微生物在中药生产中的应用

微生物诱生中药有效成分
• 用组织培养方法来生产中药的有效成分是解 决中药资源紧张的重要手段，是中药现代化 的重要内容之一。 • 在组织培养中用发根农杆菌诱导组培物产生 发状根，由发状根形成次生代谢产物已成为 利用中药组织培养物产生次生代谢产物的常 用方法。到目前为止，人们已建立了80多种 植物的发状根无性系，其中不少是药用植物。
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• 此外，在植物与微生物的相互作用中，真菌能诱 导植物中特定次生产物的积累，使植物产生对这 些病原微生物的抗性。 • 例如，丹参是一种重要的药用植物，利用丹参毛 状根和丹参转化细胞生产丹参酮等次生代谢物成 为研究的热点，大丽轮枝菌c激发子V44和酵母提 取物分别诱导丹参毛状根和丹参转化细胞后，丹 参中过氧化物酶活力显著提高，且有利于次生代 谢产物的积累。
AU
0.003
0.015
0.002 0.001 0.000
288.8
323.3 321.0 343.6
0.010
370.9385.3 393.7
-0.001 220.00 240.00 260.00 280.00 300.00 320.00 340.00 360.00 380.00 nm
0.005
0.000 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 Minutes 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00 30.00
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• 二、由天然微生物发酵植物性中药材料形 成，如神曲、红曲等，主要是酵母和丝状 真菌。
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• 三、植物和微生物共生形成的中药，如天 麻是蜜环菌和天麻植物的共生体，天麻植 物依靠蜜环菌提供营养；猪苓也是由于蜜 环菌侵入猪苓菌核形成的共生体，由蜜环 菌提供营养。
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内生真菌对铁皮石斛苗的作用
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统计分析发现36株菌株中的8个菌株对铁皮石斛苗有促生长作用。
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统计分析发现96株菌株中的36个菌株对金钗石斛苗有促生长作用。
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• 菌根是植物和真菌的共生体，是植物普遍 存在的现象。菌根菌能促进菌根植物吸收 矿质营养和水分，通过刺激或增加寄主植 物产生次生代谢物，如抗生素、植保素、 酚类化合物、苯丙烷类代谢酶系、木质素、 过氧化物酶、水解酶等，提高寄主植物的 抗病和抗逆能力。 • 但在中药栽培研究中应用菌根技术报道的 文献比较少，需引起足够的重视。
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微生物应用于药理研究
• 由于一些微生物具有与动物和人相类似的 代谢途径，能产生相同或类似的代谢产物， 利用这些微生物对中药的一些有效成分进 行药理和毒理研究就变得十分可行，特别 是可以在难合成药物和辅助确定代谢途径 方面发挥重要作用，在药物开发的早期阶 段提供药物代谢的可能途径。
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• Yoshikawa等的研究表明，人参的发状根在 无外源激素的条件下进行培养，人参皂苷 含量(Rb、Rg)可达干质量的0.95％，而天 然栽培根仅为0 .4％，因此人参发状根完全 有可能代替天然人参作药用。
来自百度文库
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• 黄遵锡从短叶红豆杉诱导出发状根，选育 出的5株无性系20天后生物量增加9倍，紫 杉醇的量是愈伤组织的1.3～8.0倍。
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微生物与中药栽培
• 内生菌主要指在其生活史的某一阶段存在于健康 植物的组织中、不形成明显侵染的一类微生物。 内生菌可以促进宿主的生长、发育，增强对不良 环境的抵抗力，甚至会促进宿主植物某些代谢产 物的形成。深入研究中药内生菌，对研究中药的 活性成分和栽培可能具有重要意义。 • 内生真菌与宿主植物某些活性成分的形成有密切 关系，对于不同地方的相同物种来说，其内生真 菌类群是不同的，这可能是形成中药道地性的原 因之一。
中药的微生物转化研究
• 可以借助不同真菌产生的丰富酶系来炮制 中药，达到产生新的药用成分、提高有效 成分含量、降低不良反应的目的。 • 薏苡仁的微生物转化研究结果表明，经转 化后的薏苡仁不仅原有抗癌组分的量提高， 还出现了新的抗癌组分。
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• 天然药物的生物转化研究与组合化学理论 相结合，提出“中药生物组合化学 ”的概 念，并建议将其用于复杂天然药物的筛选 和研制，开发具有中国特色的、新的高效 活性先导化合物。 • 利用微生物对延胡索中镇痛成分延胡索乙 素进行了转化，有两个菌株的转化物活性 高于底物，经进一步分离，最终得到了两 个转化产物，活性明显高于延胡索乙素。
• 中药以口服为主，它们必然在消化道中与肠道菌 接触，肠道菌的代谢对中药的作用不容忽视，有 些中药可能通过人体的消化酶或肠道菌的代谢后 才起作用。如消化道对天然药物中的糖苷吸收较 差，糖苷首先必须经肠道菌水解为相应的苷元才 能被吸收。 • 柴胡皂苷在大鼠体内经肠道菌转化成代谢产物后 才能被吸收并发挥其药理作用； • 淫羊藿苷的肠菌代谢产物对白细胞介素-6产生的 促进作用比原药更强；
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• 口服人参皂苷的抑瘤效应源于人参皂苷被 肠菌转化的代谢物能抑制肿瘤新生血管的 形成，抑制黑色素瘤B16-F10细胞的生长和 转移，诱导Lewis肺癌细胞凋亡。 • 目前，人们已研究了肠内细菌对苦杏仁苷 类、香豆素类、黄酮类、蒽醌类以及萜类 化合物的代谢作用，并鉴定了其代谢产物。
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药材现状：用量增长产量锐减
• 人口的增加和老龄化加 快，导致猪苓用量大增。 • 环境恶化和无序采挖， 导致天然猪苓产量锐减。
120 100 80 60 40 20 0 60 80 2004 年需求量 万公斤
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猪苓人工栽培技术有待完善
• 人工栽培猪苓技术早已实验成功。但由于栽培技 术要求高，工序繁杂，需要3-4年方能采收，且单 产低、收益少，因此发展缓慢。 • 由菌丝形成菌核的关键技术没有解决，种苓来源 问题成为猪苓大规模栽培的瓶颈问题。
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猪苓菌的次生代谢产物
• 猪苓酮类成分：是猪苓的特征性成分, 根据 报道有毛发再生活性和抗癌活性。对猪苓酮 A～G的细胞毒作用研究结果表明，猪苓酮 A～G对白血病1210（L-1210）细胞的增殖均 有剂量依赖性的抑制作用。
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猪苓酮 A (Polyporusterone A) 2,3,14,20,22-Pentahydroxyergost-7-en-6-one
猪苓酮 B (Polyporusterone B) 2,3,14,20,22-Pentahydroxyergost-7,24(28)-dien-6-one
0.030
0.010
246.2
猪苓酮 A
0.025
0.009 0.008 0.007 0.006
猪苓酮 B
AU
0.020
0.005 0.004
245.1
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• 沉香: 沉香树在遭受到雷击、风折、虫害 感染或人畜危害等各种伤害时，自身会分 泌树脂修补受伤部位。某些伤口由于在开 放期感染真菌，受伤部位难以完成真正意 义上的愈合，因此开启了为治疗创伤持久 的、奇妙的沉香制造与累积的过程。甚至 经历数百年漫长岁月，才诞生了珍惜的沉 香。
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猪苓人工栽培 示意图
3～5年收获，老苓做药材，灰苓和 部分生活力较强的黑苓留作种苓。 还无法象其它食用菌可以由菌丝开始 制种栽培。
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猪苓菌核生长发育规律
• 白苓、灰苓和黑苓: 一般情况下，分别代表当年、 次年和第三年三个生长年限。 • 猪苓与蜜环菌：猪苓菌核与蜜环菌之间存在较特殊 的真菌间的共生关系，蜜环菌侵入猪苓菌核以后, 二者之间发生侵染与防御的斗争，最终结果是猪苓 菌核从蜜环菌获得营养，得以生长繁殖。 • 猪苓与伴生菌：郭顺星教授曾经从野生猪苓菌核的 穴中分离到一株与猪苓菌核形成密切相关的伴生菌。 伴生菌作为一种生物调节因子，与猪苓共培养时可 以促进猪苓菌丝形成菌核。
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• 以不同的中药材料为固体基质，通过接种 不同的真菌获得不同的“药性菌质”，通 过对“药性菌质”进行药理模型筛选后， 可以获得不同的中药产品，达到对中药增 效、扩用、减毒的作用。 • 培养槐耳菌发酵中药，获得的发酵菌质药 用效果比常规培养的槐耳菌质明显增强， 使乙型肝炎e 抗原临床转阴率由33％提高到 50％。
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• 开唇兰小菇、石斛小菇、兰小菇等3种小菇 属内生真菌，对兰科濒危药用植物铁皮石 斛、金线莲的生长有促进作用。 • 接种3种内生真菌后，铁皮石斛苗的生长量 高于对照3～5倍，石斛小菇、兰小菇对铁 皮石斛原球茎增殖也有明显促进作用；接 种3种真菌的金线莲苗，侧芽及侧根数均显 著高于对照。
微生物在中药生产中的应用
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微生物与中药
• 在中药家族中有一类特殊的成员---微生物。 • 中药材: • 中药现代化研究的工具:中药二次开发、拓 展中药资源、中药药理研究。
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微生物相关中药的形成方式
• 一、以腐生生活方式形成的大型药用真菌: 如灵芝、猴头、木耳、香菇等。 • 这些真菌基本上都可以实现人工栽培。
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• 猪苓[Grifola umbellata (Pers.) Pilát] 是一种药用真 菌。隶属于真菌门、担子菌纲、多孔菌目、多孔菌科。猪 苓菌核生于地下，多年生，是传统的中药材。猪苓子实体 俗称“猪苓花”或“千层蘑菇”，味道鲜美，可食。
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• 猪苓菌核有利水渗湿、祛痰、解毒的功能。 现代研究发现它有抗癌作用。 • 生产商品化药物“猪苓多糖注射剂”和 “猪苓多糖胶囊”的原药材是猪苓菌核。
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• 五、微生物侵染植物后，植物抵抗微生物 的侵染而形成的植物抗毒素，如龙血竭、 沉香等。
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血竭的形成机制
• 龙血树受到外部机械损伤，虫蛀的木质和年老髓 部中空的内轮木质，年长日久，细胞中的树脂就 会不断积累，使木质部硬化形成一不易透水和通 气的保护层，这一富含树脂的紫红色木质部可供 中药直接应用。 • 血竭形成与真菌侵入有关，龙血竭的形成是因为 龙血树树干外部受到机械或虫蛀损伤后感染真菌 等微生物，从而引起的龙血树植物体的防御作用， 产生次生代谢物质。特异性真菌作用于龙血树材 质可促成血竭的形成。
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猪苓的次生代谢产物
• 猪苓多糖：近年来研究的很多，并成功地
商业化应用(猪苓多糖注射剂,猪苓多糖胶
囊 )。
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进行猪苓研究的国家
• 生物学研究：中国、南韩、日本。 • 栽培研究：中国、南韩。 • 化学成分研究：日本、中国、南韩。
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• 四、寄生真菌侵染活体昆虫形成的虫菌复 合体，其实质是昆虫的致病菌。如冬虫夏 草、僵蚕、蛹虫草等。