全 文 ：中国麻作 C H IN A , 5 F BI E R C R O P S 1 9 9 8 年第 2 0 卷第 2期
剑麻蛋白酶及其组培诱导新途径
李 斌 彭志英
(华南理工大学食品工程系 , 广州 51 06 41 )
何凉英
(华南农业大学农学系 .广州 5 1 0 64 2 )
1 剑麻— 植物蛋 白酶的新资源在食品 、 轻工 、 医药等行业中 , 蛋白水解
酶以其对蛋白质高效专一的分解特性而广泛
应用于肉类嫩化 、 啤酒澄清 、 干酪制造 、 海产
品加工 、蛋白质水解 、加酶洗涤剂的制造和化
妆品等方面 ;还可用于治疗某些炎症和消化
不良等疾病 。 蛋白酶已成为能够实际应用于
食品工艺并形成产业的几种重要酶制 剂之
一 。 目前工业上酶制剂的来源虽然有微生物 、
动物和植物三条途径 ,且 以微生物来源的为
主 ,但就蛋白酶而言 , 植物来源的酶制剂在种
类和销售量上都占相当大的份额 。 现已发现
菠萝 、 木瓜 、 无花果 、称猴桃等植物中都含有
丰富的蛋白酶 。 其中木瓜蛋白酶和菠萝蛋白
酶已成为商品酶制剂广泛应用于食品 、 医药
等行业 ,具有一定的工业规模 ;无花果蛋白酶
的酶学特性和应用等已进行了系统而深入的
研究 ; 称猴桃蛋 白酶 , 随着近年来对称猴桃饮
料的开发 ,也已引起人们的重视 。然而这几种
植物蛋 白酶资源 , 仅 r卜自然界存在的千千万
万种植物资源的极少一部分 。 寻找和开发新
的植物蛋白酶资源 ,长期以来一直是酶学 、 酶
工程研究的重要课题之一 。
剑麻是一种多年生 、 肉质 、 旱生 、 草本 、 单
子叶 、异花授粉的热带作物 ,原产于中美洲墨
西哥的约克母半岛 。在世界硬质纤维生产中 ,
以剑麻种植面积最大 , 它广泛分布于非洲 、 亚
洲 、拉丁美洲等热带地区的十几个国家 , 以拉
丁美洲的巴西 、 墨西哥 、 东非的坦桑尼亚和肯
尼亚较 多 。 1 9 6 4 年英国剑桥大学 的 K . .F
IT tP on lj[ 首次发现了剑麻叶汁中的剑麻蛋 白
水解酶 。 随后 uD T io ltz 〕 、 沈家柏 、 孙祟荣 .3[ 们 、
李明启 、徐凤彩等 .s[ `〕先后对龙舌兰麻中蛋白
水解酶的酶学特性及其利用价值进行了研
究 。 结果发现在龙舌兰科的剑麻 、 番麻 、 假菠
萝麻和东一号麻等麻类作物中 ,都含有相 当
丰富的蛋白水解酶 。该酶属疏基蛋白酶 ,主要
分布于叶片的栅状组织中 ,粗酶得率为材料
鲜重的 1一 3写 ;酶 活力约 为 30 一 40 万 T yr
单位 。 广西热带作物研究所 、 南宁市制革厂 7j[
和华南农业大学等单位进一步对剑麻蛋白酶
的应用进行了研究 , 结果发现该酶对于猪皮
脱毛有 良好的作用 , 其脱毛速度快 、 效果好 ,
不易引起毛孔和伤残的扩大 ,与灰碱法脱毛
比较 , 具有减少污染 , 消除公害 , 改善工作环
境等优点 , 并可以回收经济价值较高的猪鬃
和猪毛 ,经蛋 白水解酶脱毛后的废液回收可
作饲料 , 其蛋 白质含量达 17 肠 , 脂肪含量达
26
.
6%
, 营养价值较高 , 有进 一步 利用的价
值 。 剑麻蛋白酶还可进行废胶卷的脱胶回收
白银 ,效果很好 , 在 40 C条件下 , 1 0 一20 0 单
位的酶制剂均能使胶卷上的明胶在半小时内
溶解脱去 , 既回收 了白银 ,又 回收了片基 , 使
废胶卷获得新生 8[] 。 此外在食品 、 轻工 、 医药
等其它行业中 ,剑麻蛋 白酶也有其特有的作
用 。
由此可见 , 剑麻这种叶用纤维作物 , 其副
本文第一作者 : 李斌 . 女 . 38 岁 .副教授 。 收稿 日期 : 1 9 97一 07 一 2 。
1 9 9 8 年第 2 0 卷第 2 期 中国麻作 C H I N A , 5 F BI E R C RO P S
产品综合利用价值高 , 尤其是叶汁中发现的
丰富的剑麻蛋白水解酶 , 对于开辟植物蛋 白
酶制剂的新来源 ,开发植物酶制剂的应用 ,具
有积极而重要的意 义 。 然而 , 由于合成纤维
(聚丙烯 )的大量生产和工业应用对剑麻的冲
击作用 ,世界剑麻的总产量已从 70 年代的最
高峰 1 9 7 4 年 的 85 万 吨下 降到 1 9 8 6 年的
43
.
6 万吨 , 进入 90 年代以后 , 仍呈逐渐下降
的趋势 。剑麻的种植面积不断减少 , 总产量不
断降低 ,严重阻碍了剑麻蛋白酶的深入研究
和开发利用 ; 同时 , 由于剑麻是一种喜高温 、
强光的热带作物 , 在我国主要种植于广东 、广
西 、 海南 、福建 、 台湾等热带 、 亚热带地区 ,种
植地域有明显的区域性 , 因此也难以开展大
范围的开发利用 。重要的是 , 若从植物原料中
提取酶 , 由于植物生长周期长 , 受地理 、 气候
和季节等各种因素的影响 , 来源有限 ,而植物
由于受 自身生长发育遗传基因的调控 , 体内
各种物质都以 自身的生长发育需要为基础 ,
不可能按人类的理想大量合成 。 因此在 自然
生长或人工栽培条件下就难以进行大规模的
生产 。这就是为什么在酶制剂工业的早期 ,酶
虽多是从动植物原料中提取 ,但走到今天 ,酶
制剂工业仍以微生物来源为主要途径的原因
所在 。
2 植物细胞工程是蛋白酶研究利用的新途
径
近十几年来 , 由于植物组织和细胞大量
培养技术和固定化细胞技术的迅速发展 , 已
使细胞培养技术具备了进行商业化生产的可
能性 。 某些动植物来源的酶有可能通过组织
培养的细胞获得 。 日本从烟草细胞的培养中
纯化了过氧化物酶 、 磷酸二酷酶和磷酸醋酶
等 。 小林节夫 [ , 二以辣根 ( A r n :acor 必 。
` s t比a n a )
的根形成层诱导愈伤组织为材料 , 通过愈伤
组织筛选 ,分离出了细胞生长速度快 ,过氧化
物酶产酶能力比原植物高约 7 倍的愈伤组织
块 。
现有的研究表 明 , 植物组织培养生产有
用化合物具有下述优点 : ( l) 培养细胞是在无
菌条件下生长的 , 因此 ,供应稳定 ,不受地区 、
季节和气候限制 ,可以排除病虫害的侵袭 ,较
便于工厂化生产 ; ( 2) 占地面积少 ; ( 3) 次生物
质的生产在控制的条件下进行 , 可以通过改
变培养条件和选择优 良细胞系的方法得到超
越整体植物产量的代谢产物 , 既节约能源 , 又
减少占用可耕地面积 ; ( 4) 往组织培养基中加
入一种前体 ,或正常情况下原植物所不含有
的底物 ,能够产生原植物所没有的 ,甚至是至
今在 自然界还没有的化合物 「10j 。 这一切正如
诺贝尔基金会主席 、生物化学家梯西 留斯教
授所预言的 : “ 工业的美好前景来自生物学 ,
当我们掌握大自然是怎样制造这些产物 , 而
且又能模仿时 , 我们必将获得全新的生产过
程 。 这些过程将成为新型工业的基础— 使用生物技术的工厂的生产工艺 ” 。
3 剑麻蛋 白酶的组培诱导
早在 1 9 7 5年 ,格罗恩瓦尔德就报道过剑
麻的组织培养 ,他利用剑麻种子切片诱导幼
苗分化成功 。 我国的刘宜育 1[ `口、 崔元方 l2[ 〕和
张毓梅等 ls[ 〕也分别报道了利用剑麻种子切
片和幼 叶诱导幼苗取得成功 。 但是利用剑麻
组织和细胞培养诱导天然产物的研究 , 至今
尚未见报道 。
我们在借鉴菠萝和木瓜通过组织和细胞
培养成功诱导出高产蛋白酶细胞株工作的基
础上 , 以剑麻株芽和幼叶为外植体 ,经过一年
多的研究 , 已成功地诱导出了剑麻愈伤组织 ,
并测定出其具有剑麻蛋白酶的活力 。 现 已筛
选出了十几个剑麻蛋白酶活力与外植体相近
或高约 1 倍的细胞株 。 通过愈伤组织培养基
的分析 , 发现其中也具有相当的蛋白酶活力 ,
由此说明该酶很可能是一种胞外酶 ,这将为
剑麻细胞的大量连续式培养诱导蛋白酶生产
提供更大的可行性 。 可以预言 ,运用生物技术
中植物细胞工程的原理和方法 ,开展剑麻特
有天然产物 , 尤其是蛋白酶诱 (下转第 5 页 )
1 9 9 8年第 2 0卷第 2期 中国麻作 C H IN A , 5 F BI E R ` 5 .
S t u d y o n I n d u e t i o n o f C a l lu s a n d P la n t le t
R e g e n e r a t i o n o f R a m i e L e a f
G u o p i n g q u an
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.
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, s u e h a s P r e t r e a tm e n t s
,
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s a n d e u l t u r e e o n d i t i o n s
,
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b e n s t u d ied s y s t e m a t ie a ll y
.
T h e e u l t u r e d r e d if f e r e n t ia b l e e a l lu s e a n b e u s e d a s a e e e p t o r o f r a m ie
g e n e t i e t r a n s t o r m a t i o n
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T h e m a in r e s u lt s a r e s u m m a r i z e d a s f o l lo w s
:
1 L e a f e x p la n t s t a k e p l a e e r a p id ly w h e n t h e y a r e e u lt u r e d o n 1 / Z M S m e d i u m w i t h l o w e r
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, a e e e le r a t e i t s g r o w t h
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, a n d s t im u la t e b u d f o r m a t io n
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H ig h e r B A e o m b i n e d w it h p r o eP r N A A e n a in e r e a s e p r ed
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3 C a ll u s in it i a t io n o f l e a f e x p la n t s p r e t r e a t e d b y l o w 一 t e m p e r a t u r e 一 s h o r t 一 p h o t o p e r i o d is
e a r il e r t h a n t h a t o f n o n 一 p r e t r e a t m e n t . R e d if f e r e n t i a l r a t i o o f b u d s m a y b e i n e r e a s e d b y p r e t r e a t -
m e n t o f lo w 一 t e m p e r a t u r e 一 s h o r t 一 P h o t o P e r io d o r d i u r n a l一 t e m P e r a t u r e 一 d if f e r e n e e .
K e y w
o r d s : r a m ie ( B oe h m e朋 n ive a L . ) , le a f e x p l a n t , p l a n t l e t r e g e n e r a t i o n , h o r m o n e s
(上接第 7 页 )导的研究和应用 ,必将为植物
蛋 白酶资源的理论研究和开发利用开辟新的
途径 。
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