全 文 ：利用生物反应器大量生产东北刺人参不定根的研究
于 丹，朴炫春，李 阳，魏楠楠，廉美兰
（延边大学长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室，吉林延吉 133002）
摘 要：为了大量生产东北刺人参不定根，研究了培养方式和反应器内培养基中 IBA浓度、糖种类以及白
糖浓度对其不定根增殖生长的影响，结果表明生物反应器可大量生产东北刺人参不定根；在反应器培养
时，MS培养基中添加3 mg/L的 IBA时不定根长势较好，其鲜物重、干物重最大，分别达到378.3、34.8 g；而
白糖和蔗糖对不定根的增殖效果显著好于葡萄糖和果糖，因此，选用低价的白糖作为碳源，白糖浓度为
50 g/L时其鲜物重、干物重以及增殖系数达到最大，分别为551.9 g、57.2 g和26.6。
关键词：东北刺人参；不定根；生物反应器；增殖
中图分类号：S-9 文献标志码：A 论文编号：2013-3137
Mass Production of Adventitious Roots of Oplopanax elatus in Bioreactor
Yu Dan, Piao Xuanchun, Li Yang, Wei Nannan, Lian Meilan
(Key Laboratory of Nature Resource of Changbai Mountain & Functional Molecular (Yanbian University),
Ministry of Education, Yanji Jilin 133002)
Abstract: For mass production of adventitious roots of Oplopanax elatus Nakai, the effects of culture methods,
IBA concentrations, sugar types and white sugar concentrations during bioreactor on adventitious roots
proliferation and growth were studied. The results showed that bioreactor culture was optimal. The best
adventitious roots proliferation was observed when 3 mg/L IBA was added into the medium during bioreactor
culture, the fresh and dry weight reached the maximum (378.3, 34.8 g). White sugar and sucrose were better
than glucose and fructose in adventitious roots proliferation, therefore the cheap white sugar was regarded as
carbon source, and white sugar concentration of 50 g/L was the most suitable for fresh and dry weight as well as
multiplication coefficient, the maximum were 551.9 g, 57.2 g and 26.6, respectively.
Key words: Oplopanax elatus Nakai; adventitious root; bioreactor; propagation
0 引言
东北刺人参(Oplopanax elatus Nakai)属于五加科
刺参属多年生落叶灌木，又名刺参，是一种十分珍贵的
长白山区药用植物[1]。民间以其根入药，主治神经衰
弱、精神抑郁、精神分裂症、低血压、糖尿病等症，具有
补气化淤、助阳和类似人参之功效，近年来，受人为大
量采挖的影响，导致其野生资源遭到严重破坏，对东北
刺人参的保护已迫在眉睫[2-3]。东北刺人参因其结实率
低、无性繁殖时（扦插、压条等）出现“假死”现象，且恢
复期生长期长，繁殖材料来源短缺，导致其人工栽培仍
很困难[4]。由于东北刺人参资源短缺，使其开发利用
受到阻碍。因此，利用细胞工程手段通过培养植物细
胞、组织或器官获取有效物质成为一种解决这一问题
的有效途径。目前关于细胞、器官培养已有很多报道，
尹文兵等[5]对胡萝卜愈伤组织的诱导及细胞悬浮培养
进行了研究；王丽萍等[6]研究了铁皮石斛原球茎诱导
与增殖；李铁军等[7]探讨了几种因素对反应器培养人
参不定根生长的影响。对于东北刺人参，李慧娟等[8-9]
基金项目：国家自然科学基金“东北刺人参不定根反应器培养机制及抗氧化特性研究”(31260182)。
第一作者简介：于丹，女，1989年出生，硕士研究生，从事植物组织培养方面的工作。通信地址：133002吉林省延吉市公园路977号延边大学科技楼
625室，Tel：0433-2435625，E-mail：903415134@qq.com。
通讯作者：廉美兰，女，1963年出生，教授，博士，从事植物组织培养及生物反应器应用研究。通信地址：133002吉林省延吉市公园路977号延边大学
科技楼625室，Tel：0433-2435625，E-mail：903415134@qq.com。
收稿日期：2013-12-02，修回日期：2014-01-17。
中国农学通报 2014,30(16):252-255
Chinese Agricultural Science Bulletin
探讨了东北刺人参不定根的悬浮培养，筛选出东北刺
人参培养条件，但利用振荡悬浮培养方法浪费人力、物
力。而生物反应器培养具有生产规模大、周年生产、不
受季节及区域性影响、自动化程度高、生产成本低等特
点，近十年来根生物反应器培养已发展成为继细胞培养
后又一新的培养体系，现已在长春花、人参、甜菜等[11-13]
40多种植物材料中建立了毛状根培养体系，目前人参
不定根培养体系基本得到确立，韩国CBN Biotech有
限公司已利用 10 t大型反应器大量培养山参不定根，
已作为化妆品、保健品的原料，并有产品上市。然而关
于东北刺人参利用反应器培养尚未见报道。因此本试
验对东北刺人参不定根反应器培养条件进行了优化，
为东北刺人参的大规模生产提供了理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
在无菌条件下，将消毒后的东北刺人参种子接种
到含 40 mL MS培养基的培养皿中，进行不定根的诱
导，将诱导出的不定根切成 1 cm大小，接种于含有
25 mL的液体培养基（MS+IBA 5 mg/L +蔗糖 30 g/L，
pH 5.8）的三角瓶(50 mL)中。进行暗培养，将培养 30
天后的不定根作为试验材料。
1.2 试验方法
1.2.1 培养方式对东北刺人参不定根增殖生长的影响
将液体培养基（MS+IBA 5 mg/L +蔗糖30 g/L，pH 5.8）
在 121℃，压力 1.2 kg/cm2的条件下灭菌 40 min后分装
在消毒的50 mL三角瓶（注入培养基量25 mL）中和5 L
气球型气升式反应器（注入培养基量 4 L）中。然后在
超净工作台内将鲜物重为0.5 g不定根(1 cm)接入三角
瓶中，在转速为110 r/min振荡器上培养；5 L反应器内
接入 20 g 不定根，通气量设置为 50 mL/min(air
volume/culture volume/min)，每个处理各重复 5次，在
温度为(25±2)℃的条件下进行暗培养，30天后调查不
定根鲜物重、干物重及增殖系数。
1.2.2 IBA浓度对反应器内东北刺人参不定根增殖生
长的影响 依据1.2.1的试验结果，选用5 L气球型气升
式反应器培养不定根，在MS培养基中添加 2、3、4、5、
6 mg/L的 IBA，再分别加入 30 g/L蔗糖，pH调节为
5.8。其他条件同试验1.2.1。
1.2.3 糖种类对反应器内东北刺人参不定根增殖生长
的影响 为了探明糖种类对反应器内不定根增殖生长
的影响，在MS培养基分别加入浓度为30 g/L的蔗糖、
白糖、葡萄糖和果糖，再加入3 mg/L的 IBA（依据试验
1.2.2的结果），pH为5.8，其他条件同试验1.2.1。
1.2.4 白糖浓度对反应器内东北刺人参不定根增殖生
长的影响 参照糖种类的试验结果，采用白糖作为碳
源，将培养基中（MS+ IBA 3 mg/L，pH调节为5.8）白糖
浓度设定为30、40、50、60 g/L。其他条件同试验1.2.1。
1.3 生物量测定和数据分析
将培养 30天的不定根取出，用自来水冲洗 2~3
次，再将各处理的不定根分别装入标记好的纱布袋中，
利用脱水机甩干其表面的水分，称鲜物重。然后放入
40℃烘干箱烘干2天，完全干燥后称不定根干物重。
增殖系数=(收获时鲜重 -接种时鲜重)/接种时
鲜重。
利用SPSS11.5软件程序，采用邓肯氏新复极差法
进行比较，显著水平为0.05，对试验进行分析。
2 结果与分析
2.1 培养方式对东北刺人参不定根增殖生长的影响
试验比较了振荡和反应器2种培养方式对东北刺
人参不定根增殖生长的影响，反应器培养10~15天时，
不定根开始分化变粗，20天左右浮于液面上，培养 30
天后不定根充满反应器，从表 1中可以看出利用反应
器培养时不定根的鲜物重、干物重和增殖系数均显著
高于振荡处理组，分别达到 61.9、5.63和 11.4。因此，
本试验选用气生式生物反应器对东北刺人参不定根进
行培养。
2.2 IBA浓度对反应器内东北刺人参不定根增殖生长
的影响
生长素对不定根的形成起着关键作用，不同浓度
的生长素对植物生根的效应不同。在本试验中发现
IBA浓度为 3 mg/L时不定根增殖效果较好，长势最
佳，鲜物重、干物重和增殖系数达到最大值，分别为
378.3 g、34.8 g和 18.0，而后随浓度增加不定根鲜物重
和干物重呈下降趋势，增殖系数也呈相同趋势（见表
2）。因此，3 mg/L的 IBA浓度最适合于反应器内不定
根增殖生长。
2.3 糖种类对反应器内东北刺人参不定根增殖生长的
影响
在进行组织培养时，糖对培养基的渗透压具有调
节作用，并与植物组织的生长分化关系十分密切。表
3为糖种类对反应器内东北刺人参不定根增殖生长的
培养方式
振荡培养
反应器培养
鲜物重/(g/L)
53.75 b
61.90 a
干物重/(g/L)
4.0 b
5.63 a
增殖系数
9.75 b
11.4 a
表1 培养方式对东北刺人参不定根增殖生长的影响
注：同列不同字母表示在0.05水平上差异显著注，下同。
于 丹等：利用生物反应器大量生产东北刺人参不定根的研究 ··253
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
影响。由表可见，在白糖、蔗糖2个处理中不定根的增
殖效果最佳，均显著好于葡萄糖和果糖的处理。白糖、
蔗糖处理中增殖系数最大，分别达到 17.7、18.5。因
此，在东北刺人参不定根规模化生产中可用低价的食
用白糖代替高价的化学用蔗糖。
2.4 白糖浓度对反应器内东北刺人参不定根增殖生长
的影响
培养基中适宜的糖浓度对不定根生长有一定的影
响，该试验通过研究白糖浓度对东北刺人参不定根增
殖生长的影响，发现在白糖浓度为 50 g/L的处理组中
不定根的长势较好，增殖效果最佳，增殖系数达到最大
为26.6，其鲜物重和干物重分别达到551.9 g、57.2 g，显
著好于其他处理（表 4）。因此，东北刺人参不定根在
进行反应器培养时白糖浓度应设定为50 g/L。
3 结论与讨论
本试验利用振荡和反应器2种培养方式对东北刺
人参不定根进行培养，结果发现在反应器内培养的东
北刺人参不定根增殖效果显著好于振荡培养，增殖系
数为11.4，见表1。因此，东北刺人参规模化生产中，利
用生物反应器对其不定根进行培养，而影响生物反应
器培养的主要因素为化学微环境、气体微环境及光照
微环境等。反应器培养中的化学微环境是指培养基的
成分组成，通过对反应器培养中的培养基成分进行筛
选，结果表明 IBA浓度为3 mg/L时不定根的增殖效果
显著好于其他处理，增殖系数达到最大为18.0（表2）；
本试验选用白糖作为碳源，其浓度为50 mg/L时，不定
根的长势最佳，其鲜物重、干物重及增殖系数分别达到
最大，为551.9 g、57.2 g和26.6（表3，表4）。
植物生长素对于根的诱导是很重要的，它影响着
细胞分化、细胞发育和细胞的形态发生，而对于根的诱
导和增殖，一般选用 IBA、NAA以及 IAA，而近年来发
现，IBA生根的效果更显著一些，原因是IBA比较稳定[13]。
因而在根的大规模生产中也被广泛应用[14]。从李慧娟
等[9]研究 IBA、NAA浓度对振荡培养东北刺人参不定
根增殖生长的影响结果，可以看出 IBA对不定根的增
殖效果显著好于NAA，其 IBA浓度为3~4 mg/L时不定
根的增殖效果较好，而过高的 IBA浓度又会对植物产
生毒性，抑制植物的生长。因此，本试验通过对影响反
应器内东北刺人参不定根增殖生长的 IBA浓度进行了
筛选，结果表明 IBA浓度为3 mg/L时东北刺人参不定
根即可达到较高的生产量，且在东北刺人参规模化生
产过程中，可以避免激素过量导致的毒害和成本的
利用。
在植物组织培养中，碳源扮演着重要的角色，而常
用的碳源主要为糖类，糖种类会在直接影响植物的生
长速度和生物量的基础上，间接地影响到植物的代谢
水平、合成次生代谢物和细胞的形态发生，对植物组织
培养成功与否起到了至关重要的作用[15-16]。在本试验
中发现白糖和蔗糖的增殖效果较好，但蔗糖的成本高，
因此选用低价食用的白糖代替高价化学用的蔗糖，在
规模生产中降低成本。
本研究利用的是5 L反应器培养东北刺人参不定
根，如果大量生产，需要对接种量、通气量等影响因子
进一步筛选，优化反应器培养不定根的条件，生物反应
器培养并不适用于所有植物材料的外植体（细胞、毛状
根、原球茎）。因此，在利用反应器培养其他材料外植
体时，需要筛选出最佳的培养方法，以利于其繁殖及规
模化生产。
参考文献
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源,2001,20(6):27-28.
IBA浓度/
(mg/L)
2
3
4
5
6
鲜物重/
（g/反应器）
157.7 d
378.3 a
287.5 b
247.6 c
241.4 c
干物重/
（g/反应器）
14.5 d
34.8 a
24.6 b
22.5 c
21.9 c
增殖系数
6.9 d
18.0 a
13.4 b
11.4 c
11.1 c
表2 IBA浓度对东北刺人参不定根增殖生长的影响
糖种类
白糖
蔗糖
葡萄糖
果糖
鲜物重/
（g/反应器）
374.9 a
389.4 a
243.4 b
201.6 c
干物重/
（g/反应器）
36.7 a
39.8 a
22.4 b
19.8 c
增殖系数
17.7 a
18.5 a
11.2 b
9.1 c
表3 糖种类对东北刺人参不定根增殖生长的影响
白糖浓度/
(g/L)
30
40
50
60
鲜物重/
（g/反应器）
354.1 d
469.8 b
551.9 a
444.2 c
干物重/
（g/反应器）
33.3 d
46.0 b
57.2 a
42.7 c
增殖系数
16.7 d
23.5 b
26.6 a
21.2 c
表4 白糖浓度对东北刺人参不定根生长的影响
··254
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