全 文 :书新 疆 农 业 大 学 学 报 2015,38(5):393~397
Journal of Xinjiang Agricultural University
文章编号:1007-8614(2015)05-0393-05
外源物质对新疆紫草愈伤组织
次生代谢物含量的影响
葛素囡1,张生隨1,王 芳1,魏 欢1,谢文磊1,谢 建1,李 驰1,赵 胡2
(1.新疆农业大学 农学院,乌鲁木齐 830052;2.阜阳师范学院 生物与食品工程学院,阜阳 236037)
摘 要: 以新疆紫草愈伤组织为材料,研究外源物质 AgNO3、L-苯丙氨酸及乙酸钠对其次生代谢产物含量的影
响。结果表明,M9培养基中添加AgNO35mg/L时,愈伤组织中多酚、花青素的含量分别较对照提高了2.0倍、
2.9倍,紫草素及其衍生物、总黄酮的含量在AgNO3 浓度为3mg/L时达峰值,分别较对照提高了1.3倍、1.5倍。
M9培养基中添加AgNO35mg/L及L-苯丙氨酸25mg/L时,紫草素及其衍生物、多酚、花青素及总黄酮的含量均
达峰值,分别较对照提高了3.4倍、3.0倍、10.9倍和2.3倍。在 M9培养基中添加 AgNO35mg/L、L-苯丙氨酸
25mg/L基础上,乙酸钠处理的愈伤组织中的总黄酮、多酚、花青素、紫草素及其衍生物的含量均低于对照。在新疆
紫草愈伤组织培养中添加诱导子和前体物质均可促进次生代谢产物的积累。
关键词: 新疆紫草;愈伤组织;次生代谢物;诱导子;前体物质
中图分类号:S567.239 文献标识码:A
Effects of Exogenous Substances on the Content of Secondary
Metabolites in Arnebia euchroma Johnst Calus
GE Su-nan1,ZHANG Sheng-xuan1,WANG Fang1,WEI Huan1,
XIE Wen-lei 1,XIE Jian1,LI Chi 1,ZHAO Hu2
(1.Colege of Agronomy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China;2.School of
Biotechnology and Food Engineering,Fuyang Normal Colege,Fuyang 236032,China)
Abstract: The effects of three factors(AgNO3,L-phenylalanine and sodium acetat)on the secondary me-
tabolites content in calus of Arnebia euchroma Johnst were studied.The results showed that when 5mg/
L AgNO3were added to M9medium,the content of polyphenol and anthocyanin in calus respectively in-
creased by 2.0,2.9times compared with the CK.However,the content of shikonin and total flavonoid in
calus respectively increased by 1.3,1.5times when the AgNO3concentration as 3mg/L.When 5mg/L
AgNO3were added to M9medium and 25mg/L L-phenylalanine,the content of shikonin,polyphenol,an-
thocyanin and total flavonoid were the highest,respectively increasing by 3.4,3.0,10.9,2.3times com-
pared with the CK.When 5mg/L AgNO3and 25mg/L L-phenylalanine were added to M9medium,the
content of total flavonoid,polyphenol,anthocyanin and shikonin in calus with different sodium acetate
treatments were lower than the control.When the elictors and precursors were added to calus,secondary
metabolites could be wel accumulated.
Key words: Arnebia euchroma(Royle)Johnst;calus;secondary metabolites;elicitor;precursor
收稿日期:2015-04-25
基金项目:国家自然科学基金项目(31060205);阜阳师范学院自然科学研究项目(2013FSKJ04ZD)
通讯作者:王 芳,E-mail:Wangfang1hao@126.com
新 疆 农 业 大 学 学 报 2015年
细胞培养体系是获取珍贵药用植物次生代谢产
物的主要途径,但利用细胞培养生产药物依然存在
次生代谢产物产量低、生产成本高的问题。因此,深
入研究植物细胞中次生代谢产物合成的高产调控机
理具有重要的理论和实际意义。目前,已有大量的
研究通过利用诱导子和添加前体物质来提高离体培
养物次生代谢产物的产量[1,2]。前体物质(酪氨酸
和酪胺)对石蒜悬浮细胞生物碱的生物合成具有显
著的促进作用[3]。代谢中间产物花生四烯酸和诱导
子茉莉酸甲酯均可提高南方红豆杉细胞中紫杉醇含
量[4]。新疆紫草细胞及愈伤组织培养物中添加生物
诱导子(真菌类等)及非生物诱导子(茉莉酸甲酯及
Ag+等)对紫草素及其衍生物的影响有许多研究报
道[5,6],但鲜见对新疆紫草细胞及愈伤组织培养物
中的黄酮、花青素及多酚的报道。本研究探讨
AgNO3、AgNO3+L-苯丙氨酸及 AgNO3+L-苯丙
氨酸+乙酸钠协同作用对新疆紫草愈伤组织中次生
代谢产物含量的影响,为深入研究紫草素合成的代
谢调控及运用细胞工程技术大量生产紫草素及其衍
生物提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
新疆紫草愈伤组织来源于1号毛状根根系[7]。
1.2 方 法
1.2.1 愈伤组织的生长
称取0.5g生长状况良好的愈伤组织接种于
MS培养基中,温度25℃,12h/d光照,培养20d
后,待用。
1.2.2 AgNO3 对愈伤组织次生代谢产物含量的影
响
称取旺盛生长的愈伤组织1g,接于 M9[8]培养
基中,分别附加0,1,3,5,7mg/L AgNO3,培养30d
后进行成分测定。
1.2.3 AgNO3 及L-苯丙氨酸联合作用对愈伤组
织次生代谢产物含量的影响
在1.2.2实验最佳条件(Ag+浓度5mg/L)基
础上,将愈伤组织接于分别附加 0,25,50,75,
100mg/L L-苯丙氨酸的 M9培养基中,培养30d
后进行成分测定。
1.2.4 AgNO3、L-苯丙氨酸及乙酸钠联合作用对
愈伤组织次生代谢产物含量的影响
在1.2.3实验最佳条件(Ag+浓度5mg/L+
L-苯丙氨酸浓度25mg/L)基础上,将愈伤组织接于
分别附加0,25,50,75,100mg/L乙酸钠的 M9培
养基中,培养30d后进行成分测定。
1.2.5 花青素的提取及相对含量的测定
参照 Weiss David等[9]的方法计算花青素相对
含量 (A校)。
A校 =A530nm-0.25A657nm
1.2.6 多酚的提取及含量测定
多酚的提取采用水浴提取法,多酚含量测定采
用酒石酸亚铁分光光度法,在540nm波长处测定
吸光度(A)。
多酚(%)= 〔(A×7.826)/1000〕×〔T/(V×
M)〕×100
式中:A 为样液的吸光度值;T 为供试液总量
(mL);V 为吸取的供试液体积(mL);m 为样品质
量(g);7.826为吸光度为1.00时的茶多酚含量的
经验值(mg/mL)。
1.2.7 总黄酮的提取及含量测定
参照张桂等[10]方法,制备芦丁标准对照品溶液
及计算其标准曲线回归方程(图1)。芦丁浓度与吸
光度的回归方程:y=11.227x+0.0058,R2 =
0.9956。结果表明,芦丁浓度在0~0.05mg/mL
时,与吸光度呈良好的线性关系。
图1 芦丁标准曲线
Fig.1 Rutin calibration curve
参照杨春霞等[11]的方法,制备供试品提取溶液
及计算样品含量。
提取液中总黄酮浓度(mg/mL)=样品溶液总
黄酮的浓度×浸提液的稀释倍数。
样品中黄酮含量(mg/g)=提取液总黄酮浓度
×浸提液总体积/样品质量。
1.2.8 紫草素及其衍生物的提取及含量测定
采用中国药典中记载的测定羟基萘醌总色素的
方法测定愈伤组织紫草素及其衍生物含量(以下简
称紫草素含量)[12]。
紫草素含量(%)= (A516nm/A242nm)×10
上述每份样品各重复3次提取并测定。采用
Excel和SPSS16.0统计分析软件对数据进行处理。
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第5期 葛素囡,等:外源物质对新疆紫草愈伤组织次生代谢物含量的影响
2 结果与分析
2.1 AgNO3 对愈伤组织次生代谢产物含量的影响
将愈伤组织接种于 M9培养基中,AgNO3 处理
下愈伤组织中次生代谢产物的含量均有增加趋势
(图2)。多酚、花青素含量均在 AgNO3 浓度为
5mg/L时达峰值,分别较对照提高了2.0倍、2.9
倍 (P<0.01),而紫草素及其衍生物、总黄酮的含
量在AgNO3浓度为3mg/L时达峰值,分别较对照提
高了1.3倍、1.5倍 (P<0.01)。当AgNO3 浓度继续
升高时,愈伤组织中紫草素及其衍生物、多酚、总黄
酮及花青素的含量均呈现降低趋势,表明 AgNO3
对愈伤组织次生代谢产物的产出有一定影响,其中
AgNO3 浓度为5mg/L时呈现较高的促进作用。
图2 AgNO3 对愈伤组织中次生代谢产物含量的影响
Fig.2 The effects of AgNO3on the secondary metabolites content in Arnebia euchroma Johnst calus
2.2 AgNO3 及L-苯丙氨酸联合作用对愈伤组织
次生代谢产物含量的影响
在2.1结果基础上,研究L-苯丙氨酸对愈伤组
织次生代谢产物含量的影响。结果表明(图3),愈
伤组织次生代谢产物的含量均随L-苯丙氨酸浓度
的增加呈先升高后降低的趋势,当 L-苯丙氨酸为
25mg/L时,紫草素及其衍生物、多酚、花青素及总
黄酮含量均达峰值,均显著高于对照 (P <0.05),
分别较对照提高了3.4倍、3.0倍、10.9倍和2.3
倍。说明在AgNO3 浓度为5mg/L前提下,M9培
养基中添加L-苯丙氨酸为25mg/L时,对愈伤组织
次生代谢产物的积累有明显促进作用,高浓度起抑
制作用。说明添加一定量的AgNO3 及L-苯丙氨酸
可协同促进愈伤组织中次生代谢产物的积累。
图3 AgNO3 及L-苯丙氨酸联合作用对愈伤组织中次生代谢产物含量的影响
Fig.3 The effects of conbined action of AgNO3and L-phenylalanine on the secondary metabolites content in Arnebia euchroma
Johnst calus
2.3 AgNO3、L-苯丙氨酸及乙酸钠联合作用对愈
伤组织次生代谢产物含量的影响
在2.2结果基础上,考察乙酸钠对愈伤组织次
生代谢产物含量的影响。结果表明(图4),乙酸钠
不同处理下,愈伤组织的总黄酮、多酚、花青素、紫草
素及其衍生物4种成分的含量均低于对照组 (P<
0.05),说明乙酸钠对愈伤组织中次生代谢产物的积
累起到一定的抑制作用。即添加一定量的AgNO3、
L-苯丙氨酸及乙酸钠可协同抑制愈伤组织中次生代
谢产物的积累。
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新 疆 农 业 大 学 学 报 2015年
图4 AgNO3、L-苯丙氨酸及乙酸钠联合作用对愈伤组织中次生代谢产物含量的影响
Fig.4 The effects of combined action of AgNO3,L-phenylalanine and sodium acetate on the secondary metabolites content in
Arnebia euchroma Johnst calus
3 结论与讨论
诱导子作为一种触发因子,具有调控药用植物
代谢过程中各种代谢酶活性的作用,可极大地提高
药用植物培养体系中多种次生代谢产物的产量[13]。
Ag+作为乙烯信号转导抑制剂,可间接参与调控植
物次 生 代 谢 物 的 合 成[14]。本 研 究 结 果 发 现,
AgNO3浓度为5mg/L时有利于愈伤组织中次生代
谢产物(紫草素及其衍生物、花青素、总黄酮及多酚)
的积累,与前人结果类似。即适量的Ag+可作为诱
导子促进新疆紫草愈伤组织中次生代谢产物的
积累。
在植物细胞培养中加入次生代谢物生物合成的
前体是提高次生代谢物产量的有效途径之一。苯丙
氨酸是植物次生代谢过程中的一个代谢中间体,经
过不同的途径可分别合成苯丙素类、香豆素类、木质
素类、黄酮类等化合物[15]。研究发现,L-苯丙氨酸
对紫草细胞中紫草素的积累有明显促进作用[16],也
能促进荞麦愈伤组织中黄酮的合成[17]。在葡萄细
胞指数生长期开始时添加L-苯丙氨酸,也可促进花
青素的积累[18]。同时,发现多个诱导子共同作用或
诱导子与前体物质一起使用,可显著提高植物次生
代谢产物的产量。本研究结果表明,在 AgNO3 浓
度为5mg/L及L-苯丙氨酸浓度为25mg/L的共
同作用下,紫草素及其衍生物、多酚、花青素及总黄
酮的含量均达峰值,分别较对照提高了3.4倍、
3.0倍、10.9倍和2.3倍,较单独添加AgNO3 时促
进次生代谢产物积累作用更明显,与曲均革等[19]研
究结果类似。说明添加一定量的AgNO3 和L-苯丙
氨酸可协同促进愈伤组织中次生代谢产物的积累。
乙酸钠是黄酮类化合物合成的前体物质之一,
研究发现1mmol/L乙酸钠能够促进红豆杉细胞中
紫杉烷的合成[20],5mg/L的乙酸钠能够促进总黄
酮的合成[21]。苯丙氨酸和乙酸钠同时加入,对于雪
莲细胞中黄酮合成的促进作用强于单独加入[22]。
而0.1mmol/L前体物L-苯丙氨酸和0.5mmol/L
乙酸钠对银杏液体悬浮细胞中黄酮的合成无明显促
进作用[23]。本研究在 AgNO3、L-苯丙氨酸浓度分
别为5,25mg/L前提下,乙酸钠不同处理的愈伤组
织的总黄酮、多酚、花青素及紫草素的含量均低于对
照,与前人结果不同,主要原因可能是本研究选用乙
酸钠浓度过高所致,有待进一步验证。
本研究结果确定了一定浓度的诱导子 AgNO3
及AgNO3 和前体物质L-苯丙氨酸的联合作用均能
够促进新疆紫草愈伤组织次生代谢产物的积累,其
中AgNO3 和前体物质L-苯丙氨酸的联合作用更明
显;添加一定浓度的 AgNO3、L-苯丙氨酸及乙酸钠
可协同抑制愈伤组织中次生代谢产物的积累。本研
究结果为后期深入研究诱导子及前体物质对新疆紫
草培养物次生代谢物的影响提供了理论依据和实验
基础,对工业化新疆紫草培养物生产药用物质具有
重要指导意义。
参考文献:
[1] 李琰,赵磊,崔蕾,等.诱导子对雷公藤不定根生长和次
生代谢产物含量的影响[J].生物工程学报,2015,31
(8):1-10.
[2] Fettneto A G,Melanson S J,Nicholson S A.Improved
taxol yield by aromatic carboxylic acid and amino feed
to cel cultures of Taxus cuspidate[J].Biotechnology
and Bioengineering,1994,44(8):967-971.
[3] 张玉琼,李勇,周建辉,等.前体物对石蒜悬浮细胞生长
和生物碱积累的影响[J].生物工程学报,2014,30(2):
247-254.
693
第5期 葛素囡,等:外源物质对新疆紫草愈伤组织次生代谢物含量的影响
[4] 孙彬贤,翁颖琦,刘涤,等.代谢中间产物和诱导子对南
方红豆杉培养细胞生长和紫杉醇含量的影响[J].上海
中医药大学学报,2000,14(3):54-56.
[5] Yazaki K,Takeda K,Tabata M.Effects of Methyl Jas-
monate on Shikonin and Dihydroechinofuran Produc-
tion in Lithospermum Cel Cultures[J].Plant and Cel
Physiology,1997,38(7):776-782.
[6] 张璞,王芳,朱查山.真菌诱导子与吸附树脂对新疆紫
草毛状根中萘醌积累的影响[J].生物工程学报,2013,
29(2):214-223.
[7] 陈永芳,芦韦华,王芳,等.新疆紫草毛状根的诱导及培
养[J].西北植物学报,2008,28(12):2423-2428.
[8] 芦韦华,陈永芳,王芳,等.理化条件对新疆紫草毛状根
培养及紫草素含量的影响[J].华中农业大学学报,
2012,31(1):50-54.
[9] Weiss D,Abraham H.Halevy Stamens and gibberelin
in the regulation of corola pigmentation and growth in
Petunia hybrida[J].Planta,1989,179(1):89-96.
[10] 张桂,畅天狮,刘俊果,等.从芹菜中提取黄酮类物质
的研究[J].食品科学,2002,23(8):121-124.
[11] 杨春霞,黄丽莉,章挺,等.苦豆子愈伤组织培养及其
药用成分含量测定[J].中国农学通报,2011,27(18):
153-157.
[12] 芦韦华,潘颀,王芳,等.培养条件对新疆紫草毛状根
生长及紫草素含量的影响[J].西北植物学报,2012,
32(8):1686-1691.
[13] 叶龙飞,王金海,张景红.联合诱导子提高药用植物代
谢产物产量的研究进展[J].广东化工,2014,41(10):
207-208.
[14] Nymeijer K,Visser T,Brilman W,et al.Analysis of
the Complexation Reaction between Ag+ and Ethyl-
ene[J].Industrial & Engineering Chemistry Re-
search,2004,43(11):2627-2635.
[15] 王升,李璇,蒋超,等.紫草素及其衍生物合成相关基
因及信号传导研究进展[J].中草药,2012,43(6):
1219-1225.
[16] 胡立勇.紫草细胞培养生产紫草素的研究[J].中药
材,2004,27(5):313-314.
[17] 王鹏姬,高金锋,苏旺,等.培养条件对荞麦愈伤组织
生长及黄酮合成的影响[J].核农学报,2013,27(5):
591-597.
[18] Krisa S,Teguo P W,Decendit A,et al.Production of
13C-labeled anthocyanins by Vitis vinifera cel sus-
pension cultures[J].Phytochem,1999,51(5):651-
656.
[19] 曲均革,虞星炬,张卫,等.前体饲喂、诱导子和光照联
合使用对葡萄细胞培养合成花青素的影响[J].生物
工程学报,2006,22(2):229-305.
[20] Zhou Z Q,Mei X G.Enhancement of Taxanes produc-
tion in cel suspension cultures of Taxu s chinensis by
precursor-feeding[J].Chemistry and Industry of For-
est Products,2005,25(3):51-54.
[21] 杨英,何峰,季家兴,等.四种前体对胀果甘草细胞悬
浮培养生产甘草黄酮的调控效果评价[J].武汉植物
学研究,2007,25(5):484-489.
[22] 吕东平,赵德修,黄艳,等.前体对水母雪莲悬浮培养
细胞黄酮合成的影响[J].云南植物研究,2001,23
(4):497-503.
[23] 曾月川,夏景波,张治华,等.银杏液体悬浮细胞培养
产生黄酮的研究[J].武汉生物工程学院学报,2010,6
(3):176-179.
793