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年产100万株红豆杉种苗工厂化设计 1项目背景 1.1该植物的生物学知识、特性。 红豆杉，属浅根植物，其主根不明显、侧根发达，是世界上公认的濒临灭绝的天然珍稀抗癌植物，是第四纪冰川遗留下来的古老树种，在地球上已有250万年的历史。由于在自然条件下红豆杉生长速度缓慢，再生能力差，所以很长时间以来，世界范围内还没有形成大规摸的红豆杉原料林基地。中国已将其列为一级珍稀濒危保护植物，联合国也明令禁止采伐。 红豆杉可提炼紫杉醇，所以是国际上公认的防癌抗癌药剂，同时又是国家一类保护树种。红豆杉的红豆，宛如南国的相思豆，外红里艳，可以寄托人们的相思。红豆杉得名也是因为它生长着与红豆一样的果实，故得名红豆杉。 1.2该植物的经济价值、生产现状与市场前景 从红豆杉的树皮和树叶中提炼出来的紫杉醇对多种晚期癌症疗效突出，被称为“治疗癌症的最后一道防线”。高纯度紫杉醇价格昂贵，每公斤200万元人民币左右。但是红豆杉生长缓慢，天然更新能力差，人工种植10亩仅能提炼1公斤1%纯度的紫杉醇。目前、全球每年大约死于癌症的病人在630万左右。仅美国、欧洲、日本每年就在400万人左右。治疗这些病人每年大约消耗1500~2500公斤紫杉醇。而全世界每年大约只能生产350~500公斤紫杉醇。其中美国可生产25~50公斤、中国只能生产50公斤左右。因此紫杉醇的市场开发、应用潜力巨大。同时大规摸的培植红豆杉原料用材林基地，也蕴藏着巨大的市场商机。所以，红豆杉的身价也因此倍增。 1.3该植物生产中存在的主要问题和解决途径 虽然经各国科学家的研究，为获取紫杉醇的方法有：⑴化学半合成法，该法主要是大面积种植红豆杉树苗，再从树苗的枝叶中提取中间体BaccatinⅢ，再经数步化学反应合成紫杉醇。因其未摆脱红豆杉的植物资源，且增加了中间体的分离和后续的合成工序，实用价值不大；⑵化学全合成法，是1994年美国Holton小组和Nicolaours小组研制成功，但由于紫杉醇是一种复杂且分子结构刚性极大的天然有机物，具有四个环和11个手性碳，为保证环的形成和立体选择性，合成难度极大，合成周期长，全合成工作最多达两年，且得率低，从报导来看，全化学合成的工业化生产还路途遥远，合成的反应需30步，效率太低，成本昂贵；⑶红豆杉植物细胞组织培养。该法周期长（每个生产周期需1.5－2个月），稳定性差，尚需产业化所需设备；⑷应用工业菌种发酵生产紫杉醇。但该法难以筛选到高产菌种，培养液紫杉醇含量低而难于工业生产。因此，目前国内外都是从天然红豆杉的树皮或枝叶中提取生产紫杉醇。 1.4针对存在问题提出本项目的研究必要性 然而，紫杉醇原料的供应已经出现了短缺的现象，特别是红豆杉资源短缺问题更加突出。90年代初开始，国际市场的紫杉醇原料－红豆杉主要来源于印度和中国。随着印度红豆杉资源的逐步匮乏，紫杉醇的原料供应将更加依赖中国。但由于我国近年天然红豆杉资源遇受大量的破坏，2000年开始，我国对紫杉醇的出口实行了限制，云南、四川、西藏等当地政府对天然红豆杉的采集和紫杉醇的生产进行了严格的管制。因此，人工种植红豆杉将是以后紫杉醇原料的主要来源，也是紫杉醇生产得以持续发展的必由之路。 2．本项目的主要内容和需要解决的关键问题 2.1主要研究的内容 如何实现红豆杉种苗的大批量工业化生产 2.2前人在该领域内已经取得研究成就和必威体育精装版进展 红豆杉的愈伤组织形成的迟与早的比率，在不同的种类和同一种类不同植株之间存在差异。同时与外植体类型、取样部位及采集季节、光照条件、培养基种类等因素有关。在诱导培养基上，东北红豆杉、南方红豆杉、云南红豆杉均能形成愈伤组织。但形成情况因红豆杉的种类及植株的不同也有差异。 研究表明：一定程度的水解络蛋白（CA）能促进东北红豆杉、南方红豆杉的伤愈组织生长，但浓度大于0.5%时不利于紫杉醇的形成和积累。 而当浓度大于1%时又能促进伤愈组织的的愈合，和形成新的生长点，又不影响紫杉醇的积累。 经比较，2、4D也有利于伤愈组织的形成，也可提高诱导率。在2、4D培养基中的愈伤组织颜色新鲜、块大松软，对红豆杉的愈伤组织的诱导比较容易。但其它培养基添加物，如细胞悬浮培养、B5培养基、炭源蔗糖也可增加紫杉醇的含量。但高农度蔗糖中的葡萄糖会抑制紫杉醇的合成。同时半乳糖对促进细胞生长显著。 GIBSON的研究表明，无论是细胞悬浮培养还是诱导愈伤组织细胞生长以及紫杉醇含量的形成，在黑暗情况下好于光照条件下。 无论组培的方式用什么品种和部位都要选择中层增殖能力旺盛的细胞组成（表层细胞含大量的淀粉颗粒、中心细胞无核，容易出现分化的管状分子）。这样有利于形成细胞间的细胞链丝，从而形成大的细胞团，有利于细胞间小物质的信号传递。从而使得红豆杉的细胞以细胞团的形式存在，产生功能性细胞肌体，促进细胞团区域化，和细胞功能分化，这一点