植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)就是為了某種目的而在細(xì)胞水平上對離體植物細(xì)胞或原生質(zhì)體進(jìn)行的一系列生物工藝學(xué)操作。它包括分離、培養(yǎng)、再生以及一系列相關(guān)的操作。就有用化合物的生產(chǎn)來說,它主要是指在無菌條件下通過懸浮培養(yǎng)植物細(xì)胞生產(chǎn)有用化合物的過程。
植物細(xì)胞性、微生物液體深層發(fā)酵系統(tǒng)、遺傳工程意義:
(1)不受地理、季節(jié)和氣候條件的限制;
(2)節(jié)省土地,降低成本,生產(chǎn)周期短,可大大提高經(jīng)濟效益;
(3)可代替整體植株在工廠內(nèi)連續(xù)生產(chǎn)所需產(chǎn)物;
(4)可通過添加抑制劑等使生物合成按照人的意志進(jìn)行;
(5)可通過誘變篩選,獲得高產(chǎn)細(xì)胞株,并且可以進(jìn)行特定的生物轉(zhuǎn)化獲得新的有用物質(zhì)。
培養(yǎng)基的組成對植物細(xì)胞的生長和代謝物質(zhì)的生產(chǎn)影響極大。典型的培養(yǎng)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(xì)胞的生長與物質(zhì)生產(chǎn)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(yōu)點是方便分析測定,且有助于細(xì)胞生長動力學(xué)分析。
植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì):植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對植物細(xì)胞的生長和代謝物質(zhì)生產(chǎn)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(xì)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(xì)胞培養(yǎng)的影響因素還有培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)氣相組成(CO2和乙烯含量)、前體物質(zhì)、氨基酸、維生素及誘導(dǎo)劑等。
培養(yǎng)條件
溫度:培養(yǎng)溫度對植物細(xì)胞生長及二次代謝產(chǎn)物生成有重要影響。通常,植物細(xì)胞培養(yǎng)采用25℃。
攪拌:在搖瓶實驗中,通常搖床的轉(zhuǎn)速取90―120r/min。
pH值:通過細(xì)胞膜進(jìn)行的H+離子傳遞對細(xì)胞的生育環(huán)境、生理活性來說無疑是重要的。在培養(yǎng)過程中,通常pH作為一個重要參數(shù)被控制在一定范圍內(nèi)。植物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜pH值一般為5―6。
通氣:通氣是細(xì)胞液體深層培養(yǎng)重要的物理化學(xué)因子。好氣培養(yǎng)系統(tǒng)的通氣與混合及攪拌是相互關(guān)聯(lián)的。對搖瓶試驗,通常500m1的三角瓶內(nèi)裝80―200m1的植物細(xì)胞培養(yǎng)液較適宜。當(dāng)然,氣液傳質(zhì)還與瓶塞的材料有關(guān)。試驗表明,從溶氧速率考慮,以棉花塞,微孔硅橡膠塞次之,鋁箔塞zui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(zhì)量(即種類、波長)而且通過光照量(光強度)的調(diào)節(jié)來影響植物細(xì)胞的生理特性和培養(yǎng)特性。研究表明,光調(diào)節(jié)著細(xì)胞中的關(guān)鍵酶的活性,有時光能大大促進(jìn)代謝產(chǎn)物的生成,有時卻起著阻害作用。
細(xì)胞齡:在培養(yǎng)過程的不同時期,細(xì)胞的生理狀況、生長與物質(zhì)生產(chǎn)能力差異顯著。而且,使用不同細(xì)胞齡的種細(xì)胞,其后代的生長與物質(zhì)生產(chǎn)狀況也會大不一樣。通常,使用處于對數(shù)生長期后期或穩(wěn)定期前期的細(xì)胞作為接種細(xì)胞較合適。
接種量:在植物細(xì)胞培養(yǎng)中,接種量也是一個影響因素。在再次培養(yǎng)中,往往取前次培養(yǎng)液的5―20%作為種液,也以接種細(xì)胞濕重為基準(zhǔn),其接種濃度為15―50g(濕細(xì)胞)/L。由于接種量對細(xì)胞產(chǎn)率及二次代謝物質(zhì)的生產(chǎn)有一定影響,故應(yīng)根據(jù)不同的培養(yǎng)對象通過試驗,確定其zui大接種量。