第七章植物细胞和次生物质生产详解

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。

《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。

【高分复习笔记】郑湘如《植物学》（第2版）笔记和课后习题（含考研真题）详解4.2 课后习题详解4.3 名校考研真题详解第五章茎的形态结构与建成过程5.1 复习笔记 5.2 课后习题详解 5.3 名校考研真题详解第六章叶的形态结构与建成过程6.1 复习笔记 6.2 课后习题详解 6.3 名校考研真题详解第七章营养器官的变态7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 名校考研真题详解第八章生殖器官（Ⅰ）——花的形态结构与建成过程8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 名校考研真题详解第九章性细胞的形成与有性生殖过程9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 名校考研真题详解第十章生殖器官（Ⅱ）——种子与果实的形态结构与建成过程10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 名校考研真题详解第二部分植物类群和演化第十一章生物多样性和植物分类的基础知识11.1 复习笔记11.2 课后习题详解11.3 名校考研真题详解第十二章植物界的基本类群12.1 复习笔记12.2 课后习题详解12.3 名校考研真题详解第三部分被子植物类群简介第十三章被子植物分科概述13.1 复习笔记13.2 课后习题详解13.3 名校考研真题详解绪论0.1 复习笔记一、植物与植物界1 植物的基本特征（1）具有由纤维素和半纤维素组成的细胞壁（2）营自养生活（3）可无限生长2 植物界的划分表0-1生物的分界系统3 植物的多样性（1）种类多植物界包括藻类、菌类、地衣类、苔藓植物、蕨类植物和种子植物六大类群。

（2）分布广在平原、高山、荒漠、江、河、湖、海、空中、地下、生物体内都有植物生长繁衍。

（3）形态结构与习性多种多样①形态结构：个体大小从几纳米到高达几百米；从单细胞个体到有复杂结构的组织、器官的多细胞个体。

②习性：有营光合作用的绿色自养植物、非绿色化学自养植物、寄生植物、腐生植物等。

（4）生命周期不同有生活几分钟后就传代的细菌；有一年生、二年生的草本；有多年生的草本或灌木；以及寿命达数千年的多年生乔木。

重庆文理学院植物组织细胞培养技术生产次生代谢产物的应用摘要：植物组织细胞培养是现代生物技术应用最重要的一个方面，它是一个应用广泛和快速发展的技术。

植物组织细胞培养技术已应用于植物次生代谢产物的生产，并取得很大成效。

本文讲述组织细胞培养技术在药物、食品、化妆品等方面的次生代谢产物生产的一些应用，以及总结了现在主要植物组织培养技术、植物组织培养技术在实践中的应用。

关键词：次生代谢产物细胞培养代谢产物植物的次生代谢产生的活性物质成分已被人类广泛应用，主要集中在研究制药(如如抗癌药物紫杉醇、疗伤药物紫草宁、保健药物人参皂甙等)、食品添加剂(如生姜、香子兰等)、调味剂(如胡椒、留兰香等)、食用色素(如花青素等)、油料(如如豆寇油、春黄菊油等)、饮料(如咖啡、可可等)、树胶(如阿拉伯胶等)、化妆品、生物杀虫剂和农用化学品等方面。

尽管有些植物次生代谢物质并不是很多，但它们与人类健康密切相关，已成为当前生物领域研究关注的重点。

因此许多植物代谢产物以组织细胞培养技术的方法开发利用，进行大规模生产，使植物次生代谢物质产量和活性提高。

1 植物组织培养技术在实践中的应用[1]21世纪是生物技术迅速发展的世纪，而植物组织培养技术是生物技术中的重要内容，可以用于：1.1植物育种已被越来越广泛的用于扦插难生根植物、引种材料少的植物。

除常规的用器官进行培养，也可以用花药进行花粉单倍体植株育种，这种方法技术简单，对一些植物种来说易于诱导未成熟花粉的分裂，可以进行大群体研究，可以迅速而大量的产生单倍体，具有迅速纯合、选择效率高、排除杂种优势干扰、突变体筛选、消除致死基因等优点。

1.2用于脱毒和离体快繁获得脱除病毒的材料和用于植物材料快速繁殖这方面是目前植物细胞组织培养应用最多最有效的一方面. 世界上受病毒危害的植物很多，而园艺植物受病毒危害更为严重，当植物被病毒侵染后，常常造成生长迟缓、品质变劣、产量大幅度降低等危害，目前，已经在马铃薯、甘薯、草莓、大蒜、苹果、香蕉等多种作物上大规模应用;离体培养的优点就是快速，而且材料来源单一，遗传背景一致，不受季节和地区的限制，重复性好，所以离体快速繁殖已经广泛应用于果树，中药材等的栽培。

植物细胞培养生产次生代谢产物的影响植物细胞培养条件温度：培养温度对植物细胞生长及二次代谢产物生成有重要影响。

通常，植物细胞培养采用25℃。

搅拌：在摇瓶实验中，通常摇床的转速取90―120r／min。

pH值：通过细胞膜进行的H+离子传递对细胞的生育环境、生理活性来说无疑是重要的。

在培养过程中，通常pH作为一个重要参数被控制在一定范围内。

植物细胞培养的适宜pH值一般为5―6。

通气：通气是细胞液体深层培养重要的物理化学因子。

好气培养系统的通气与混合及搅拌是相互关联的。

对摇瓶试验，通常500m1的三角瓶内装80―200m1的植物细胞培养液较适宜。

当然，气液传质还与瓶塞的材料有关。

试验表明，从溶氧速率考虑，以棉花塞最好，微孔硅橡胶塞次之，铝箔塞最差。

光：光对植物有着特殊的作用。

光照射条件不仅通过光照周期、光的质量(即种类、波长)而且通过光照量(光强度)的调节来影响植物细胞的生理特性和培养特性。

研究表明，光调节着细胞中的关键酶的活性，有时光能大大促进代谢产物的生成，有时却起着阻害作用。

细胞龄：在培养过程的不同时期，细胞的生理状况、生长与物质生产能力差异显著。

而且，使用不同细胞龄的种细胞，其后代的生长与物质生产状况也会大不一样。

通常，使用处于对数生长期后期或稳定期前期的细胞作为接种细胞较合适。

接种量：在植物细胞培养中，接种量也是一个影响因素。

在再次培养中，往往取前次培养液的5―20％作为种液，也以接种细胞湿重为基准，其接种浓度为15―50g(湿细胞)／L。

由于接种量对细胞产率及二次代谢物质的生产有一定影响，故应根据不同的培养对象通过试验，确定其最大接种量。

影响植物细胞培养的因素植物细胞生长和产物合成动力学也可分为三种类型：①生长偶联型，产物的合成与细胞的生长呈正比；②中间型，产物仅在细胞生长一段时间后才能合成，但细胞生长停止时，产物合成也停止；③非生长偶联型，产物只有在细胞生长停止时才能合成。

事实上，由于细胞培养过程较复杂，细胞生长和次级代谢物的合成很少符合以上模式，特别是在较大的细胞群体中，由于各细胞所处的生理阶段不同，细胞生长和产物合成也许是群体中部分细胞代谢的结果。