植物细胞培养次级代谢产物
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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
• 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。
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．
• 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
• 2．4 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
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
• 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。
• 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．
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
• 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
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．
• [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．
Hale Waihona Puke Baidu
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
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．
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。
• 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．
• 对于红豆杉、中国红豆杉 、云南红豆杉 、曼地亚红豆杉 、南方
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。
Thank you !
• 2．1 红豆杉愈伤组织的培养
• 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。
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．
• 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
• 2．4 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
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
• 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。
• 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．
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
• 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
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．
• [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．
Hale Waihona Puke Baidu
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
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．
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。
• 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．
• 对于红豆杉、中国红豆杉 、云南红豆杉 、曼地亚红豆杉 、南方
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。
Thank you !