全 文 ：　收稿日期:1997-11-25
　＊华南农业大学食品科学系
　朱新贵 , 男 , 1967 年生 , 博士 , 讲师;主要研究方向:食品生物工程与发酵工程。现任职华南农业大学食
品科学系
华 南 理 工 大 学 学 报(自 然 科 学 版)
第 27 卷 第 3期 Journal of South China University of Technology Vol.27 No.3
1999 年 3 月　 (Natural Science) March　1999
光质对玫瑰茄悬浮细胞合成花青素的影响
朱新贵　　郭　勇　　林　捷＊
(华南理工大学食物与生物工程学院　广州　510641)
摘　要　玫瑰茄悬浮细胞合成花青素受光调节 , 将不同的单色滤光膜覆盖在摇瓶表面 , 控制光照
强度 , 判定了蓝光(波长 420～ 530 nm)是促进玫瑰茄细胞产花青素的最有效单色光 , 花青素产量
为 416mg/ l , 和全色光下相当(396 mg/ l);红光和橙光(波长>580 nm)无效;其它单色光随其波长
接近蓝光 , 正效应增强.单色光对玫瑰茄细胞培养过程的其它参数 , 如 pH 值 、降糖速度 、 细胞生
物量等影响不大.
关键词　光质;玫瑰茄悬浮细胞;花青素
中图资料分类号　Q 811.3
花青素是植物组织中广泛存在的一类物质[ 1] , 由于其颜色鲜艳 , 且对人的健康有益 , 长
期以来一直是人们研究 、开发和使用的最重要天然色素之一[ 2 ,3] .通常使用的花青素都是从
植物组织中提取的 , 其原料来源和产量都受到限制.用培养植物细胞的方法生产花青素可以
避免占用大量土地 ,同时不受季节限制 , 产量还可以提高 , 因此近年来为人们所重视.
研究资料表明 , 花青素的合成在大多数植物组织细胞中受光调节[ 4] , 不同材料中 , 有的
是蓝光起作用 , 有的是红光起作用 , 也有的是它们混合起作用[ 5 , 6] .为了探讨光照对玫瑰茄
细胞合成花青素的调节机理 ,同时利于设计培养工艺和反应器 , 我们进行了单色光对玫瑰茄
悬浮细胞合成花青素影响的研究.
1　材料与方法
玫瑰茄(Hibscus sabdarif fa　L.)细胞系 , 由本室诱导玫瑰茄花萼组织产生并保存.
培养基:继代培养基 ,由 B5 培养基添加 0.5 mg/ l的 kt(Kinetin)、5.0 mg/ l的 2.4 ～ D(2.4
～ dichlo rophenoxyacetic acid),30 g/ l的蔗糖和 0.8%的琼脂制成.
液体培养基 , 摇瓶用.由 B5 培养基添加 0.1 mg/l kt 、 3 mg/ l 2.4D , 和 30g/ l的蔗糖制
成.
培养条件 , 固体继代培养 , 1200Lux 光照 , 光照周期 16 h/d ,培养温度 25 ℃, 培养周期
16 d.液态摇瓶培养 , 采用连续光照 , 照度 1200 lux , 旋转摇瓶 , 转速 120 r/min , 摇瓶培养液
体积为 50 ml.
光强测定 , 用 Luxion照度计测定 , 单位 lux ,以培养容器表面的照度计.单色光的获得 ,
将单色滤光膜(上海伟康彩色薄膜公司)覆盖在培养悬浮细胞的三角瓶表面 , 在同一光源下培
养 , 透过单色膜到达培养液的光线即为单色光.各单色滤光膜的透光波长如表 1所示.实验
设黑暗和全白光为对照 , 培养过程中控制透过滤光膜后的光照强度为 1200 lux , 连续照射 ,
光源为 11W 荧光灯 , 色温 7300 K.
培养液的总可溶性糖的测定采用蒽酮法[ 7] , 生物量的测定采用湿重法[ 6] .
花青素含量的测定 , 将培养液抽滤后所得的湿细胞在室温下干燥 2 h , 然后称取 1.0 g 湿
细胞加入 10 ml的 1%盐酸甲醇溶液进行浸泡抽提24 h ,经常搅动以使抽提彻底.将抽提的细
胞悬液用微孔过滤器过滤得抽提液 , 定容至 20 ml.适当稀释后 , 在波长 523 nm 处测吸光度
A , 花青素含量按下面公式计算[ 6] :
A fc=(27.208A+0.0591)×D ×20×1000 , 　Adc=A fc×20 , 　A t=A fc×Fcw.
其中 A fc为湿细胞中花青素的含量;D 为稀释倍数;A dc为干细胞中花青素的相对含量;
A t为培养液中花青素的总含量;F cw为培养液中湿细胞的含量.
以上各项在培养过程中每 2 d测定一次.
表 1　各单色滤光膜的透光波长
Table 1　The transparent w avelength of each monochronic membrane nm
单色膜 红 橙 黄 绿 蓝 紫
透过波长 >600 >580 480～ 650 475～ 550 420～ 530 375～ 450
2　结果与讨论
经过 3次重复实验 , 结果取其平均值.经过16 d的培养 , 各光照条件下培养液中的残糖 、
pH值 、细胞生物量以及花青素的产量如表 2所示.
表 2　不同光照条件下培养 16 d , 50 ml培养液中的残糖 、 pH 值 、细胞生物量和花青素产量
Table 2　The content of residual sugar 、 pH value、 cell biomass and output of anthocyanin in 50 ml for 16 d media
with different light irradiation conditions
光照条件 残糖量/(g·l-1) PH 值 细胞干重Dcw/mg
花青素产量
/(mg·l-1)
白光 4.7 6.4 486 396
红光 4.8 6.7 502 38.6
橙光 5.1 6.3 493 39.6
黄光 5.0 6.8 498 284
绿光 4.7 6.5 489 308
蓝光 4.9 6.4 512 416
紫光 4.5 6.6 507 338
黑暗 4.9 6.5 485 32.6
实验结果表明 , 各光照条件下 , 玫瑰茄细胞培养液的残糖量 、PH 值 、细胞量经过 16 d的
培养 , 差异不大 , 说明光照条件的差别对这些参数无影响.花青素的产量以蓝光下和全白光
下的最高 , 分别达416和 396 mg/ l ,红光和橙光下的花青素产量很低 , 只相当于无光照下花青
素的产量.
各光照条件下培养液中花青素含量以及细胞中花青素含量的变化过程如图 1所示.
从图 1可以看出 , 红光 、橙光及黑暗下 , 培养液中花青素的含量基本维持恒定 , 总量相
当于接种时细胞所带入花青素的量 , 这说明花青素在各光照条件下并没有分解.而细胞中花
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图 1　不同光照条件下花青素含量变化曲线
Fig.1　The variation curves of anthocyanin content with different light irradiation conditions
———◇—　白光　———◆—　红　———■—　橙　———×—　黄　——— —　绿　———○—　蓝　—— —　—紫　———　—黑暗
青素含量在培养过程中逐步下降直到细胞量稳定时才趋于稳定 , 说明在这几种光照条件下细
胞并没有合成新的花青素 , 细胞中花青素含量的下降是由于细胞生长和分裂时将接种时所带
入的花青素稀释的结果.在黄光 、绿光 、蓝光 、紫光以及全白光下 , 培养液中花青素的含量在
培养前期(0 ～ 4 d)保持不变 , 在中后期便持续增加 , 以蓝光下增加速度最快 , 平均每天增加
约 30mg/ l , 和全白光下相当;细胞中花青素的含量在前期有所下降 , 以后便有所提高 , 直至
趋于稳定.细胞中花青素的含量最初下降是由于细胞分裂增长而花青素的合成速度相对较低
的结果 , 当花青素的合成速度在特定条件下达到最大 , 而细胞增长速度恒定后 , 细胞中花青
素的含量也就相对恒定.
从以上的实验结果可以看出 , 蓝光是促进玫瑰茄悬浮细胞合成花青素最有效的单色光 ,
其它单色光随波长接近蓝光 , 如绿光 、紫光等 , 对玫瑰茄细胞合成花青素也有一定的促进作
用.而红光 、橙光是可见光中对玫瑰茄细胞合成花青素的无效成分.
参　考　文　献
1　Hendry G A F , Houghto J D.Natu ral Food Colorants.London:Acad Inc , 1996
2　马自超 , 庞业珍.天然食用色素化学及生产工艺学.北京:中国林业出版社 , 1994
3　M ori T , Miei S.Ribof lavin af fect anthocyanin synthesi s in nit rogen cultu re using st rawberry susp xw lla.J of Food Sci , 1996 ,
61:698～ 702
4　Takeda J.Light_induced synthesis of anthocyanin in carrot cells susp.J of Exp Bot , 1988 , 10:130～ 138
5　Al M .Light_dependent anthocyanin synthesis:a model system for the study of plant photomorphogenesis.Bot Rev , 1985 , 51:
107～ 157
6　Al M .Ef fect of intermi ttent light t reatment of anthocyanin synthesis in dark grow ed & lightp retreated seedlings.Plant Physi-
ol , 1985 , 78:172～ 186
7　Zhong J J.Ef fect of li gh t irradiation on anthocyanin prodn by susp culture of perilla f rutescens.Biotechnol & Bioeng , 1991 ,
38:653～ 658
59　第 3 期 朱新贵等:光质对玫瑰茄悬浮细胞合成花青素的影响
EFFECTS OF MONOCHROM IC LIGHT ON SYNTHESIS
OF ANTHOCYANIN IN ROSELLE (HIBSCUS
SABDARIFFA L)CELLS SUSPENSION
Zhu Xingui　Guo Yong　Lin Jie
(College of Food and Bio_engineering , South China Univ.of Tech.)
Abstract　The monochromic light ef fect of anthocyanin synthesis in Roselle suspension w as stud-
ied by covering the agi tated culture flasks w ith light_filter membranes.Through the spect rum of
visible light , the blue displayed the most signif icant and positive effect , under w hich the output of
anthocyanin in 50 ml of culture was more than 10 times higher than that under red light , orange
light or darkness.Other lights with their w aveleng ths approaching that of the blue show ed rela-
tively mo re positive effects.The effective photospectrum of anthocyanin synthesis in Roselle cell
w as expected to be wi thin 420 ～ 530 nm , and from which a mechanism of mediation by cryp-
tochrome w as supposed to be involved.
Key words　monochromic light;Roselle cells suspension;anthocyanin
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