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 [组图]生命科学与生物工程
生命科学与生物工程
作者:张树庸 来源:生物秀 点击数: 时间:2004-9-4

现在已有上百种药用植物紧缺或处于濒危状态,即使用人工栽培的方法生产药用植物,产量也是有限的。因为草药生长周期长,比如人参和黄连从种到收需要6年时间,所以药用植物供不应求。虽然这几年采用组织培养技术,快速繁殖了药用植物,也挽救了不少濒于灭绝的药用植物,但是繁育的速度还是有限。自70年代初,出现了植物细胞大量培养技术,人们在解决以上问题方面看到了希望。例如,栽培黄连需要6年才能收获,1公顷地只能收获750千克左右,如果采用细胞大量培养技术来生产黄连,20天就可以生产出一批,1万升容积的发酵罐,一批大约可生产200千克,如果1年产15批,就可以生产3000多千克黄连,这相当于4公顷土地经过6年栽培所收获的量。在进行植物细胞大量培养时,科学家们不断地进行研究发现,如果不断改变细胞的培养条件和筛选繁殖快并且有用物质含量高的细胞进行培养,不仅可以大大提高有用物质的含量,同时也能加快植物细胞的繁殖速度。

  使用植物细胞大量培养技术从植物细胞直接分离的物质比栽培的植物更天然,因为它不但没有化学合成的毒素物质,也没有栽培植物的病虫害及各种公害的污染,所以是无菌、无毒的真正的纯天然物质。

  使用植物细胞大量培养技术在工厂里进行植物细胞培养,不但能节省土地、人力、农药、肥料,而且也不受地理环境、气候变化的制约,因为是在工厂里进行操作,所以生产的速度要比田间栽培快得多。

  目前,世界各国如美国、日本、德国、俄罗斯、英国等国的科学家、企业界都在加紧研究,密切注视着植物细胞大量培养工作。植物细胞大量培养技术已发展成为一门精细的实验科学,在选材消毒、接种培养、分离鉴定和工业生产等方面已建立起了一套标准的操作程序。全世界用植物细胞大量培养的植物种类已有100多种,经过鉴定的有生物碱、杀虫剂、有机酸、色素、激素、香料、酶类等;进行研究开发的药品有紫草、长春花、毛地黄、烟草、黄连、人参等。其中采用植物细胞大量培养研究的热点是利用红豆杉树细胞来生产紫杉醇(用于治疗癌症)。自从1991年登记了有关红豆杉树细胞培养的第一个专利以来,全世界已有很多家实验室正在进行10多个红豆杉属植物细胞培养研究。

  我们知道紫草素是一种来源于紫草的药物,它可用来治疗烧伤和皮肤病,它也是一种天然色素,也可以用来生产生物口红。 1985年,日本就将植物细胞大量培养技术生产的紫草素投放市场了。应用植物细胞大量培养技术从黄连提取的黄连素、从毛地黄细胞提取的治疗心脏病的地高草、从培养的烟草细胞提取的治疗心脏病的辅酶Q10等药物在国外都接近工业化生产水平。

  我国在植物细胞大量培养技术研究上也取得了很好的成绩,在人参、黄连、西洋参、三七等药用植物细胞大量培养方面取得了不少科研成果。例如,用细胞大量培养技术从人参细胞提取的培养物,主要有效成分的含量达70%左右,比人工栽培的人参的有效成分高得多。

  植物细胞大量培养技术是一个新兴的技术领域,虽然自1970年以来取得了不少成果,但是无论在细胞的培养上,还是工艺的改进上,都存在着很多问题。相信经过科研工作者多方面的努力,一定会使植物细胞大量培养技术走向工业化生产。

神奇的细胞融合

  把两个动物细胞放在一起,加上融合剂,给予适当的环境条件,两种细胞就能彼此融合在一起形成杂交细胞。用这种方法有可能打破远亲生物间不能杂交的屏障,改良品种。然而植物细胞有一层细胞壁,细胞融合前必须把细胞壁去掉。去掉细胞壁的植物细胞叫原生质体。不同的原生质体可以进行融合,形成体细胞杂种。原生质体融合有很多成功的实例,最早是用烟草进行研究。最引人注目的是番茄和马铃薯进行融合,形成杂种植物。这种杂交作物的根部长马铃薯,秧上结出番茄。近些年禾本科的稻、麦原生质体融合作物也研究成功。不过在这里只简单介绍一下杂交瘤细胞的融合产生单克隆抗体。

  杂交瘤细胞的融合产生单克隆抗体是怎样进行的呢?1975年英国科学家米尔斯坦大胆地做了一个实验。他利用了当时刚刚出现不久的细胞融合技术,把B型淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合在一起,形成了一个杂交瘤细胞。

  米尔斯坦为什么要这样做呢?他是怎样设想的呢?我们知道,人和动物都有免疫系统,要是有外来的病菌入侵,身体里就会产生抗体,把病菌消灭掉,这就保障了身体的健康。人体内产生抗体的是B型淋巴细胞。那么,能不能用B型淋巴细胞来生产抗体,然后用来给人治病呢?遗憾的是,B型淋巴细胞没有繁殖能力,不能传种接代,就不能得到很多B型淋巴细胞,也就不能生产出大量的抗体了。我们知道,骨髓瘤细胞繁殖力非常强,不仅在体内能快速繁殖,就是在体外也能快速繁殖,可以说是能够无限地繁殖,这就是令人可怕的癌细胞。米尔斯坦根据这两种细胞的特点,做了细胞融合实验,目的是为了获取大量抗体。

  这真是一个奇妙的实验,一种是保护身体的B型淋巴细胞,另一种是危害身体的癌细胞,两者居然能够融合在一起。结果,这种杂交瘤细胞大量地繁殖起来,并且产生出了抗体。这就是说,这个杂交瘤细胞既保持了癌细胞能大量繁殖的特点,又具有B型淋巴细胞生产抗体的能力。米尔斯坦把这种通过杂交细胞产生的抗体叫做单克隆抗体。

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