全 文 ：金丝桃属植物细胞培养研究进展
徐庆华 1 ,李绍铭 2 ,胡宝忠 3＊ 　(1.东北农业大学成栋学院 , 黑龙江哈尔滨 150030;2.哈尔滨仁皇药业有限公司 , 黑龙江哈尔滨
150050;3.东北农业大学生命科学学院 ,黑龙江哈尔滨 150030)
摘要　金丝桃属(HypericumL.)植物是重要的药用植物 ,富含天然药用成分 , 在民间广泛用于抗抑郁症、抗病毒、抗癌等治疗。利用植
物细胞培养技术生产金丝桃属植物富含的具有重要经济价值的次级代谢产物是一条中药资源可持续发展的新途径和新方法。综述了
国内外金丝桃属植物细胞培养条件优化的研究现状和细胞培养生产次级代谢产物的研究进展 ,并提出未来研究的方向和多方位开发的
应用前景。
关键词　金丝桃属;细胞悬浮培养;次级代谢产物
中图分类号　Q949.95　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2010)15-07758-03
ResearchProgressofCelSuspendedCultureinHypericumL.
XUQing-huaetal　(ChengdongColegeofNortheastAgricultureUniversity, Harbin, Heilongjiang150030)
Abstract　HypericumL.isakindofsignificantmedicalplant, andcontainsseveralnaturalmedicalingredients.Incivilian, thisherbis
broadlyusedtoinhibitpression, virusandcancers, etal..Utilizingthecellsuspendedculturetechniquetoyieldthesecondarymetabolicpro-
ductionisanewwayandmethodtoproduceandgetthenaturalmedicalingredientsfromHypericumL., whichhastheimportanteconomicval-
ue.TheresearchprogressofHypericumL.celsuspendedcultureathomeandabroadandthesecondarymetabolicproductionofHypericumL.
weresummarized, thedirectionoffutureresearchandtheperspectiveofmulti-aspectsexploitationwerementioned.
Keywords　 HypericumL.;Celsuspendedculture;Secondarymetabolicproducts
基金项目　黑龙江省教育厅自然科学指导项目(11544057);高等学校
博士点专项科研基金项目(200802240008)。
作者简介　徐庆华(1976-),女 ,河南开封人 ,在读博士 ,讲师 ,从事分
子生物学与植物生理学的教学和科研工作。 ＊通讯作者 ,
博士生导师 ,教授。
收稿日期　 2010-02-24
　　金丝桃属(HypericumL.)植物在我国约有 55种 8亚种 ,
其中约有 30%的种类在民间用于治疗多种疾病 ,具有抗抑
郁 、抑制中枢神经 、增强免疫功能和显著的抗 DNA、RNA病
毒的作用 ,从而引起人们广泛重视 [ 1] 。我国金丝桃属植物的
分布主要集中在西南地区 ,以云南省种类最多 ,黑龙江省共
有 3种:长柱金丝桃(H.ascyronL.)、短柱金丝桃(H.gebleri
ledeb.)和乌腺金丝桃(H.atenuatumChoisy)[ 2] 。近年来 ,随
着人们对金丝桃属植物天然药用成分的需求不断增加 ,国内
外有关金丝桃属植物细胞培养生产目的次生代谢产物的研
究也逐渐增多 。利用植物细胞培养技术工业化生产具有重
要经济价值的天然植物次生代谢产物为中药的可持续发展
提供了一条新的途径。为了提高金丝桃属植物细胞悬浮培
养中目标产物的产率和生产稳定性 ,筛选高表达细胞株 、优
化细胞培养条件和工艺是关键因素 ,也是研究的重点。为
此 ,笔者通过文献调研 ,综述了国内外金丝桃属植物细胞培
养条件优化的研究现状和细胞培养生产次级代谢产物的研
究进展 ,并提出未来研究的方向和多方位开发的应用前景。
1　金丝桃属植物细胞培养条件的优化
植物细胞培养过程中物理因素和化学因素的优化控制
对于目标次生代谢产物的合成具有很大的影响和十分重要
的意义。
1.1　物理因素的优化　影响植物细胞培养的物理因素主
要包括温度 、光照 、电场 、磁场电磁辐射 、机械力以及超声波
等 。进行细胞培养的条件通常为:(25±2)℃下暗培养后转
入光照培养箱中诱导愈伤组织 ,继代培养几次后选取生长旺
盛 、疏松的愈伤组织 ,转接到 MS或 B5液体复合培养基上
(添加相应植物激素或诱导子等),在转速 90 ～ 120 r/min、
(25±2)℃下黑暗振荡培养 ,每 10 ～ 15 d按 (0.5 ～ 3.0)
g/(15 ～ 20)ml新鲜培养液的接种量转接 1次 ,悬浮细胞经
过 5 ～ 10次或更多的继代培养 ,会具有稳定的形态特征和生
长速率 [ 3-5] 。
1.2　化学因素的优化　影响植物细胞培养的化学因素主
要包括培养基组成 、溶氧和添加物等 ,它们能在很大程度上
促进细胞的生长以及次生代谢产物的合成。
Cardoso等初步探索了 H.brasiliase的细胞悬浮培养 ,确
定其最佳愈伤组织诱导培养基为含有 2, 4-D(1.0 ～ 2.0
mg/L)的 MS或 B5培养基 , MS和 B5的诱导效果相同 ,并在
此基础上对其进行悬浮培养 ,以期诱导产生次级代谢产
物 [ 3] 。谷贵章等在进行金丝桃(H.chinenseL.)细胞悬浮培
养中发现 , 3%蔗糖浓度条件下细胞干重及细胞悬浮培养中
黄酮类物质产量最高 [ 4] 。张楠等研究发现 ,元宝草 (H.
sampsoniHance)悬浮细胞在整个培养过程中 ,蔗糖的利用率
和细胞的生长与金丝桃素(hypericin)类物质代谢有着密切
关系 [ 5] 。许明淑等的研究结果表明 ,当硝态类氮和铵态类氮
的比例为 3∶1时 ,贯叶金丝桃(H.perforatum)悬浮培养的细
胞生长量提高至 1.6倍 ,金丝桃素的合成量也略有提高;加
入甘露醇(0.1 ～ 0.2 mol/L时)金丝桃素的合成量有很大的
提高;加入 PVPP和 PVP等防褐化的物质能促进贯叶金丝桃
细胞的生长 [ 6] 。徐茂军等以硝普钠(Sodiumnitroprusside,
SNP)为一氧化氮(NO)的供体 ,研究外源 NO对金丝桃悬浮
细胞生长及金丝桃素生物合成的影响时发现 ,低浓度 SNP有
利于悬浮细胞生长 ,高浓度 SNP可促进金丝桃素的合成 ,由
此推测 , NO可能通过触发金丝桃悬浮细胞的防卫反应 ,激活
了细胞中金丝桃素的生物合成途径 [ 7] 。 Charchoglyan等研究
表明 ,在贯叶金丝桃愈伤组织诱导丛生芽的复合培养基中 ,
BAP和 NAA的浓度正向调节体外培养的贯叶金丝桃组织中
次级代谢产物的产量;增加 BAP的浓度会增加贯叶金丝桃
素含量 ,增加 NAA的浓度会增加开环贯叶金丝桃素含量 [ 8] 。
Shilpashree等在进行 H.mysorense的无性繁殖研究中发现 ,
责任编辑　章炼红　责任校对　卢瑶安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2010, 38(15):7758-7760
DOI :10.13989/j.cnki .0517-6611.2010.15.120
植物激素(BA和 IAA)不仅促进了植物的再生 ,而且还增加
黄酮类物质的产出 [ 9] 。经 HPLC分析鉴定 , Franklin等研究
的贯叶金丝桃的细胞悬浮培养物中总咕吨酮物质含量比原
植株增加 12倍 [ 10] 。 irak等研究发现 ,同时添加 BA和 2, 4-
D的 MS复合培养基能直接增加 H.bupleuroidesgris组培中
诱导的不定芽数 [ 11] 。
在细胞悬浮培养体系中添加诱导子 ,如真菌 、茉莉酸甲
酯或重金属等会大大增加次生代生物的产量。添加诱导子
的研究越来越引起人们的重视 ,它可以通过改变次生代谢途
径中催化酶的酶活力或活化次生代谢途径中的特定酶基因 ,
诱导新酶的形成 ,改变次生代谢途径通量和反应速率 ,从而
提高次生代谢产物的产量 ,为植物次生代谢调控提供了新的
手段 [ 12] 。
2　金丝桃属植物细胞培养生产次级代谢产物
金丝桃属植物次级代谢产物有苯并二蒽酮类 、间苯三酚
类 、黄酮类 、苯丙酸(酚酸)及香豆素类化合物和挥发油等成
分 ,具有抗抑郁 、抗肿瘤 、抗病毒 、镇痛 、抗菌 、消炎等作用 [ 1] 。
2.1　苯并二蒽酮类　苯并二蒽酮类物质主要包括金丝桃
素(hypericin)、伪金丝桃素(pseudohypericin)、原金丝桃素
(protohypericin)、环伪金丝桃素(cyclopseudohypericin)等 ,其
中金丝桃素是抗抑郁作用的主要活性成分 [ 13] ,因此提高细
胞培养物中金丝桃素的产量日渐成为当前研究的热点 。研
究最多的是贯叶金丝桃的细胞悬浮培养 ,并且生产的金丝桃
素已经市场化。 Kartnig在来源于 18个产地的 H.perfora-
tum、6个产地的 H.maculatum,还有 H.tomentosum、H.bith-
ynicum、H.glandulosum和 H.balearicum的细胞培养物种中
分离出金丝桃素和伪金丝桃素成分 ,对其的研究表明 ,各物
种间含量差别很大;通常伪金丝桃素的含量明显高于金丝桃
素 [ 14] 。宋馨等在贯叶金丝桃(H.perforatum)细胞悬浮培养
和愈伤组织中诱导出金丝桃素药用成分 [ 15] 。张楠等在元宝
草(HypericumsampsoniHance)悬浮细胞培养物种中分离出
金丝桃素类物质:金丝桃素和假金丝桃素 [ 5] 。
2.2　间苯三酚类　间苯三酚类物质主要包括贯叶金丝桃
素 、伪贯叶金丝桃素等。Armen等鉴定在贯叶金丝桃愈伤组
织诱导的丛生芽中 ,贯叶金丝桃素和开环贯叶金丝桃素
(secohyperforin)产量最高。
2.3　黄酮类化合物　黄酮类化合物主要有咕吨酮(xan-
thone)、金丝桃甙 (hyperin)、槲皮素 (quercetin)、槲皮甙
(quercitrin)和芦丁(rutin)等。槲皮素及其衍生物是植物界
分布最广的一种黄酮类化合物 ,具有多种抗病毒活性 [ 16] 。
谷贵章等通过优化激素组成 、激素浓度 、pH值 、蔗糖浓
度 、培养温度 、摇床转速 、接种量等金丝桃(Hypericumchinense
L.)细胞悬浮培养条件 ,提高了黄酮类化合物的产量并获得
了稳定 、可靠 、可工业化生产黄酮类化合物的种细胞 [ 4] 。
Ishisuro等研究发现 ,金丝梅(H.patulum)细胞悬浮培养
产生的愈伤组织中含有 3种新的咕吨酮(Xanthone)类物质:
paxanthone, toxyloxanthone和 mangostin[ 17-18] 。 Franklin等研
究贯叶金丝桃悬浮培养时发现了 4种新合成的咕吨酮类物
质:1, 3, 6, 7-四羟基-8-异戊二烯基咕吨酮(1, 3, 6, 7-tetra-
hydroxy-8-prenylxanthone)、1, 3, 6, 7-四羟基-2-异戊二烯基咕
吨酮(1, 3, 6, 7-tetrahydroxy-2-prenylxanthone)、1, 3, 7-三羧基-
6-甲氧基-8-异戊二烯基咕吨酮(1, 3, 7-trihydroxy-6-methoxy-8-
prenylxanthone)和 paxanthone[ 10] 。这 4种咕吨酮既能作为抗
氧化剂保护植物细胞免于氧化性损伤 ,又能作为植物抗毒素
抑制病原菌生长。咕吨酮类物质具有抗结核 、抗病毒 、抗抑
郁及强心等作用 ,是目前该领域研究的新热点 。
此外 , Bernardi等在巴西特有种 H.polyanthemumKlotzsch
exReichardt的组培研究中分离到 3种苯并吡喃(benzopyra)类
物 质: 6-isobutyryl-5, 7-dimethoxy-2, 2-dimethyl-benzopyran
(HP1)、7-hydroxy-6-isobutyryl-5-methoxy-2, 2-dimethyl-benzopyr-
an(HP2)和 5-hydroxy-6- isobutyryl-7-methoxy-2, 2-dimethyl-
benzopyran(HP3),以组培苗叶片中 HP1含量最高 ,而 HP3只
存在于根中 [ 19] 。这类物质在贯叶金丝桃中也曾被发现 [20] 。
Pinhati等在 Hypericumternum离体培养的组织中鉴定出多种
酚类物质:金丝桃甙(hyperoside)、绿原酸(chlorogenicacid)、槲
皮素(quercitrin)、番石榴苷(guaijaverin)、异槲皮苷(isoquer-
citrin)和湿生金丝桃素 B(uliginosinB)[ 21] 。
宋馨等在贯叶金丝桃细胞悬浮培养或愈伤组织诱导中
发现 ,金丝桃素的合成并不依赖于成熟植株黑色腺点的分泌
结构 ,是特定的培养环境起到了十分重要的作用 [ 15] 。由此
可见 ,成熟植株个体发育和体外培养的细胞内 ,合成次生代
谢产物的途径和地点均有不同。在进行细胞培养物次级代
谢产物鉴定中 ,越来越多的科学家选用简便 、准确而重复性
好的 HPLC技术 ,并通过研究证实该技术是控制工厂化生产
金丝桃药材细胞质量的有效方法。
3　应用前景
我国药用植物资源众多 ,但在长期的开发与利用过程
中 ,不少学者忽视了对野生种质资源可持续利用的研究 ,致
使许多种类由丰富变为稀少 ,甚至到了濒危的程度 [ 22] 。开
展药用植物细胞悬浮培养的研究 ,不仅可以实现工厂化提取
和生产药用植物天然药用成分 、生物开发利用天然次生代谢
产物 ,而且还能够保护野生自然资源 ,实现药用植物资源的
可持续利用和生态环境的保护。目前 ,世界上众多的研究集
中在优化细胞培养环境 、改变细胞特性 、提高目标产物的产
率并保证其生产的稳定性上 [ 23] 。
金丝桃属植物是药用植物 ,又是具有特殊用途的经济植
物。例如长柱金丝桃株态清丽别致 ,花冠状似桃花 ,观赏价
值高 ,是很好的园林绿化观赏植物 。建立长柱金丝桃的无性
快繁体系 ,可以批量 、快速地培育长柱金丝桃组培苗 ,用于布
置花坛和花境以及制作切花等。建立金丝桃属植物细胞悬
浮培养系并开展其生长周期的研究 ,利用筛选出的稳定高产
的细胞株可应用于以下方面:①可以工厂化生产抗病毒 、抗
抑郁的天然药用成分 ,开发新药;②可以工厂化生产其富含
的鞣质和挥发油等天然化工成分 ,用于化工和食品工业 ,开
发新的具有疏缓疲劳 、抗抑郁 、抗氧化的功能性茶饮料;③可
以工厂化生产天然的鞣质及芳香化合物 ,用于生产药用牙膏
和漱口剂。
Bais等从贯叶连翘 cDNA文库中筛选出合成金丝桃素
的金丝桃素合成酶基因(Hyp-1)[ 24] ,表明可以利用基因工程
技术培育超产金丝桃素的金丝桃属转基因新品种。孟祥丽
775938卷 15期　　　　　　　　　　　　　　　　徐庆华等　金丝桃属植物细胞培养研究进展
等对长柱金丝桃进行了理化鉴别 ,结果表明 ,金丝桃素定性
鉴别为阴性 [ 25] ;Zevakova等则报道 ,长柱金丝桃植株含有金
丝桃素类物质 [ 26] ,如果能进一步证实长柱金丝桃不含金丝
桃素 ,而且可以将 Hyp-1基因转入长柱金丝桃 ,那么就需要
应用分子生物学技术将传统中药栽培和天然药用成分的开
发和利用有机地结合起来 [ 27] 。
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