全 文 ：　第 29卷 第 2期
　 1999年 6月
工 业 微 生 物
Industrial M icrobiolog y
Vol. 29 No. 2　
Jun. 1999　
玫瑰茄悬浮细胞合成花青素的光效应研究
朱新贵1 ,　林　捷1　郭　勇2
( 1.华南农业大学食品科学系 ,广州 510642;　 2.华南理工大学生物工程系 ,广州 510641)
摘　要　光照对悬浮培养的玫瑰茄细胞生物量无影响。随着光照强度增大 ,玫瑰茄细
胞合成花青素的量增加 ,光照强度 31. 0w /m2为饱和光照强度 ,超过该强度 ,玫瑰茄
细胞合成花青素的量不再进一步增加 ;可见光中蓝光 ( 420～ 530nm )是促进玫瑰茄细
胞合成花青素最有效单色光 ,光强为 30. 0w /m2 ,接种量为 0. 2g湿细胞的 50m l培养
液经 16d培养 ,花青素产量为 8. 97mg /50ml,高出相同光照强度全色光下的 6. 53mg /
m l;黄光和绿光分别有一定的促进作用。当黑暗下的培养时间不超过 8d,后期经过不
少于 8d的光照可以诱导出和全程光照相当的花青素产量 ,分别为 6. 64和 6. 72mg /
50ml(总培养时间不少于 16d)。当黑暗下培养时间超过 12d,由于营养成分消耗 ,光
照延长 ,花青素产量也无法提高 ,添加 10ml新鲜培养基再进行光诱导 ,花青素产量
可以提高 ( 6. 75mg /50ml)。
关键词: 玫瑰茄细胞 ;花青素 ;光效应
收稿日期: 1998-10-12
作者简介: 男 , 1967年生 ,博士 ,工程师。
　　花青素类色素是食品和饮料工业中较重
要的一类天然色素 ,其颜色鲜艳 ,色感自然 ,
食用安全 ,并具有一定的保健作用 ,如抗心血
管疾病等 [1 ]。随着合成色素逐步受到限制 ,这
类色素的开发应用也就越来越受到重视。 但
实际生产应用的花青素类色素主要是从植物
组织中提取的 ,其来源和生产时间都受到限
制 [2 ] ,利用培养植物细胞方法生产花青素则
可以克服这些局限。
植物细胞不同于微生物细胞 ,除具有不
抗剪切、培养周期长等特点外 ,许多植物细胞
的生长和代谢还需要一定强度和波长的光
照 ,如一些植物细胞的次生代谢物 (类黄酮、
蒽酮、多酚、萜类等 )在有光照时可以达到很
高水平 ,无光照时只维持很低水平或根本不
产生 [3 ]。 光照对许多植物细胞合成花青素都
有明显的影响作用 [4 ]。
经过多年研究 ,我们从玫瑰茄花萼组织
诱导并筛选出一株玫瑰茄红色细胞 ,该细胞
具有性状稳定、色素产量高、色质好、易培养
等特点 [5 ]。为了进一步优化玫瑰茄细胞生产
花青素的工艺条件 ,我们对光照与玫瑰茄细
胞合成花青素的关系进行了研究。
1　材料与方法
1. 1　玫瑰茄细胞
华南理工大学生化研究室诱导、筛出并
保存。
1. 2　培养条件
见文献 [3] ,本实验用培养液体积 50ml ,
接种量为 0. 2g湿细胞 ,三角瓶摇瓶培养 ,培
养周期 16d。
1. 3　光源
11W荧光灯 ,色温 7300K。
单色光的获得 ,将单色滤光膜 (上海伟
康 )覆盖培养玫瑰茄细胞的三角瓶表面 ,透过
滤光膜到达培养液的光线即为单色光。实验
采用红、黄、蓝、绿和全色光 ,并以黑暗作对
照 ,控制光照强度相同 ,连续照射培养 16d。
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1. 4　光强的测定
采用光度计测定 ,以透过滤光膜到达三
角瓶表面平均光强计 ,单位为 w /m2。
1. 5　光诱导实验
将黑暗下培养一定时间的培养液放置于
一定强度的光照下 ,使其合成花青素。
1. 6　玫瑰茄细胞量、花青素含量的测定
参见文献 [3]。
2　结果与讨论
2. 1　光照强度的影响
实验采用光照强度为 0. 0、 5. 6、 15. 1、
31. 0、 43. 2w /m2 (同一光源下 ,通过调节照射
距离获得 ) ,连续光照 ,摇瓶培养 16d,结果见
表 1。
表 1　光照强度对玫瑰茄细胞
合成花青素的影响
光照强度
( w /m2 )
0. 0 5. 6 15. 1 31. 0 43. 2
培养液细胞
含量 ( g ) 3. 54 3. 80 3. 56 3. 58 3. 58
细胞中花青素含
量 ( mg /gDCW* ) 1. 20 8. 91 19. 94 30. 17 29. 33
培养液中花青素
产量 ( mg /50ml) 0. 86 6. 83 14. 2 21. 6 21. 0
　　* DCW为细胞干重 ,下同。
　　从表 1可以看出 ,光照强度的变化并不
影响玫瑰茄细胞量 ,而花青素的产量随光照
强度的增加而提高 ,但当光照强度增大到
31. 0w /m2以后 ,花青素的产量不再进一步
增加 ,因此 31. 0w /m2可以视为该培养体系
合成花青素所需的饱和光照强度。
由于细胞量基本上无差异 ,因此光照作
用不是通过提高玫瑰茄细胞量来增加花青素
产量的 ,而是通过促进细胞内花青素的合成
而使花青素产量得以提高。这一点与 J. J.
Zhong等在研究培养紫苏细胞生产花青素时
的结论是类似的 [3 ]。
2. 2　单色光的影响
可见光中各单色光的波长不同 ,它们对
植物细胞的某些代谢过程的作用差异很大 ,
如有的过程红光起作用 ,有的过程蓝光起作
用 ,有的过程这两种光都有作用 ,这是由于其
中所涉及的光受体所能感受光波长能力不同
造成的 [5 ]。
本实验采用植物生理上经常涉及到的几
种光进行 ,即红光 (波长> 600nm )、黄光 ( 480
～ 650nm )、蓝光 ( 420～ 530nm )、绿光 ( 475～
550nm ) ,并设全色光和黑暗下培养作为对
照 ,控制光照强度一致为 30. 0w /m2 ,连续光
照 ,培养 16d,结果见表 2。
表 2　单色光对玫瑰茄悬浮细胞
合成花青素影响
光照条件 ( 30. 0w /m2 ) 红光 黄光 蓝光 绿光 全色光 黑暗
细胞量 ( g ) 3. 46 3. 51 3. 48 3. 52 3. 50 3. 43
细胞花青素含量 ( mg /gDCW ) 1. 17 7. 07 12. 89 6. 79 9. 33 1. 15
培养液中花青素总产量 ( mg /50ml) 0. 81 4. 96 8. 97 4. 78 6. 53 0. 79
　　结果显示 ,各光照条件下细胞生物量无
明显差异 ,而花青素的合成受到影响。从表 2
可以看出 ,蓝光是促进玫瑰茄细胞合成花青
素最有效的单色 ,光照强度为 30. 0w /m2时 ,
花青素产量为 8. 97mg /50m l,黄光、绿光分
别有一定的促进作用 ,红光最无效。在光照强
度相同的情况下 ,全色光下的花青素产量为
6. 53mg /50ml ,低于蓝光下的 8. 97ml /50ml ,
这进一步说明了蓝光是可见光中促进花青素
合成最有效的单色光。因此 ,光照对玫瑰茄细
胞合成花青素的促进作用属于 “蓝光效
应” [5 ]。
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　　　　工　业　微　生　物 第 29卷　
2. 3　光照对黑暗下培养的玫瑰茄细胞合成
花青素的诱导作用
研究结果表明 ,黑暗下培养的玫瑰茄细
胞几乎不产生花青素 ,这就给培养工艺和设
计反应器带来了困难。 一方面在反应器上提
供光照困难 ,另一方面即使提供光照 ,也会有
操作上困难 ,如难于彻底灭菌等。如果能将培
养细胞与诱导产花青素分割开来 ,采用二段
式培养就可以在很大程度解决上述问题。 为
此我们进行光照诱导黑暗培养的玫瑰茄细胞
产生花青素的研究。
黑暗下分别培养 4d、 8d、 12d的玫瑰茄悬
浮细胞 ,移入光照强度为 30. 0w /m2的光场
中进行产花青素的诱导实验 ,光照时间分别
为 4d、 8d、 12d,结果见表 3。
表 3　光照对黑暗下培养的玫瑰茄细胞合成花青素的诱导作用
黑暗下培养天数 ( d) 4 8 12 0
光照处理天数 ( d) 4 8 12 4 8 12 4 8 12 16
细胞量 ( g ) 3. 23 3. 52 3. 46 3. 54 3. 58 3. 56 3. 52 3. 49 3. 46 3. 50
细胞花青素含量 ( mg /gDCW) 8. 10 8. 82 9. 51 8. 52 9. 27 8. 86 3. 03 3. 00 3. 00 9. 60
培养液中花青素 ( mg /50ml) 5. 23 6. 21 6. 58 6. 03 6. 64 6. 31 2. 13 2. 06 2. 07 6. 72
　　从表 3可以看出 ,光照能够诱导前期在
黑暗下培养的玫瑰茄细胞合成花青素。黑暗
下培养时间不超过 8d,再经过连续 8d 30. 0
w /m
2的光照 ,玫瑰茄细胞可以产生与不经
过黑暗培养而进行连续 16d光照培养相当的
花青素产量 (分别为 6. 64mg /50ml和 6. 72
mg /50ml)。当黑暗下培养时间长达 12d,即
使光照时间也延长至 12d,花青素产量也仅
维持在很低的水平 ( 2. 07mg /50ml)。 这是由
于黑暗下培养时间过长 ,培养基中营养成分
被大量消耗 ,不足以进行花青素合成造成的。
在培养液中添加新鲜培养基 10ml,再进行 8d
光照诱导 ,细胞量也有所增加 ,达 3. 93g,花
青素的产量则可达 6. 75mg /50m l。因此一定
的生物量和充分的营养成分是光照诱导黑暗
下培养的玫瑰茄细胞合成花青素所必须的。
综上所述 ,光照影响玫瑰茄悬浮细胞合
成花青素是“蓝光效应”造成的 ,黑暗下细胞
几乎不合成花青素 ,但在营养充分情况下 ,光
照可以诱导花青素的产生。据此 ,可以设计一
个二段式培养工艺 ,即前期在黑暗下培养玫
瑰茄细胞以获得足够生物量 ,然后补充一定
量的新鲜培养基 ,再进行光照诱导花青素的
生成 ,这样可以减少前期提供光照的困难以
及造成染菌的可能。
参 考 文 献
[ 1 ] P. Bridle , Anthocyanins As Na tural Food
Co lours-Selected Aspec ts, Food Chem, 1997,
58: 103～ 109
[ 2 ] G. A. F. Hendry, Na tureal Food Colo rants,
1996.
[ 3 ] J. J. Zhong , Effec t of Light Irrad. On
Anthocyanin Prod by Susp. Cult o f Perilla
frutescens, Bio tech no l & Bioeng . 1991, 38:
653～ 658
[ 4]杜金华 ,郭　勇 .高产花色苷玫瑰茄细胞系的筛
选 ,生物工程学报 , 1997, 4: 34～ 37
[ 5 ] Takash Matsumoto . Some Facto rs Affec ting
the Anthocyanin Fo rmation, Ag ri. Biol.
Chem. , 1973, 37: 561～ 567
(下转 32页 )
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　第 2期 朱新贵 ,等: 玫瑰茄悬浮细胞合成花青素的光效应研究
numbered CLS. 001, 002, 003, 004 respectiv ely, w ere all anaerobic clost ridicem, and they
could be used fo r the fermenta tion of mo lasses into acetone-butano l. Of the four st rai rs,
CLS. 004 w as the best one. The or thoganal experiments w ere carried out fo r the selection of
the optima l fermentation conbi tion. Under the optimal fermentation condition w hich
molasses concentration w as 10- 12 Bx ( suga r about 5% ) , pH6. 8- 7. 2 and tempera ture 35-
38°C, the production rate o f to tal solv ent and the utili za tion rate of sugar were mo re than
30% and 85% respectiv ely.
Key words: fermentation of molasses into acetone-butano l; i sola tion o f st rains; selection of
optimal fermenta tion condi tion
(上接 27页 )
Effects of light irradiation on anthocyanin synthesis in
roselle(Hibiscus sabdariffa L. )
cells suspension culture
ZHU Xin-gui
1
, L IN Jie
1
, GUO Yong
2
( 1. Food Sci. Dept. , South Ch ina Ag ri. Univ. , Guangzhou 510642;
2. Bioeng. Dep t. , South China Univ. of Tech nol. , Guang zhou 510641)
Abstract　 Ligh t irradia tion did no t a ffect the biomass o f roselle cell suspension. With the
i rradia tion intensi fied, the anthocyanin synthesis increased unti l 31.0 w /m
2 . The blue( w ith
w aveleng th o f 420 - 530nm ) w as the most po sitiv e effectiv e monoch romic light th rough
visible spect rum to anthocyanin forma tion in ro selle cells, and the red( mo re than 600nm) ,
the least effectiv e, w ith the pigment yields of 8. 97 and 0. 81mg /50ml respectiv ely. Light
i rradia tion w as able to induce anthocyanin synthesis in da rk-precultured roselle cells, useless
w hen the nutrients in suspension w as exhausted.
Key words: Rosel le cells; anthocyanin; light ir radia tion
—32—
　　　　工　业　微　生　物 第 29卷