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植物细胞培养
植物中含有数量极为可观的次代谢物质
据保守的估计,目前已发现的植物天然代谢物已超过2万种,而且还在以每年新发现1600种的速度递增
目前仍约25%的法定药品来自植物。
早在1956年,Routier和Nickell就提出工业化培养植物细胞以提取其天然产物的大胆设想。
植物细胞培养发展史
植物细胞培养是指在离体条件下将愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中,将组织振荡分散成游离的悬浮细胞,通过继代培养使细胞增殖来获得大量细胞群体的方法。
1902年,Haberlandt提出植物细胞全能性假说,成为植物细胞培养的依据。观点:高等植物的组织和器官可以分割成单个细胞,并首次进行离体细胞培养(小野芝麻和凤眼兰的栅栏细胞和虎眼万年青属表皮细胞)
Reinhard等(1968)首先将这种设想转变成现实,生产出了哈尔碱(harmine)。
紧接着Kaul等(1969)、Furrya等(1972)和Teuscher等(1973)分别培养植物细胞获取了其中的薯蓣(yu山药)皂苷、人参皂角苷和维斯纳精(visnagin)。
现在一些发达国家已集中相当数量的人力、财力潜心开拓这个经济潜力十分巨大的生产领域。目前世界最大批量工业化培养细胞(烟草细胞)已达2万升(20吨)。
我国在“八五”、“九五”和“863计划”中连续拨款资助工业化培养红豆杉细胞生产抗肿瘤药物紫杉醇的研究,目前已达到60mg/L的世界先进水平
鉴于有些产物的唯一来源只能是植物,而许多有价值的植物只能生长在某一特定的地理区域,且受到很多自然条件的限制和影响,尤其是有些植物从种植到收获要花几年时间,很难满足需要。采用大规模植物细胞培养技术就可以直接生产这些产物。如可作为药物和染料的紫草宁就是典型的通过大规模植物细胞培养生产的产品,通过大规模培养紫草细胞短时间内就可大量生产紫草宁。
植物细胞培养的应用领域有3方面:
(1)有用代谢物质的生产;
(2)名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、生化和病毒等方面的研究
植物细胞培养的优点
可以不受气候、季节和地域的影响;
细胞速率快且生产效率高;
可通过对细胞的物理和化学环境、遗传环境进行一定程度的调节控制
目前,植物细胞培养技术已在农业、医药、食品、化妆品、香料等领域广泛用于大规模生产有价值的产品。小规模的细胞培养通常在培养瓶中完成,而大规模的培养可在发酵罐中进行。
植物细胞培养的最大优点是:
植物细胞可以在简单的合成培养基上正常生长。用于植物细胞培养的基础培养基成分基本上与整个植物的要求一样,但是用于培养细胞、组织和器官的培养基需要满足各自的特殊要求。根据特定的植物种类和培养系统,培养基的基本营养成分可作适当的调整。
植物细胞培养的缺点
培养周期较长、生长缓慢、生产率低;
所需有效充分含量不高;
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。
通过诱导驯化等手段获得高产细胞株,优化培养条件,开放新型细胞反应器,采用新的培养技术等途径来解决。
植物细胞培养基的组成
植物细胞培养基通常包括无机盐、碳源、维生素、生长调节素和有机添加剂等。
选择培养基的基本原则:
需要根据不同培养对象、培养目的及培养条件探索适宜培养基。
选择的培养基在培养过程使细胞总体积倍增时间1天左右为宜。