药用植物细胞培养与次生代谢产物的研究
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《药用植物学》
随着人们对药用植物资源的利用度日益增加，使不少药用植物资源处于濒危状态。面对着药用植物有限的蕴藏量，如何进行合理有效地开发利用是我们亟待解决的问题。而自然界许多珍贵药用植物的有效成分是其次生代谢产物，药用植物的次生代谢产物作为药品、香料越来越得到关注。自从20世纪50年代提出用植物细胞大量培养作为工业化生产药用植物次生代谢产物的一条途径以来，实践表明，采用药用植物细胞培养技术生产次生代谢产物是解决资源问题的较为有效的途径。
1. 药用植物次生代谢产物
药用植物次生代谢产物是指药用植物体内的一大类化合物，它们是细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。
次生代谢过程被认为是植物在长期进化中对生态环境适应的结果，它在处理植物与生态环境的关系中充当着重要的角色。许多植物在受到病原微生物的侵染后，产生并大量积累次生代谢产物，以增强自身的免疫力和抵抗力。植物次生代谢途径是高度分支的途径，这些途径在植物体内或细胞中并不全部开放，而是定位于某一器官、组织、细胞或细胞器中并受到独立的调控。
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不同药用植物的次生代谢产物的合成和积累经常在不同的部位，薄荷属植物次生代谢产物积累在油腺等特殊的结构当中，还有青蒿中的青蒿素的合成和储藏均在腺体特异细胞器中进行。
药用植物次生代谢物种类繁多，结构迥异。这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类，据报道每一大类的已知化合物都有数千种甚至数万种以上。
在植物的某个发育时期或某个器官中，次生代谢产物可能成为代谢库的主要成分，比如橡胶树产生大量橡胶和甜菊叶中甜菊甙的含量可达干重的10%以上。
2.药用植物细胞培养技术
在次生代谢产物的生产中，药用植物细胞培养技术是通过给予体外生长的植物细胞一定的营养条件，使其生长，并根据植物或植物不同组织的细胞调节生长条件来获取所需的次生代谢产物的生物技术。由于植物体内的任何一个细胞都包含有整体植物全部的遗传信息，在一定条件下具有发育成一个完整植株的能力，所以通过细胞培养技术可得到药用植物的次生代谢产物。
, 百拇医药
药用植物细胞培养的最初目的是为了研究植物的生理和生化代谢。然而，从研究中发现它可能具有巨大的商业应用可能性，所以这种植物细胞培养的方法很快被用于快速繁殖，进而开始研究用细胞培养的方法生产植物原有的化合物，现在细胞培养技术是生物技术中最基础的核心技术。
实践表明，通过采用植物细胞培养技术生产次生代谢产物是解决资源问题的较为有效的途径。
用药用植物细胞培养技术生产次生代谢产物有很大潜力。首先次生代谢产物是在完全人工控制的条件下生产的，可一年四季不断进行，不受地区和季节限制，节约土地，较便于工业化生产。其次，通过改变培养条件和选择优良系的方法可得到超越原植物产量的代谢物，例如通过新疆紫草的细胞培养获得了比原植株含量高6倍的紫草素。再者，药用植物的细胞培养是在无菌条件下完成的，因此可排除病菌及虫害对药用植物的侵扰。
我们还可以对有效成分的合成路线进行遗传操作，以提高所需的次生代谢产物含量，也可以进行特定的生物转化反应，大规模生产我们所需的有效次生代谢产物。为了探索新的合成路线和获得新的化合物，可以往组织培养物中加入一种前体，以产生正常情况下原植物所不含的底物，甚至是至今在自然界还没有的化合物。如植物组织培养选择出来的毛花洋地黄品系能使毛地黄毒苷或其6－甲基衍生物在C－12位置羟基化而转化成地高辛或6－甲基地高辛，通过这种细胞悬浮培养物的生物转化，能迅速有效地几乎全部转化成更有医药价值的强心剂地高辛。
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3.药用植物细胞培养生产次生代谢产物的研究进展
从1939年P.R.White和R.J.Gautheret建立了植物细胞和器官培养技术以来，经科学家们半个世纪的努力，目前药用植物细胞培养技术在选材消毒、接种培养、诱导筛选、继代保存、成分分离鉴定和工业化生产方面已发展成一门精细的实验科学，并已建立了一套操作程序。
在早期的研究中，由于缺少对植物细胞生理生化代谢特征的深刻认识，加上实际实验中培养出的细胞次生代谢产物的低产率，使人们尚不敢预测药用植物细胞培养生产次生代谢产物的前景。
20世纪60年代，Kaud和Staba对牙签草成功地进行了愈伤组织、细胞悬浮和细胞发酵培养。自此之后，药用植物细胞大量培养的研究取得了飞速发展。
20世纪70年代植物细胞培养技术的规模已达到了中试水平，如人参的培养已达130吨的发酵罐的生产，毛地黄也达3000L的发酵罐，在我国先后开展了三分三、三七、云南萝芙木、延胡索等植物细胞培养的研究。
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20世纪80年代是药用植物细胞工程研究获得重大突破的黄金时代。1984年，日本用750L生物反应器培养辽宁紫草细胞获取紫草素取得成功，这给药用植物细胞培养生产次生代谢产物的商业化带来了巨大的希望，从细胞培养物中获得的有用物质制成的饮料、香烟、化妆品等商品也已投放市场。以细胞培养技术为主要手段的商品化生产药用植物天然产物的工业正在迅速崛起。如人参、毛地黄、萝芙木、紫草、黄连等已实现了工业化生产。人参根的培养已达200L发酵罐。Yoshikawa等对红花细胞培养的研究也进入了中间试验，除此之外，我国科研人员还进行了当归、青蒿、长春花、紫背天葵、延胡索等药用植物的细胞工程研究。
到了90年代，国内的药用植物细胞培养技术取得了很大的进展，新疆紫草、人参的细胞培养进入了工业化生产，水母雪莲等进入了中试，其他如黄连、银杏等多种药用植物的细胞培养也十分成功。
到目前为止，已经从400多种药用植物中建立了组织和细胞培养物，从中分离出600多种代谢产物。在我国，许多重要药用植物如人参、西洋参、丹参、紫草、甘草、黄连等的植物细胞培养都十分成功，且人参、新疆紫草细胞培养所达到的技术已接近了国际先进水平。(许明淑), http://www.100md.com
1. 药用植物次生代谢产物
药用植物次生代谢产物是指药用植物体内的一大类化合物，它们是细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。
次生代谢过程被认为是植物在长期进化中对生态环境适应的结果，它在处理植物与生态环境的关系中充当着重要的角色。许多植物在受到病原微生物的侵染后，产生并大量积累次生代谢产物，以增强自身的免疫力和抵抗力。植物次生代谢途径是高度分支的途径，这些途径在植物体内或细胞中并不全部开放，而是定位于某一器官、组织、细胞或细胞器中并受到独立的调控。
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不同药用植物的次生代谢产物的合成和积累经常在不同的部位，薄荷属植物次生代谢产物积累在油腺等特殊的结构当中，还有青蒿中的青蒿素的合成和储藏均在腺体特异细胞器中进行。
药用植物次生代谢物种类繁多，结构迥异。这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类，据报道每一大类的已知化合物都有数千种甚至数万种以上。
在植物的某个发育时期或某个器官中，次生代谢产物可能成为代谢库的主要成分，比如橡胶树产生大量橡胶和甜菊叶中甜菊甙的含量可达干重的10%以上。
2.药用植物细胞培养技术
在次生代谢产物的生产中，药用植物细胞培养技术是通过给予体外生长的植物细胞一定的营养条件，使其生长，并根据植物或植物不同组织的细胞调节生长条件来获取所需的次生代谢产物的生物技术。由于植物体内的任何一个细胞都包含有整体植物全部的遗传信息，在一定条件下具有发育成一个完整植株的能力，所以通过细胞培养技术可得到药用植物的次生代谢产物。
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药用植物细胞培养的最初目的是为了研究植物的生理和生化代谢。然而，从研究中发现它可能具有巨大的商业应用可能性，所以这种植物细胞培养的方法很快被用于快速繁殖，进而开始研究用细胞培养的方法生产植物原有的化合物，现在细胞培养技术是生物技术中最基础的核心技术。
实践表明，通过采用植物细胞培养技术生产次生代谢产物是解决资源问题的较为有效的途径。
用药用植物细胞培养技术生产次生代谢产物有很大潜力。首先次生代谢产物是在完全人工控制的条件下生产的，可一年四季不断进行，不受地区和季节限制，节约土地，较便于工业化生产。其次，通过改变培养条件和选择优良系的方法可得到超越原植物产量的代谢物，例如通过新疆紫草的细胞培养获得了比原植株含量高6倍的紫草素。再者，药用植物的细胞培养是在无菌条件下完成的，因此可排除病菌及虫害对药用植物的侵扰。
我们还可以对有效成分的合成路线进行遗传操作，以提高所需的次生代谢产物含量，也可以进行特定的生物转化反应，大规模生产我们所需的有效次生代谢产物。为了探索新的合成路线和获得新的化合物，可以往组织培养物中加入一种前体，以产生正常情况下原植物所不含的底物，甚至是至今在自然界还没有的化合物。如植物组织培养选择出来的毛花洋地黄品系能使毛地黄毒苷或其6－甲基衍生物在C－12位置羟基化而转化成地高辛或6－甲基地高辛，通过这种细胞悬浮培养物的生物转化，能迅速有效地几乎全部转化成更有医药价值的强心剂地高辛。
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3.药用植物细胞培养生产次生代谢产物的研究进展
从1939年P.R.White和R.J.Gautheret建立了植物细胞和器官培养技术以来，经科学家们半个世纪的努力，目前药用植物细胞培养技术在选材消毒、接种培养、诱导筛选、继代保存、成分分离鉴定和工业化生产方面已发展成一门精细的实验科学，并已建立了一套操作程序。
在早期的研究中，由于缺少对植物细胞生理生化代谢特征的深刻认识，加上实际实验中培养出的细胞次生代谢产物的低产率，使人们尚不敢预测药用植物细胞培养生产次生代谢产物的前景。
20世纪60年代，Kaud和Staba对牙签草成功地进行了愈伤组织、细胞悬浮和细胞发酵培养。自此之后，药用植物细胞大量培养的研究取得了飞速发展。
20世纪70年代植物细胞培养技术的规模已达到了中试水平，如人参的培养已达130吨的发酵罐的生产，毛地黄也达3000L的发酵罐，在我国先后开展了三分三、三七、云南萝芙木、延胡索等植物细胞培养的研究。
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20世纪80年代是药用植物细胞工程研究获得重大突破的黄金时代。1984年，日本用750L生物反应器培养辽宁紫草细胞获取紫草素取得成功，这给药用植物细胞培养生产次生代谢产物的商业化带来了巨大的希望，从细胞培养物中获得的有用物质制成的饮料、香烟、化妆品等商品也已投放市场。以细胞培养技术为主要手段的商品化生产药用植物天然产物的工业正在迅速崛起。如人参、毛地黄、萝芙木、紫草、黄连等已实现了工业化生产。人参根的培养已达200L发酵罐。Yoshikawa等对红花细胞培养的研究也进入了中间试验，除此之外，我国科研人员还进行了当归、青蒿、长春花、紫背天葵、延胡索等药用植物的细胞工程研究。
到了90年代，国内的药用植物细胞培养技术取得了很大的进展，新疆紫草、人参的细胞培养进入了工业化生产，水母雪莲等进入了中试，其他如黄连、银杏等多种药用植物的细胞培养也十分成功。
到目前为止，已经从400多种药用植物中建立了组织和细胞培养物，从中分离出600多种代谢产物。在我国，许多重要药用植物如人参、西洋参、丹参、紫草、甘草、黄连等的植物细胞培养都十分成功，且人参、新疆紫草细胞培养所达到的技术已接近了国际先进水平。(许明淑), http://www.100md.com