植物细胞培养次级代谢产物

• [关键词] 紫杉醇 ；红豆杉 ；细胞培 养
• 1 目前生产紫杉醇的主要方法
• 紫杉醇的生产方法主要是提取分离和化学
合成，提取分离的方法按来源不同又可分 为三大类：从植 物中分离提取 、从真菌 中 分离提取及从培养细胞中分离提取．
2 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇 的研究
• 在细胞的大规模培养前 ，应进行小规模培养 ，观
• 目前 ，所有的红豆杉均已建立脱分化的愈伤培养体系．其针叶、
嫩芽、茎段、树皮、种仁均可作为外
• 植体 ，但不同外植体的诱导效果与培养基和培养条件有关 系，
而且不同外植体形成的愈伤组织 的质量也
• 会有差异．一般而言 ，来 自老茎 、树皮 的愈伤组织紫杉醇含量
较高．亚红豆杉 、南方
• 3 紫杉醇生产存在的问题及生产方法展望
• 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇是一种具有较多优点的方
法，受到许多研究者的重视．目前未能实 现工业化生产 ， 这主要是因为 ：植物细胞生长慢 ，紫杉醇含量低 ，使得 单位时间单位质量细胞紫杉醇含量 较低 ，即使在理论上 工业化生产也不能取得经济效益．但是 ，细胞培养生产 紫杉醇仍是具有发展潜力的 方法 ，在过去的一二十年里 ， 随着生物技术的不断发展 ，细胞培养生产紫杉醇的方法 从无到有 ，并且 日益 接近工业化生产的要求，所以，有 理由相信，随着生物技术的进一步发展，此法最终可达到 工业化生产的 要求。
累大量的微管，这些微管的积累干扰了细 胞的各种功能,特别是使细胞分裂停止于有 丝分裂期，阻断了细胞的正常分裂。 通过 Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌 和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、 头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。
紫杉醇生产方法的研究
[摘 要] 总结 了紫杉 醇的生产方法 ，分 析 了这 些方法的优 点和缺点 ，从 红豆杉 愈伤组织诱 导 、高产 细胞 系的选择 、 细 胞悬浮培养及代谢调控四方面着重介绍了 细胞培养生产紫杉醇的研究现状．对紫杉 醇的生产方法进行 了展望．
酸途径生成．Eisenreich等 以”C标记的[U一¨C ]葡萄糖、 [1一¨C]葡萄糖和[1，2一¨ C ]乙酸作前体 ，对中国红 豆杉悬浮培养细胞进行饲喂试验，发现产物
taxuyunnanineC(2a，5a，10p，14p一四乙酰氧～ 4(2O)， ll一紫杉二烯)的 4个异戊二烯单元以完全相同的方式被标 记，其 中二碳单三碳单位均来 自葡萄糖，外源乙酸仅标
• 2.3 红豆杉的细胞悬浮培养
• 建立细胞悬浮培养体系是细胞培养生产紫
杉醇必不可少的阶段 ，悬浮培养 的培养基 及培养条件对 紫杉醇含量及细胞 生长速率 有较大的影响．
• 2．3．1 细胞悬浮培养的培养基 • 悬浮培养一般采用 B5培养基．激素种类和配比对培养细
胞的生长和紫杉醇含量影响较大，不同红豆 杉要求的激 素种类及配比不同．NAA和TDZ的配合使用可使加拿大红 豆杉细胞系的产量和生长量达到 最高n ．在东北红豆杉的 培养中，以 IAA和 BA配合效果最佳．而对中国红豆杉 ， 采用 2，4一D、NAA和 BA 的优化配比组合的培养基才能 取得很好的效果n ．而在西藏红豆杉的培养中，在培养基 中单独加入 2，4一 D可提高紫杉醇含量，而单独加入 IAA则没有效果[1 ．在云南红豆杉 的悬浮培养 中，生长 素与细胞分裂 素的浓度比达到 5～10时，紫杉醇含量较高 [1引．曼地亚红豆杉悬浮培养中，只要 1 mg／L的 2，4 一D 和 0．1 mg／L的 BA就能达到很好的培养效果 [1 ．碳源多为蔗糖．但其它糖类的加入对细胞生长和紫杉 醇 含量影响显著．果糖可以提高一般细胞系紫杉醇含量 。 半乳糖对细胞生长作用显著．葡萄糖则抑制紫杉烷的合成
14～21 d，可使紫杉醇含量达 到 137．5 mg／L的
• 最高值 ，21 d维持此温度，可使这一最高值保持 42
d．光照对紫杉醇合成是不利的，黑暗条件下紫杉醇
• 含量和生长量均能比光照条件下提高 3倍[2 ． • Mirjalili和 Linden[2钉发现，低浓度氧气促进紫杉醇产生，
高浓度二氧化碳则表现为抑制作用．
Thank you !
察单位时间内单位质量的细胞 中紫杉醇含量在最 优 的培养条件下是否能达到大规模生产的要 求．红豆杉的小规模细胞培养研究首先就是要获 取愈伤组织 ， 从其中选出高紫杉醇含量 的细胞 系，继代后进行悬浮培养 ，调整好一些影响因素 之后进行代谢调控 ，以 期获得最大紫杉醇含量和 最大生长速率．
• 2．1 红豆杉愈伤组织的培养
记 taxuyunnanine C的乙酰基侧链而不标记紫杉烷环骨 架．
• 2．4．2 代谢调控物对紫杉醇含量的影响 • 前体物质是细胞内合成紫杉醇的反应物，细胞内的许多生
物反应是酶促条件下的可逆化学反应，如 果增加参与反 应的物质的量，就可使平衡向着生成物 的方向移动，从 而生成更多的产物．Fett—Nero[zs 通过研究发现苯丙氨酸 (Phe)、苯丙 甲酸 、甘氨酸 (Gly)、丝氨酸 (Ser)均能显著 促进东北红豆杉细胞 紫 杉醇的合成 ，其最好的结果为： 添加苯甲酸提高 400 ，添加丝氨酸提高 250 ．甘烦远等 。 发现添加适 量 Phe、亮氨酸 (Leu)或巴卡亭 Ⅲ均能提高云 南红豆杉细胞紫杉醇含量 ，但对培养细胞的生长率作用 不大．
红豆杉等红豆杉而言，许多报道[5 认 为 MS培养基的诱导效果 优于其它培养基，或者在研究中直接采用 MS培养基.但在继代培 养中，则认 为 B5培养基优于 MS培养基 ，在 B5培养基上的愈伤 组织不仅生长快 ，而且紫杉醇含量较高 ．有 的 研究认为 ，MS 培养基的诱导率高，但形成的愈伤组织质量差 ，容易褐化．对 于东北红豆杉 ，一般采用 B5培养基作诱导培养基 ]，继代培养 则采用 MS培养基．红豆杉组织培养中的激素常使用 NAA、2，4 一D、KT和 BA，其中 2，4一D对 于诱 导愈伤组织的作用明显。
• 人参总皂甙是从五加科植物人参的根、茎叶中提
取精制而成，其富含十八种人参单体皂甙，溶于 80°C的水，易溶解于乙醇。主要适用于冠心病、 心绞痛、心率过缓、过快、室性早博、血压失调、 神经衰弱、更年期综合症、疲劳过度、病后、产 后、术后身体虚弱等症状；久服可以延年益寿， 并能增强体力，治疗癌症患者因放疗和化疗引起 的免疫功能低下等症；有抗冷热应激作用。同时 具有增强人体表面细胞的活力，抑制衰老等作用。
人参
紫草素：为植物色素之一种（萘醌）。存在 于紫草植物中。抗癌，抗炎，抗菌等。日 本在1983年用大规模紫草细胞培养来生产 紫草素。
灵芝酸：是灵芝中除多糖外另一类具有广泛生 理活性的物质,被证 明具有止痛、镇静、抑 制组织胺 释放、解毒、保肝、抗肿瘤等活 性。
紫杉醇：紫杉醇是红豆杉属植物中的一种复 杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一 一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管 的药物。同位素示踪表明, 紫杉醇只结合到 聚合的微管上, 不与未聚合的微管蛋白二聚 体反应。细胞接触紫杉醇后会在细胞内积
植物细胞次级代谢产物在医药及农 产品方面的应用
孔德真，李旭婷，李雅芸，李煜晨，刘萍萍
目前次生代谢产物生产的运用主要集中在以下方
面：
研究制药：如抗癌药物紫杉醇、保健药物人参皂甙等; 油料：如豆寇油、春黄菊油等; 食品添加剂：如生姜、香 子兰； 调味剂：胡椒、留兰香等；食用色素：如花青素
等;饮料：如咖啡、可可等;树胶:如阿拉伯胶等。
• 2．4 红豆杉细胞培养中的代谢调控
• 细胞培养中的代谢调控是在查明目标物质
的代谢途径的基础上 ，通过加入前体物质 、 诱导子和抑制 剂以增加目标物质含量的方 法．
• 2．4．1 紫杉醇的生物合成途径
• 紫杉醇是一种双萜类化合物，在植物次生代谢中异戊二烯
是合成所有萜类化合物的通用前体，它在体 内经甲羟戊
• 2．3．2 其它培养条件 • 接种量对悬浮培养 中的细胞生长和紫杉醇含量有重要作
用 ，接种量太低，容易 导致生长停止 ，接种
• 量过高(6 mg／L)时，可抑制紫杉醇的合成[2 ．温度对红
豆杉细胞生长和紫杉醇含量也有一定影响，Choi
• 等[2 发现 ，红豆杉在 24℃培养后 ，接着在 29℃时培养
• 2．2 高紫杉醇含量细胞系的选择 • 不仅不同植株来源的细胞系在外观形态、生长速率和紫杉
醇含量方面存在较大的差异 ，而且即使在 来源于同一植 株的细胞系中也存在色泽、质地和生长速率等性状不同的 细胞团，并且这些性状之间表现 出一定的相关性 ，这是 高产细胞 系的选 择基础．在对云南红豆杉 TY6细胞 系进 行高产 细胞 系的选 择 中发现颜色深 、生长慢、干重／ 鲜重比值 高的细胞系紫杉醇含量常常较高．相反 ，颜色 浅、质地松散的 细胞 系含量低 ，但生长快．紫杉醇含量 和生长速率存在负相关 ，这也是提高单位时间单位质量 细胞紫杉醇含量的障碍之一．