第五章 植物细胞工程制药
第一节 基本概念
植物细胞工程：以植物细胞为单位应用细胞生物 学分子生物学的理论和技术，在离体条件下培养、 繁殖和精细操作，使细胞的某些生物学特性按人 们的意愿改变，从而改良品种、加速繁殖或得到 有用的物质的一门科学技术。
基本概念
✓ 1.植物细胞的全能性（Cell Totipotency）：指任何具有完整的细胞核的 活植物细胞，都携带一套完整的基因组（染色体），并具有发育成为完 整植株的潜在能力。
5.细胞培养：形成单细胞无性繁殖系。
✓6.植物无菌培养： ✓（1）幼苗及植株的培养 ✓（2）愈伤组织培养（外植体，细胞聚集体） ✓（3）悬浮培养（单细胞或小细胞团的液体培养） ✓（4）器官培养（organ culture） ✓（5）胚胎培养（embryo culture）
❖ 7.分生组织培养(meristem culture)：生长锥培养,人工 培养基上培养茎端分生组织细胞。如:茎尖0.1mm
✓ 4.植物组织和器官的培养（Plant tissue culture） ：在无菌条件下，将 离体的植物器官（根尖、茎尖、叶、花、果实、种子等）、组织（花 药、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（成熟或 未成熟的胚）、原生质体等培养在人工配制的培养基上，给予人工控 制的培养条件，诱发产生愈伤组织或丛生芽或长成新的完整的植株的 一种实验技术。也叫“离体培养”（Culture in vitro）或“试管培养” （In test-tube culture）。
❖ Ｐ－183～184
细菌和哺乳动物细胞的化学组成百分比
Molecular Composition of Cells
❖ 物质
细菌 哺乳动物
❖水
70
70
❖ 无机盐
1
1
❖ 混合的小分子
❖ 代谢物
3
3
❖ 蛋白质
15
18
❖ 磷脂
2
3
❖ 其它脂
—
2
❖ 多糖
2
2
❖ RNA
6
1.1
❖ DNA
1
0.25
第四节 植物细胞培养的基本技术
1674年，荷兰布商列文虎克(Anton van Leeuwenhoek)自制了高倍显微镜(300倍左右)
第三节 植物细胞的形态及生理特性
一、植物细胞的形态 二、植物细胞的结构特征：细胞壁、液泡、质体 三、植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分 四、植物培养细胞的生理特性
P-181
植 物 细 胞 的 结 构 水 平
❖ 次级代谢作用
❖ 是由特异蛋白质调控产生的内源化合物的合成、代谢及分解作用的综合 过程。
第二节 植物细胞工程发展简史
❖ 19世纪Schleiden和Schwann提出细胞学说 ❖ 20世纪30年代胚胎培养和器官培养 ❖ 20世纪90年代植物细胞培养工程：Phyton公司红豆杉
(Taxus chinensis)细胞培养生产紫杉醇。
✓ 2.植物的分化(differentiation):胚胎分化和器官分化，受精卵－胚－种子 －植株
✓ 3.脱分化(dedifferentiation):一定条件下，原来已经分化,并且具有一定功 能的体细胞(或性细胞)，丧失了原有的结构和功能,又重新恢复了分裂功 能,就叫做植物细胞的脱分化。
✓ 4.再分化(redifferentiation):已脱分化的细胞和组织再次分化发育成为完 整植株。
❖ 2.其他成分（后含物） ❖ （1）生物碱（alkaoid）:罂粟科，茄科 ❖ （2）糖苷类(glycoside):洋地黄毒苷 ❖ （3）挥发油(volatile oil):薄荷油，丁香油 ❖ （4）有机酸(organic acid):苹果酸，柠檬酸，水杨酸
四、植物培养细胞的生理特点
❖ 表5－3 植物细胞与动物细胞、微生物细胞的比较 ❖ 表5－4 植物培养细胞不同生长阶段的持续时间及特征
中机体及其器官形态结构的形成过程。
脱分化
再分化
形态发生
外植体 → 愈伤组织 → 生长点 → 芽、根 → 小植株
次级代谢产物
❖ 1.有明显的分类学区域界限 ❖ 2.其生物合成需要在一定条件下才能发生 ❖ 3.缺乏明确的生理功能 ❖ 4.是生命活动的多余成分 ❖ 主要有：生物碱、黄酮类、萜类、有机酸、木质素、皂苷类、多元酚类
糖原、淀粉和纤维素的结构
三、植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分 1.生理活性物质 （1）酶类（enzyme）:淀粉酶，蛋白酶，脂肪酶 （2）维生素（vitamin）:辅酶 （3）植物激素(phytohormones):调节代谢，影响生理过程，
量微、作用大。 （4）抗生素和植物杀菌素(antibiotic):蒜，葱，萝卜
嘌呤，6－FA）、赤霉素、脱落酸、乙烯
❖ 高浓度生长素、低浓度分裂素刺激细胞分裂；低浓度生长素、高浓度 分裂素刺激细胞生长；过量的赤霉素和酚类化合物能掩盖上述现象。
❖ （4）有机氮源：氨基酸 ❖ （5）维生素：B族VB1，VB6和泛酸，生物素，肌醇
根据无机离子在细胞内的作用分为四大类∶
❖ 8.外植体(explant)：植物组织培养中用来离体无菌培养 的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。 如：根、茎、叶、花、果实、胚珠、花药、花粉等。
❖ 9.愈伤组织(Callus)：外植体产生的一团无序生长的薄 壁细胞。
❖ 10.无性繁殖系(clone)：克隆，同一外植体获得很多无性繁殖后代。 ❖ 11.突变体(mutant)：经诱变处理而变异成新细胞 ❖ 12.继代培养(subculture)：连续多代培养 ❖ 13.初级代谢产物：核酸、蛋白质、糖类 ❖ 形态发生（morphologenesis）：指细胞再生植株的过程或个体发育
菌材料，常用灭菌剂，灭菌时间和顺序
❖ 二、培养基及其组成 ：P-187
❖ 相当于无菌土壤
❖ 三、培养方法： P-190
❖ 二、培养基及其组成
❖ （1）无机盐：大于30mg/L浓度大量元素，小于30mg/L微量元素,辅助 酶的合成。
❖ （2）碳源：甘油，糖类，肌醇 ❖ （3）植物生长调节剂：极低浓度（﹤1µmol/L） ❖ 5种天然激素：生长素（吲哚乙酸，IAA）、分裂素（6－呋喃甲基腺