真菌诱导子与吸附树脂对新疆紫草毛状根中萘醌积累的影响

通过考察真菌诱导子与吸附树脂对新疆紫草毛状根中萘醌积累的影响,获得真菌诱导子与吸附树脂对萘醌类物质积累的最佳处理,为规模化生产提供依据.以新疆紫草毛状根为试验材料,将黑曲霉、米曲霉诱导子及其混合诱导子、大孔吸附树脂添加到M-9培养基中,采用分光光度法测定毛状根总萘醌含量.试验结果表明:在毛状根培养10d时以2.5∶50的比例添加混合诱导子,总萘醌含量是对照的2.28倍;在此结果基础上,在培养第0天添加大孔吸附树脂NKA-9,总萘醌含量最高是对照的3.71倍;黑曲霉诱导子与米曲霉诱导子有协同效应;在生物反应器中添加混合诱导子及大孔吸附树脂NKA-9,其总萘醌含量是对照的4.17倍.米曲霉诱导子、混合诱导子对毛状根增殖有促进作用;同时添加大孔吸附树脂NKA-9及混合诱导子能提高毛状根总萘醌含量.生物反应器培养毛状根为今后利用新疆紫草毛状根规模化生产总萘醌提供了理论参考.     

新疆紫草毛状根的诱导及培养

将处于对数生长期(A600为0.5)的发根农杆菌MSU440、A4、R1000、15834、1025和R1601与新疆紫草子叶外植体共培养.结果表明:(1)发根农杆菌不同菌种对转化率有显著影响,供试6个菌种中只有MSU440菌株获得转化株.PCR及序列分析表明发根农杆菌Ri质粒的rolC基因已在新疆紫草毛状根基因组中整合并得到表达,转化率达4.5%.(2)子叶较真叶的不定根发生率高,且生根持续时间长.(3)在B5无铵无激素固体培养基上,毛状根分支多且根较长,达2~3 cm,毛状根鲜重月平均增殖达7~9倍,是固体培养毛状根的适宜培养基.(4)毛状根在MS无铵无激素液体培养基中培养12 d时,毛状根鲜重平均增殖达12倍,MS无铵液体培养基有利于毛状根的扩大生产.首次获得了激素自主、快速伸长生长、多分支、多根毛的新疆紫草毛状根株系,初步建立了新疆紫草毛状根诱导体系,为大规模培养、生产紫草素奠定了基础.     

新疆紫草毛状根总糖及多糖含量分析

采用超声提取法,对新疆紫草固体培养毛状根、液体培养毛状根以及2～3年野生根中的总糖和多糖进行了提取测定.结果表明:毛状根中水溶性总糖含量为25.573%,是野生根总糖含量的3.4倍;固体培养的毛状根多糖含量最高,达4.289%,是液体培养毛状根的3.37倍,是野生根的4倍.稳定性试验和重复性试验表明,该研究结果可靠性强,重复性好且稳定.研究发现,新疆紫草毛状根中水溶性总糖和多糖的含量高于野生根.     

大孔吸附树脂吸附分离紫草色素的研究

研究了几种大孔吸附树脂对紫草色素的吸附提取。结果表明,NKA-Ⅱ具有较高的吸附量,且易于解吸,适于在新疆紫草细胞大量培养过程中用于对紫草色素的吸附分离。     

新疆紫草细胞悬浮培养过程研究

新疆紫草细胞生长和紫草素合成之间属非生长偶联型,所以采用二步培养法研究悬浮培养过程。新疆紫草细胞悬浮培养的生长周期约为21 d,紫草素合成周期约为16 d。新疆紫草细胞生长阶段培养液的电导率与生物量呈线性负相关,随着生物量的增加,培养液的电导率降低。因此,可以通过测量电导率来预测培养体系中生物量的变化情况。细胞生长过程中硝酸盐、铵盐和可溶性糖的消耗与生物量的变化具有很好的线性相关性,基于硝酸盐、铵盐和可溶性糖的细胞收率系数分别为8.64、104.3和0.68 g/g。     

硬紫草细胞悬浮培养和紫草宁及其衍生物的形成

硬紫草细胞悬浮培养形成紫草宁及其衍生物时．细胞生长曲线呈扁平的s形。细胞停止生长后,紫草宁及其衍生物大量形成,二者的动态变化呈负相关。测定丁此过程中培养液的无机元素和可溶性糖含量、溶氧、pH值以及细胞形态的变化情况,可作为硬紫草细胞大规模培养的参考。     

真菌诱导物在滇紫草细胞培养中对紫草色素形成的影响

在滇紫草细胞悬浮培养中,真菌诱导物可抑制细胞生长,促进草色素的合成,将培养６ｄ的曲霉菌丝体的粗提物以６００μｇ碳水化合物／５０ｍｌ培养液的浓度加入到处于指数生长初期的滇紫草细胞悬浮培养物中,诱导物促进紫草色素合成的作用最大,紫草色素含量为对照的两倍,经高压锅处理２０ｍｉｎ到２ｈ不影响诱导物的活性,真菌诱导物还影响了紫草色素各衍生物的相对含量。     

真菌诱导物在滇紫草细胞培养中对紫草色素形成的影响

在滇紫草细胞悬浮培养中,真菌诱导物可抑制细胞生长,促进紫草色素的合成。将培养６ｄ的曲霉菌丝体的粗提物以６００μｇ碳水化合物／５０ｍｌ培养液的浓度加入到处于指数生长初期的滇紫草细胞悬浮培养物中,诱导物促进紫草色素合成的作用最大,紫草色素含量为对照的两倍。经高压锅处理２０ｍｉｎ到２ｈ不影响诱导物的活性。真菌诱导物还影响了紫草色素各衍生物的相对含量。     

滇紫草愈伤组织培养与紫草素产生

浓度为10~(-5)Smol/1和10~(-6)mol/l的2,4-D和NAA分别与10~(-5)mol/l的KT组合,能明显抑制滇紫草(Onosma paniculatum Bur. et Fr.)愈伤组织中紫草素的产生,但几乎不受天然生长素IAA和KT组合的影响。葡萄糖较蔗糖能更有效地促进紫草素的产生,它们的最适浓度均为6％。LH和CH能抑制紫草素的产生,CH浓度大于0.02％时能抑制愈伤组织的生长,LH对生长无明显影响。椰乳浓度为10％时,能明显地促进紫草素的产生,紫草素的含量是对照的24倍。     

紫草组织培养研究概况

本文简要综述硬紫草、滇紫草和新疆紫草在利用愈伤组织培养、细胞悬浮培养和固定化培养生产紫草及其衍生物方面的研究进展。     

Studies on Cell Suspension Culture and Fermentation Culture in Arnebia euchroma

This paper reports some characteristics of cell suspension and fermentation culture in Arnebia euchroma (Royle) Johnst. The yield of suspension culture reached 22.0g dry wt/L per month when inoculum quantity was 2.50 g dry wt/L. Time-course study showed that cell growith lagged in 0–3 days and enhanced greatly in 3–12 days, and almost ceased after 12 days of culture, pH value changed during the culture period and peaked on the 12th day after inoculation. When cells were cultured in liquid production medium, the contents of shikonin derivatives increased quickly and reached to the maximum about the 25th day. The cell yield of 9.47 and 9.34 g dry wt/L per month was obtained in fermentation culture. Timecourse of cell growth in fermentation culture was similar to that in suspension culture. The total content of shikonin derivatives in fermentation culture was 14.26% dry weight from 10 L bioreactor. The yield of shikonin derivatives was 1.93 g/L.     

外循环气升式反应器培养新疆紫草细胞

采用两步培养法进行新疆紫草细胞悬浮培养及5L外循环气升式反应器扩大培养,探讨了培养过程中细胞生长、紫草色素合成与培养液的电导率、可溶性糖含量变化之间的关系。第一步培养时细胞生长迅速,但也有一部分色素合成,电导率及可溶性糖含量迅速下降;第二步培养初期电导率也开始下降,但当色素合成达到高峰并有一部分外泌到培养基后,电导率又开始回升。可溶性糖捎耗很快,到后期巳测不出其存在。因此通过监测培养液中电导率及可溶性糖的变化情况,可以为新疆紫草细胞大规模培养与色素合成提供有用的参数指标。     

蔗糖和光对三裂叶野葛毛状根生长及次生物质产生的影响

研究了蔗糖浓度和光对固体培养的三裂叶野葛毛状根生长及其总异黄酮和葛根素产生的影响。结果表明：在供试的分别添加1%、3%、5%、7%和9%蔗糖的MS固体培养基中,3%蔗糖能促进三裂叶野葛毛状根的生长及其异黄酮类化合物和葛根素的积累;培养20d后,其生物量达到0.48g(DW,干重)/瓶,总异黄酮和葛根素含量分别为25.44mg/g(DW)和11.64mg/g(DW)。与添加3%蔗糖的MS培养基培养的三裂叶野葛毛状根相比,含5%蔗糖的培养基培养的毛状根干重增殖倍数提高了7.0％,而含1％、7％和9％蔗糖的培养基培养的毛状根干重增殖倍数分别下降62.4％、42.8％和65.3％;其总异黄酮含量分别降低574％、13％和33.4％,葛根素含量分别下降47.9％、15.8％和35.1％,但其毛状根培养物的可溶性糖含量则分别增加了0.52、1.45和1.54倍。暗培养30d的毛状根的生物量达到0.83g(DW)/瓶,分别比蓝光和白光培养的毛状根提高37.1%和23.3%。在蓝光和白光下培养的部分毛状根的表面呈淡绿色;但白光处理的毛状根中总异黄酮含量比蓝光和暗培养处理的分别提高了14.7%和19.2%;蓝光抑制毛状根中葛根素含量的积累,白光和暗培养的毛状根培养物中的葛根素含量分别是蓝光处理的1.61倍和1.52倍。     

三裂叶野葛毛状根的诱导及其固体培养和液体培养

发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）ATCC15834感染三裂叶野葛(Pueraria phaseoloides)叶片外植体20 d后产生毛状根,毛状根可直接从叶片外植体叶脉处或从叶脉处产生的愈伤组织上产生。感染35d后,约85%的叶片外植体产生毛状根。毛状根能在无外源生长调节剂的 MS固体和液体培养基上自主生长。PCR扩增结果表明,发根农杆菌Ri质粒的rolB和rolC基因已在三裂叶野葛毛状根基因组中整合并得到表达。与固体培养的毛状根相比,在液体培养基中培养的毛状根不仅生长迅速,也不会形成愈伤组织。在无外源生长调节剂的液体MS培养基中培养15d的三裂叶野葛毛状根的鲜重、干重、可溶性总糖含量及细胞内活性氧(ROS)含量分别为固体培养毛状根的1.59倍、1.18倍、5.25倍和1.16倍。     

Fed-batch hairy root cultures within situ separation

Fed-batch cultures ofL. erythrorhizon hairy root were carried out by controlling sucrose concentration and media conductivity in a shake flask and a modified stirred tank reactor. For the efficient product recovery from the culture,in situ adsorption by XAD-2 was also conducted. When sucrose was used as a carbon source, the highest shikonin production and hairy root growth were obtained. When glucose or fructose was used instead, the growth was severely inhibited. In addition, it was found that alternating feeding of sucrose could be used as an effective strategy for enhancing the productivity of shikonin derivatives., As the XAD-2 amount was increased up to 1.5 g/L, shikonin production was enhanced by removing shikonin produced and other products which might be inhibitory to cell growth. Most amount of shikonin produced was successfully recovered in XAD-2 (Over 99%). Using hairy root culture in a modified stirred tank reactor, the shikonin productivity and hairy root growth rate on the average were 9.34 mg/L day and 0.49 g DCW/L · day, respectively.     

三裂叶野葛毛状根的培养及其葛根素的产生

发根农杆菌ATCC15834感染三裂叶野葛叶片外植体20天后,从其切口叶脉处产生的愈伤组织上产生毛状根。感染35天后约85％的叶片外植体产生毛状根。毛状根能在无外源生长调节剂的MS固体和液体培养基上自主生长,但在液体培养基中培养的毛状根生长更迅速,也不会形成愈伤组织。毛状根线粒体膜电势的荧光染色结果表明,液体培养的毛状根细胞线粒体的膜电势比固体培养的毛状根高11．8倍。PCR结果证实,发根农杆菌Ri质粒的rolB和rolC基因已在三裂叶野葛毛状根基因组中整合并得到表达。HPLC测定结果表明,三裂叶野葛毛状根中的葛根素含量约为对照根(种子萌发产生的幼苗根)的2．5倍,达1．190mg/g．dry．wt;并比多年生葛根生药片的葛根素含量高6．7％。     

三裂叶野葛毛状根的培养及其葛根素的产生

发根农杆菌ATCC15834感染三裂叶野葛叶片外植体20天后,从其切口叶脉处产生的愈伤组织上产生毛状根。感染35天后约85%的叶片外植体产生毛状根。毛状根能在无外源生长调节剂的MS固体和液体培养基上自主生长,但在液体培养基中培养的毛状根生长更迅速,也不会形成愈伤组织。毛状根线粒体膜电势的荧光染色结果表明,液体培养的毛状根细胞线粒体的膜电势比固体培养的毛状根高11.8倍。PCR结果证实,发根农杆菌Ri质粒的rolB和rolC基因已在三裂叶野葛毛状根基因组中整合并得到表达。HPLC测定结果表明,三裂叶野葛毛状根中的葛根素含量约为对照根(种子萌发产生的幼苗根)的2.5倍,达1.190 mg/g.dry.wt;并比多年生葛根生药片的葛根素含量高6.7%。     

藻类活性物质对紫草细胞生长和色素形成的影响

本文研究了螺旋藻、栅列藻和织线藻的水提物对新疆紫草和硬紫草细胞生长和色素形成的作用。结果表明不同种类的藻的提取物对不同紫草细胞作用呈现差异。在生长阶段,对新疆紫草,上述3种藻的低浓度提取物促进生长但作用不大,高浓度的螺旋藻和栅列藻提取物强烈抑制生长;对硬紫草,各种藻提取液的所有浓度处理均有促生长作用。在色素形成阶段,连续用高浓度织线藻提取物处理可以加速新疆紫草色素形成,同时提高色素含量。低浓度的织线藻提取液处理能提高硬紫草色素含量。栅列藻的水提物对两种紫草的色素形成均起抑制作用。螺旋藻水提物的适当浓度可加速两种紫草的色素形成。B_5培养基中加高浓度织线藻水提物,可抑制新疆紫草生长阶段的色素形成。