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药用植物学
1.19.1.2 二、植物细胞培养
二、植物细胞培养

植物细胞培养(plant cell culture)是在植物组织培养中的液体培养基础上,发展起来的一种培养技术,可分为悬浮细胞培养和单细胞培养。

(一)悬浮细胞培养

悬浮细胞培养依材料来源可分为两类,第一类是将已建立的小块生长旺盛、结构疏松的愈伤组织,放入液体培养基中,经过振荡培养,使愈伤组织块分散成为具有良好分散性的细胞和小的细胞团;第二类是将无菌幼苗或组织块放在匀浆器中破碎成为混悬液,其中包含完整活细胞、死细胞、细胞碎片以及未分散的细胞块,然后将其放入液体培养基中振荡培养,获得既有游离单细胞,又有细胞和组织的第一代悬浮培养物。以上两种培养物在继代培养时,需要用细口的移液管,只吸出单个分离的细胞接种,或使用纱布、不锈钢网过滤,用滤液接种,从而提高下一代培养物中单细胞的比例。

悬浮培养的细胞和细胞团生长通常比固体静止培养快,这是由于悬浮培养时营养成分可较快地渗入细胞,而抑制生长的代谢产物可较快地获得稀释,同时供氧情况也较好。但在培养过程中,随着细胞密度和总重量的不断增加,细胞分裂与生长达到最高点后,增长速率减小。此时,需要使用新鲜培养基将培养物稀释,即进行继代培养。在继代培养时,使用吸量管或移液器吸取一定量的含有悬浮细胞的液体,转接到含有新鲜液体培养基的容器中进行下一批的悬浮培养被称为成批培养。在成批培养过程中,细胞数目的增加情况大致呈现S曲线。而在培养过程中,以不断抽取悬浮培养物并注入等量新鲜培养液,使培养物在培养液中不断得到营养物质补充和保持恒定体积的培养方式,称为连续培养。此过程中产生新细胞的速度正好补偿了被排出的细胞,使细胞的生长保持在对数生长期,细胞的密度、生长速度、化学成分和细胞的代谢活性都维持恒定。因此,有可能将植物细胞像微生物一样来进行培养,并应用到发酵工业中,生产一些植物特有的产物,如许多植物的次生物质,其中包括药用植物的活性成分等,这就为植物产品工业化生产开辟了一条新途径。

(二)单细胞培养

高等植物的单个细胞,在体外特殊条件下培养时,可以通过细胞分裂和分化形成芽、根等器官,或经过形成胚状体,最后长成一株完整的植物。因此,对由单细胞培养获得的无性繁殖系的研究,无论在理论上或实践上均具有重大的意义。而上述悬浮细胞培养获得的悬浮细胞是异源而非均一的,为了获得均一的无性细胞系,即单克隆细胞系,进而获得背景一致而均一的植物植株,可使用看护培养技术、平板培养技术和微室培养技术等方法。

1.看护培养技术 将悬浮细胞培养物或愈伤组织分离获得的单个细胞,置于滤纸片的上表面,滤纸片则放在生长活跃的愈伤组织上,单细胞的生长因素由愈伤组织和培养基产生,此愈伤组织称为看护愈伤组织。经过一定时间的培养,单细胞分裂形成小的细胞群,小的细胞群继代在新的培养基上将产生出愈伤组织,这种愈伤组织是由单细胞起源的,因而是单细胞无性系。

2.平板培养技术 平板培养技术是一项广泛采用的技术,具体为将细胞悬浮培养物通过过滤去掉大的细胞团,把保留在过滤物中的单细胞移至灭菌后,冷却至35℃的琼脂培养基中,此温度下,培养基为液态,但细胞不会受到伤害。将含细胞的培养基尽快铺于培养皿中,约1mm厚。然后于适当条件下进行培养,以获得单克隆细胞系。此种方法可以随时用体视显微镜观察细胞的分裂和生长情况,并可通过定量的方法计算植板效率。

3.微室培养技术 将两片盖玻片分别置于一个载玻片的两端,盖玻片之间保持16mm的距离,在两个盖玻片中间区域的中心,加一小滴含有单细胞的液体培养基,并用石蜡油封液体培养基四周,再将第三块盖玻片置于上面,使四片玻璃组成一个微室,与外界的空气相隔绝。然后将此装置于适当条件下进行培养。此方法,可随时清晰地观察到培养细胞的生长和分裂,并有利于将细胞分裂的全过程用显微摄影的方式记录下来。