次生代谢产物.ppt

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1、植物细胞培养之次生代谢产物生产植物次生代谢产物的概述研究现状植物细胞大规模培养生产次生代谢产物的基本程序提高次生代谢物生产效率的途径与方法应用实例前景展望概述植物次生代谢产物是指植物中一大类并非植物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。次生产物在植物中的合成与分解过程称为次生代谢。次生代谢过程被认为是植物在长期进化中对生态环境适应的结果，它在处理植物与生态环境的关系中充当着重要的角色。许多植物在受到病原微生物的侵染后，产生并大量积累次生代谢产物，以增强自身的免疫力和抵抗力。植物次生代谢途径是高度分支的途径，这些途径在植

2、物体内或细胞中并不全部开放，而是定位于某一器官、组织、细胞或细胞器中并受到独立的调控。植物次生产物种类繁多（据保守估计已超过2万种），根据分子结构不同大致分为：酚类化合物－黄酮类单酚类醌类（苯醌、萘醌、蒽醌）萜类化合物－三萜皂甙甾体皂甙单萜、倍半萜、二萜含氮化合物－生物碱（真生物碱、伪生物碱、原生物碱）胺类（伯、仲、叔、季胺）非蛋白质氨基酸生氰甙多炔类、有机酸等植物次生代谢产物在医药、食品、轻化工业等领域具有重要意义：李时珍（1593）在《本草纲目》中所开列的1892种药物绝大多数是植物药物，目前仍有约25％的法定药品来自植物。其药物的有效成分均为次生产物。许多植物次

3、生代谢产物是优良的食品添加剂和名贵化妆品原料。有些是生物毒素的主要来源，可以用于杀虫、杀菌，而对环境和人畜无害，是理想的环保产品。然而随着人们对植物资源尤其是药用植物的利用度日益增加，使不少植物资源处于濒危状态。面对着植物有限的蕴藏量，如何进行合理有效地开发利用是我们亟待解决的问题。自从20世纪50年代提出用植物细胞大量培养作为工业化生产植物次生代谢产物的一条途径以来，实践表明，采用植物细胞培养技术生产次生代谢产物是解决资源问题的较为有效的途径。研究现状迄今为止，人们已从培养的植物细胞中分离出六百多种次生代谢产物，已使包括紫草、毛地黄、黄连、彩叶紫苏和人参在内的多种植

4、物细胞培养达到工业化生产的规模，并且有的已经生产成商品投入市场。来自于植物体和细胞培养的紫草宁含量比较生产方式生产周期紫草宁含量（％干重）完整植株2～3年1～2植物细胞培养3周14Examplesofenhancementinnaturalproductyieldinselectedcelllinescomparewithparentplantmaterial.(AfterFowler,1983)ChemicalproductplantCellyield(%DW)Wholeplantyield(%DW)Ratiocellyield/wholeplantGlutathi

5、oneN.tabacum1.00.110NicotineN.tabacum5.02.12AnthraquinonesM.citrifolia18.02.28RosmarinicacidC.blumei27.03.09AjmalicineC.roseus2.20.37SErpentineC.roseus1.80.53DiosgeninD.deltoidea3.52.02植物次生代谢产品的市场潜能产品成分用途年销售额（亿美元）长春花碱治疗白血病18～20（美国）阿吗灵循环系统障碍药5～25（全世界）奎宁治疗疟疾5～10（美国）致热素杀虫剂20（全世界）毛地黄心脏病药20～

6、55（美国）规模化细胞培养是生产植物次生产物的理想途径：保护生态环境提高生产效率发展新型生物技术产业植物细胞大规模培养生产次生代谢产物的基本程序：诱导植物产生旺盛生长的愈伤组织和悬浮细胞系筛选高产细胞系在生物反应器中进行大规模培养次生代谢产物的提取、纯化和测定Stagesinthedevelopmentandoperationofaplantcellbiotechnologyprocess次生代谢产物的提取、纯化与测定细胞培养结束后，根据次生代谢产物分布的情况，分别收集细胞和培养液，选用相应的生化分离技术对次生代谢产物进行分离、纯化，并对所得的次生代谢产物的含量进行测

7、定，对其活性进行鉴定。如果次生代谢产物存在于细胞内，则要经过细胞破碎，然后再进行提取和分离纯化。植物细胞培养进行有效成分的生产发展到现在,已经取得令人瞩目的成就。然而在植物细胞培养过程中普遍存在的细胞系不稳定、细胞生长缓慢、不耐剪切力及代谢物产量低等问题又成为其实现规模化生产的瓶颈。在目前已经研究过的植物中，仅有1/5左右种类的培养物中目的产物的含量接近或超过原植物，多数情况下培养细胞合成某些次生代谢物的能力下降甚至消失。因此充分利用基因工程的手段，筛选高产细胞系，深入研究特定代谢产物的生物合成途径，对培养条件进行优化，研究和开发适合植物细胞培养的生