根土壤桿菌(A

grobacterium

rhizogenes)感染后產(chǎn)生的病態(tài)組織。感染過程中，發(fā)根農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒T

—DNA轉(zhuǎn)移

并整合到植物基因組中。具有激素自養(yǎng)，增殖速度快，次級代謝產(chǎn)物含量高且穩(wěn)定等特點。

2.2.6添加誘導子或引導物技術：誘導子是一種能引起植物過敏反應的物質(zhì)，當它在與植物的相互作用時，能快速、高度專一和選擇性地誘導植物特定基因的表達，進而活化特定次生代謝途徑，積累特定地目的次生代謝物，從而提高植物次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。

2.2.7植物細胞懸浮培養(yǎng)生物反應器技術：生物反應器技術具有很多優(yōu)點：工作體積大、單位體積生產(chǎn)能力高、物理和化學條件控制方便等。3.植物細胞培養(yǎng)的應用現(xiàn)狀目前植物細胞大量培養(yǎng)主要應用于以下三個方面：

3.1細胞代謝產(chǎn)物

主要集中在研究制藥(如如抗癌藥物紫杉醇、療傷藥物紫草寧、保健藥物人參皂甙等)、油料(如如豆寇油、春黃菊油等)、食品添加劑(如生姜、香子蘭等)、調(diào)味劑(如胡椒、留蘭香等)、食用色素(如花青素等)、飲料(如咖啡、可可等)、樹膠(如阿拉伯膠等)。

3.2

人工轉(zhuǎn)化

通過植物細胞培養(yǎng)生產(chǎn)有用化合物的另一方面是植物細胞分泌的酶的催化——

生物轉(zhuǎn)化，但由于在酶的生物轉(zhuǎn)化大規(guī)模培養(yǎng)方面遇到傳代細胞變異的問題，難于實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，因此發(fā)展緩慢。

3.3人工種子

人工種子一詞是美國學者Murashige1978年在第四屆植物組織及細胞培養(yǎng)會議上提出的。植物人工種子研制包括：體細胞胚誘導、體細胞胚胎發(fā)生的同步控制、體細胞胚大規(guī)模培養(yǎng)、人工種皮的研究、人工種子的包埋、人工種子的儲存和干燥等六項。由于體細胞胚質(zhì)量、人工種皮的營養(yǎng)供給及通氣、抵抗污染等技術問題，人工種子的研究仍只處于實驗室階段。

4.展望

植物細胞培養(yǎng)進行有效成分的生產(chǎn)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)取得了令人矚目的成就。自從20世紀90年代以來，利用植物細胞工程進行天然產(chǎn)物的生產(chǎn)進入了一個新的發(fā)展階段，它與基因工程、快速繁殖形成了三大主流。20世紀90年代全世界已經(jīng)有1

000多種植物被進行過細胞培養(yǎng)方面的研究。但是，植物細胞是一個復雜的體系，細胞內(nèi)部存在多種的正反饋和負反饋調(diào)控機制，細胞的各種亞體系之間也存在著復雜的相互影響，相互偶聯(lián)關系；植物細胞在培養(yǎng)過程中的生長緩慢、不耐剪切力、目標代謝產(chǎn)物含量低等自身特點同時也影響了其工業(yè)化生產(chǎn)的進程。隨著科技的不斷進步，我們有理由相信植物細胞培養(yǎng)這種方興未艾的技術將在生命科學領域中發(fā)揮越來越大的作用。

參考文獻

[1]劉國瑞，生物技術的現(xiàn)代概念，生物學通報，1997，32(1)：527

[2]Carow，D．P．，Staba，E．J．，L

loydia，1965；28：l一26

[3]M

uir_w．M．et

a1．Science，1954，l19：877—878

[4]孔祥海．植物次生代謝物的細胞培養(yǎng)技術研究進展．龍巖學院學報．2005，23(6)

[5]常鈺，劉滌，胡之璧，植物細胞和器官大規(guī)模培養(yǎng)研究的進展，生物技術通訊，2001(1)3l一36

[6]宋關玲，楊謙，高興喜，王琴，王巖．植物細胞培養(yǎng)中天然植物成分生產(chǎn)在工業(yè)上的應用．東北林業(yè)大學學報，2003，3l(5)：78—

8O

[7]邢建民，查麗杭，李佐虎等，植物細胞大規(guī)模培養(yǎng)生物反應器研制概況，生物工程進展，1997；17(5)：49—54

[8]鄭光植，三七愈傷組織的培養(yǎng)，云南植物研究，1989；ll(3)：255—

262

[9]鄭光植，植物次生代謝工程研究的新進展：第六界國際植物組織與細胞培養(yǎng)會議評述，植物生理學通訊，1987，2：75—79

[10]鄭光植，植物次生代謝細胞工程與資源開發(fā)利用，云南植物研究，1988(增刊)：125～134

[11]顧靜文，當歸組織培養(yǎng)的研究，藥學學報，1982；17(2)：131一l38

[12]徐建峰，高山紅景天愈傷組織顆粒懸浮培養(yǎng)生產(chǎn)紅景天甙動力學與過程調(diào)控，大連理工大學博士學位論文，1996；3—2O

[13]劉穎，李冬杰，魏景芳，藥用植物細胞生物反應器技術的研究進展，中國生物工程雜志，2005(增刊)；67—7O

[14]唐建軍，項田夫，張祿源，何鳴筱，植物次生代謝、離體培養(yǎng)條件下次生代謝物積累及其調(diào)控研究進展，中國野生植物資源，1998：17(4)：l一6

[15]李永麗，周洲，李科友，細胞培養(yǎng)生產(chǎn)藥用次生代謝物研究進展，安徽農(nóng)業(yè)科學，2006，34(2)：219—22l

[16]馬玉芳，許繼宏，提高植物細胞培養(yǎng)中次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法，云南大學學報(自然科學版)，2003；25(增刊)：142—145

[17]Fekeda

Junko

J，Exp．Bo1．1990，41(22)：749—755

[18]項雷文，鄭建兵，植物細胞培養(yǎng)技術生產(chǎn)天然產(chǎn)物，食品研究與開發(fā)．2002；23(3)：4—7

[19]王亞珍，植物細胞培養(yǎng)研究的最新進展，沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，1998：29(2)：190—193

[20]施季森，