人参组织培养的研究现状及展望

人参组织培养的研究现状以及展望

[摘要] 人参作为一种传统珍贵中革药，其药用价值早已在西方获广泛认可，世界市场日益扩大。目前种植是人参供给主要来源，但既缓慢费力又易受气候和病虫害等环境严重影响，植物细胞组织培养是大量生产人参及其生物活性物质的一种有效方法。人参细胞和组织培养始于60年代初、80年代束在日本开始其商业化应用。近几年来，人们还在不断努力研究和发展人参细胞培养技术，目的在于进一步提高其培养效率以获粹曼广的实用化。本文主要介绍近年来人参细胞培养方面的一些进展，着重阐述人参愈伤组织培养、人参细胞悬浮培养、人参体细胞胚胎培养、人参毛状根培养、人参不定根培养等方面人参组织培养的研究进展。[关键词] 人参；组织培养；研究现状；愈伤组织；悬浮细胞；体细胞胚胎；毛状根；不定根；展望

前言

人参(五茄科人参属)是一种最有价值的贵重药用植物之一。从古时起，在中国、日本和韩国等，人参(主要是其干燥块根)就已用作治疗用药和保健补品。据报道，人参对人体健康有许多有益的作用，如抗肿瘤、抗衰老、消除紧张和增强人体免疫功能，但这些只是已被临床确证的一小部分(Tang＆Eisenbrand，1992l。近年来，人参作为～种强身健体的补品被不断用于各种商业化保健品，包括人参胶囊、饮料、补酒和化妆品覆盖许多国家。据统计世界上光各种人参原材料的年销量已达到10亿美元。另外，人参的药用价值引起了全世界的广泛兴趣，现在人们仍在不断考察人参的药理作用和鉴别新的生物活性物质(Y5 Lee，et a1．，1997；YS Lee eta1．，1997：See el：a1．，1997)。到目前为止，己报道人参中含有皂甙、抗氧化剂、多肽、多糖、脂肪酸、醇类和维生素等(Huang，1993)，其中的皂甙是主要的活性成分。从前，人参是一种野生植物，只在韩国和中国东北的一些地区发现有人参生长。现在，野人参已很难获得，市场上的人参大多是人工栽培的人参。人工栽培既耗时又耗力，从播种到最终收获需5～7年时间，并且在此期间由于人参生长受土壤、气候、病菌和害虫的影响，需要经常照料(Sticher，1998：Proctor，1996)。植物细胞培养生产人参和其活性成分如人参皂甙是一种潜在的更有效的方法。用细胞培养的方法，产品的质量和产量宜于控制，不受季节性气候和地理环境等因素的限制，而且培养条件和操作变量更易最优

化。因为细胞从植株生产力最高的部分筛选得到，因此细胞培养可获得更高的生物活性物产量并具有更好的选择性。事实上．日本的日东电工公司已进行人参的商业化，生产规模达到了20|t左右(Ushiyla，1991：Ushiyama＆Hibino，1997)。中国和韩国是人参的主要生产国和消费国，包括中国和韩国在内的一些国家虽然对有关人参培养过程进行了广泛考察但未见其商业化报道。本文中，介绍了近几年人参细胞培养的最新研究开发动向，综述了人参组织培养的主要研究成果，为人参资源的研究提供参考。

1 人参愈伤组织培养的研究

可用于诱导人参愈伤组织采用的外植体主要是人参的根、茎、叶片、叶柄、花药、花丝、子房、果肉、原生质体等，以根和茎作为外植体最为常见。早在1964年，中国科学院植物生理研究所罗士韦教授先采用人参根为外植体，培养于改良的Heller培养基中形成了愈伤组织，继代培养移植4次取得成功[1]。1968年，Butenko等成功从人参叶柄、叶片、花冠柄和根的外植体上诱导出愈伤组织。随后，美国、日本、印度、朝鲜等国家相继开展了人参组织培养的研究，促使人参愈伤组织培养的研究在全球开展起来。

朱蔚华教授等[2]报道不同培养基上人参愈伤组织诱导频率和生长速度的不同。人参愈伤组织适宜的培养基为附加10％的whise、Ms、修改FOx，其中以修改FOX培养墓愈伤组织诱导率最高，愈伤组织生长速度以SH培养基最快。而人参愈伤组织诱导和培养用得最多的培养基是MS基本培养基，采用MS、N6、B5、Bla·es、I、F0x和修改Ms等培养基均能获得愈伤组织。

大量研究集中在植物生长调节剂对人参愈伤组织培养各阶段调节作用。古谷力[3]研究证实，2，4-D的最适浓度为0．5～2 mg·L-1叫对人参愈伤组织的诱导具有良好的效果。朱蔚华等[4]H·指出：适当浓度的2，4-D对人参愈伤组织生长有显著的效果，最适浓度为5 mg·L-1。6-BA对人参愈伤组织的生长也有一定的促进作用，以0．1 mg·L-1生长最快。郭生祯等[5]。进一步比较了不同种类激素的浓度对人参愈伤组织诱导的影响。确定了诱导愈伤组织使用的激素，2，4-D起了主导作用，最适浓度为0．5～2 mg·L-1，如过低或过高，诱导频率呈下降趋势；NAA对诱导愈伤组织也有一定的作用，以2～6 mg·L-1较适宜，低于此浓度愈伤组织则很少发生；其他激素如IAA、6-BA、CA等配合使用，也能获得较好的

效果，但作用不显著。

许多学者对影响愈伤组织诱导和生长所添加的外源激素、最适培养基、培养基的天然补充营养物质、水质等因子进行了考察。然而，人参愈伤组织生长较为缓慢，在固态培养基中操作起来较为复杂，培养物中的活性成分含量也一般大大低于天然植株，这些都大大限制了其在大规模生产中的应用。

2 人参细胞悬浮培养的研究

植物细胞悬浮培养的研究是植物组织培养走向工业化生产的重要步骤。与植物愈伤组织的固体静止培养相比，植物细胞液体悬浮培养的优点主要是细胞增殖速度快、能提供大量均匀一致的培养物以及能进行大规模培养。早在20世纪80年代日本就已经实现了人参细胞的大规模工业化生产。

人参细胞悬浮培养的研究主要包括以下几方面：优良细胞株的筛选、影响细胞生长及活性成分含量因素的探讨、诱导子的应用、活性成分的分离和化学分析、细胞培养物的药理药效学研究、生物反应器的研发以及发酵成本的降低等。对药用植物悬浮细胞培养来说，选择适宜培养基是植物细胞培养的首要条件，通过培养基中养分的调节可改变植物细胞生长及物质合成能力。在细胞培养过程中，除了物种本身特性外，还有环境中的许多物理因素，如光照、温度、pH值、电磁场等和化学因素，如培养基中碳氮磷源组成、溶氧、激素以及一些微量的金属离子等，对细胞生长和次生代谢产物的合成具有很大的影响。

高日等[6]叫通过研究人参细胞悬浮培养过程中培养基蔗糖浓度、MS浓度、氮浓度及硝态氮与铵态氮比例对细胞生长及皂苷合成的影响，发现在培养基中添加30 g·L-1。蔗糖时，人参细胞合成皂苷能力最强，蔗糖浓度过低(10 g·L-1)或过高(70 g·L-1)均不利于细胞干重增加及皂苷积累。Ms培养基浓度减半(O．5MS)或维持原浓度(1．0 MS)，总氮浓度为30 mm时，有利于人参细胞皂苷的合成。Ms培养基中硝态氮促进皂苷合成，单独使用硝态氮(NO3+／NH4+30:0)比与铵态氮混用或单独使用铵态氮(NO3+／NH4+0:30)更有利于皂苷的合成，皂苷生产量达到最高(158.9 mg·L-1)。有的学者对人参细胞悬浮培养中的激素调节及细胞分裂进行了相关研究，指出在人参细胞悬浮培养中，单独使用植物生长调节剂时 2 mg·L-12，4-D和2 mg·L-1NAA的效果较好。在不同激素组合的试验中，以2 mg·L-12，4-D+2 mg·L-1NAA+0．5 mg·L-1KT的效果最好[7]。