“植物组织培养在酚类代谢物中的应用研究现状”-读书报告

关于“植物组织培养在酚类代谢物中的应用研究现状”

读书报告

文献重要内容翻译：

摘要：从二十世纪初开始，植物组织和器官培养被广泛用于研究和了解如形态发生等的一系列生物机制。然而，随着对来自植物新产品的市场需求不断增加，体外培养成为植物材料大规模生产的可靠技术。此外，使用这种技术生产一些生物活性化合物如酚类化合物具有很大前景，因为它可以通过控制生物合成途径来增加特定化合物的生产和积累。本文旨在对体外培养进行简要的历史回顾，重点介绍其用于生物活性化合物的生产。此外，还强调了酚类化合物对消费者的重要性，并回顾了植物细胞生产酚类化合物过程中涉及的代谢途径。此外，还对植物酚类化合物的体外培养生产工作以及用于增加相同产量的诱导子类型进行了综合研究，也简要地介绍了作为诱导子的酚类化合物。关于在体外植物培养物中生产酚类提取物的报道众多，但是由于生物合成途径和提取程序的复杂性，单个酚类化合物的生产研究报道缺乏。诱导方法通常用于增加酚类物质的产量，在大多数情况下，诱导后的产量比未诱导培养的显著提高。具有生物活性的酚类萃取物或化合物产量的增加使得它们在功能性食品行业、制药和医疗领域具有进一步的应用性。

1．植物组培简介

1.1 植物组培的历史

多年来，植物组织培养的历史已经被广泛地描述，不仅在专业书籍和研究报告中，而且在其最重要的研究贡献者如Haberlandt、Gautheret、White、Murashige 和Skoog等的传记文件中。1902年，Gottlieb Haberlandt提出了基于植物细胞全能性的体外组织培养的第一个理论解释，他试图了解细胞在多细胞生物体中建立的功能和关系，本研究通过在营养液中培养分离的植物细胞来进行。然而，第一个植物细胞培养是在1922年成功开发的，当时Kolte和Robbins培养根和茎尖部分的目的是克服培养基的灭菌问题。

植物生长调节剂，也被称为植物激素，它的发现是实现通过某种方式在体外控制植物的生育过程，形成特定器官组织的一个关键点，它革新了植物体外培养如器官和组织细胞的发展进程[1-2]。Went最先发现了首个植物激素—吲哚乙酸，即生长素。

1934 - 1935年，Gautheret、White和Nobercourt一起创造了第一个“真正”的植物组织培养物，因为它涉及到在假俭草的固定化培养基中添加Knop's溶液、葡萄糖、半胱氨酸、IAA和维生素等使组织分化，获得愈伤组织继而继续增殖培养[3]。从那以后，开始了越来越多对不同植物、组织、器官及培养液的研究。从1940年到1960年的数十年被认为是当今仍然使用的大多数植物组织培养技术发展的最重要时期之一。在此期间，研究要集中在植物生长调节剂方面：1955年发现激动素作为细胞分裂激素；1957年Skoog和Miller通过调节培养基中生长素和细胞因子的浓度，提出了器官形成的激素控制概念。

尽管如此，几十年来发生的最重要事件是Murashige和Skoog于1962年通过开发用于烟草细胞培养的MS（Murashige＆Skoog）培养基，该培养基由高浓

度盐、低氮、微量营养素、碳源（例如蔗糖）和生长调节剂等组成[4]。MS培养基将大量植物对营养物质的需求结合起来，使得更多的研究人员现在能使用体外培养物进行研究。

在随后的多年里，关于植物生长调节剂在体外培养中所起作用进行了大量的研究。此外，1966年斯图尔特（Stewart）让植物细胞的全能性在越来越小的植物细胞如个体细胞中表现出来。在使用植物组织培养生产具有价值的代谢产物方面，查尔斯辉瑞公司于1950年进行了首次尝试[5]。然而，1978年利用植物组织培养次生代谢产物的技术用于工业生产仅在德国和日本实现。1987年，基于30多种细胞不同的培养体系的研究结果，植物组织培养技术生产的次生代谢产物克服了传统的土壤栽培模式，因此被认为是一种经济可行的生产手段[6]。

即使植物组织培养这一概念在20世纪早期已经出现，但与之相关的第一篇文献在20年代才出现，直到60年代，学术界在公开发表的成果中并未取得重大进展。如前所述，在60年代，植物组织培养中最大的问题就出现了，这伴随着新技术、培养基以及植物生长调节剂的发现而出现。从这时期开始，关于植物组培的文章发表量急剧增加，就工业而言，直到80年代中期，其与学术界公布的成果相比效益并不显着，但与植物细胞和组织培养有关的专利数量，如今已经超过了学术界发表的文章。

这篇文章综述了植物组织培养生产高价值的生物活性化合物的主要优势，特别是涉及酚类化合物及其生物活性的特性。因此，将描述植物组织中这些次生代谢产物的生产以及该生产中涉及的生物合成途径。此外，将通过体外技术生产的酚类提取物和单个化合物以及用于提高其生产的技术手段进行完善。

1.2 植物组织培养的优势

据世界卫生组织（WHO）估计，目前世界上80％的人口依然依靠传统医疗手段获得日常使用的基本医疗保健服务。此外，市场上三分之二的抗癌药和抗感染药都是直接从植物体上获取的[1, 7]。随着市场对天然基质产品的需求不断增加，植物种群的丧失、遗传多样性和栖息地的退化，甚至物种灭绝等一系列环境问题也随之出现[2]。

植物细胞和组织培养作为生物活性化合物生产的一种可行的生物技术工具，可在多个领域进行应用，特别是为了可持续保护和合理利用生物多样性[8]。1994年，联合国粮食及农业组织批准使用植物细胞和组织培养技术来生产食品用天然化合物[2, 9]。2002年，粮农组织与国际原子能机构（IAEA）联合发表了一份报告，以体外培养生物活性化合物的生产技术为主题进行了探讨，重点在于如何能够在研究人员和工业中以最经济的方式进行生产。Murthy等[10]对来自植物组织和器官培养物的食品成分进行了安全性评估，并提出了一些评估这些产品的毒性及其潜在生物活性的方法。植物组织和器官培养泛指在无菌条件下使用细胞和器官，在控制光照、水分和温度的条件下在培养基中生长[11]。这种严格受控的生产条件提高了目标成分的均匀性、标准化及浓度，保持最高相同性的遗传特征[12]。

理论上，体外培养可以应用于任何植物，因为植物细胞在其基因组中存在维持其在人造培养基中的功能所必需的基因库，包括次生代谢和全能性。对于科研人员和工业界来说，这是一个非常有吸引力的技术，因为它解决了植物在大田生产中的两个问题：依赖于气候条件的低生长率和次生代谢产物的低产量。在体外生长的细胞、芽和根可以表现出与天然植物类似的代谢通路，这也可以发生在非特异性细胞中[1]。生物技术工程和生物化学的结合导致了产量的显着提高，突出