植物细胞的大规模培养

三、大规模细胞培养技术这里所说的细胞培养包括微生物和动植物细胞的培养；所谓大规模培养是指有别于实验室的培养而言。

在实验室中进行细胞培养主要是掌握细胞的生长、殖、生理、生化等规律，所采用方法和仪器要求精密，但处理量很小，如在好气菌的液体培养时，一般采用扁瓶或摇瓶，靠瓶口的棉塞进行供氧。

在生产中，培养细胞的目的是为了收集大量的细胞（如面包酵母、非分泌型重组大肠杆菌）通过细胞的催化作用大量生产代谢产物（如氨基酸和抗生素）或进行生物转化笛体化合物的转化、污水处理）。

由于细胞培养量大，所采用的容器也必然很大，但单位液体体积所占有的液体表面却比小型容器少得多，不可能再采用表面通气或震荡的方法来供氧了。

带有通气和搅拌装置的生物反应器正是为了适应大规模细胞培养才产生的。

此外，在工业生产中，还需考虑经济有效、方便可行和可进行人为控制等因素。

为此，环绕大规模细胞培养有不少带有共性的工程技术问题，如氧的供需、物质传递、细胞生长和产物形成动力学、生物反应器的结构和操作、过程检测与控制等。

这些问题有的将在以后诸节中介绍，本节将着重介绍各类细胞培养的特点、氧的供需和各种培养方式三个问题。

1 •各类细胞的培养特点在微生物范围内，细菌、放线菌、酵母、霉菌中的不少菌株常用来进行发酵、微生物转化或作为基因工程的宿主。

在动物细胞中，哺乳动物的某些淋巴细胞、表皮（包括皮肤以及器官、体腔的表层组织）细胞、成纤维细胞的细胞系以及某些鱼、昆虫细胞系可以用来进行传代培养。

其中淋巴细胞常用来与骨髓癌细胞经原生质体融合形成各种杂交瘤以生产单克隆抗体，或通过病毒的刺激生产干扰素；表皮及成纤维细胞中某些细胞系可用来进一步培养病毒以生产疫苗，有的可作为基因工程的宿主。

由于动物细胞属结构和功能齐全的真核细胞，因此对外源基因的表达更为完整和正确，且可以获得结合蛋白产品。

在植物界中，几乎所有的双子叶、单子叶、裸子植物以及蕨、鋅都能进行细胞培养。

某些植物细胞系可以用来生产次级代谢产物。

第十二章植物细胞大规模培养第十二章植物细胞大规模培养1）、了解植物细胞培养基2）、掌握植物细胞培养方法3）、掌握植物细胞的大规模培养技术4）、了解影响植物细胞培养的因素5）、了解植物细胞培养反应器通过本章节的学习，学生能掌握植物细胞培养方法及其工艺。

1植物可含有数量极为可观的次代谢物质。

据保守的估计，目前已发现的植物天然代谢物已超过2万种，而且还在以每年新发现1600种的速度递增。

我们祖先在与疾病的抗争中已各积累了丰富的利用植物中的生物活性物质治病强身的经验。

李时珍（1953）编纂的巨著《本草纲目》中所开列的1892种药物绝大多数是植物。

目前仍哦约25%的法定药品来自植物。

然而植物生长缦慢，自然灾害频繁。

即使是大规模人工栽培仍然不能从根本上满足人类对经济植物日益增长的需求。

因此早在1956年，Routier和Nickell就提出工业化培养植物细胞以提取其天然产物的大胆设想。

Reinhard等（1968）首先将这种设想转变成现实，生产出了哈尔碱(harmine)。

紧接着Kaul等（1969）、Furrya等(1972)和Teuscher等（1973）分别培养植物细胞获取了其中的薯蓣皂苷、人参皂角苷和维1斯纳精（visnagin）。

现在一些发达国家已集中相当数量的人力、财力潜心开拓这个经济潜力十分巨大的生产领域。

目前世界最大批量工业化培养细胞（烟草细胞）已达2万升（20吨）。

我国在“八五”、“九五”和“863计划”中连续拨款资助工业化培养红豆杉细胞生产抗肿瘤药物紫杉醇的研究，目前已达到60mg/L的世界先进水平。

工业化植物细胞培养系统主要有两大类：悬浮细胞培养系统和固定化细胞培养系统。

前者适于大量快速地增殖细胞，但往往不利于次生物质的积累；后者则相反，细胞生长缓慢而次生物质含量相对较高。

21953年Muir成功地对烟草和直立万寿菊的愈伤组织进行了悬浮培养。

继之Tulecke和Nickell（1959）推出了一个20L的植物细胞封闭式悬浮培养系统。

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在进行细胞大规模培养之前，需要进行一系列的准备工作，以确保培养过程的顺利进行。

植物细胞培养植物细胞培养是一项重要的生物学研究技术，通过将植物细胞放入适宜的培养基中，提供适宜的养分和生长条件，使其在无菌条件下进行繁殖和生长。

这项技术在植物生物技术和植物育种研究中有着广泛的应用，可以用于植物组织培养、植物再生、基因工程、植物病毒研究等方面。

接下来，我将详细介绍植物细胞培养的原理、步骤、方法及其应用。

一、植物细胞培养的原理植物细胞培养的原理是利用植物细胞的分裂和再生能力，在培养基上形成功能完整的植株。

培养基中提供的养分和生长因子可以满足植物细胞的营养需求，而适宜的温度和光照条件则有利于细胞分裂和再生。

在无菌条件下进行培养，可以避免外界的微生物污染和干扰，保证细胞培养的成功率。

二、植物细胞培养的步骤植物细胞培养主要包括材料准备、杀菌、建立无菌培养条件、组织处理、细胞培养和植株再生等步骤。

1.材料准备：选择适宜的植物材料，如幼苗的茎尖、子叶、胚乳、花药等作为外植体。

同时准备培养基、培养器具和培养条件所需的试剂和设备。

2.杀菌：将外植体浸泡在含有杀菌剂的溶液中，进行表面消毒，以去除外植体表面的细菌和真菌。

3.建立无菌培养条件：在无菌操作台上进行操作，使用无菌培养器具和培养基，保持操作环境的无菌状态。

4.组织处理：将外植体切割成适当的大小，要求每个组织片段都含有足够的细胞和组织分化能力。

5.细胞培养：将组织片段放置在含有适宜濃度的培养基中，提供适宜的养分和生长因子，调节温度和光照条件，使细胞进一步分裂和分化。

6.植株再生：当细胞分裂和分化达到一定程度时，可以通过调节培养基的成分和添加适宜的激素来诱导细胞形成胚乳、芽和愈伤组织，最终形成功能完整的植株。

三、植物细胞培养的方法植物细胞培养可以通过不同的方法来实现，包括愈伤组织培养、悬浮细胞培养、胚愈伤组织培养等。

1.愈伤组织培养：将外植体的某些部位培养在含有适宜生长因子的培养基上，刺激组织的分裂和分化，形成愈伤组织，进而形成植株。

2.悬浮细胞培养：将植物细胞分散在液体培养基中，进行无瓶培养。