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植物细胞培养与次生代谢产物再工业生产方面的前景 植物细胞培养与次生代谢产物在工业生产方面的前景 【摘要】许多植物次生代谢产物是常用的药物制品、优良的食品添加剂和名贵化妆品原料。本文主要讲述了植物细胞培养产生的次生代谢产物在工业各方面的重要作用、开发以及大规模生产应用。 【关键词】植物组织 细胞培养 次生产物 工业生产 【正文】 植物细胞培养始于本世纪初， 并不可争议地具有工业化潜力。目前植物细胞培养生产的化合物很多， 包括糖类、 酚类、 脂类、 蛋白质、 核酸以及帖类和生物碱等初生和次生代谢产物，而植物次生代谢产物在医药、食品、轻化工业等领域具有重要意义。李时珍（1593）在《本草纲目》中所开列的1892种药物绝大多数是植物药物，目前仍有约25％的法定药品来自植物。其药物的有效成分均为次生产物。 这些次生代谢活性物质成分已被人类广泛应用，主要集中在研究制药、食品添加剂、调味剂、食用色素、油料、饮料、树胶、化妆品、生物杀虫剂和农用化学品等方面。尽管有些植物次生代谢物质并不是很多，但它们与人类健康密切相关，已成为当前生物领域研究关注的重点。因此许多植物代谢产物以组织细胞培养技术的方法开发利用，进行大规模生产，使植物次生代谢物质产量和活性提高。 一、在制药工业方面的应用 药用植物次生代谢物种类繁多，化学结构迥异。这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类，据报道每一大类的已知化合物都有数千种甚至数万种以上。在次生代谢产物的生产中, 药用植物细胞培养技术是通过给予体外生长的植物细胞一定的营养条件, 使其生长, 并根据植物或植物不同组织的细胞调节生长条件来获取所需的次生代谢产物的生物技术。由于植物体内的任何一个细胞都包含有整体植物全部的遗传信息, 在 一定条件下具有发育成一个完整植株的能力, 所以通过细胞培养技术可得到药用植物的次生代谢产物。药用植物细胞培养的最初目的是为了研究植物的生理和生化代谢。然而, 从研究中发现它可能具有巨大的商业应用可能性, 所以这种植物细胞培养的方法很快被用于快速繁殖, 进而开始研究用细胞培养的方法生产植物原有的化合 物, 现在细胞培养技术是生物技术中最基础的核心技术。实践表明, 通过采用植物细胞培养技术生产次生代谢产物是解决资源问题的较为有效的途径。 用药用植物细胞培养技术生产次生代谢产物有很大潜力。首先次生代谢产物是在完全人工控制的条件下生产的，可一年四季不断进行，不受地区和季节限制，节约土地，较便于工业化生产。其次，通过改变培养条件和选择优良系的方法可得到超越原植物产量的代谢物，例如通过新疆紫草的细胞培养获得了比原植株含量高6倍的紫草素。再者，药用植物的细胞培养是在无菌条件下完成的，因此可排除病菌及虫害对药用植物的侵扰。 1.人参皂苷的生产 人参皂苷是一种固醇类化合物，三萜皂苷，是人参的主要有效成分。众多研究表明，它具有较高的抗肿瘤活性，对正常细胞无毒副作用，与其他化疗药物（如顺铂）联合应用有协同作用。人参皂苷通过调控肿瘤细胞增殖周期、诱导细胞分化和凋亡来发挥抗肿瘤作用。将肿瘤细胞诱导分化成正常细胞有利于控制肿瘤发展，诱导肿瘤细胞凋亡使细胞解体后形成凋亡小体，不引起周围组织炎症反应。Popovich等研究认为，人参皂苷可以促进人白血病细胞的凋亡，其途径与地塞米松相似，均为受体依赖性。除去抗肿瘤作用外，人参皂苷具有提高机体免疫力、抗菌、改善心脑血管供血不足、调节中枢神经系统、抗疲劳、延缓衰老等作用。目前用于生产人参皂苷的主要方法是毛状根培养系统。 2.紫杉醇的生产 紫杉醇是用于治疗卵巢癌、乳腺癌、肺癌的高效、低毒、广普而且作用机理独特的抗癌药物。近年来，临床研究还表明，紫杉醇对其它病症也有一定疗效，如关节炎、先天性多囊肾病、早老性痴呆等。日本从短叶红豆杉和东北红豆杉中进行组织细胞培养获得较高含量的紫杉醇细胞系植株。我国的研究人员经过多年研究，利用细胞悬浮培养对多种红豆杉不同外植体进行愈伤组织的诱导、培养、筛选出了紫杉醇高产细胞株，并经生物反应器扩大培养含量，细胞生长和紫杉醇含量都相当理想，通过细胞培养技术规模化商业化生产紫杉醇的研究已取得了重大的进展。 2.紫草宁的生产 紫草宁可以用作创伤、烧伤以及痔疮的治疗药物。1974年，Tabata等研究了在哪一种培养基上可使培养细胞产生紫草宁衍生物。1981年Tabata和Fujita等进行 悬浮培养，并得到紫草宁衍生物。日本在1983年也用大规模紫草细胞培养来生产紫草宁。国内南京大学生物系从1986年开始研究，得出在适