三、植物细胞工程

微繁殖技术

植物的微繁殖技术（又称快速繁殖技术），就是利用组织培养方法将植物体某一部分的组织小块，进行培养并诱导分化成大量的小植株，从而达到快速无性繁殖的目的。也称它为试管苗繁殖或微体繁殖，其特点是繁殖速度快，周期短，不受季节气候、自然灾害等因素的影响，并可实现工厂化生产。在 20 平方米的培养室内，最多可容纳 100 万株试管苗。这一技术已有几十年的历史，现已基本成熟，并形成了诸如工厂化生产兰花这样的产值巨大的工业生产体系。但对于某种特定植物而言，尤其是新试验的植物材料，仍需做大量的研究工作，如摸索愈伤组织诱导和分化的条件，控制变异等。在大规模的工厂化栽培中，还有一系列的工业技术性问题，均有待克服。

植物的去病毒技术（又称脱毒技术），是微繁殖的一个分枝。植物的病毒病严重地影响着农业生产。病因的种类很多，估计达五百余种，而且病原体可通过维管束传导。因此，对无性繁殖的植物来说，一旦感染上病毒之后，就会代代相传越趋严重。人们常见的马铃薯、草莓、葡萄等植物，一年比一年越种越小的现象就是病毒感染造成的。对植物病毒病迄今已采用的生物、物理、化学等多种防治途径均收效甚微，有的毫无成效。因此，过去人们只能采取拔除并消毁病株的消极方法。1952 年，法国科学家首次建立了生长点培养成株的脱毒法，从而开创了防治植物病毒病的新途径。植物茎尖培养之所以能除去病毒，是因为在感染病毒的植株中，病毒的分布是不一致的。在老叶片及成熟组织和器官中，病毒含量较高，但幼嫩的和未成熟的植物部位，病毒的含量较低，而在生长点约 0.1～1 毫米时，则几乎不含病毒颗粒。这是由于病毒的繁殖运输速度与茎尖细胞生长速度不同所致。在茎尖分生组织中，细胞繁殖十分迅速，病毒还来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。

根据上述道理，我们自然会明白，所谓植物的去病毒技术，实质上就是采取不含病毒颗粒或病毒颗粒含量甚少的 0.1～0.5 毫米带 1～2 个叶原基的茎尖作为外植体，进行微繁殖，使其培养成完整的无病毒小植株的技术。由于所取的外植体很小，分离难度大，一般在解剖镜下操作。培养无病毒所用的器具必须严格消毒，克服培养中的污染也是成败的关键。这是细胞工程中头等重要的共性问题。对取得的植株必须进行严格的鉴定，证明确实无病毒方可应用。鉴定的方法有指示植物法、抗血清鉴定法、电子显微镜检查法等。无病毒苗一旦得到，重要的是防止再感染，如保管得好，一般可应用 5～10 年。

目前应用这种去病毒技术，已去除了马铃薯的 X、Y、A、M、S 病毒和奥古巴花叶病毒。脱毒植株的产量明显地高于感病株。例如，脱毒的大蒜头要比感病的大得多，草莓可增产 20％～50％等。此外，脱毒技术在果树（如苹果、柑橘、葡萄），蔬菜、洋葱以及花卉（如兰花、菊花、康乃馨、水仙、唐菖蒲等）上得到了应用。不少国家还建立了无病毒繁殖区，将无病毒苗的培育工作纳入原种生产的一个重要环节，来保持优良种性和经济性状。

人工种子

人工种子又称人造种子，这是细胞工程中最年轻的一项新兴技术。最初是由英国科学家于 1978 年提出的。他认为利用体细胞胚发生的特征，把它包

埋在胶囊中，可以形成具有种子的性能并直接在田间播种。这一设想引起人们极大的兴趣。人工种子技术确实有着诱人的前景：第一，它同微繁殖技术一样，培养条件可以人为控制，免遭大自然灾害性气候的不利因素，且具有省地省工可直接在田间播种等优点。第二，在人工种子制作中，可加入营养物质、植物生长调节剂、固氮菌、杀虫剂等，这是微繁殖难以达到的。第三，用于制作人工种子的体细胞胚，可利用生物反应器大规模培养，大大提高了效率。第四，一些难以得到天然种子的珍稀植物或脱毒苗、基因工程植株，均可利用人工种子技术加速用于生产。

人工种子是有体细胞胚、人工胚乳和人工种皮三个部分组成（图 3-3）。体细胞胚是制作人工种子的起始材料。它既可由外植体的表皮细胞直接产生，也可由愈伤组织的表层细胞产生。人们还发现细胞培养中的单细胞，花粉中产生单倍体体细胞和原生质体培养在适当条件下均可获得体细胞胚。从理论上讲，产生体细胞胚是植物界的普遍现象，但目前已知能产生体细胞胚的植物只有 200 余种。由于这方面的奥秘还未完全揭开，科学工作者们只得花费巨大的劳动，进行大量的筛选才能获得体细胞胚、人工胚乳是包埋体细胞胚的胶状介质。美国的一个研究组花了近两年时间，从百余种材料中筛选到目前广泛使用的人工种子包埋介质海藻酸钠。这种物质在 0.1M 氯化钙溶液中可以迅速固化成透明的小胶球。海藻酸价格低廉，质地柔软无毒性，还可人为地在其中加入各种营养物质和生长调节剂，因此是一种，迄今为止已发现的比较理想的体细胞胚包埋剂。但这种物质作人工胚乳还存在一些缺点，如营养物质易泄漏，保水性差，而且胶球很易粘连等。为此，科学家又设想在胶球外包一层薄膜——人工种皮。美国科学家在 1987 年筛选出一种疏水性物质 Elvax-4260（乙烯、乙烯基乙配和丙烯酸共聚物）但不够理想。人们正在寻找更理想的、既能透水透气又能防菌的人工种皮。

图 3-3 植物人工种子模式图

由于季节性的关系，人工种子要应用于生产还需解决贮藏问题。但用海藻酸钠炮制的人工种子，含水量大，常温下易萌发，也易失水干缩，贮藏难度很大，利用液体石腊法、低温法、干燥法、塑料和铝箔包装法等进行贮藏，均不够理想。原因是所取的体细胞胚正处于旺盛生长状态，一般来说，成熟体细胞胚培养 5～6 天就可长成具根芽的小植株。采用上述各种方法贮藏，也很难抑制包制在胶球中的胚的萌发。

我们根据天然种子形成过程中生理生化的特性，在胡萝卜悬浮细胞培养中，采用调控培养法获得了具高活力的静止状态的胚。所谓静止状态，即控制了体细胞胚胚根的生长。这种胚在贮藏中无需采用特殊的条件抑制其萌发。静止状态胚比正常培养的胚粗短、含水量少、干物质及活性物质积累多，因此具有耐脱水和抗逆力强之特点，可贮存较长时间。如果此法能用于其他植物的体细胞胚培养，也许可为人工种子的贮藏开辟一条新途径。

目前，科学工作者已制成模式性人工种子的植物十余种，但距离实际应用还有很大距离。主要有三大难题有待克服：①许多重要植物还不能培养出大量的高质量的体细胞胚。②现有的人工胚乳和种皮还不够理想，不能有效地防止微生物的腐蚀。③人工种子的贮藏有待进一步完善。

单倍体诱导及其应用

多数高等植物都是二倍体或偶数多倍体，其细胞内的染色体一半来自父本，另一半来自母本。植物发育成熟后，它的生殖器官内某些性细胞（如花粉）发生减数分裂，结果形成雌配子和雄配子体，即卵子和精子。由于它们的染色体数目只有正常细胞的一半，故称单倍体。由单倍体细胞产生的植株叫做单倍体植株。在自然界中，单倍体植物非常少见，而且它们的体型矮小、叶片薄、生活力弱、很难产生后代。然而，由于单倍体只有一套染色体，阴性基因不受显性基因的影响而表达，所以单倍体可以用来选择有用的隐性突变体。在植物育种中，把由常规杂交后获得的第一代植株的花粉，在离体条件下进行人工培养诱导成单倍体小植株，然后人工加倍成正常的二倍体纯系

（图 3-4）。这样，克服杂交二代的分离现象，加速育种时间，提高育种效率。

图 3-4 水稻单倍体诱导和植株再生示意图

花药和花粉培养都可获得单倍体。从理论上讲，花粉从花药中分离出来后，以单个花粉作外植体进行培养，不受药壁、花隔等二倍体细胞的干拢。可是这种特殊的单倍体体细胞的培养技术难度大，目前只有少数植物上获得成功。因此，当前单倍体还是以花药培养的方式获得，并通过获得的植株细胞染色体数的观察，检测其是否为单倍体，至今已有近 300 种植物诱导出单倍体植株。我国在这一领域的研究处于领先地位。国内科学家研制的 N6 培养基和马铃薯培养基大大地提高了水稻、小麦花药培养的频率，在国内外得到广泛的使用。

单倍体的应用大致可分为如下几个方面：

培育农作物新品种我国最早把单倍体用于育种，先后培育出小麦、玉米、甘蔗、橡胶、甜菜、烟草、青椒、茄子等新品种、新品系。
利用单倍体技术获得纯系经加倍后的纯二倍体如同自交系一样，可为杂交育种提供大量可选择的亲本材料。而且，缩短获得纯系的年限。另外，有可能选择到优良单株，建立单株无性系应用于生产。例如，杨树、橡胶等均已获得优良无性系。
利用花粉植株进行异源染色体或基因转移对种间或属间杂种的花药培养，获得的单倍体植株可以比常规方法更有效地选择出不同染色体和不同染色体数的染色体代换系或附加系。此法可以在较小的群体以较短的时间得到重组型非常丰富的花粉植株。这些人工创造的全新植物材料，可以用来进行染色体转移。
利用单倍体进行突变体选择其特点是无显性基因的干扰，突变体的筛选效率得以成倍提高。

单倍体的应用研究时间还不长，对这方面的机理了解得还不够，所以在实践中目前只有少数几种植物上得到应用。主要存在的问题是诱导频率较低；在单子叶植物中白化苗现象较严重；由于以花药为外植物诱导，因此可能有二倍体细胞的干扰造成混倍现象。

原生质体培养与细胞融合

植物细胞与动物细胞最大的区别，在于它的外周有一层坚硬的细胞壁。细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素、果胶质和木质素等，去掉细胞壁的植物细胞称为原生质体。虽然原生质体由于失去了细胞壁而变成球形状态，

但它的基本生命特征并未改变，仍然具有在一定条件下发育成完整植株的全能性。由于原生质体膜很薄，给实验操作带来许多方便，如进行基因导入和遗传转化、以及从原生质制备各种细胞器等。

植物原生质体培养可分为两个阶段，即原生质体的获得和原生质体的培养及分化成苗（图 3-5）。

用作分离原生质体的材料可以是叶肉细胞或悬浮培养的细胞，也可由外植诱导的愈伤组织细胞。这些细胞在无菌混合酶液中消化数小时，放在显微镜下看到细胞形状变成圆形的原生质球时，便终止酶解作用。用过滤离心洗涤法去除酶液，纯化原生质体。

图 3-5 植物原生质体培养程序示意图

原生质体的培养方法有很多种。最常用的有液体浅层静止法、固体培养法和饲养法等。为适应不同植物原生质体的培养要求，已发展出各种类型的培养基，而且其成分也十分复杂。例如，用于低密度培养的 KM8P 培养基，就是由 60 多种成分配制而成的。原生质体在适宜的培养条件下，一般经过 12～ 24 小时就可以再生出细胞壁。长壁后的细胞变成椭圆型，2～4 天就开始分裂

形成小细胞团，当长到肉眼可见约 1 毫米时，转到固体培养基上增殖并诱导

分化出芽和根的小植株。目前有一种好的体系可把烟草的原生质体经 60 天左右培养，就可获得大量植株。

植物原生质体的培养研究迄今已有三十多年的历史，已报道的有近 200 余种植物获得了全能性的表达。但其中大部分分属于双子叶植物的茄科、伞形科、十字花科植物。单子叶植物的禾本科，特别是禾谷类和一些重要的双子叶农作物的原生质体培养，一度被国际公认为难题，但通过科学家们坚持不懈的努力，终于在 1985～1989 年先后由日本、法国、中国、英国在水稻上首先突破。随后，小麦、玉米、小米、高粱、甘蔗、棉花、大豆等重要禾谷类和豆类植物原生质体培养也先后获得成功，其中玉米、小麦、大豆、高粱、谷子等是由我国首次成功的。此外，在药用植物、木本植物和蔬菜等方面，也取得较快的进展。

植物原生质体融合技术是借鉴于动物细胞融合的研究成果，在原生质体分离培养的基础上建立起来的。植物细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体，在人为的条件下进行诱导融合。由于植物细胞的全能性，因此融合之后的杂种细胞，可以再生出具有双亲性状的杂种植株。因此，细胞融合也叫原生质体融合或细胞杂交。其包括三个主要环节：诱导融合；选择融合体或杂种细胞；杂种植株的再生和鉴定。

诱导融合诱导原生质体融合的方法有化学诱导和物理诱导两种。化学法又分：离子诱导融合法；高钙-高 pH 法；PEG（聚乙二醇）法。离子诱导融合法常用的盐类离子有硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、氯化钙等。1970 年科学家们用硝酸钠使玉米和燕麦根尖细胞原生质体进行了融合。1972 年美国科学家也用硝酸钠作融合剂，使两种不同的烟草原生质体诱导融合，并获得第一个烟草种间体细胞杂交植株。高钙-高 pH 法首先用于人和鼠的动物细胞杂交，后来引用在植物原生质体的融合，并利用这种融合方法获得了烟草体细胞杂种。PEG 法是由高国南在 1974 年建立的，目前在动植物细胞杂交中均得到广泛的使用。PEG 这种化学物质毒性小易操作。有时用 PEG 法与高钙-高 pH

法结合，即先用 PEG 液处理两种混合的原生质体，然后，在融合完成后再用高钙-高 pH 溶液逐渐稀释处理，可以提高细胞的融合频率。此外，科学家们还发现了一些融合促进剂，如在 PEG 溶液中添加伴刀豆球蛋白 A，二甲基亚砜和链胃蛋白酶等，都显著地提高了细胞的融合频率。

物理诱导融合包括离心、振荡、显微操作和电融合，近年来电融合法得到广泛的应用。电融合需在融合仪控制下的融合小室内进行。各种指标都可精细调节控制，融合效率均比其他方法高。电融合的效果与原生质体的密度、交变电流的强度、电脉冲的大小与宽度等因素，都有密切关系。

选择融合体细胞融合实验所用的原生质体是两种不同来源的原生质群体，其数成千上万，它们之间发生融合作用完全是一种随机的过程。两种不同来源的原生质体可以发生融合作用，同种之间也可发生融合作用。所以，如何把杂种细胞与未融合的或同源融合的细胞区分开，这是细胞杂交技术的重要环节。目前，选择杂种细胞的方法大致可分为如下几类：①利用现成的或诱发产生的各种缺陷型或抗性型的细胞系作为亲本材料进行融合实验，利用选择性培养基筛选出互补的杂种细胞。②利用天然存在的或人为造成的两个亲本原生质体在物理特性上的差异，筛选出杂种细胞。③利用或人为地造成细胞生长或分化能力的差异，从而筛选杂种细胞。近来发表的用两种不同的荧光染料，给两种原生质体染上不同的颜色，然后选择含有两种不同的融合细胞，这是一种十分有效的方法，也是在杂种细胞选择方面的显著进展。
杂种植株的再生和鉴定在细胞杂种的鉴定工作中，形态学上特征的鉴定是常用的传统方法诸如叶片的大小与形状，花的颜色与结构，叶脉、叶柄及表皮绒毛等，都可作为杂种植株的鉴定指标。但由于这些特征都是由多基因控制的，所以人们很难将杂种细胞的变异同非整倍体或培养条件引起的体细胞克隆的无性系变异区分开来。由此可见，光有形态特征鉴定是十分不够的。

物种的染色体数是恒定的，因此细胞学染色体的观察也是鉴定杂种的有力手段。但通过染色体数和染色体显带技术来鉴定特异的染色体，也还排除不了培养过程中造成的变异，因此单纯用染色体鉴定杂种还是不够的。人们常用多种同工酶分析的方法来提供有效的依据。近年来，应用 DNA 重组技术从分子水平上来鉴定杂种。由于每个物种都有其特定的 RFLP 图谱，亦即限制性内切酶片段长度多态性指纹图谱。用物种特异的重复 DNA 作探针，与 DNA 限制片段杂交以后，就可以根据特异的图谱鉴定出杂种。如果所用的探针是广布于整个基因组的高度重复的 DNA 序列，这样就可以检测出杂种中含有多少亲本的基因成分。如果与原位杂交技术结合起来，还可以将这探针定位在某个染色体上。

体细胞遗传变异及其利用

在自然界中，生物的基因会自发地产生频率极低的突变。而由某些物理或化学等外界因素引发的突变则称为诱发突变。开始，人们进行微生物的诱变研究，并选择出有益的新品种。由于微生物是单细胞的，在比较简单的培养基上就能很好地生长，诱变及筛选操作也都比较简单。然而对于多细胞的高等植物来说，诱变研究则遇到了很大的困难。直到成功地建立植物组织培养、原生质体培养和细胞悬浮培养技术之后，才得以在细胞水平研究植物细胞突变。离体培养细胞经诱变处理后所得到的变异植株，其不正常的表现型可由多种原因引起的，既可能是遗传性的，也可能是生理性的。因此，在未

明确鉴定一个再生植株的变异是否来自遗传物质改变之前，我们便称之为体细胞无性变异株，意思是指它是一株由体细胞经无性过程培养发生的体细胞变异植株。

研究植物体细胞遗传变异的主要目的，就是将类似于微生物诱变的方法应用于植物细胞，通过体细胞遗传变异的特性来扩大变异资源，从而选择出具有特殊性状的植物新类型。如抗旱、抗盐碱或抗病的农作物，具有特殊营养价值或用途的新品种。

用于诱变的起始细胞，通常可以是再生植株的愈伤细胞，悬浮培养细胞或原生质体。因为原生质体来自单细胞，再生植株肯定是由单细胞来的，所以最为常用。遗憾的是，至今可由原生质体再生植株的植物种类并不多，而且再生频率也不高，操作技术要求又较严格，所以仍有一定的局限性。

植物细胞的诱变因素与微生物细胞的基本相同，这也反映了整个生物界中遗传物质在本质上是相同的。诱变剂可分物理和化学的两大类型。物理因素主要有χ射线、γ射线、高能粒子、紫外线等。其中紫外线诱变不需要昂贵的设备，一般实验室都可以应用。化学诱变剂都是一些结构复杂的试剂，一般都有毒性，大多有致癌作用，因此操作起来要特别小心。

经人工诱发的体细胞无性系的筛选，一种方法是把细胞群体直接置于逆境下培养。例如，选择抗某种除草剂的新品种，就可以在培养基中加入除草剂，能在这种培养基中生长的细胞必然是抗除草剂的，由这个细胞再生的植株就有可能是抗该除草剂的突变品系。另一种很巧妙的筛选法叫做负选择法。这种方法是先用特定的培养基使发生遗传变异的细胞停止生长，而正常未发生突变的细胞可以生长；这时加入一种可以杀死正在生长的细胞而对不生长细胞无害的药物，然后再改变条件，使处于停止生长状态的未杀死的突变细胞重新恢复生长；这样就可以只保留期望得到的变异细胞。

目前，已筛选到遗传变异植物主要有以下几类：营养缺陷型、抗氯酸盐、抗氨基酸、抗抗菌素类药物、抗除草剂和抗病植物的新品种。其中，营养缺陷型、抗氯酸盐和抗抗菌素类药物的突变体，已被广泛应用于遗传学和基因工程的研究之中。它们带有显著的遗传标记，是体细胞杂交中难得的亲本材料。从已有的某种除草剂出发，用突变法筛选出一种能专门抵抗这种除草剂的作物新品种，在经济上比针对某种作物开发一种新型除草剂要便宜得多。国外已开发出这样的烟草新品种。赖氨酸是人体必需的氨基酸之一，它必须从食物中摄取，而很多作物中赖氨酸的含量很少，现在用诱变的方法得到的新品系其赖氨酸含量大大提高。据报道，用这种方法已筛选到抗马铃薯晚疫病、抗玉米小斑病、抗水稻稻瘟病和白叶枯病的抗性作物材料。在次生代谢的开发和利用中，通过原生质体技术也有可能筛选到稳定高产的细胞株。例如，最近日本科学家筛选到高产紫草宁细胞系；我国在人参细胞培养中，利用诱变方法筛选到生长素自养型红色花青素细胞系。随着药物生产的工业化，体细胞无性变异系的筛选很有实用价值。

次生物质与植物细胞的大量培养

人类的衣食住行处处离不开植物。在化学工业兴起之前，所有植物性药物、食用香料或化妆用品都是直接从植物中取得的。这些来源于植物的有效成分，乃是它们体内积累的一些代谢中间分子。由于这些分子不参与植物的基本生命过程，常被称为次生代谢物或天然产物。植物天然产物对于人类的健康有着重大意义。据资料统计，现用的药品中有四分之一来自植物，而且

绝大多数仍是化学合成所不可代替。为了战胜危及人类生命的癌症、艾滋病、心脏病等严重疾病，人们正在不断地从植物中寻找新的药源。例如近几年来，从红豆杉树皮中提取的紫杉醇对治疗卵巢癌和乳腺癌有特效。这种物质的碳环结构十分特殊，难以通过化学合成获得。然而要治好一个卵巢癌病妇，至少需要 2～3 棵 60 老龄的此种树的树皮。这种树属于稀有树种，且生长很慢，若不断取用的话，很快就要面临濒危的境地。最近美国农业部报告，草莓的根、叶、果实中含有的鞣花酸也具有抗癌作用。前苏联科学家发现，从甘草植物根提取的甘草酸及其衍生物制成的药物，对艾滋病有一定疗效，另外，美国构建的转基因烟草工程植株，培育 6 周后从其茎、叶中提取的一种栝楼素物质，对防治艾滋病也有一定的成效。大自然就像天然的化工厂，为人类的健康和生命提供无穷无尽的财宝。然而随着世界人口的增加，工业化的发展，地理环境却受到严重的破坏，大片森林被毁，许多植物资源正面临着枯竭的危险。世界闻名的中草药，这些年来许多药源日益萎缩，有的已经濒危。因此，探索利用植物组织培养的方法来生产人类所需的植物产品，近十年来已受到各国政府和科学工作者的极大重视。

但前面讲到的各种细胞培养方法，都是以科学研究为目的的小批量培养，相应的那些技术与设备都不适用于商业化的大规模细胞培养。因此，现在已参照微生物发酵工业的工艺与设备，设计制造了适宜植物细胞培养的生物反应器、培养罐等。但是植物细胞与微生物有很大的不同，它的特点是体积大、生长缓慢、脆弱而又粘连成团、营养要求复杂、易染菌，所以技术要求较高。目前，在实际应用中还有待进一步克服。

进行植物细胞大规模培养的基本步骤是：首先要建立细胞株——一般要选择次生代谢物含量高的植物种类、品种或它们的高产植株。利用外植体诱导出愈伤组织并建立实验阶段悬浮细胞培养，从中筛选出高产优良的无性繁殖系，并确定其最适生长条件和产量条件。第二步是扩大培养——将上述选出的细胞株扩大培养，得到一定量的细胞，作为接种用的“种子”。第三步进行大罐培养——现已建立了针对植物细胞的“二步培养法”，即使用生长培养基使细胞大量增殖，达到一定的量，然后再调节培养基的组成，诱导细胞启动代谢途径并提高次生物的产量。最近有许多研究观察到，培养细胞在进入对数生长期后，才从初生代谢转向次生代谢。二步培养法可能是药用植物细胞工程生产有用次生物的有效途径之一。

利用细胞工程生产的有用物质，根据其能否通过细胞膜而分泌到培养基中去的特点，可分为胞内次生物和胞外次生物。在大量生产胞内物质时，必须培养大量的细胞用来提取；而生产胞外物质如生物碱、黄酮、蒽酮、各种色素等细胞都可以自发地释放到培养基中。针对这类细胞，科学家们发明了一种叫固相化培养技术，最常用的有海藻酸钠、卡拉胶、琼脂糖等物质。采用这一技术可以克服细胞大量培养中许多困难。固相化培养技术与液体悬浮培养相比有以下优点：细胞生产速度缓慢，有利于次生物质积累，易于得到高密度的细胞群体，并建立细胞间物理和化学的联系；易于控制化学环境；易于收获次生物质等。但也需进一步完善如固相新材料的寻找，延长和增加固相化植物细胞合成与分泌能力，完善和发展固相化反应器装置等。

在已经研究过的二百余种植物细胞培养中，可产生约三百余种有用成分，其中包括不少临床上广为应用的重要药物，如长春碱、地高辛、东莨菪碱、小蘗碱和奎宁等。许多药用植物细胞培养都十分成功，如人参、西洋参、

长春花、紫草和黄连等。日本在 1983 年用细胞培养法生产紫草宁色素投入市场，成为药用植物细胞工程的第一个产品化和商业化的先例。这是一组蒽醌类色素，主要是作为染料用于唇膏的生产，还兼有抑菌消炎作用，在国际市场上价格十分昂贵。目前人参细胞悬浮培养规模已达 30 升，烟草细胞则达 2 万升。这一领域内的研究，日本、德国一直处于领先地位。应当清楚，虽然取得的进展令人鼓舞，但急待解决的问题还很多。目前，99％的潜在植物资源有待开发利用，特别是对细胞的许多代谢途径仍不清楚，在工艺方面遇到的困难更多。而且通过这种途径得到的产品成本很高，一般情况下无法与自然产品竞争。看来只有那些应用价值高，价格昂贵，资源不足，难以进行化学合成的植物次生物质，用细胞培养生产才会有经济上的效益。