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植物干细胞培养方法

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-04-08 23:20【
植物干细胞处于未分化状态,其分离方法是建立在传统的植物组织培养基础上,具体步骤包括:1) 含分生组织的外植体消毒处理;2) 干细胞的诱导;3) 分离并收集干细胞;4) 干细胞的鉴定。目前关于植物干细胞的诱导和大规模培养等研究报道较少,植物干细胞培养仅见于形成层干细胞、茎尖干细胞及根尖干细胞培养。
 
1 植物贮藏根形成层干细胞的分离及培养
目前关于贮藏根形成层的培养,仅见于胡萝卜、人参及当归。具体包括:外植体的消毒、抗褐化培养、渗透处理以及诱导培养获得形成层干细胞系。在实际培养过程中渗透处理对形成层干细胞系的获得尤为重要,所选用的渗透剂以及渗透剂的浓度至关重要,实际操作过程中 0.6 mol/L蔗糖效果最佳,使对渗透压敏感的非形成层组织坏死,而对渗透压不敏感的干细胞保持活性。处理后的外植体置于诱导培养基上,一段时间后,所得细胞系即为干细胞系。渗透剂一般为蔗糖溶液,也有用 KCl、甘露醇等作为渗透剂的报道。干细胞诱导之初对植物激素的要求相对严格,有报道表明诱导初期用 IBA 或 IAA,而其他激素无效果,继代培养基中一般添加 2,4-D 即可。基于上述方法,人参、胡萝卜以及当归细胞系均已成功培养,并且建立了当归和人参细胞的气升式反应器,人参形成层细胞与愈伤组织相比,倍增时间为 3−6 d,而愈伤组织的倍增时间为 28 d,生长速度提高了 5−9 倍,人参皂苷的含量(Re、Rb1、Rb2 和 Rd)尤其是在野山参中达到了 3%。该细胞系提取物可以抗肿瘤、提高免疫力,并且还具有抗氧化、抑制皱纹产生的效果。当归干细胞悬浮培养 21 d 后,鲜重增长为 2.83 倍,愈伤组织为 1.67 倍,同时当归干细胞合成次级代谢产物活性较强,干细胞阿魏酸含量为 9.118 mg/kg,而在愈伤组织中未检测到阿魏酸。

笔者在实验过程中发现进行人参形成层干细胞的分离时有的材料自带内生菌,会对实验过程造成干扰,需要在实际的分离过程中选择合适的消毒方法以及培养条件,一般选择在干细胞诱导培养基中加入抗生素处理;另外,可能由于品种不同,形成层干细胞诱导的条件不同,实验过程中需要针对特定的品种摸索具体的实验条件,才能保证成功获得干细胞系。
 
2 木本及草本植物形成层干细胞的培养
采集的枝条置于抗坏血酸溶液中防止氧化,外植体常规消毒后,尽量去除韧皮部等非形成层组织,将含有形成层的组织切分后置于含有 IAA或 NAA 的诱导培养基上,一段时间后形成层细胞自然分层,收集细胞继代培养。利用上述方法成功获得了银杏及红豆杉干细胞系,所获得的干细胞系建立了大规模的悬浮培养体系,银杏干细胞最终建立了 250 L 的气升式反应器,且干细胞干重达到了 11.7 g/L,其提取物可以清除自由基,具有强烈的抗氧化作用,在制药、功能性食品领域具有较强的工业实用性。在红豆杉干
细胞悬浮培养方面,气升式反应器中干细胞增长明显优于愈伤组织,3 L 生物反应器中培养 4 个月后,来自针叶和胚胎的愈伤组织 (Callus) 干重分别为 3.33 g 和 5.08 g,而干细胞 (Stem cell) 干重为 3 819.44 g。并且 3 L 反应器中,加入诱导子50 mg/L 壳聚糖和 100 μmol/L 茉莉酮酸甲酯,以及 0.1 mmol/L 的前体苯丙氨酸处理后的愈伤组织紫杉醇含量分别达到了 11 mg/kg 和 13 mg/kg,而干细胞中紫杉醇含量达到了 98 mg/kg,明显高于愈伤组织中紫杉醇含量,经过研究人员对培养参数的筛选和优化,建立了 3 t 红豆杉干细胞生物反应器,实现了大规模工业生产。
 
除此之外草本植物干细胞也有相关报道,韩国建国大学 Moon 等基于上述方法建立了长春花干细胞系,结果表明,含有 1.5 mg/L NAA 和 0.5 mg/L KT的 B5 培养基放入生化培养箱中观察,长春碱含量达到最大值 (0.794 mg/g),含有 1.5 mg/L NAA 和 1.5 mg/L KT 的 B5 培养基中长春新碱的含量达到最大值 (0.279 mg/g)。不仅如此,韩国云火公司的 Lee 和 Jin 等已经成功获得了番茄和菊花以及艾蒿干细胞,并建立了气升式生物反应器,3 L 反应器中,番茄干细胞的生长速率达到了 6.3 倍,而愈伤组织的生长速率只有 1.9 倍,在 250 L 的气升式反应器中干细胞的干重达到了12.6 g/L,番茄干细胞的提取物可以促进原胶原的形成,抑制胶原分解酶的形成,起到了抑制皱纹的作用。