全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 26(3)：334— 337 2006年 5月
天然胡萝 卜素开发利用状况和设想
王新超，杨亚军，陈 亮 ，姚明哲，赵丽萍
(中国农业科学院 茶叶研究所 农业部茶叶化学工程重点实验室，浙江 杭州 310008)
摘 要；近年来，胡萝 卜索的药理作用研究日益深入，大量研究表明胡萝 卜索是维生素A的重要来源，具有抗
氧化、抗癌、抗辐射、增强免疫力等生理和药用价值。不同植物种类之间和品种之间存在显著差异，通过育种
途径来提高植物中胡萝 卜索的含量是可行的。提出了开发利用高胡萝 卜紊含量植物一 茶树的设想。
关键词：胡萝 卜索i药理；育种；茶树；开发利用
中图分类号：Q945．49 文献标识码：A 文章编号：i000—3142(2006)03~0334-04
The exploitation and utilization 0f
natural carotenes in plants
WANG Xin—chao，YANG Yajun，CHEN Liang ，
YAO Ming-,zhe，ZHAO Li—ping
(Key Lab of Tea Chemical Engineering，Ministry of Agriculture．Tea Research Institute，
Chinese Academy of Agricultural Sciences，Hangzhou 310008。China)
Abstract：In recent years，studies on pharmac0l0gical functions of carotenes deepen increasingly．A great num—
ber of research results indicated that carotenes had some physiological and pharmac0l0 gical functions，such as
anti—oxidation，anti—cancer，anti—radiation，enhanced immunity etc．And carotenes，especially beta-carotene ．
were the important resource of vitamin A．The carotenes from different plant species and different varieties
were significantly different，and it was feasible to increase plant carotenes content through breeding．A tenta—
tire plan to utilize carotene-riched plant—tea plant was put forward．
Key words：carotenel pharmaco】0gical functioni breeding；tea plantl exploitation and utilization
植物胡萝卜索是镶嵌于叶绿体和有色体膜中的
脂溶性色素，具有共轭复烯烃类结构，依结构可以分
为口一、p一、7一胡萝 卜素等 160多种。它们是许多花、
果实及胡萝 卜根呈现黄色、橙红色至红色的原因。
不少胡萝 卜素具有 V 原和抗癌活性，因而是人和
动物食物中不可缺少的成分。胡萝卜素也是植物生
存所必不可少的。所有植物均能合成胡萝 卜素。对
其生物合成途径的研究近年来取得巨大进展，关键
基因先后得到克隆，并已初步实现通过基因工程调
控类胡萝卜素合成。有关胡萝 卜素的生物合成及其
调控徐昌杰等(2000)已有专文综述，本文侧重介绍
植物胡萝 卜素特别是 p一胡萝 卜素的生理和营养价值
以及开发利用高胡萝 卜素资源——茶树的设想。
I 胡萝卜素的生理功能与药用价值
1．1维生素 A的重要来源
V 是动物体必需的维生素，缺乏 v^ 会影响到
上皮细胞、眼、呼吸道、消化道、泌尿系统及生殖器官
的正常功能。动物体内无法合成 v^ ，必须通过饮食
收稿日期；2005-02·25 修回日期：2005 08—15
基金项目：浙江省分析测试基金项目资助(04027)[Analyzing and Measuring Foundation of Zhejiang Province(o4o27)]
作者简介：王新超(1975一)，男，安徽霍邱人，助理研究员，硕士，主要从事茶树资源育种与分子生物学研究
通讯作者(Author for corresp0ndence，E-mail：Liangehen@mail．tricaas．corn)
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3期 王新超等：天然胡萝 卜素开发利用状况和设想 335
来补充。其中除直接获得 V 外，将摄人体内的胡萝
卜素通过一定的途径转化为 V 是一条非常重要的
途径，特别是 p_胡萝 卜素，一分子可以转化为两分子
vA。据报道，全世界特别是发展中国家人体所需 VA
的60 ～70 来源于食物中的 胡萝 卜素(李全顺，
2002)。
1．2抗氧化作用
在人体正常的新陈代谢过程中或受到强烈的紫
外线照射后，会产生大量的自由基，对核酸、蛋白质、
细胞膜、细胞等产生损伤，导致细胞突变或死亡。胡
萝 卜素的抗氧化活性可以清除自由基，减轻自由基对
细胞造成的损害。如 Keaney等(1993)发现，摄人
胡萝 卜素可以增加血管组织中的抗氧化能力，维护血
管的扩张功能，缓解动脉粥样硬化症状。马爱国等
(1999)的结果认为 胡萝 卜素可以有效降低 H (]2
所致的DNA损伤。叶琳等(2003)发现 胡萝 卜素可
以降低烹调油烟所导致的肺脂质过氧化，保护肺泡巨
噬细胞膜免受损伤。
1．3抗癌作用
胡萝 卜素能够抑制癌细胞增殖，损伤癌细胞
DNA，调控癌细胞基因的表达，达到防癌抗癌的目的。
如Prakash等(2002)通过培养肺癌细胞株 NCI_l_I69
发现，添加20 gmol／L p_胡萝 卜素的处理可以比对照
显著降低NCI-H69增殖率。许彦枝等(2001)发现胡
萝 卜素能够逆转由 DMBA(二甲基苯并蒽)诱发的动
物口腔癌前病变。李忠等(2003)利用基因芯片技术，
比较了 胡萝 卜素处理前后乳腺癌细胞基因表达的
差异，筛选出21个差异表达基因，涉及细胞凋亡、细
胞信号转导、蛋白翻译合成、免疫等。说明 胡萝 卜
素可能通过诱导细胞凋亡、阻断细胞信号转导、蛋白
翻译合成等途径抑制癌细胞的增殖。 、
1．4增强免疫力
胡萝 卜素具有提高免疫力的功效。Michal等
(1994)认为，p一胡萝 卜素可通过增效机体内淋巴细
胞和巨噬细胞的功能来提高免疫力，降低病变发生
的几率。Dayid(1995)发现，每天 口服 p一胡萝 卜素
180 mg的 HIV感染病人的白细胞总数和T辅助细
胞数明显上升，灌胃天然p一胡萝 卜素丸的小白鼠，其
免疫器官胸腺脾的重量增加，单核巨噬细胞的吞噬
指数提高，使血浆溶血素抗体升高。Chew 等
(2000)比较了饲喂与不饲喂 p一胡萝 卜素的两组狗血
浆中的成分，发现 p一胡萝 卜素可提高血浆中IgG的
含量，增强免疫力。
1．5抗辐射作用
胡萝 卜素的抗辐射作用机制主要表现在能够淬
灭由射线诱发产生的自由基，修复射线对细胞的损
伤。Umegaki等(1997)研究表明，饲喂胡萝 卜素可
以通过它的抗氧化活性和／或 V 活性来阻止 X一射
线引起的损伤。张世平等(2000)认为，p一胡萝 卜素
能直接抑制和淬灭由射线所引起的活性单线态氧，
阻断过氧化应激状态，促进 SOD、H：O：酶的释放，
减轻辐射所引起的不适。
2 通过育种途径提高植物体胡萝
卜素含量的可能性
2．1不同植物胡萝 卜素的含量差异
胡萝 卜素广泛分布于各种植物中，但不同品种
植物的含量存在显著差异。在深色泽植物中含量较
多，而在粮食作物中含量较少。表 1列出几种常见
植物胡萝 卜素的含量。由表 1看出，大部分植物的
胡萝卜素含量都较低，即使胡萝 卜也不例外，作为人
类日常食用的粮食作物含量更低。据统计，在亚洲、
非洲、拉丁美洲等发展中国家以水稻、小麦和玉米为
主食的国家，每年有几百万人患有维生素 A缺乏
症，导致失明、免疫力下降和早衰 (WHO，1996)。
正因为胡萝 卜素有上述的功能，为了补充胡萝 卜素
摄人量不足，开发胡萝 卜素类的保健品和药品成为
一 个热点。胡萝 卜素的获得有 3个渠道，一是化学
合成，二是生物合成，三是从植物中提取。有研究指
出，化学合成的胡萝 卜素摄人量大时，会产生较大的
毒副作用，而天然胡萝 卜素则不会或毒性较小。所
以从开发药品和保健品的角度出发，获得天然胡萝
卜素是理想途径(苏毅等，2OO1)。生物合成法是通
过微生物的培养，利用微生物在其体内合成胡萝 卜
素，然后从微生物体内分离得到胡萝 卜素的方法。
目前主要是利用杜氏盐藻富集胡萝 卜素的特性来生
物合成提取胡萝 卜素。但杜氏盐藻对生活环境条件
的要求较高，只能局限在特定地区。螺旋藻中胡萝
卜素含量虽然较高(6．75 mg／g)，但其培养成本也
较高，全世界总产量 4 000 t左右，所以限制了这一
方法的推广利用，其他微生物发酵技术尚处于探索
阶段(施跃峰，2000；杨雪莲等，2004)。通过从高等
植物中提取天然胡萝 卜索正成为规模化生产胡萝 卜
素的一种最佳选择。利用植物资源提取天然胡萝 卜
素的研究尚处于起步阶段，又因高含量的资源较稀
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少，所以目前还没有大规模应用。但这是一个重要
的发展方向(马文平等，2002)。
表 1几种植物的 胡萝 卜素含量比较(单位：mg／kg干重)
Table 1 Beta—carotene content in some plant species
植物种类 胡萝 素含量
Plant species 口_carotene content
枸杞 Medlar(李忠等，1999)
苜蓿 Clover(丁毅等，2001)
茶叶 Tea(陈宗懋 ，2000)
番茄 Tomato(王强等 ，1997)
辣椒 Hot pepper(吴明光等，1993)
山药 Yam(张兵等，1996)
胡萝 卜Carrot(耿三省等，1996)
甘薯 Sweet potato(张立明等，2003)
南瓜Squash(吴增茹等，1998)
玉米Maize(吉宏武等，1998)
小麦Wheat(Graham等，2000)
水稻 Rice(Graham等，2000)
2．2提高植物胡萝 卜素含量的途径
从表 1看到，各种植物的胡萝 卜素的含量比较
低。如何提高植物的胡萝 卜素含量?通常有两种方
法：
2．2．1转基因技术 将控制胡萝 卜素合成的基因转
入植物体内，培育转基因植物。通过农杆菌介导法
将控制胡萝卜素合成途径的基因转入水稻，已培育
出富含胡萝 卜素的转基因水稻(gold—rice)，其胡萝
卜素含量是普通稻米的 3～4倍(Ye等，2000；Hoa
等，2003)。Romer等(2000)对转基因番茄的研究
发现，虽然类胡萝 卜素总量没有变化，但 p一胡萝 卜素
含量提高了 3倍。D’Ambrosio等(2004)研究表
明，转基因番茄到第三代后，其类胡萝 卜素总量和p一
胡萝 卜素含量都大幅度提高，特别是 p一胡萝 卜素的
含量提高显著，比对照提高 24～47倍以上，且这一
性状可稳定遗传。虽然转基因技术为提高胡萝 卜素
含量打开了一扇方便之门，但还处于探索阶段，离实
用还有一段距离。
2．2．2常规育种技术 已有的研究认为，胡萝 卜素
的含量是可遗传的数量性状。如对胡萝 卜的研究认
为其胡萝 卜素含量性状由3个主基因和许多微效基
因控制，番茄的胡萝 卜素含量由超过 2O个的基因控
制，而玉米上发现一个与胡萝 卜素含量有关的主效
基因为不完全显性，控制黄色位点 (Graham等，
2000)。汪炳良等(I993)对番茄果实的胡萝 卜素含
量进行的配合力分析表明，各基因型间胡萝 b素含
量存在明显差异，双亲的一般配合力效应值和组合
的特殊配合力效应值与杂交后代的表现型密切相
关。Iglesias等(1997)对 632份木薯种质的胡萝 卜
素含量进行测定的结果发现，不同类型种质问差别
显著。对胡萝 卜索含量的遗传学研究表明，木薯中
的两个基因对其胡萝 卜素含量的作用很大，y 完全
显性，控制着胡萝 卜素向根部的运输，y2为部分显
性，控制根部胡萝 卜素的积累，且 y 对 y 具有上
位性，还有其它的一些微效基因参与调控。谢一芝
等(1998)认为，甘薯基因型间的胡萝 卜素含量差异
可达 0～25 mg／lOOg鲜薯，且该性状遗传力高，后
代有超亲现象，使高胡萝 卜素含量品种选育成为可
能。Wong等(2004)在玉米上发现与控制玉米子粒
类胡萝 卜素积累的 2个候选基因yellow1和 vivip—
arous 9紧密连锁的 QTL标记，可以为玉米类胡萝
卜素含量的遗传改良提供有效的分子辅助选择手
段。以上研究表明，利用育种方法是可以提高植物
胡萝 』、索含量的。目前，由国际热带农业研究中心
(CIAT)与国际食物政策研究所 (IFPRI)组织的
Harvest Plus Program正在发展中国家开展提高粮
食作物微量营养元素含量的研究计划，其中一个重
要的内容就是通过育种等手段提高粮食作物的p一胡
萝 卜素含量，以补充人们 V 摄人量的不足。
3 开发利用高胡萝 卜素茶树资源
的设想
茶树上的胡萝 卜素主要分布于叶片中，主要包
括 一、p一、7-胡萝 卜素、p一玉米胡萝 卜素及它们的氧化
物。1965年首次从茶树新梢中分离鉴定出胡萝 卜
素各种组分，在茶叶中一般含量为 0．06 9，6，成熟叶
比嫩叶含量多，其中，主要组分 p一胡萝 卜素约占总量
的8O 。茶变种(Camellia sinensis var．sinensis)胡
萝 卜索含量为阿萨姆变种(C．sinensis var．asami—
ca)的2～3倍，但阿萨姆变种具有较高的 p一玉米胡
萝 卜素。胡萝 卜素类作为茶叶脂溶性色素的主要组
成成分，在茶叶叶底色泽和外形色泽中起重要作用。
在茶nfN造过程中，尤其是红茶制造中，胡萝 卜素类
色素大量氧化降解形成紫罗酮系列化合物，如 一、p_
紫罗酮等。对红茶香气的形成起重要作用(陈宗懋，
2000)。
与其他植物相比较而言，茶叶(特别是绿茶)中
的胡萝 b素含量很高，特别是高生物活性的 p一胡萝
b素含量很高，是一种有极大开发利用价值的胡萝
卜素提取资源(表 1)。遗憾的是，有关茶叶生物活
． O O 5 O 2 O O O 瑚鲫∞加 0铭∞ ∞ “Un钆 L
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3期 王新超等：天然胡萝 卜素开发利用状况和设想 337
性物质的研究利用多集中于茶多酚类物质，而忽略
了胡萝 卜素类物质的研究和开发利用。但就上面所
提及的研究看，开发茶叶的胡萝 卜素大有可为：一是
我国的茶园面积大(世界第一)，绿茶产量高，大宗茶
总量比重大，价格便宜，原料成本低；二是可以利用
夏秋季的粗老叶和修剪叶为原料，因为老叶中的胡
萝 卜素含量比嫩叶中的高 我国作为茶树的原产
地，拥有世界上最丰富的种质资源。对这些资源进
行深入研究，必定能发掘出高胡萝 卜素含量的资源，
供工业化提取胡萝 卜素利用。当前，主要工作目标
一 是从现有资源中筛选高胡萝 卜素种质，二是将选
育高胡萝 卜素品种和选育高茶多酚、高咖啡碱、高茶
氨酸新品种结合起来。因为这些功能性成分已实现
了工业化的提取生产，可以综合利用。目前，我们实
验室正在进行第一个方面的研究工作。
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3期 唐凤鸾等：红根草的组织培养与快速繁殖研究 285
在对红根草继代培养过程中我们发现，继代培
养与初代培养所需的 BA浓度大不相同，初代为
0．8～1．6 mg／L，继代培养仅需 0．2 mg／L，若再升
高则易出现玻璃化。此结果与黄炼栋等(1998)的研
究结果有较大差异。在我们的实验中，玻璃化程度
随BA浓度变化的现象与有关玻璃苗问题的研究结
论相符合，即细胞激动素的过剩是玻璃苗发生的最
初胁迫因子，及培养基中 BA浓度与玻璃化成正相
关(曹孜义等，2002)。因此红根草继代培养的 BA
浓度不能过高，以0．2 mg／L为佳，为了保证培养材
料的质量，在继代培养中可以 MS和 MS十BA 0．2
mg／L十NAA 0．02 mg／L两种培养基交替使用。
本试验通过系统研究已建立起了一套完整的红
根草组培快繁技术，这对今后的工厂化育苗及对有
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