植物细胞大规模培养

因此必须设计加液装置；由于植物细胞的生理活动
需要新鲜空气，且细胞代谢也可能产生有害气体，
所以必须设计通气装置； 为便于取样观察，一般
还设计有取样口。 可编辑版
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生物反应器
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气压式培养系统
考虑到机械搅拌式反应器的剪切作用难以 避免，同时搅拌器转动的中轴往往是容易使 培养物污染的部位，因此，发展出空气提升 式生物反应器，但其缺点是搅拌不均匀。
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③、培养基中添加前体
前体：有用次生代谢物的前驱物。 烟草愈伤组织培养中，将前体物 质—烟碱酸加入，会增加烟碱的生成 量。
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④、培养基中生长调节剂的作用
植物生长调节剂不仅影响植物的脱分化 与再分化，而且能影响次生代谢物质的产 生。如烟草愈伤组织培养中，培养基中添 加IAA，能合成烟碱，而在含有2,4-D的培 养基上，烟碱合成受阻。
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旋转式培养系统 一般用于产品中试或某些必需裂解细
胞才能获得目的产物的培养，其优点是控制 精确，处理灵活，缺点是培养体积较小。
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（四）利用细胞培养生产有用物质
1、利用细胞培养生产有用物质的一般程序
（1）选材 应注意以下条件：
①药效肯定；
②对其有效成分有充分的了解；
③有测定有效成分和药理的可靠方法；
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(三)生物反应器类型及特点 大规模培养系统基本原理方法与上述
实验室悬浮培养一致，但大规模培养所采 用的设备及控制技术比实验室小规模培养 要复杂的多。
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植物细胞培养具有周期长、细胞抗剪切能 力弱、易团聚等特点。同时，植物细胞规模 培养的目的是生产天然产物，所以，植物细 胞培养反应器的设计不仅要考虑有利于细胞 生长，还要考虑有利于产物的积累和分离。
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筛选出的高效、高产细胞株系，有 的植物细胞系其高效、高产性能稳定 多年，但有的植物细胞系不稳定，因 此，还需要定期检测，更新细胞株系。
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②、二步培养法
第一步：解决生物量生产（促进细胞分 裂）； 第二步：促进次生代谢物合成，即在细胞 指数生长停止期前后才更换培养基，有利 于次生物质的积累。
总体上，适合植物细胞培养的反应器应具
有适宜的氧传递、良好的流动性和较低的剪
切力。
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机械搅拌式培养系统
机械搅拌式生物反应器通常是在微生物发酵
罐的基础上改进设计的，根据植物细胞的特性，其
设备要求在微生物发酵罐的基础上作如下改进：搅
拌装置要减少剪切，一般改叶轮式为螺旋式；因为
植物细胞生长周期长，需要随时补充水分和营养，
从细胞生长与培养技术方面讲必须满足以下3个条件：
1、培养的细胞在遗传上应是稳定的，以得到产量
恒定的产物。
2、细胞生长及生物合成的速度快，在较短的时间
内能得到较高产量的终产物。
3、代谢产物要在细胞中积累而不被迅速分解，最
好能将其释放到培养基中。
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（二）、植物细胞规模化培养体系的建立
1、种子细胞的选择
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（3）大量培养
将选出的优良细胞株扩大繁殖后，可 作为细胞工厂化培养的生产“种子”，进 行大量培养。
（4）产品提取与纯化
从植物细胞培养物中提取和纯化
有的产品。
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2、提高有用物质生产效率的技术因素 ①筛选高产细胞系
从实验材料中筛选高产的细胞株系是提高 生产率、降低生产成本的重要因素。特异的次生 代谢产物往往是特异的器官中形成的。因此，用 特异器官为材料，建立特异功能的细胞系，并从 中反复多代培养选择有效的、高产的细胞株。
④市场短缺或价格昂贵；
⑤取有药效成分的部位，且该部位较
易形成愈伤组织。
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（2）细胞株系建立
将诱导产生的愈伤组织进行分离，建立悬 浮细胞繁殖体系（液体培养）。
在工厂化生产中，为了提高有用物质产品 的产量和质量，对细胞培养的选择有两个基本要 求：
①有用物质的合成积累能力强
②生长速度快
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3、大规模培养体系的建立 （1）成批培养：在一个培养体积中接种细胞或
添加培养基后，中途不添加也不更换培养基的方式。
（2）连续培养：在培养过程中，不断向反应器
中以一定流量添加新培养基，同时以一定流量从系统 中取出培养基的方式。
(3)半连续培养：在完成成批培养的一个周期后，
从反应器中取出大部分细胞悬液，只保留小部分细胞 悬液作为下一培养周期的种子细胞，然后加入新鲜培 养基进行培养的方式。
产品成分 用途
年销售额（亿美元）
长春花碱 治疗白血病 18～20（美国）
奎宁
治疗疟疾
5～10（美国）
致热素 杀虫剂
20（全世界）
毛地黄 心脏病药
20～55（美国）
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植物细胞大规模培养的技术要求：
从工程的角度讲必须要进一步研究和开发适宜于植物
细胞生长和次生代谢产物生产的生物反应器，建立最佳
的控制和调节系统。
第十一章 植物细胞大规模培养
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（一）、概述
植物次生代谢产物：植物中一大类并 非植物生长发育所必需的小分子有机化 合物，其产生和分布通常有种属、器官 组织和生长发育期的特异性。次生产物 在植物中的合成与分解过程称为次生代 谢。
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植物产生代谢产物的类型
根据分子结构不同大致分为：
酚类化合物：黄酮类；醌类（苯醌、萘醌、蒽醌）
（1）准确选择能产生目的化合物的植物种类； （2）尽量选择自然状态下产生天然产物的组织器官
为外植体； (3)高产种子细胞克隆的方法：单细胞培养后，将
单细胞扩增形成的愈伤组织分2份，1份成分含 量分析，另1份保留培养。
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2、种子细胞系的增殖与放大培养
种子细胞增殖初期一般采用摇瓶培养，摇瓶体积从 几百毫升到几升逐级放大。当细胞数量增加到一定 值后，应转移至体积较小的生物反应器培养。
萜类化合物：三萜皂甙；甾体皂甙；单萜、倍半萜、二萜
含氮化合物：生物碱；胺类（伯、仲、叔、季胺）
非蛋白氨基酸 生氰甙
多炔类、有机酸
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植物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Biblioteka Baidu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。
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自然植物和细胞培养的紫草宁含量比较
生产方式
生产周期
紫草宁含量（％干重）
完整植物
2～3年
1～2
植物细胞培养
3周
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植物次生代谢产品的市场潜能