食品生物技术中的植物细胞培养应用

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：植物细胞培养是指在离体条件下培养植物细胞的方法。自1956年Nickell和Routin第一个申请用植物组织细胞培养产生化学物质的专利以来，应用细胞培养生产有用的次生物质的研究取得了很大的进展。目前已有超过1000多种植物被用于植物细胞培养技术研究，获得天然活性产物的也达500多种。我国经过近几十年的发展，植物细胞培养技术也广泛用于生产生活中。由此可见，植物细胞培养技术应用于大规模有价值产品的生产具有巨大潜力。

植物细胞培养是指在离体条件下培养植物细胞的方法。将愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行振荡培养，得到分散成游离的悬浮细胞。通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。小规模的悬浮培养在培养瓶中进行，大规模的需要利用反应器进行生产。

植物细胞培养是在植物组织培养技术基础上发展起来的。1902年，Haberlandt确定了植物的单个细胞内存在其生命体的全部能力（全能性），使之成为植物组织培养的开端，继而确定其理论基础。其后，为实现分裂组织的无限生长，对外植体的选择及培养基等方面进行了探索。20世纪30年代，组织培养取得了突破性的发展，细胞在植物体外生长成为可能。1939年，Gautheret、Nobercourt、White分别成功地培养了烟草、萝卜的细胞，至此，植物组织培养才真正开始。20世纪50年代，Talecke和Nickell确立了植物细胞能够成功地生长在悬浮培养基中。自1956年Nickell和Routin第一个申请用植物组织细胞培养产生化学物质的专利以来，应用细胞培养生产有用的次生物质的研究取得了很大的进展。随着生物技术的发展，细胞原生质体融合技术使植物细胞的人工培养进入了一个更高的发展阶段。借助于微生物细胞培养的先进技术，大量培养植物细胞的技术日趋完善，并接近或达到工业生产的规模。(www.chuimin.cn)

植物细胞培养技术广泛用于农业、医药、食品、化妆品、香料等生产上，从20世纪50年代至今，此项技术取得重大进展。目前已有超过1000多种植物被用于植物细胞培养技术研究，获得天然活性产物的也达500多种。据报道，全美国的药方中四分之一是含有来源于植物的药品。我国经过近几十年的发展，植物细胞培养技术也广泛用于生产生活中。尽管通过植物细胞培养可以获得许多产品，但总的来说分为两类：初级代谢产物（包括细胞本身为产物）和次级代谢产物。目前，细胞本身作为最终产物并不经济。大规模培养植物细胞主要用于生产次级代谢产物。植物细胞培养技术应用广泛：相比于传统繁育方法，植物细胞培养技术能够在微型育种、作物脱毒和培育人工种子等方面发挥其独特作用，也能够在单倍体育种和诱导突变体等方面寻找新的育种方法。与其他方法相比，应用植物细胞培养技术生产次生代谢产物具有以下优点：①能够减少各种环境因素对产物的影响，确保在一个限定的生产系统连续、均匀生产；②可以在生物反应器中进行大规模培养，并通过控制环境条件提高代谢物产量；③所获得产物可从培养体系内直接提取，快速、高效的回收与利用，简化了分离与纯化步骤；④有利于细胞筛选、生物转化，合成新的有效成分；⑤有利于研究植物的代谢途径，还可以利用某些基因工程手段探索与创造新的合成路线，得到价值更高的产品；⑥在培育人工种子方面，基于植物细胞的全能性，其有取材少、繁殖率高、培养周期短和可连续大批量生产，特别是在保存植株的优良性状方面优势明显；另外，植物细胞培养技术在作物脱毒方面也效果显著。由于病毒在植株体内常年积累，从而导致作物产量下降，品质降低，但科学家发现，茎尖和根尖等分生区附近的病毒极少甚至没有，这样就可以选用茎尖来进行组织培养，维持优势植株的遗传特性。因此，可以通过采用植物细胞大规模培养技术直接生产。例如，人参（Panax ginseng C.A.Meyer）是典型的通过大规模培养植物细胞技术得到的产品。人参含有丰富的生物活性成分，为多年生草本植物，对提高机体适应性，加强机体抵抗能力、减缓疲劳、保护心肌、抑制血小板聚集等有良好效果。由此可见，植物细胞培养技术应用于大规模有价值产品的生产具有巨大潜力。

食品生物技术中的植物细胞培养应用

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