植物细胞工程课件第四章细胞规模化培养技术

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1、第四章细胞规模化培养技术细胞工程电子课件华中农业大学生命科学技术学院概述生物反应器的类型与特点细胞规模化培养的主要技术环节规模化培养中常见的问题与解决途径主要内容4.1概述细胞规模化培养在现代工业中的潜力高等生物细胞规模化培养现状4.1.1细胞规模化培养在现代工业中的潜力在植物生物技术中，应用培养细胞系统合成有用的天然产物，很可能发展成为一个广义的化学工业的一个组成部分。长期以来，植物一直是许多化学品的主要资源，特别在制药和食品加工业中更是不可缺少。据不完全统计，至少有20％左右的药物是由植物衍生而来的，而且每年都可发现许多植物来源的新化合物。植物

2、次生代谢产物在医药、食品、轻化工业等领域具有重要意义。李时珍（1593）在《本草纲目》中所开列的1892种药物绝大多数是植物药物，目前仍有约25％的法定药品来自植物。其药物的有效成分均为次生产物。许多植物次生代谢产物是优良的食品添加剂和名贵化妆品原料。有些是生物毒素的主要来源，可以用于杀虫、杀菌，而对环境和人畜无害，是理想的环保产品。IndustryProductPlantspeciesUsePharmaceuticalsAjmalicineCatharanthusroseusCirculatoryproblemsBerberineCoptisjap

3、onicaAntimicrobialQuinineCinchonaledgerianaAntimalarialCamptothecinCamptothecaacuminataAntitumorDigoxinDigitalislanataCardiatonicProductsSynthesizedUsingCellCulture（引自Ramawat和Merillon，1999）IndustryProductPlantspeciesUseFoodAnthocyaninsDaucuscarotaPigmentQuinineCinchonaledgerian

4、aBitteringagentSpearmintMenthaFlavorAgriculturePyrethrinChrysanthemumInsecticideCosmeticsJasmineJasminumPerfumeProductsSynthesizedUsingCellCulture（引自Ramawat和Merillon，1999）规模化细胞培养是生产植物次生产物的理想途径。保护生态环境提高生产效率发展新型生物技术产业生产方式生产周期紫草宁含量（％干重）完整植株2～3年1～2植物细胞培养3周14来自于植物体和细胞培养的紫草宁含量比较（引自熊宗

5、贵，1999）Examplesofenhancementinnaturalproductyieldinselectedcelllinescomparewithparentplantmaterial.(AfterFowler,1983)ChemicalproductplantCellyield(%DW)Wholeplantyield(%DW)Ratiocellyield/wholeplantGlutathioneN.tabacum1.00.110NicotineN.tabacum5.02.12AnthraquinonesM.citrifolia18.0

6、2.28RosmarinicacidC.blumei27.03.09AjmalicineC.roseus2.20.37SErpentineC.roseus1.80.53DiosgeninD.deltoidea3.52.0270年代后期，基因工程使得外源基因成功地在微生物中得以表达，由于其简单快速、生产效率高，逐渐形成了以原核细胞为培养对象的基因工程技术和大规模微生物培养技术，一度大有取代动物细胞培养这势。但许多生物活性蛋白不能在微生物工程菌细胞中表达，而只能在动物细胞中产生。也不能将蛋白质产物自动分泌到细胞外，给产物分离带来麻烦。80年代后，随着基因

7、工程技术和细胞融合技术的迅速发展，已经能够把特定的外源基因通过PCR技术扩增几千倍，并可转染到动物细胞内，使其高效表达。动物细胞培养生产的各种产品是其他植物、微生物细胞培养所无法比拟的，在人类生活特别是医学中发挥越来越大的作用。4.1.2高等生物细胞规模化培养现状1956年，Nichell和Routin提出了植物细胞培养生产化合物的第一个专利申请。20世纪60年代以来，组织培养的迅速发展为细胞培养奠定了技术基础。各种细胞培养基的设计、植物细胞生物反应器的研制、植物细胞培养动力学研究、植物细胞培养生产次级代谢物的调节控制理论与应用等方面的研究都取得了显

8、著进展。1979年，国际组织培养协会专业术语委员会建议将组织培养和细胞培养的概念加以区分。以此为契机，20世