第七章植物细胞和次生物质生产详解
植物生理学教案--第七章生长生理
3、影响细胞分化的因素
1、糖浓度
低糖浓度（< 2.5%），有利于木质部
形成；高糖浓度（> 3.5%），有利于韧皮
部形成；中糖浓度(2.5%~3.5%)，木质部、
韧皮部都形成，且中间有形成层。
2、植物激素
CTK/IAA比值：高，芽；低，根； 中等，不分化。
乙烯也能促进根的形成，高浓度的 GA则抑制根的形成。 IAA/GA比值高—木质部；低—韧 皮部。
2、呼吸作用的变化 在吸水的第一和第二阶段，CO2的 产生大大超过O2的消耗 — 无氧呼吸； 吸水的第三阶段，O2的消耗大于CO2的 释放 — 有氧呼吸。大量产生ATP，如 小麦吸水30分钟，ATP增加5倍。
吸水
CO2 O2
3、酶的变化
1、酶原的活化：种子吸胀后立即出现， 如：β-淀粉E
2、重新合成：如α-淀粉E 两种途径： （1）活化长寿的mRNA （2）新合成的mRNA 新蛋白质 新蛋白质 新酶 新酶
直接作作用： （1）、光抑制茎的生长
原因：
a、光照使自由IAA转变为结合态IAA。
b、光照提高IAA氧化E 活性，加速IAA
的分解。
（2）、光抑制多种作物根的生长
光可能促进根内形成ABA，或增加ABA 活性。 （3）、光形态建成 (光控制植物生长、 发育与分化的过程)
包括种子萌发成苗的能力和对不良环境 的忍受力两个方面。 种子活力与种子的大小、成熟度和 贮藏条件有关。
4、种子寿命 种子寿命（seed longevity）：从种子 成熟到失去发芽力的时间。 顽拗性种子：不耐脱水和低温，寿 命很短，如：热带的 可可、芒果种子 正常性种子：耐脱水和低温，寿命 较长，如：水稻、花生 种子寿命与种子含水量和贮藏温度 有关。
植物次生代谢产物生产
产次生代谢产物时, 对光质和光量的要求是不同的, 如玫 瑰茄悬浮细胞合成花青素时, 蓝光是促进玫瑰茄细胞产生 花青素的最有效单色光, 产量为416 mg/ L, 和全色光差 不多, 红光和橙光无效, 其他单色光随其波长接近蓝光, 正 效应增强。
pH值：植物细胞培养的最适宜pH 值在5-6 之间,但也存在
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1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.1 2.1320. 12.13Sunday, December 13, 2020
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2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。07:3 7:5107: 37:5107 :3712/ 13/2020 7:37:51 AM
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3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.12.1 307:37: 5107:3 7Dec-20 13-Dec-20
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8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年12 月13日 星期日 7时37 分51秒0 7:37:51 13 December 2020
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9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自 强不息 。上午 7时37 分51秒 上午7时 37分07 :37:512 0.12.13
• 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。12/13/
接种量：接种量影响次生代谢产物的有效积累, 接种时必须
满足一定的接种量。
4. 化学因素
4.1 培养基成分
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31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
植物细胞培养及次生物质生产
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
植物次生代谢产物简介
植物次生代谢产物简介董妍玲 潘学武(华中科技大学生命科学与技术学院生物技术研究所武汉430074) 摘要 阐述了植物次生代谢产物的基本概念、主要功能、主要类型和生成次生代谢产物的主要途径,最后简单介绍了植物细胞大规模培养法生产有用次生代谢产物的现状。
关键词 初生代谢 次生代谢 次生物质 细胞培养1 植物次生代谢产物的概念绿色植物及藻类因为有叶绿素,可以通过光合作用将二氧化碳和水转化成糖类,并放出氧气,生成的糖则进一步通过不同途径(如磷酸戊糖途径,糖降解途径,三羧酸循环),产生核酸合成的原料如核糖等,脂类合成的原料如丙二酸单酰辅酶A(m almyl CoA)等,并通过固氮反应得到一系列的氨基酸(为合成肽和蛋白质的重要原料)。
上述过程因为对维持植物生命活动过程来说是不可缺少的,且几乎存在于所有的绿色植物中,故习惯上称为初生代谢(primary metabolism)。
糖、蛋白质、脂类和核酸等这些对植物有机体生命活动来说是不可缺少的物质,称为初生代谢产物(primary metabo lites)。
植物,尤其是高等植物,除了含有上述初生代谢产物外,还含有丰富的小分子有机化合物,这些化合物有自己独特的代谢途径,通常是由初生代谢派生而来。
1891年,K ossel明确提出了植物次生代谢(secondary metabo lism)的概念。
与初生代谢产物相比,植物次生代谢产物(secondar y metabolit es)是指植物体中一大类并非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。
少数小分子有机物在代谢途径上与次生产物比较相似,但具有明显的生理功能,因而不把它们视为次生代谢产物,如萜类成分赤霉素、脱落酸、均为植物激素,另如胡萝卜素为光合作用所必需。
随着研究的深入,植物次生代谢的概念有待进一步发展。
2 植物次生代谢产物的主要功能2.1 次生代谢产物的生态意义 次生代谢是植物在长期进化过程中对生态环境适应的结果,许多植物在受到病原微生物浸染后,产生并积累次生代谢产物,用以增强自身的抵抗力,这样的小分子物质称为植保素(phy toalex in)。
植物细胞工程复习
植物细胞工程复习第二章名词解释植物细胞工程：植物体的细胞中，含有该植物所有的遗传信息。
在合适的条件下，一个细胞可以独立发育成完整的植物体。
利用细胞的这种全能性，生物学家通过组培来繁殖名贵花卉、消灭果树上的病毒，以及通过对细胞核物质的重新组合，进行植物遗传改造等。
这就是人们常说的植物细胞工程。
细胞全能性(totipotency）：植物细胞具有该植物有机体的全部遗传信息，并具有形成植物有机体所有细胞类型，直至发育成完整植株的能力。
脱分化（dedifferentiation）：在离体培养的条件下，已分化的细胞，失去原有的形态和机能，从而形成没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织的过程。
再分化（redifferentiation）：由脱分化状态的细胞再度分化形成一种或几种类型细胞的过程。
包括细胞分化、组织分化和器官分化等。
再分化通过胚胎发生途径或器官发生途径实现。
外植体(e xplant) ：指切离植物体后用以离体培养的各种接种材料，包括胚胎材料、各种器官、组织、细胞和原生质体等。
愈伤组织（Callus）：在人工诱导或自然条件下，植物细胞脱分化，不断增殖产生的主要有薄壁细胞构成的不定形的组织。
思考题1、影响脱分化有关的因子及其作用（１）创伤刺激（除种子外）离体培养均产生创伤，创伤反应与组织培养时脱分化和再分化的时间基本一致，创伤影响细胞分裂和分化作用，创伤是引起细胞脱分化的第一个因子。
（2）生长物质的影响培养基中添加外源植物生长物质对细胞的脱分化起着决定性的作用。
２，４－Ｄ等生长物质，能使细胞脱分化并分裂；生长素＋细胞分裂素（3）培养细胞的异质性异质性细胞对培养条件刺激有不同敏感度。
异质性细胞：不同染色体倍数。
如豌豆2x、3x和4x细胞的外植体（根）培养在含2，4—D培养基中，只二倍体细胞脱分化分裂。
培养在2，4—D+酵母汁培养基中，2x、3x和4x细胞均脱分化，一周后4x的脱分化占优势。
异质性细胞：不同生理状态菊苣块茎储存时间脱分化所需时间５个月２０－２４小时１２个月６０小时发现脱分化所需时间的长短与细胞内RNA变化有关。
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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植物细胞培养及次生物质生产
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
《植物生理学》第七章植物的生长生理复习题及答案
《植物生理学》第七章植物的生长生理复习题及答案一、名词解释1.生长(growth)：在生命周期中，植物的细胞、组织和器官的数目、体积或干重的不可逆增加过程称为生长。
例如根、茎、叶、花、果实和种子的体积扩大或干重增加都是典型的生长现象。
2.分化：从一种同质的细胞类型转变成形态结构和功能与原来不相同的异质细胞类型的过程称为分化。
它可在细胞、组织、器官的不同水平上表现出来。
3.种子寿命：种子从完全成熟到丧失生活力所经过的时间。
4．种子活力：种子在田间条件下萌发的速度，整齐度以及幼苗健壮生长的潜在能力，它包括种子萌发成苗和对不良环境的忍受力两个方面。
5. 组织培养（plant tissure culture）：植物组织培养是指植物的离体器官、组织或细胞在人工控制的环境下培养发育再生成完整植株的技术。
根据外植体的种类，又可将组织培养分为：器官培养、组织培养、胚胎培养、细胞培养以及原生质体培养等。
6.植细胞全能性：植物体每一个细胞都具有分化成一个完整植株的潜在能力，即具有形成完整生物个体的全套基因。
7.愈伤组织：愈伤组织是指具有分生能力的细胞团。
8.光敏色素(phytochrome，Phy) ：一种对红光和远红光的吸收有逆转效应、参与光形态建成、调节植物发育的色素蛋白。
9.脱分化(dedifferentiation) ：植物已经分化的细胞在切割损伤或在适宜的培养基上诱导形成失去分化状态的、结构均一的愈伤组织或细胞团的过程。
10.再分化（redifferentiation）：由处于脱分化状态的愈伤组织或细胞再度分化形成不同类型细胞、组织、器官乃至最终再生成植株的过程。
11.生长最适温度：使植物生长最快的温度，叫植物生长最适温度。
生产上为培育健壮的植株，常常要求在比最适温度（生理最适温）略低的温度，即所谓协调的最适温度。
12. 胚状体（embryoid）：在特定条件下，由植物体细胞分化形成的类似于合子胚的结构。
《植物细胞》 讲义
《植物细胞》讲义在我们生活的这个丰富多彩的世界里，植物无处不在。
无论是广袤的森林、青葱的草地，还是我们家中精心呵护的盆栽，都离不开植物细胞这个微小而又神奇的生命单元。
植物细胞就像是一个个精巧的小工厂，各自执行着特定的功能，协同合作，共同维持着植物的生命活动。
让我们一起走进这个微观世界，来探索植物细胞的奥秘。
植物细胞具有特定的结构，这些结构共同协作，使得细胞能够正常地运作。
细胞壁是植物细胞外层的坚硬“盔甲”，主要由纤维素组成，它为细胞提供了支撑和保护，维持了细胞的形状，并且决定了植物细胞的大小和形态。
细胞膜则是细胞的“边防战士”，它控制着物质进出细胞，具有选择透过性。
这意味着它能够让一些有用的物质进入细胞，同时阻止有害物质的入侵，保障细胞内部环境的相对稳定。
细胞质是细胞内的“大舞台”，其中充满了各种细胞器，就像舞台上的演员，各自发挥着重要的作用。
首先要说的是叶绿体，它是植物进行光合作用的场所。
叶绿体内部含有叶绿素，能够吸收光能，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气，为植物提供了生长和发育所需的能量和物质。
线粒体则是细胞的“能量工厂”，通过呼吸作用将有机物中的化学能释放出来，为细胞的各种生命活动提供能量。
内质网是由一系列膜围成的管状、泡状和扁平囊状结构组成，它分为粗面内质网和光面内质网。
粗面内质网上附着有核糖体，负责合成和运输蛋白质；光面内质网则参与脂质的合成和代谢。
高尔基体就像是细胞的“物流中心”，它负责对蛋白质进行加工、分类和包装，然后将它们运输到细胞内的不同部位或者分泌到细胞外。
液泡在成熟的植物细胞中占据了很大的空间，它就像一个巨大的仓库，储存着细胞内的各种物质，包括水、糖类、无机盐、色素等。
液泡还能够调节细胞内的环境，维持细胞的渗透压。
核糖体是合成蛋白质的“小机器”，它们可以游离在细胞质中，也可以附着在内质网上。
此外，植物细胞中还有溶酶体，它含有多种水解酶，能够分解衰老、损伤的细胞器以及吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌。
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（三）成功的悬浮细胞培养体系必须满足 三个条件：
• 悬浮培养物分散性良好，细胞团较小，一般 在30～50个细胞以下
• 均一性好，细胞形状和细胞团大小大致相同。
• 细胞生长迅速，悬浮细胞的生长量一般2～3 天甚至更短时间便可增加一倍。
• 1悬浮培养体系的建立
①材料
• 愈伤组织
• 外植体：幼苗、胚轴、子叶。
如果使处在静止期的细胞悬浮液保存时间太 长，则会引起细胞的大量死亡和解体。因此，当 细胞悬浮液达到最大干重产量之后，即在刚进入 静止期的时候，须尽快进行继代。
• （2）连续培养
指在培养过程中，不断注入新鲜培养基， 排掉用过的培养基，保持培养物的容积恒 定，使培养液中的营养物质得到不断补充。 类型分为封闭型和开放型两种
例如： 麻醉药物：莨菪碱 健身药品：人参皂苷、人参三醇 心血管系统方面：芸香苷、槲皮素 天然色素：叶黄素、类胡萝卜素 香水香料类：挥发油
• 3、植物细胞大规模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
植物次生代谢产物市场潜能
产品成分 用途
年销售额（亿美元）
• 例如：新疆紫草愈伤组织的诱导
• 种子 消毒 萌发 根、胚轴、子叶（作 为外植体） 接种到含2.4-D和KT的MS培养基 上诱导愈伤组织。
② 筛选方法
• 愈伤组织外观为大小均一的小颗粒，疏 松易碎、外观湿润、，细胞色泽呈鲜艳 的乳白或淡黄色。
• 挑出愈伤组织培养于高有机质、高激素、 低糖的培养基中培养，诱导出更多得到 愈伤组织。
平板培养技术
二、植物细胞的悬浮培养
• （一）定义： • 细胞悬浮培养（cell suspension culture）：
指将游离的细胞或细胞团按照一定的细胞 浓度悬浮在细胞培养基中进行培养的方法。
• （二）特点 1、细胞可以不断增值，形成高密度的细胞群
体，适于大规模培养
2、能够提供大量的较为均匀的细胞，为研究 细胞的生长、分化创造方法和条件。
2）均一性好，细胞大小，生理状态一致
3）生长速度快，培养周期短
4）目标产物含量高，容易分离
5）细胞遗传稳定性好
生产瓶颈
（四）、植物细胞大规模培养系统
用培养瓶在摇床上培养 培养方式
用生物反应器大规模培养
常用的生物反应器
搅拌式生物反应器 气升式生物反应器 旋转式生物反应器
通气搅拌罐式生物反应器
气升式生物反应器
4、悬浮培养的方式
分批培养 连续培养
• （1）分批培养：
• 指将一定量的细胞或细胞团分散在一定量 的液体培养基中进行培养的技术。即将细 胞和培养液一次性装入反应器内进行培养 的技术。
分批培养的特点
在培养过程中除了气体和挥发性代谢产物可 以同外界空气交换外，一切都是密闭的，当培养 基中的主要营养物质耗尽时，细胞的分裂和生长 即行停止。
第七章 植物细胞培养及次生物质生产
• 植物的单细胞培养 • 植物细胞的悬浮培养 • 植物细胞的大规模培养和次生物质生产
一、植物单细胞培养
• 定义 • 植物细胞培养（plant cell culture）：是指在离体
条件下对植物单细胞或小的细胞团进行培养使其 增值培养形成单细胞无性系或再生植株的技术。 • 目的及意义 进行细胞代谢研究 用于突变体的筛选、遗传转化 次生代谢物质的生产
连续培养图示：
加入培养基
排出培养基及其培养物
封闭型连续培养的特点
排出的旧培养基由加入的新培养基进行补充， 进出数量保持平衡。
悬浮在排出液中的细胞经机械方法收集起来 之后，又被放回到培养系统中。
随着培养时间的延长，细胞数目不断增加。
开放型连续培养的特点
注入的新鲜培养液的体积与流出的原有培养液 及其中细胞的容积相等。
培养物的生长速度永远保持在一个接近最高值的 恒定水平上（通过调节流入和流出的速度） 。
三、植物细胞大规模培养和
次生物质生产
• （一）、植物产生的代谢物质 • 1、类型 • 初生代谢物：淀粉、糖类、蛋白质等 • 次生代谢物：酚类化合物、黄酮类、生物
碱、帖类、皂苷等。
2、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
长春花碱 治疗白血病
18～20（美国）
阿吗灵 循环系统障碍药 5～25（全世界）
奎宁
治疗疟疾
5～10（美国）
毛地黄 心脏病药
20～35（美国）
• （二）大规模培养技术建立三步骤： ① 高产细胞株的建立和筛选 ② 高产细胞株的增值培养 ③ 大规模培养体系建立
（三）适合工业生产细胞株的筛选指标：
1）分散性好，适合大规模悬浮培养
③ 悬浮培养
• 挑选的愈伤组织于液体培养基（ 2克入 40ml）120r/min，25 ℃，弱光下培养
• 2～3d
依次用500um、100um的尼
龙膜过滤 均匀的悬浮体系培养物
悬浮培养体系建立
• 2、悬浮细胞增值的衡量标准 ① 细胞鲜重（细胞真空去掉多余水分的重量） ② 细胞干重（细胞收集80℃干燥至恒重的重量） ③ 细胞密实体积（细胞悬浮液离心后的体积，
以每ml培养液中细胞总体积所占的ml数表示） ④ 细胞计数（血细胞计数板计算）
• 3、培养细胞的同步化（周期同步化） • 定义：
• 指的是同一悬浮体系中所有的细胞都同时 通过细胞周期的某一特定时期。
• 目的：
• 使同一体系中细胞能保持相对一致的细胞 学和生理学性质。
• 细胞周期同步化方法 ① 分选法 ② 低温处理③ 饥饿法 ④ 抑制剂法
• 发酵罐
• （一）单细胞的分离 • 有完整的植物器官分离单细胞 • 有培养的组织分离单细胞
• 1、由植物完整的器官分离单细胞
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叶片是最好的材料
•机械法 •酶解法
1.1机械法 用刀片刮叶片
• （二）单细胞的培养 • 培养方法主要有： • 平板培养法（plating culture） • 看护培养法（nurse culture） • 微室培养法（micro-chamber culture） • 条件培养法（conditioned culture ）