中国药科大学生物技术生物工程植物细胞工程.ppt

植物细胞工程的发展历史 德国植物学家 Haberlandt 植物细胞培养创始人 1902年根据细胞学说 （cell theory ）提出植物体细胞有再生完整植株的潜在全能性----细胞全能性（totipotency） 1937-1938年，Nobecourt 培养胡萝卜根和马铃薯的块茎薄壁组织，获得愈伤组织。将愈伤组织置于琼脂培养基上继续培养，可无限发生细胞增殖，形成愈伤组织。首次从液泡化的薄壁细胞建立愈伤组织培养物。 一.植物细胞工程基本概念： 原理和方法：细胞学、生理学、分子生物学及工程学原理 对象：植物细胞 设计改造：植物细胞遗传性 目标：创造新物种，提供名贵药品及服务 二.植物细胞工程研究主要内容 ： 植物细胞和组织培养技术 原生质体培养和融合技术 植物的快速繁殖和人工种子 植物染色体工程 转基因技术 植物细胞工程 热点 1.在无菌和人工控制的条件下，采用植物细胞和组织培养技术培养植物的细胞，组织，器官以获得有药用价值的次生代谢产物。 2.采用植物的遗传操作技术改变植物或植物细胞的原有性状和功能，获得具有优良性状的植株或植物细胞，生产有药用价值的次生代谢产物。 一、重要概念 细胞的全能性: 一个细胞具有产生完整生物个体的固有能力。 一、重要概念 植物干细胞：植物胚性细胞（embryogenic cells）即合子。 分化的根茎叶中仍保留少数未分化或分化程度不高的细胞（遗留的胚性细胞） 一、重要概念 细胞的脱分化（dedifferentiation):特定条件下，分化细胞被诱导，基因活动模式发生变化，改变原有的发育途径，失去原有的分化状态，转变为具分生能力的胚性细胞。 已分化细胞要表现全能性，先要脱分化成分生细胞，后再分化形成胚胎发育成植株 脱分化条件：创伤和外源激素。 一、重要概念 外植体(explant)：植物体上取出的用于培养和分离细胞的组织或器官 愈伤组织：植物的伤口或外植体的伤口长出的细胞团，既是组织，又是脱分化细胞 次生代谢产物：保持植物的抗逆性，抗病性和抗虫性，及担当信号分子。 一、重要概念 二、培养植物细胞 四个生长时期 延迟期：细胞数恒定，高RNA含量，高蛋白质合成能力； 加速期：细胞快速生长期。细胞数、DNA和蛋白质浓度增加，有丝分裂活性、RNA含量和蛋白质合成能力减少； 对数期：介于最大生长率和蛋白质合成完全停止期之间。增加细胞鲜重、干重及RNA酶活性，蛋白质合成能力完全减退； 稳定期：细胞数稳定。细胞高液泡化，极度脆弱，高度分化及高浓度有机化合物。 三、植物细胞的培养特点 （1）植物细胞有独特的培养时间及特征：重量的增加在对数期，次生代谢产物积累在稳定期 （2）植物细胞很少单一细胞生长，对数生长后期分泌量蛋白和粘多糖，以非均相集合的细胞团悬浮生长。 （3）植物细胞好气，培养过程需供气及搅拌， （4）植物细胞较微生物细胞大得多，纤维素细胞壁，细胞壁脆弱，抗剪切能力小，传统的搅拌式反应器极易损伤细胞壁 三、植物细胞的培养特点 （5）具有群体效应、无锚定依赖性及接触抑制性； （6）培养细胞产物滞留于细胞内，且产量较低； （7）培养过程具有结构与功能全能性。经过增殖与分化，能发育成为植株 四、植物细胞营养要求 （1）必需元素 大量元素：氮、磷、钾、钙、镁、硫等 微量元素：硼、锰、锌、钼、铜、钴、氯等 （2）无机氮源，硝酸盐，铵盐为主。 （3）碳源，蔗糖 （4）需多种维生素烟酸，B1，B6和植物生长激素 (生长素，细胞分裂素，赤霉素，脱落酸，乙烯)。 （5）需有机物：甘氨酸或水解络酪蛋白，酵母提取液等。 五、植物细胞培养基 常用培养基 MS、N6、B6、RM-1964、 KM-8p等。 MS培养基是目前应用最多最普遍的培养基。无机盐的浓度较高，能保证组织培养生长所需的矿物营养。 White的无机盐含量较低，适于生根培养。 KM-8p主要用于原生质体培养， 含几乎所有单糖和维生素、呼吸代谢中的主要有机酸。 凡花药培养中常用培养基，成分较简单， 且KN03和(NH)2N04含高。 六、植物细胞的培养技术 （一）植物细胞的获得 1.外植体直接分离法：机械切割、组织破碎 2.愈伤组织分离法：制备小细胞团或单细胞悬液 3.原生质体再生法：纤维素和果胶酶混合处理外植体或愈伤组织，分离原生质体，再生培养基中培养，原生质体细胞壁再生。 （二）植物细胞的培养方法 1.单细胞的培养 （1）看护培养法（nurse culture）：在单细胞的生长环境里加入愈伤组织同时培养。愈伤组织提供促细胞分裂的物质等，传递生物信息，使细胞分裂增殖。 即愈伤组织看护单细胞 适用于难于培养的植物种类?  1.单细胞的培养 （2）微室培养法：单细胞悬液接种到人工制