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药用植物发酵培养的工业化探讨
时 间:2007-07-05 14:22:14  阅 读: 次     责任编辑:

    1. 1  “热门”药用植物的培养方兴未艾

    所谓“热门”药用植物是指大家关注比较多的植物,如人参、红豆杉Tax us baccata L. 、长春花Catharanthus roseus(L. ) G. Don. 等。这些植物或者生长年限较长,或者有效成分的含量很低。人参的栽培需要6 年的时间,往往是先砍掉山林,然后在6 年的栽培过程中不可避免的使用大量的农药,而且由于“老参地”的问题以及农田栽参产量较低等原因导致山林的不断砍伐。因此,人参的大田栽培会导致生物多样性和水土的流失及重金属、农残等一系列问题。所以人参的组织和细胞培养的研究经久不衰。红豆杉和长春花中含有的有效成分紫杉醇(taxol) 和长春新碱(vincristine) 是抗癌和治疗白血病的有效药物,但其含量极低,仅有十万或百万分之一。以红豆杉为例,治疗一个癌症病人所需要的紫杉醇的量要砍掉3 株生长60 年的红豆杉树方可获取。因此,即使栽培速度再快,也赶不上病人的用药量。同时,紫杉醇和长春新碱的化学合成步骤复杂,用现行化学合成方法难以解决问题。由于大田栽培难以满足这些药用植物的资源用量,大批科学家从事红豆杉和长春花发酵培养的研究,每年都有大量的文章发表,研究涉及细胞培养、生物转化、毛状根培养及紫杉醇和长春新碱代谢机理的探讨等。目前,细胞培养生产前体物质并与化学合成相结合的方法有望实现最终的工业化。

    1. 2  药用植物的器官培养异军突起

    目前药用植物细胞培养有一个非常大的弊端,即有效成分的含量不稳定。药用植物的有效成分往往是次生代谢产物,次生代谢产物的合成在细胞阶段并不积极或者讲对植物细胞本身来说意义不大。器官培养可以克服这一缺点。目前韩国已经在高丽参不定根和毛状根的发酵培养方面取得了突破性进展,成功进行了产业化,同时,还以培养的高丽参不定根和毛状根开发了系列保健品和化妆品。人参胚的研究和柴胡毛状根培养的工业化也在不断的成熟。此外,美国在青蒿的毛状根培养方面也取得了很大进展,发现供气中加入CO2 可以防止培养毛状根的枯死。德国科学家利用培养印度獐牙菜Swertia chi rata Hamilton 的毛状根成功生产苦杏苷(amarogentin) ,研究表明用Tween 20 对培养的根进行渗透性处理可使苦杏苷的含量增加15 倍。进行器官培养的研究,所用的反应器与细胞培养所用的反应器有所不同,需要特殊的附件进行供气、搅拌和根的剪切等,目前韩国开发的气升式反应器较为先进。

    1. 3  药用植物发酵培养的研究逐渐深化

    目前,药用植物发酵培养的基本技术已经比较成熟,人们已经不仅仅满足于培养基的筛选、植物生长调节剂的配比、碳源和氮源的考察以及培养温度和光照等对培养物生长和次生代谢物合成影响的研究。大量的研究工作用于药用植物细胞在摇瓶和反应器中生长规律的探讨、细胞在反应器中的生长动力学考察、最佳供气条件及对渗透压的影响、前体物质的饲喂和生物转化、诱导物(elicitor) 的使用以及针对不同个体材料的反应器的研制等。同时,对药用植物次生代谢机理的研究逐渐深入,特别是对人参皂苷、紫杉醇、长春新碱代谢机制的研究进展很快。诱导物的研究报道很多,使用其可以大大增加活性成分的合成。对于次生代谢机理的研究已经深入到活性成分代谢相关酶或关键酶的分子克隆和基因表达调空水平。相信代谢机制研究的“微观”与反应器培养研究的“宏观”的有机结合,将加快药用植物发酵培养的产业化步伐。

    2  我国药用植物发酵培养的发展现状

    我国药用植物的发酵培养起源于20 世纪60 年代,罗士伟教授首先成功进行了人参的组织培养,随后在中药界作为先进生物技术的代表发展很快。当时在全国仅从事人参组织培养研究的科研单位就不少于10 家。20 世纪80 年代是我国药用植物发酵培养发展较快的时期,1983 年第1 届全国药用植物组织培养会议召开,同年出版了一本著作《药用植物组织培养》。进入20 世纪90 年代,由于迟迟看不到产业化的曙光,许多中药界的科学家渐渐退出了药用植物组织培养这一领域。值得高兴的是中药界的胡之璧院士等一批科学家一直坚持在这一领域不断探索,取得了骄人的成绩。另外,丁家宜教授以人参愈伤组织为原料开发出了畅销的化妆品,是我国药用植物组织培养开发产品方面的成功之作。

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