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。     

离体培养的新疆紫草萘醌色素的诱导形成

紫草(Lithospermum erythrorhizon)细胞的大规模培养,生产有应用价值的代谢物质并用于医药、食品及化妆品,在日本早有报道。但迄今为止,对我国新疆地区的新疆紫草尚未见研究报道。新疆紫草属假紫草属,野生资源贪乏,引种栽培至今未获成功。卢馥荪等曾对新疆     

培养条件对新疆紫草毛状根生长及紫草素含量的影响

以发根农杆菌诱导的新疆紫草毛状根为试验材料,采用二阶段液体培养法,首次建立了新疆紫草毛状根培养技术体系。结果显示:采用SH无铵培养基、pH 5.8时有利于毛状根的生长。培养12d时毛状根的增殖倍数达最高,平均10.26倍;毛状根生产的继代周期为25～30d;4种树脂吸附的紫草素及其衍生物含量均较对照(不添加树脂)高,以NKA-9所吸附的紫草素及其衍生物含量最高,为2.38%,较对照提高0.97倍。培养10d时添加NKA-9树脂,紫草素及其衍生物含量平均为3.64%,是对照的3.08倍。研究表明,生长阶段采用液体培养可以使新疆紫草毛状根快速增殖,生产阶段添加大孔吸附树脂能够提高紫草素及其衍生物含量。     

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。     

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。     

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。     

生物合成紫草宁衍生物的研究已通过国家鉴定

中国科学院植物研究所李国凤、叶和春等11位同志,经国家招标,通过三年多的研究,已提前超额完成了国家“七五”攻关项目——新疆紫草细胞大量培养生产紫草宁衍生物的研究。其研究结果均达到或超过了合同所规定的各项指标,并于1990年10月22日在中国科学院生物科学与技术局主持下,经过专家评定,通过了成果鉴定。与会专家认为,这项成果的取得,表明我国在应用植物细胞大量培养技术生产有用代谢物质的研究方面,已达到国际同类工作的先进水平。     

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.     

真菌诱导子对新疆紫草悬浮培养细胞的生长和紫草素合成的影响

４种真菌诱导子诱导新疆紫草悬浮培养细胞对细胞紫草素的合成均有促进作用,其中以黑曲霉诱导子效果最高,而且促进细胞紫草素的外排,约３０％的紫草素存在于培养液中;诱导促使细胞苯丙氨酸解氨酶活性显著提高,培养液中紫草素的含量变化与苯丙氨酸解氨酶活性变化呈正相关性。     

真菌诱导子对新疆紫草悬浮培养细胞的生长和紫草素合成的影响

4种真菌诱导子诱导新疆紫草悬浮培养细胞对细胞紫草素的合成均有促进作用,其中以黑曲霉诱导子效果最高,而且促进细胞紫草素的外排,约30％的紫草素存在于培养液中;诱导促使细胞苯丙氨酸解氨酶活性显著提高,培养液中紫草素的含量变化与苯丙氨酸解氨酶活性变化呈正相关性。     

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.     

中药紫草的化学成分和药理学研究进展

本文对中药紫草(Arnebia euchroma(Royle)Johnst.,Lithospermum erythrorhizon Sieb.et Zucc.和A.guttata Bunge的干燥根)的化学成分和药理作用的研究进展进行了综述.     

Chemical Components of Cell Cultures of Arnebia euchroma

Five naphthaquinones were isolated from the petroleum ether extract of the cell cultures of Arnebia euchroma (Royle) Johnst.. Their structures were identified as deoxyshikonin, β,β-dimethylacrylshikonin, acetylshikonin, teracrylshikonin and β-hydroxyisovalerylshikonin by means of chemical methods, HPLC, IR and 1H-NMR data respectively. There was no shikonin in the cell cultures, which was obtained from the roots of A. euchroma. The contents of each compound in the cell cultures are different from those in the roots of A. euchroma.     

新疆紫草中抗生育化学成分

从新疆紫草(Arnebia euchroma(Royle)Johnst.)的根部分得四种酚类化合物,经波谱分析,确定为rabdosiin二钾盐(dipotassium rabdosiin 1),迷迭香酸钾盐(potassium rosmarinate 2),迷迭香酸钠盐(sodium rosmarinate 3),阿魏酸钠盐(sodium ferulate 4).其中rabdosiin二钾盐具有显著的抗生育活性,而迷迭香酸钾盐、迷迭香酸钠盐和阿魏酸钠盐为首次从该植物中分离获得.     

Determination of the active constituents in Arnebia euchroma (Royle) Johnst. by ionic liquid-based ultrasonic-assisted extraction high-performance liquid chromatography

Shikonin and β,β'-dimethylacrylshikonin in Arnebia euchroma (Royle) Johnst. were extracted by ionic liquid-based ultrasonic-assisted extraction (IL-based UAE) and determined by high-performance liquid chromatography (HPLC). The dried powder of A. euchroma (Royle) Johnst. was mixed with a room temperature ionic liquid [C(6)MIM][BF(4)] to form a suspension, and then the ultrasonic extraction was performed in a water bath at ambient temperature. The calibration curve showed good linear relationship (r>0.9998) in the concentration range of 1.75-140 μg/mL for shikonin and 2.15-1360 μg/mL for β,β'-dimethylacrylshikonin. The recoveries were between 69.79% and 82.35%. The IL-based UAE is free of volatile organic solvents, and consumes less sample, time and solvent, compared with regular ultrasonic and Soxhlet extraction. There was no obvious difference in the extraction yields of active constitutions obtained by the three extraction methods.     

紫草细胞发酵培养液中色素的回收

选择六种不同方法回收新疆紫草细胞发酵培养液中的紫草色素,比较了这些方法的回收效果,从中找出了一种快速,成本低,对色素破坏少的沉淀剂。采用这种沉淀剂回收的色素仍保持其抗菌活性。     

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.     

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.