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药用植物次生代谢工程研究概况摘要高等植物的次生代谢产物是许多天然药物的重要来源，随着对药用植物次生代谢合成途径日渐全面的认识，采取有效的代谢工程策略对植物次生代谢途径进行遗传改良，已经取得了诸多研究成果。
本文介绍了黄酮类化合物 ( flavonoids )、萜类化合物( terpenoids )及生物碱( alkaloid )这三种重要药用植物次生代谢产物的结构及生物合成途径，说明了次生代谢工程在提取高质量药用植物活性物质中的研究现状，为今后药用植物次生代谢产物的大规模研究和利用提供借鉴。
关键词植物药；次生代谢产物；代谢工程高等植物的次生代谢产物是许多天然药物的重要来源，植物药在国际医药市场中占有重要的地位。
由于许多植物的天然活性物质的结构特殊，很难用化学方法完全合成，因此这类物质的生产必须依赖于天然植物资源。
针对植物天然药物可持续发展问题，药用植物次生代谢产物的应用吸引了国内外众多研究者的关注。
植物次生代谢的概念最早于1891年由Kossel 明确提出。
次生代谢产物(Secondary metabolites) 是由次生代谢(Secondary metablism) 产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。
次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、萜类、甾体及其甙、生物碱七大类。
还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、萜类化合物、含氮化合物( 如生物碱) 等三大类。
代谢工程( Metabolic engineering )是生物工程的一个新的分支，通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径，主要是针对提高某种重要的次生代谢物或其前体的含量，以期在较广范围内改善细胞性能，满足人类对生物体的特定需求。
随着现代生物工程技术的发展，充分利用基因组学的研究成果，解析和调控植物次生代谢的生物合成途径，进而利用代谢工程的方法大幅度提高药用植物中目标产物的含量，不仅具有理论上的可行性，而且已经成为改造物种的有力工具1. 植物次生代谢产物合成途径了解植物次生代谢合成途径是实施次生代谢工程的基础。
植物细胞培养研究报告1. 引言植物细胞培养是一种重要的生物技术，在植物育种、药物研发以及植物疾病治疗等领域有着广泛的应用。
本文旨在综述植物细胞培养的研究进展和应用现状，介绍其原理、培养条件以及未来发展方向。
2. 原理植物细胞培养是指将植物的组织或细胞分离、培养并在适当的条件下进行生长和繁殖。
该技术主要包括组织培养、悬浮细胞培养以及根瘤菌介导的植物转化等方面。
2.1 组织培养组织培养是将植物的组织分离并在培养基上进行培养。
这一技术常常用于植物育种中的无性繁殖以及植物的快速繁殖。
通过调节培养基的营养成分和激素浓度，可以实现不同组织的分化、增殖和再生。
2.2 悬浮细胞培养悬浮细胞培养是将植物的细胞分离并在液体培养基中进行培养。
这一技术常常用于植物次生代谢产物的生产以及基因工程中的表达载体构建。
通过控制培养基的pH值、温度和搅拌速度等因素，可以提高细胞培养的效率和产量。
2.3 根瘤菌介导的植物转化根瘤菌介导的植物转化是利用根瘤菌作为载体将外源基因转入植物细胞中的一种技术。
这一技术常常用于植物的基因工程以及抗病性的提高。
通过优化转化体系和筛选转化的植株，可以实现对目标基因的引入和稳定表达。
3. 培养条件植物细胞培养的成功与否与培养条件密切相关。
以下是常用的培养条件：•温度：通常在20-25摄氏度之间进行培养。
•光照：对于光合植物，适当的光照条件是保证培养成功的重要因素。
•培养基：培养基的配方和成分对植物细胞的生长和繁殖有重要影响，常用的培养基包括MS基础培养基、B5基础培养基等。
•激素：细胞分化和增殖需要适当的激素刺激，如生长素、激动素和细胞分裂素等。
4. 应用现状植物细胞培养技术在植物育种、药物研发以及植物疾病治疗等领域有着广泛的应用。
4.1 植物育种植物细胞培养可以通过无性繁殖的方式，实现对优异品种的快速繁殖。
同时，通过基因工程技术和基因编辑技术，还可以实现对目标性状的改良和优化。
4.2 药物研发植物细胞培养可以用于植物次生代谢产物的生产。
药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况一、本文概述随着现代医药学的发展，药用植物作为天然药物的重要来源，其研究价值日益凸显。
药用植物的次生代谢产物，作为其主要活性成分，具有广泛的生物活性和药理作用，对于人类疾病的防治具有重要意义。
本文旨在探讨药用植物次生代谢产物的积累规律，以期为药用植物资源的合理开发和利用提供理论支撑。
本文首先介绍了药用植物次生代谢产物的概念和种类，阐述了次生代谢产物在药用植物中的重要性和作用。
接着，从生物合成途径、环境因素和遗传调控等方面，分析了次生代谢产物积累的影响因素，探讨了次生代谢产物积累的一般规律。
在此基础上，本文综述了近年来国内外在药用植物次生代谢产物积累规律研究方面的主要成果和进展，包括次生代谢产物积累与植物生长发育的关系、次生代谢产物积累与环境因子的关系、次生代谢产物积累的遗传调控机制等方面的研究。
通过对药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况进行梳理和总结，本文旨在为药用植物资源的合理开发和利用提供理论支持和实践指导，推动药用植物次生代谢产物的研究向更深层次、更广领域发展，为人类的健康事业作出更大的贡献。
二、药用植物次生代谢产物的合成途径与调控机制次生代谢产物是药用植物在生长发育过程中，为适应环境压力或完成特定生理功能而合成的一类非必需小分子化合物。
这些化合物通常具有显著的生物活性，如抗菌、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤等，是许多中药材的主要药效成分。
因此，研究药用植物次生代谢产物的合成途径与调控机制，对于深入理解其药用价值和提高药材质量具有重要意义。
次生代谢产物的合成途径通常包括初生代谢产物的转化和专门的次生代谢途径。
初生代谢产物，如糖、氨基酸和脂肪酸等，通过一系列酶促反应转化为次生代谢产物。
这些反应可能涉及多个生物合成途径，如苯丙烷途径、黄酮途径、萜类途径等。
这些途径中的关键酶和调控因子在次生代谢产物的合成中发挥着重要作用。
调控机制方面，药用植物次生代谢产物的合成受到多种内外因素的调控。
植物次生代谢产物的生产技术及工艺进展植物次生代谢产物是植物生命活动中的重要组成部分，在生态系统中发挥着重要的作用。
它们除了在自己的生长中起到重要的作用外，还有很多药用价值。
其中有一些物质已经被广泛地用于医药、香料、染料、高级材料等领域。
然而，由于各种因素的制约，植物次生代谢产物的生产一直是相对困难的。
接下来，我会就植物次生代谢产物的生产技术及工艺进展这一话题进行探讨。
一、植物次生代谢产物的生产技术大体分类生产一直是植物次生代谢产物生产的难点。
在过去，传统的化学合成方法被认为是主要的生产途径。
然而，这种方法的成本较高，且仅适用于某些化学物质的生产。
现在，人们发现通过细胞培养建立起的次生代谢产物生产系统是一种新的方法。
这种方法借助植物本身的代谢机制，可以建立高效、连续、大规模的生产系统，从而大大提高了生产效率。
接下来，我们将对这两种方法进行简单的介绍。
1.1 传统的化学合成方法传统的化学合成方法是指通过人工合成的方式，在实验室中根据物质结构和反应机理对物质进行合成。
和传统的制药行业一样，这种方法也存在许多缺陷。
首先，植物次生代谢产物的化学结构较为复杂，需要很多繁琐的反应步骤，耗时耗力，且合成的产物纯度较低。
其次，这种方法长期以来忽视了环境和生态等方面问题，不利于现代可持续发展的趋势。
1.2 细胞培养方法细胞培养技术是指在体外培养细胞，利用细胞本身的基因信息和代谢途径来合成目标产品。
细胞培养技术具有高效、连续、规模化生产、高纯度、低成本等优点。
尤其在植物次生代谢产物生产领域已经得到广泛应用，成为一种主要的生产方式。
现有的细胞培养方式大致分为固定化细胞培养、悬浮细胞培养、和器官培养三类。
二、植物次生代谢产物的生产工艺进展近年来，随着生物技术的不断发展，植物次生代谢产物的生产效率有了很大的提高。
这里，我们将分别从遗传工程、代谢工程、转化工程、预处理工程和精制工程等方面来介绍植物次生代谢产物生产的几项技术进展。
植物次生代谢产物的代谢调控机制研究植物作为自主养生的生物体，其次生代谢代谢产物在植物生长发育和适应环境的过程中起着至关重要的作用。
通俗来说，次生代谢产物就是不参与细胞生长和发育的物质，而是为植物提供其它生物功能的，比如抗菌、抗氧化、抗超氧化、抗逆境等等。
在植物次生代谢代谢调控机制研究领域，近几年来取得了不小的进展。
一、植物次生代谢代谢产物的来源次生代谢产物来源于植物基因表达和环境压力之间的相互作用。
从基因组水平来看，植物次生代谢产物是由具有相似结构基因家族的同源酶催化形成的。
这些酶是来源于基因家族，通过基因名命名，如 CYP450 酶。
它们在植物细胞中的空间位置不同，在固体内质网中，质体和线粒体，体现了良好的空间分布和合作。
从环境压力的角度来看，植物次生代谢产物来自环境压力诱导的激素信号响应。
环境压力请求植物组织修复，例如干旱、甜菜田污染和铜沼泽污染等，这些压力都会使植物组织释放次生代谢产物以进行修复。
这些次生代谢产物的合成和新陈代谢将作为植物对外部环境压力的应对策略。
二、植物次生代谢代谢调控机制的研究方法在研究植物次生代谢代谢调控机制时，可以从基因表达方面入手。
传统的方法就是基于变异的高通量热扫描 (RNA-seq) 和微阵列分析技术研究植物触发次生代谢的通路。
这些方法的目的是标识在特定条件下植物基因的表达差异，以便更好地了解次生代谢代谢调控机制。
另外，还可以通过荧光融合技术研究次生代谢产物的运输和其他关键调控机制，以及光合作用和纤维素酶的调控。
三、植物次生代谢代谢调控机制的研究进展近年来，植物次生代谢代谢调控机制的研究进展非常快速，其中有多个方向值得关注。
目前，植物次生代谢代谢调控机制研究的关键成果如下：1.间层细胞的发现间层细胞是占据植物表皮中间地带的一组细胞，是植物中次生代谢产物积累的一个主要区域。
比如吲哚丙酮酸和花色苷等中生代谢产物的积累就与间层细胞的数量和空间分布密切相关。
2.基因组学研究对代谢通路的启发通过基因组学研究，我们能够发现某些基因家族的变异和定位可以启发新的代谢途径的发现，比如在白蜡树中，通过基因组学研究发现虽然软蜡酯只存在于桉树中，但是可以在白蜡树上利用其基因组派生催化代谢路径来合成。
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：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。
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。
植物次生代谢产物的提取及其分离纯化技术研究植物次生代谢产物是指植物在生长发育过程中生成的一些与生命活动或环境适应密切相关的物质，它们不是植物生命活动必需的，但有着重要的功能和作用。
这类物质具有广泛的生物活性，包括抗氧化、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、降血压等多种作用。
因此，对于植物次生代谢产物的研究，具有重大的理论和应用价值。
植物次生代谢产物的提取是植物化学研究的重要环节。
目前常用的提取方法主要有超声波辅助提取法、微波辅助提取法、水蒸气蒸馏法、飞行时间质谱法等。
其中，超声波辅助提取法是一种高效、简便、易操作的提取方法。
超声波提取是利用高频超声波在介质中产生强大的声波振动，使植物细胞壁受到破坏，从而促进次生代谢产物的释放和充分混合提取剂。
同时，超声波也可以加速某些反应动力学，使提取效率更高。
分离纯化是植物化学研究中关键的环节，直接关系到化合物的性质和用途的研究。
从植物提取物中分离纯化次生代谢产物的方法包括色谱、电泳、萃取、精制等多种。
在纯化技术中，色谱是最为重要、常见和有效的方法之一。
目前使用最广的色谱包括薄层层析、高效液相色谱、毛细管电泳、气相色谱等。
这些方法具有分离效率高、分离速度快、选择性好等优点。
针对不同的次生代谢产物和研究目的，选择不同的分离纯化方法。
例如，针对酚类化合物、黄酮类和类胡萝卜素等具有特定长波长吸收的化合物，可以选用反相高效液相色谱法进行分离纯化。
而针对挥发性物质和有机酸类化合物等，可以采用气相色谱法。
如果需要制备较纯的化合物，可以采用层析法（包括硅胶层析、凝胶层析、离子交换层析和亲和层析等）。
此外，针对某些产量较低的化合物，通过活体细胞培养或基因工程技术，可以实现其产量增加和提取效率的提高。
总之，对植物次生代谢产物的提取和分离纯化技术，是植物化学研究的关键环节，对于深入研究其活性和应用，起着至关重要的作用。
当前，越来越多的研究者致力于探索更多、更有效的提取方法和分离纯化技术，以期获取更多有效的植物次生代谢产物。
植物代谢和次生代谢产物的研究植物代谢可以分为一次代谢和次生代谢两个部分。
一次代谢是指植物通过光合作用、呼吸作用等基本生命过程获得的能量和物质转化，包括蛋白质、碳水化合物、脂肪和核酸等。
而次生代谢是指植物细胞中不同于生命基本过程所需的代谢物，比如植物色素、萜类、生物碱和鞣花酸等，这些物质在植物的生理生态环境中发挥了十分重要的作用。
植物次生代谢产物是生物多样性和设备的主要来源，对人类生产和生活也有着巨大的经济价值。
物种多样性和生物多样性的研究得以充分地依赖于这些次生代谢产物。
近些年来，生命科学技术的飞速发展使得对植物代谢和次生代谢产物的研究变得越来越深入和全面。
这种趋势将会正向地解决许多全球性问题，比如空气污染和全球气候变化等。
一、植物次生代谢产物的种类1.生物鹼生物鹼分子结构上含有氮原子，包括吗啡、吡啶等。
一些生物碱具有毒性、药用性和防御性等作用，比如黄樟素、拟南芥等。
2.植物色素植物通过吸收太阳能来合成叶绿素，用于实现光合作用。
其中叶绿素a、叶绿素b是植物体内最常见的叶绿素，而类胡萝卜素则是一种与之相关的植物色素。
3.鞣花酸和鞣花酸植物通过鞣花酸和鞣花酸防止氧化和腐烂。
一些植物也含有一部分这些物质，它们能够通过防御性提高植物对环境的适应能力。
4.萜类萜类是一类有机化合物，其中包括单萜、倍半萜和防卫性化合物。
它们的分子量大多在300到1000之间，虽然酯肽类物质不属于萜类，但它们在结构上与萜类有很多相同之处。
二、植物次生代谢产物的功能1.植物三维结构的形成植物的三维结构对于其在大气环境中存在具有重要作用，比如根系对于水分吸收的功能就与植物的三维结构有关，而被毛和叶片的形态对于阳光的吸收也有着不可忽视的作用。
2.促进花的形成和吸引昆虫植物通过独特的香味和颜色对昆虫产生吸引作用，这对于植物的授粉和果实生长非常重要。
3.参与免疫和抗氧化反应植物次生代谢产物中一部分物质具有防御功能，比如鞣花酸、生物碱和多酚等可以防止细菌、真菌和病毒在植物体内滋生。
植物细胞培养生产次生代谢产物的研究进展植物细胞培养生产次生代谢产物的研究进展. 利用植物细胞培养生产代谢产物具有十分广阔的前景。
文章就植物细胞培养生产次生代谢产物过程中各种理化条件优化以及植物细胞培养过程相关模型建立的研究进行了综述。
. 植物细胞培养条件优化模型植物细胞培养始于本世纪初，并不可争议地具有工业化潜力。
目前植物细胞培养生产的化合物很多，包括糖类、酚类、脂类、蛋白质、核酸以及帖类和生物碱等初生和次生代谢产物，植物细胞培养的应用主要包括以下3个方面：有用物质（次生代谢产物）的生产；植物无性系的快速繁殖和遗传突变体的筛选；植物细胞遗传、生理、生化和病毒方面的深入研究。
但是由于植物细胞大规模培养技术的局限性使得植物细胞仍难以实现大规模工业化生产，迫切需要进一步研究和发展细胞培养条件的优化控制及其工艺。
目前，世界上众多研究工作集中在优化细胞培养环境、改变细胞特性、提高目标产物的产率并保证其生产稳定性上。
1 植物细胞悬浮培养条件的优化1.1 植物细胞培养过程中物理因素的优化控制对于植物细胞培养来说，环境中的许多物理因素对细胞的生长以及目标次生代谢产物的合成具有很大的影响。
如通过温度、光照、电场、磁场电磁辐射、机械力以及超声波等对于植物细胞培养过程都有着十分重要的作用。
植物细胞的生长、繁殖和次生代谢物的生产需要一定的温度条件，在一定的温度范围内细胞才能正常生长、繁殖和维持正常的新陈代谢，植物细胞培养的最适温度一般为25℃，但不同的植物种类略有差异，而且植物细胞生长和次生代谢产物的合成所需的温度并不一致，因此选择合理的培养温度并进行相应的调控对于细胞生长以及产物合成十分关键，H.J.G.ten Hoopen等［1］曾对Catharanthus roseus细胞的培养过程、Toshiya Takeda等［2］对Strawberry细胞的培养过程分别进行温度的阶段性调控，结果都在很大程度上提高了产物的产率；培养基的pH值与细胞生长繁殖以及次生代谢产物的生产关系密切，与培养温度相似，细胞的生长繁殖与次生代谢产物合成时所需的pH值通常并不一致，需要在不同的阶段控制不同的pH值；目前关于电场的作用机理膜周电泳学说，该学说认为对细胞施加稳定的电场能够导致膜中带电物质的重新分配，最终导致原生质体生长和分化效应。
石贵玉等［3］曾对银杏细胞培养细胞施加一定的高压电场进行刺激，结果发现对细胞的相关指标产生了较大的影响；而磁场的作用机理使它加速了细胞内的氧化磷酸化过程，从而促进ATP的合成，最终使得有丝分裂指数增高。
王曼丝等［4］和洪丽萍等［5］分别研究过磁场对滇紫草细胞培养过程的影响；有研究表明［6］宇宙中的电磁波对生物体都会产生巨大的影响；超声波的运用主要是有利于细胞次生代谢物向细胞外释放。
目前在这些方面的一些研究主要还是停留在机理的探讨上，而如何在细胞大量培养时综合利用并对这些因素进行调控还有待进一步的研究。
1.2 植物细胞培养过程中化学因素的优化控制植物细胞培养过程中的一些化学因素如培养基组成、溶氧、其它添加物等对于细胞的生长也具有十分重要的意义。
合理的培养基组分、适当的溶氧以及其它诱导子及其前体等物质的有效调控能够在很大程度上促进细胞的生长以及次生代谢物的合成。
培养基中的碳源、氮源及其一些微量的金属离子以及一些有机物质不仅是细胞生长以及合成的物质基础，而且很多都能够促进细胞生长或者是有利于产物的形成。
植物细胞培养通常使用蔗糖作为碳源，研究表明，一定浓度的蔗糖不仅能够促进植物细胞的生长，还能够刺激次生物质的合成，Fujita等采用4%（W/V）的蔗糖浓度培养紫草细胞，结果仍能提高花色素的产量，Venkatesh等通过交替流加碳、氮源紫草宁的实验发现，在一定范围内，碳源浓度的提高有利于色素的产生，但当蔗糖浓度大于5%时，对紫草宁的合成开始产生抑制作用；氮源的主要作用是促进细胞分裂，合成蛋白质与核酸等细胞物质，培养基中的氮源可分别以［NH4+］和［NO3-］的形式存在，氮源浓度有最佳范围，而［NH4+］/［NO3-］的浓度比对细胞的生长代谢也非常重要；其它一些金属离子以及一些有机诱导子的添加也会对培养细胞的生长以及次生代谢产物的合成产生影响；在植物细胞悬浮培养中，溶氧对细胞的生长和代谢有很大的影响［7，8］，同时，在培养条件中溶氧也是最复杂的因素之一，溶氧有一定的极限，过高或过低都会影响到细胞生长和产物合成，特别是在高密度培养时，供氧不足往往可能是限制产量的主要因素之一，因此溶氧参数的调控对于植物细胞培养十分关键，Jin-Han 等研究了氧分压对Panax notoginseng培养细胞生长以及人参皂苷和多糖合成的影响，发现高的氧分压抑制细胞生长，同时也不利于产物的合成。
2 植物细胞培养相关模型的研究进展利用植物细胞培养生产药物，已发展成植物细胞培养在生产运用中的主流之一。
目前全世界约有四分之三的人以植物作为预防疾病的药物来源。
因葡萄球菌、大肠杆菌、结核杆菌等都表现出对由微生物来源的各种抗生素的耐药性，人们对抗生素类药的局限性已有了深刻的认识。
植物产生的药物在微生物中很少发现，而且植物产生的药能克服微生物来源药物的诸多不足，而化学合成药物的难度又远远超过了从植物中获得天然产物。
然而由于药用植物的过度采伐，其资源日趋贫乏，同时对环境也造成了极大的破坏，因此为了解决植物资源短缺、环境保护等问题，药用植物细胞的大量培养显得十分重要。
目前国内外在药用植物细胞培养方面的研究取得了很大进展，特别是运用生物反应器进行药用植物细胞大量培养的技术正日趋成熟。
在植物细胞放大培养的过程中最关键的问题是建立对培养过程中各种现象进行合理描述的模型, 为细胞的大量培养奠定基础。
目前国内外在植物细胞培养过程动力学模型的研究方面取得了很大的进展。
植物细胞培养始于20世纪初, 运用生物反应器对植物细胞进行大量培养的报道最初始于1960年，Tuleche和Nickel运用134L的生物反应器成功培养了不同种类的植物。
但由于植物细胞固有的性质代谢途径和代谢产物与细胞生长关系的复杂性，细胞与培养环境相互作用，使得对植物细胞的放大培养变得难以实现，只有针对不同的植物细胞，采用相应的简化策略建立细胞培养模型，逐级模拟和优化培养过程才能够最终实现细胞的大量培养。
现分别就近几年关于植物细胞培养过程的动力学模型的研究进展进行归纳。
2.1 植物细胞培养非结构化动力学模型最初植物细胞培养的数学模型的建立是在细菌等微生物培养过程动力学模型的基础上发展起来的。
在传统的微生物发酵过程中通常都是以一个简单的生物量组分来进行模型化，因此都是非结构化的，如Monod模型、Nyholm模型及其Leudeking-piret模型等，这些类型的模型通常都只能够考虑一些单组分的变化情况，而不能够考虑到植物细胞组分的多样性和细胞在培养过程及其代谢过程中变化的复杂性，如次生代谢产物的生成和细胞生长以及细胞在代谢过程中其它中间物质之间的相互转化的复杂关系等。
因此这类模型不能够预测植物细胞培养过程中的很多行为，对于植物细胞的放大培养的指导性也十分有限。
2.2 植物细胞培养结构化动力学模型随着对植物细胞培养过程的研究深入进行以及对植物细胞代谢过程的明朗，植物细胞培养的多样性也有了较多的认识，从而开始运用复杂的数学模型——结构化数学模型——来描述植物细胞的培养过程。
由于结构化数学模型考虑了培养细胞组分的多样性及其之间以及细胞与环境之间的生理生长关系，因此能够较精确地描述植物细胞的培养过程。
这类模型对于分析细胞内的代谢调控很有价值，能够为培养过程提供更加清晰、更加定量的依据，其分析结果对于进行细胞培养过程的优化具有较强的指导性。
到目前已经有4种结构化数学模型运用于植物细胞培养的研究之中：第一类模型是由Frazier等在1987年提出了一个基于两种代谢中间物的动力学模型，用于解释细胞生长及与生长相关的产物合成之间的相互作用，1989年他又提出植物细胞处于细胞团的小环境中，其生长受中间代谢物控制的模型，该模型预测在细胞生长过程中存在一个延迟期。
这类模型关键在以细胞培养中间代谢产物的生成和释放行为为建模依据建立模型来解释细胞生长及与生长相关代谢产物之间的关系。
第二类模型把细胞的存活率引入了建模中，分析了细胞活性与细胞生长、底物消耗以及代谢产物的形成之间的相互关系。
在1989年Bailey和Nicholson提出了一个新的模型，在这个模型中考虑了细胞鲜重和存活率两个新的变量，这种模型能够预知细胞的膨胀和溶解过程。
1990年Mathisca 等［9］又提出了一个能够区分分裂细胞和非分裂细胞的生长模型。
到1998年，在Bailey 和Nicholson提出的模型的基础上，Glicklis［10,11］在假设只有存活细胞生成产物多糖，底物消耗不用于维持细胞生长的前体下提出了一个植物细胞悬浮培养生成多糖的动力学模型，并通过Symphytum officinal L.的悬浮培养确定其多糖的合成属于生长相关型。
第三类模型属于考虑底物吸收及其活化机制的结构化模型。
1992年Brian S. Hooker 和James M. Lee以细胞吸收培养基中的物质蔗糖等以及其在细胞内的代谢为基础, 通过一定的假设和简化,建立了考虑细胞生长、产物生成以及细胞呼吸作用的结构化数学模型，通过对细胞结构化的组成物、次生代谢产物的形成和细胞呼吸作用的检测来研究细胞在培养过程中内部的相互作用，并且将生长竞争型和非生长竞争型次生代谢产物区分开来。
这个模型第一次说明了底物吸收和活化机制，模型的预测与实验有一定的相符合性。
在2000年薛莲等［12］以培养基中碳源在培养过程中所经历的途径为依据，建立了紫草细胞悬浮培养的结构化动力学模型来描述细胞的培养过程，参数优化的结果使模型能够较好的反映培养体系的变化情况。
这种结构化模型较之Hooker等建立的模型更加简单，而且参数较少容易检测，有较强的实用性，在2003年李踳等［13］也以同样的方法对红豆杉细胞培养建立了相应的模型，其实验结果也证明了该模型能很好的描述培养过程，通过对两种细胞培养建模的成功实现证明了该模型对于植物细胞培养存在一定的通用性。
第四类模型主要考察了在细胞培养过程中其它重要盐类物质如磷酸盐和钙盐等对细胞培养生长或产物形成的影响。
1993年Guliklis等［14］提出了一个关于长春花细胞在不同磷酸盐水平下进行分批培养的结构化模型，模型不仅成功的描述了批式培养时细胞在不同磷酸盐浓度下的生长情况，而且对细胞在恒化器中的培养情况也有较好的预见性。
Bramble等也提出了一个考虑钙盐和磷酸盐对咖啡细胞悬浮培养的影响的结构化模型，能够预见生物碱的形成速率，与实验结果具有很好的一致性。
