全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2003 , 30 (5) : 545～548
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2003 - 04 - 07 ; 修回日期 : 2003 - 07 - 25
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30070525) ; 北京市科技新星项目 (9558101400)3 现在浙江大学农业与生物技术学院园艺系 , 杭州 310029。
培养基对胡萝卜悬浮系茄红素合成代谢活性的影响
梁　燕1 　陈大明2 3 　王　鸣1 　陈　杭2
(1 西北农林科技大学园艺学院 , 杨凌 712100 ;　2 北京市农林科学院蔬菜研究中心 , 北京 100089)
摘 　要 : 以胡萝卜品种‘新透心红’稳定的细胞悬浮系为材料 , 研究了基本培养基、蔗糖浓度和 PO3 -4
浓度对其茄红素合成代谢活性的影响。结果表明 , 在 B5 、MG5 、ER 和 White 培养基中 , MG5 培养基最适宜
于茄红素合成代谢 , 细胞中茄红素含量显著高于其它培养基。以 MG5 为基本培养基 , 在 7 个蔗糖浓度处理
中 , 10010～12010 g·L - 1范围内 , 细胞中茄红素含量极显著高于其它处理 , 茄红素合成代谢活性最高 ; 在 13
个 PO3 -4 浓度处理中 , 3010～5010 mmol·L - 1范围内 , 细胞中茄红素含量极显著高于其它处理 , 茄红素合成
效果最佳。
关键词 : 胡萝卜 ; 培养基 ; 蔗糖浓度 ; PO3 -4 浓度 ; 茄红素合成 ; 悬浮系
中图分类号 : S 63112 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2003) 0520545204
茄红素是由 8 个异戊二烯单位组成的具有线性对称结构的脂溶性萜类化合物 , 具有极强的抗氧化
活性 , 对人类一些重要疾病以及癌症有显著的预防和治疗效果〔1〕。然而 , 天然的茄红素源很有限 , 如
何实现茄红素生产的规模化和工厂化就显得尤为迫切。
凡是植物细胞在离体条件下能够积累的次生物质都可以通过离体培养来生产 , 而且这种生产途径
是经济可行的〔2〕, 培养基体系对离体细胞次生物质的代谢活性和产量具有显著的影响〔3～9〕。胡萝卜细
胞作为生物反应器进行花青苷、醌类物质的合成与生产已有研究报道〔3～5〕。本试验以胡萝卜为材料 ,
研究了培养基、蔗糖浓度和 PO3 -4 浓度对离体细胞茄红素合成代谢活性的影响 , 以期筛选出适宜茄红
素合成的培养基体系。
1 　材料与方法
111 　细胞系的建立与保存
胡萝卜 ( Daucus carota L. ) 试材‘新透心红’是陕西省选育的新品种 , 经北京市农林科学院蔬菜
研究中心测定 , 其肉质根茄红素含量较高。
种子去毛 , 1 % AgNO3 消毒 30 min , 无菌水冲洗 3～4 次 , 无菌滤纸吸干种子表面水分 , 1/ 2 MS
固体培养基 , 26 ℃, 暗培养 7 d 后 , 将无菌幼苗的下胚轴切成 1 cm 左右的小段 , 于含有 1 mg·L - 1
NAA 和 015 mg·L - 1 BA 的B5 固体培养基上诱导形成愈伤组织 , 将愈伤组织切成小块于含有MS 大量元
素、B5 微量元素和 012 mg·L - 1 2 ,42D 的液体培养基中 , 25 ℃, 100～120 r/ min , 黑暗条件下悬浮培养 ,
每 2 周继代 1 次 , 连续培养 1 年 , 得到稳定的细胞系。稳定细胞系形成后保存在含有 MS 大量元素、
B5 微量元素、2 mg·L - 1 2 ,42D、011 mg·L - 1 KT和 30 g·L - 1蔗糖液体培养基中 , 同样条件下培养 , 每 2
周继代 1 次。
112 　试验设置与培养条件
从常用于次生物质合成的 7 种培养基MS、B5、MG5、M9、LS、ER、White 中筛选出 B5、MG5、ER
和 White 进行基本培养基的筛选。以筛选出的培养基作为基本培养基 , 分别进行蔗糖浓度 7 个处理 ,
包括 0、3010、5010、8010、10010、12010 和 14010 g·L - 1 ; PO3 -4 浓度 13 个处理 , 包括 0、1125、310、
510、810、1010、1210、1610、2010、3010、5010、8010 和 10010 mmol ·L - 1。培养基、蔗糖浓度和
PO3 -4 浓度试验中每个处理 3 次重复 , 每重复为 1 个培养瓶 (250 mL) , 工作体积为 100 mL。
为了使细胞充分生长并奠定次生代谢的物质与能量基础 , 在进行试验处理之前 , 首先将细胞从保
存培养基中转入生长培养基 (MS 大量元素、B5 微量元素、2 ,42D 011 mg·L - 1和蔗糖 30 g·L - 1) 中 ,
同样条件下培养〔9〕。离心法收集生长培养基中培养 2 周的细胞 , 用相应处理的培养基冲洗细胞以去除
残留的生长培养基 , 离心弃去上清液 , 用处理培养基重悬细胞后接种 , 每瓶接种量为 10 mL , 接种后
的培养瓶于黑暗条件下 , 25 ℃, 120 r/ min 进行震荡培养。
113 　茄红素含量的测定
不同处理培养 2 周后 , 用 Whatman No14 滤纸通过布氏漏斗真空抽滤 20～30 min 至无液滴滴下 ,
获得细胞鲜样 , 每个处理随机取 3 个平行的鲜样样品。丙酮提取直接比色法测定茄红素含量〔10〕。每
个样品 1 mg , 加入 1 mL 丙酮用石英砂破碎细胞 , 暗中提取 1 h , 室温避光震荡提取 30 min , 离心 , 直
接取 1 mL 上清液 , 以丙酮为对照 , U2340 Spectrophotometer HITACHI (Japan) 测定在 470 nm 处的光吸
收值。胡萝卜新鲜肉质根中茄红素的提取按文献 〔10〕进行 , 茄红素分析和测定体系与细胞样品相
同。茄红素含量用 3 个样品在 470 nm 处光吸收值的平均值表示 (A470) 。
采用LSD 法对不同处理单位鲜样质量细胞的茄红素含量 (A470) 进行差异显著性分析 , 根据差异
显著性分析结果筛选出适宜茄红素合成的处理。
2 　结果与分析
211 　基本培养基的影响
茄红素合成代谢活性通过单位鲜样质量细胞
的茄红素含量来反映 , 茄红素含量用在 470 nm
处的光吸收值 (A470) 表示。‘新透心红’细胞
系在 B5、MG5、ER、White 中光吸收值 (表 1)
由高到低的次序为 MG5、ER、B5、White , 说明
在MG5 中细胞的茄红素含量最高 , 茄红素合成
代谢活性最强 , 在 White 中细胞的茄红素含量最
低 , 茄红素合成代谢活性最弱。
212 　蔗糖浓度的影响
以 MG5 为基本培养基 , 不同蔗糖浓度条件
下细胞光吸收值变化见表 1。当蔗糖浓度在 0～
120 g·L - 1范围内变化时 , 随着浓度增加代谢活
性增强 , 浓度达到 120 g·L - 1时光吸收值最高 ,
浓度高于 120 g·L - 1 , 细胞光吸收值急剧下降。0
～120 g·L - 1浓度范围内细胞光吸收值差异显着
性分析 (表 1) 表明 , 浓度在 100～120 g·L - 1之
间 , 细胞光吸收值最高 , 极显著地高于其它处
理。浓度在 0～30 g·L - 1时 , 光吸收值最低 , 极
显著地低于其它处理。说明 , 蔗糖浓度在 0～
120 g·L - 1范围内 , 蔗糖浓度增加使得胡萝卜细
胞茄红素合成代谢活性增强 , 细胞中茄红素含量
表 1 　不同处理胡萝卜悬浮细胞光吸收值差异显著性分析
Table 1 　Significant difference analysis on the light absorption value
of carrot suspension cells under different treatments (WL = 470 nm)
处理 Treatments 平均数 Means (A470)
培养基 Media MG5 014581 aA
ER 014328 bA
B5 014215 bA
White 011941 cB
蔗糖 Sucrose 120 014962 aA
(g·L - 1) 100 014501 aA
140 014001 abAB
80 013518 bB
50 013302 bB
30 012440 cC
0 011995 cC
PO3 -4 5010 015468 aA
(mmol·L - 1) 3010 014929 bAB
2010 014631 bcBC
1610 014363 cBC
1210 014230 cC
1010 013489 dD
810 013260 deDE
8010 013153 deDEF
510 012917 efDEF
310 012726 fgEFG
010 012428 ghFG
1125 012155 hG
对照 Control 新鲜肉质根 Fresh root 011895
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增加。
213 　PO3 -4 浓度的影响
以 MG5 为基本培养基 , 不同 PO3 -4 浓度下‘新透心红’细胞光吸收值变化见表 1。表 1 的结果表
明 , PO3 -4 对胡萝卜悬浮细胞茄红素合成代谢具有显著的促进作用。在 0～50 mmol·L - 1范围内 , 随着
PO3 -4 浓度的增加 , 悬浮细胞光吸收值增大 , 茄红素含量增加 , 浓度为 50 mmol·L - 1时 , 达到最大值。
PO3 -4 浓度高于 50 mmol·L - 1对茄红素合成代谢表现出明显的抑制作用 , 光吸收值急剧下降。0～
50 mmol·L - 1范围内 , 光吸收值差异显著性分析结果 (表 1) , 50 mmol·L - 1与 30 mmol·L - 1处理之间悬
浮细胞光吸收值在 5 %水平上有差异 , 在 1 %水平上无差异 , 极显著地高于其它处理。0 , 1125 ,
3 mmol·L - 1处理之间在 1 %水平上无差异 , 光吸收值最低。说明 30～50 mmol·L - 1浓度范围内 , 细胞中
茄红素含量高 , 茄红素合成代谢活性最强 , 而 0～3 mmol·L - 1范围内 , 细胞中茄红素含量低 , 茄红素
合成代谢活性最弱。
3 　讨论
本试验结果表明 , 培养基因子对胡萝卜悬浮细胞茄红素合成代谢活性有极显著影响。MG5 作为基
本培养基 , 蔗糖浓度在 100～120 g·L - 1 , PO3 -4 浓度在 30～50 mmol·L - 1有利于胡萝卜悬浮细胞茄红素
的合成与积累 , 在此培养体系中 , 胡萝卜悬浮细胞中茄红素含量 (A470 = 015821) 高于其它处理 , 茄
红素合成代谢活性显著提高。
蔗糖作为重要的 C源和能源 , 对植物离体细胞次生物质 (莽草酸、花青苷 , 胡萝卜素、蒽醌等)
合成代谢的影响趋势相同 , 即浓度增加有利于次生物质的合成与积累 , 只是不同目的产物的适宜浓度
不同〔3～5 ,8 ,9〕。而 PO3 -4 对不同代谢物质的影响不同 , 利用植物细胞进行人参皂素合成时 , PO3 -4 浓度
从 0142 mmol·L - 1增加到 1125 mmol·L - 1 , 人参皂素含量极显著地提高〔6〕, 而进行花青素苷合成时 , 降
低 PO3 -4 浓度有利于细胞花青素苷的积累〔7〕。本项研究的结果与其对人参皂素合成的影响趋势一致。
细胞悬浮培养是次生物质生产的一条有效途径〔2〕, 本试验再次证明了这一点。同时 , 培养基体系
的优化也是一个复杂的过程 , 本试验报道了关于茄红素培养基体系的筛选结果 , 为进一步深入研究提
供了思路和方法。
参考文献 :
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7455 期 　　　　　　　　　　梁 　燕等 : 培养基对胡萝卜悬浮系茄红素合成代谢活性的影响 　　　　　　　　　　
Effects of Culture Medium Factors on Lycopene Synthesis in Carrot Suspension
Cells
Liang Yan1 , Chen Daming2 3 , Wang Ming1 , and Chen Hang2
(1 Northwest Sci2Tech University of Agriculture and Forestry , Yangling 712100 , China ;　2 Beijing Vegetable Research Center , Beijing
100081 , China)
Abstract : Taking a constant cell suspension system of carrot ( Daucus carota L. ) variety 2Xin Touxinhong as
material , the effects of basic medium , sucrose and PO3 -4 concentrations on lycopene synthesis activity of carrot
suspension cells were studied by measurement and significant analysis on lycopene content of fresh cells per unit
weight (in terms of light absorption values at 470 nm) among different treatments. The results showed that the
lycopene content in carrot suspension cells under MG5 medium was significantly higher than those under the other
media , MG5 was the most favorable basic medium for lycopene synthesis of carrot cells among MG5 , ER , B5 and
White ; on the basis of MG5 medium , the lycopene contents under 10010 - 12010 g·L - 1 of sucrose concentration
among 7 treatments and 3010 - 5010 mmol·L - 1 of PO3 -4 concentration among 13 treatments were very significantly
higher than those of the other corresponding treatments , and better for lycopene synthesis of carrot cells.
Key words : Daucus carota L. ; Sucrose concentration ; PO3 -4 concentration ; Lycopene synthesis ; Cell
suspension system
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