第二节 植物细胞大规模培养技术 植物细胞培养是指在离体条件下培养植物细胞的方法。将愈伤组织或其他易分散的组织 置于液体培养基中，进行振荡培养，使组织分散成游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增 殖，获得大量的细胞群体。小规模的悬浮培养在培养瓶中进行，大规模者可利用发酵罐生产。 植物细胞培养是在植物组织培养技术基础上发展起来的。1902 年 Haberlandt 确定了植 物的单个细胞内存在其生命体的全部能力(全能性)，使成为植物组织培养的开端。其后，为 了实现分裂组织的无限生长，对外植体的选择及培养基等方面进行了探索。20 世纪 30 年代， 组织培养取得了飞速的发展，细胞在植物体外生长成为可能。1939 年 Gautheret， Nobercourt，White 分别成功地培养了烟草、萝卜的细胞，至此，植物组织培养才真正开始。 50 年代，Talecke 和 Nickell 确立了植物细胞能够成功地生长在悬浮培养基中。自 1956 年 Nic-kell 和 Routin 第一个申请用植物组织细胞培养产生化学物质的专利以来，应用细胞培 养生产有用的次生物质的研究取得了很大的进展。随着生物技术的发展，细胞原生质体融合 技术使植物细胞的人工培养技术进入了一个新的更高的发展阶段。借助于微生物细胞培养的 先进技术，大量培养植物细胞的技术日趋完善，并接近或达到工业生产的规模。 植物细胞培养技术广泛用于农业、医药、食品、化妆品、香料等生产上，据报道，全 美国的药方中四分之一是含有来源于植物的药品。尽管通过植物细胞培养可以获得许多产 品，但总的来说分为两类：初级代谢产物(包括细胞本身为产物)和次级代谢产物。目前，细 胞本身作为最终产物并不经济。大规模培养植物细胞主要用于生产次级代谢产物。有些产物 通过化学方法合成很不经济；有些产物其唯一来源只能是植物，而许多有价值的植物必须生 长在热带或亚热带地区，还要受到其它自然条件(如干旱、疾病)和人为条件(如政策)的影响。 最不能克服的是，有些植物从种植到收获要花几年时间，又根难选出高产植株，不能满足需 要。因此，可以通过采用大规模植物细胞培养技术直接生产。例如，紫草宁(shikonvin)是典 型的通过大规模培养植物细胞生产的产品。紫草宁既可作为染料又可入药，价值高达 ＄4500/kg，但是紫草(dithospermum)需要生长 2~3 年，其紫草宁浓度才达到干重的 1%~2%， 远不能满足需要。而通过大规模培养紫草宁可在短时间内（3 周左右）大量生产紫草宁（干 重的 14%左右）。由此可见，植物细胞培养技术应用于大规模有价值产品的生产具有巨大潜 力。 一、植物细胞培养基的组成和制备 1、细胞培养基的组成 确定植物细胞工业规模培养的培养基是个重要而复杂的问题。首先植物细胞培养基较微 生物培养基复杂得多，且工业化培养基又不同于实验室用培养基，即便是工业化培养本身， 甚至因培养目的及培养阶段不同而采用不同培养基。植物细胞大规模培养目的是生产细胞、 初级代谢产物、次级代谢产物、疫苗或用于生物转化，迄今虽有几种已知成分培养基为人们 普遍采用，但不同培养基培养结果不同。因此，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。选择培养基的基本原则是培养过程使细胞总体积倍增时间 1 天左右为 宜，但适宜于细胞生长的培养基，不一定适合于生产次生代谢产物及其它目的，通常需根据 培养目标设计相应培养基，如需生产次生代谢产物时，除选用促进细胞生长培养基外，尚需 提高次生代谢成为产率的培养基，待细胞生长至静止期时用以生产次生代谢产物。Morris 在长春花细胞悬浮培养过程，对培养基进行组合研究并考察其蛇根碱、阿玛碱及其它生物碱 产量的变化，发现细胞生长阶段和产物生产阶段采用不同培养基，各种产物均有不同程度增 加，说明不同培养阶段必需采用不同培养基；又如锦紫苏悬浮细胞培养，首先从 15 种培养 基种筛选出迷失香酸产率高的 B5 培养基，经试验又向其中添加 2，4-二甲基苯氧乙酸作为激 素，再用于培养锦紫苏细胞，产物生成量提高 40%；又将蔗糖浓度由 2%提高到 7%，产物第二节 植物细胞大规模培养技术 植物细胞培养是指在离体条件下培养植物细胞的方法。将愈伤组织或其他易分散的组织 置于液体培养基中，进行振荡培养，使组织分散成游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增 殖，获得大量的细胞群体。小规模的悬浮培养在培养瓶中进行，大规模者可利用发酵罐生产。 植物细胞培养是在植物组织培养技术基础上发展起来的。1902 年 Haberlandt 确定了植 物的单个细胞内存在其生命体的全部能力(全能性)，使成为植物组织培养的开端。其后，为 了实现分裂组织的无限生长，对外植体的选择及培养基等方面进行了探索。20 世纪 30 年代， 组织培养取得了飞速的发展，细胞在植物体外生长成为可能。1939 年 Gautheret， Nobercourt，White 分别成功地培养了烟草、萝卜的细胞，至此，植物组织培养才真正开始。 50 年代，Talecke 和 Nickell 确立了植物细胞能够成功地生长在悬浮培养基中。自 1956 年 Nic-kell 和 Routin 第一个申请用植物组织细胞培养产生化学物质的专利以来，应用细胞培 养生产有用的次生物质的研究取得了很大的进展。随着生物技术的发展，细胞原生质体融合 技术使植物细胞的人工培养技术进入了一个新的更高的发展阶段。借助于微生物细胞培养的 先进技术，大量培养植物细胞的技术日趋完善，并接近或达到工业生产的规模。 植物细胞培养技术广泛用于农业、医药、食品、化妆品、香料等生产上，据报道，全 美国的药方中四分之一是含有来源于植物的药品。尽管通过植物细胞培养可以获得许多产 品，但总的来说分为两类：初级代谢产物(包括细胞本身为产物)和次级代谢产物。目前，细 胞本身作为最终产物并不经济。大规模培养植物细胞主要用于生产次级代谢产物。有些产物 通过化学方法合成很不经济；有些产物其唯一来源只能是植物，而许多有价值的植物必须生 长在热带或亚热带地区，还要受到其它自然条件(如干旱、疾病)和人为条件(如政策)的影响。 最不能克服的是，有些植物从种植到收获要花几年时间，又根难选出高产植株，不能满足需 要。因此，可以通过采用大规模植物细胞培养技术直接生产。例如，紫草宁(shikonvin)是典 型的通过大规模培养植物细胞生产的产品。紫草宁既可作为染料又可入药，价值高达 ＄4500/kg，但是紫草(dithospermum)需要生长 2~3 年，其紫草宁浓度才达到干重的 1%~2%， 远不能满足需要。而通过大规模培养紫草宁可在短时间内（3 周左右）大量生产紫草宁（干 重的 14%左右）。由此可见，植物细胞培养技术应用于大规模有价值产品的生产具有巨大潜 力。 一、植物细胞培养基的组成和制备 1、细胞培养基的组成 确定植物细胞工业规模培养的培养基是个重要而复杂的问题。首先植物细胞培养基较微 生物培养基复杂得多，且工业化培养基又不同于实验室用培养基，即便是工业化培养本身， 甚至因培养目的及培养阶段不同而采用不同培养基。植物细胞大规模培养目的是生产细胞、 初级代谢产物、次级代谢产物、疫苗或用于生物转化，迄今虽有几种已知成分培养基为人们 普遍采用，但不同培养基培养结果不同。因此，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。选择培养基的基本原则是培养过程使细胞总体积倍增时间 1 天左右为 宜，但适宜于细胞生长的培养基，不一定适合于生产次生代谢产物及其它目的，通常需根据 培养目标设计相应培养基，如需生产次生代谢产物时，除选用促进细胞生长培养基外，尚需 提高次生代谢成为产率的培养基，待细胞生长至静止期时用以生产次生代谢产物。Morris 在长春花细胞悬浮培养过程，对培养基进行组合研究并考察其蛇根碱、阿玛碱及其它生物碱 产量的变化，发现细胞生长阶段和产物生产阶段采用不同培养基，各种产物均有不同程度增 加，说明不同培养阶段必需采用不同培养基；又如锦紫苏悬浮细胞培养，首先从 15 种培养 基种筛选出迷失香酸产率高的 B5 培养基，经试验又向其中添加 2，4-二甲基苯氧乙酸作为激 素，再用于培养锦紫苏细胞，产物生成量提高 40%；又将蔗糖浓度由 2%提高到 7%，产物