植物細胞培養條件

植物細胞培養  技術就是為了某種目的而在細胞水平上對離體植物細胞或原生質體進行的一系列生物工藝學操作。它包括分離、培養、再生以及一系列相關的操作。就有用化合物的生產來說，它主要是指在無菌條件下通過懸浮培養植物細胞生產有用化合物的過程。

理論與技術基礎：植物細胞全能性、微生物  液體深層發酵系統、遺傳工程

意義：

1)不受地理、季節和氣候條件的限制;

2)節省土地，降低成本，生產周期短，可大大提高經濟效益;

3)可代替整體植株在工廠內連續生產所需產物;

4)可通過添加抑制劑等使生物合成按照人的意志進行;

5)可通過誘變篩選，獲得高產細胞株，并且可以進行特定的生物轉化獲得新的有用物質。

1. 發展與成果例證

1959年Tu1ecke和Nickell首次采用大體積〔20升〕的硫酸瓶進行了薔薇(Rosa sp.)莖段的細胞大量培養。

1967年Kaul和Staba采用多升發酵罐對小阿米(Ammi visnaga)進行了細胞大量培養的研究，并從細胞培養  物中得到了第一個藥用成分呋喃色酮(visnagin)。

1972年，Kato培養煙草細胞以獲得尼古丁，最后放大到在20000升的生物反應器上進行分批和連續培養，其生產能力為5.82kg/m3.d。

1983年，***三井石油化學工業公司利用大規模培養紫草細胞生產紫草寧，產物終濃度達1400mg/L;隨后，Ushiyama等在20000升生物反應器中成功地進行了100公斤/月的人參愈傷組織培養。

迄今為止，全世界已對近1000余種植物進行過細胞培養  方面的研究，生產的天然產物包括藥品、香料、色素、食品、化妝品等500多種。許多植物的細胞培養已完成實驗室階段研究，正向工廠中試過渡，有的已完成工廠化生產規模的實驗。如人參、紫草、毛地黃、煙草、肉桂、迷迭香、黃芪等。

2. 培養基組成

培養基的組成對植物  細胞的生長和代謝物質的生產影響極大。典型的培養基有Murashige-Skoog(MS),Linsmaier-Skoog(LS)，white和B5等四種。

無機鹽類：在無機鹽中，磷酸根及氮源(NH4+或N03-)的含量對細胞的生長與物質生產有明顯的影響。另外，一些金屬離子如Ca2+、Cu2+、 Mg2+等的含量往往也有重要影響。---碳源：通常使用2―3%的蔗糖作碳源，也有使用葡萄糖或果糖。使用單糖的優點是方便分析測定，且有助于細胞生長動力學分析。

植物生長調節物質：植物生長調節物質對植物細胞的生長和代謝物質生產的影響十分大。它可分為兩大類：植物生長素類有2，4―D(二氯苯氧基乙酸)、IAA(吲哚基醋酸)、NAA(萘乙酸)等，細胞激動素類有BA(芐基腺凜吟)、動力精和玉米素。

其他因素：植物細胞培養的影響因素還有培養系統內氣相組成(CO2和乙烯含量)、前體物質、氨基酸、維生素及誘導劑等。

3. 培養條件

溫度：培養溫度對植物細胞生長及二次代謝產物生成有重要影響。通常，植物細胞培養采用25℃。

攪拌：在搖瓶實驗中，通常搖床的轉速取90―120r/min。

pH值：通過細胞膜進行的H+離子傳遞對細胞的生育環境、生理活性來說無疑是重要的。在培養過程中，通常pH作為一個重要參數被控制在一定范圍內。植物細胞培養的適宜pH值一般為5―6。

通氣：通氣是細胞液體深層培養重要的物理化學因子。好氣培養系統的通氣與混合及攪拌是相互關聯的。對搖瓶試驗，通常500m1的三角瓶內裝80―200m1的植物細胞培養液較適宜。當然，氣液傳質還與瓶塞的材料有關。試驗表明，從溶氧速率考慮，以棉花塞最好，微孔硅橡膠塞次之，鋁箔塞最差。

光：光對植物有著特殊的作用。光照射條件不僅通過光照周期、光的質量(即種類、波長)而且通過光照量(光強度)的調節來影響植物細胞的生理特性和培養特性。研究表明，光調節著細胞中的關鍵酶的活性，有時光能大大促進代謝產物的生成，有時卻起著阻害作用。

細胞齡：在培養過程的不同時期，細胞的生理狀況、生長與物質生產能力差異顯著。而且，使用不同細胞齡的種細胞，其后代的生長與物質生產狀況也會大不一樣。通常，使用處于對數生長期后期或穩定期前期的細胞作為接種細胞較合適。

接種量：在植物細胞培養中，接種量也是一個影響因素。在再次培養中，往往取前次培養液的5―20%作為種液，也以接種細胞濕重為基準，其接種濃度為15―50g(濕細胞)/L。由于接種量對細胞產率及二次代謝物質的生產有一定影響，故應根據不同的培養對象通過試驗，確定其最大接種量。