培養(yǎng)基和植物生長調(diào)節(jié)劑對青錢柳 懸浮細(xì)胞三萜產(chǎn)量的影響

NGUYEN Thi-xuyen 方升佐 NGUYEN Quang-ha范龔健 NGO Anh-son 鄧 波

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.越南北江農(nóng)林大學(xué)森林學(xué)院, 北江 236217)

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培養(yǎng)基和植物生長調(diào)節(jié)劑對青錢柳 懸浮細(xì)胞三萜產(chǎn)量的影響

NGUYEN Thi-xuyen1,2方升佐1NGUYEN Quang-ha1,2范龔健1NGO Anh-son1,2鄧 波1

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.越南北江農(nóng)林大學(xué)森林學(xué)院, 北江 236217)

探討培養(yǎng)基種類和植物生長調(diào)節(jié)劑配比對青錢柳懸浮細(xì)胞生長、總?cè)坪腿茊误w含量及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明:MS+1.0 mg/L NAA+0.5 mg/L KT最適合青錢柳懸浮細(xì)胞生長，最終產(chǎn)量達(dá)到12.03 g/L；WPM+0.5 mg/L 2,4-D + 0.3 mg/L NAA顯著提高了青錢柳懸浮細(xì)胞中總?cè)频暮?；青錢柳懸浮細(xì)胞中均能檢出阿江欖仁酸、青錢柳酸B、齊墩果酸和熊果酸的存在，且阿江欖仁酸和青錢柳酸B含量較高，但基本培養(yǎng)基種類和不同植物生長調(diào)節(jié)劑組合對懸浮細(xì)胞中4種三萜單體含量無顯著影響。青錢柳懸浮細(xì)胞中總?cè)飘a(chǎn)量以MS+0.5 mg/L 2,4-D+0.3 mg/L NAA處理最高，而三萜單體產(chǎn)量均以MS+1.0 mg/L NAA+0.5 mg/L KT處理最高。

青錢柳； 懸浮細(xì)胞;生物量；總?cè)?；三萜單體；三萜產(chǎn)量

青錢柳(Cyclocaryapaliurus)系胡桃科青錢柳屬植物，是我國特有的單種屬植物，為高大速生落葉喬木[1],主要分布于廣西、江西、福建、浙江、安徽、湖南、湖北、四川、貴州、河南等地的山區(qū)、溪谷或石灰?guī)r山地。青錢柳木材密度比中國傳統(tǒng)的槍托用材胡桃楸(Juglansmandshurica)還大，而與優(yōu)良家具、槍托和機(jī)模用材黃杞(Engelhardtiaroxburghiana)很相近[2]。青錢柳作為一種木本藥用植物已引起了人們極大的關(guān)注,目前已從青錢柳葉中分離出20個(gè)單體化合物，鑒定出15個(gè)化合物的結(jié)構(gòu)，5個(gè)為自然界中發(fā)現(xiàn)的新化合物[3-4]，此外，青錢柳葉中還含有豐富的內(nèi)酯類和黃酮類化合物[5-6]。然而，由植物次生代謝途徑生成的有效藥用成分的含量較低，且受原料、季節(jié)等條件的限制[7]，特別是青錢柳本身繁殖困難，可利用資源匱乏[8]。因此，青錢柳葉用資源難以滿足市場需求，研究利用青錢柳細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)黃酮和三萜等次生代謝產(chǎn)物對大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)青錢柳重要活性成分具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)于細(xì)胞懸浮培養(yǎng)技術(shù)，國內(nèi)外已有不少報(bào)道[9-11]，但關(guān)于青錢柳懸浮細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的研究僅見Yin等的報(bào)道[12]。本研究分析了培養(yǎng)基種類和植物生長調(diào)節(jié)劑配比對青錢柳懸浮細(xì)胞的生長、總?cè)坪腿茊误w富集的影響，旨在為提高青錢柳懸浮培養(yǎng)細(xì)胞的品質(zhì)和青錢柳懸浮細(xì)胞開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

1) 青錢柳愈傷組織：由南京林業(yè)大學(xué)森林資源與環(huán)境學(xué)院森林培育實(shí)驗(yàn)室提供。

2) 繼代培養(yǎng)基：以MS培養(yǎng)基為基礎(chǔ)，添加1.0 mg/L萘乙酸(NAA)，1.0 mg/L 6-糠基氨基嘌呤(KT)，3%蔗糖和0.6%瓊脂。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及培養(yǎng)條件

1.2.1培養(yǎng)基種類 分析MS培養(yǎng)基、WPM培養(yǎng)基和改良DKW培養(yǎng)基對青錢柳懸浮細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)三萜的影響。選生長旺盛的愈傷組織2.0 g，接種于100 mL MS培養(yǎng)基、WPM培養(yǎng)基和改良DKW液體培養(yǎng)基上，同時(shí)添加1.0 mg/L NAA、0.5 mg/L KT和3%蔗糖。

1.2.2植物生長調(diào)節(jié)劑配比 在培養(yǎng)基種類研究的基礎(chǔ)上，選擇懸浮細(xì)胞生物產(chǎn)量最高的MS培養(yǎng)基分析不同的植物生長調(diào)節(jié)劑組合對青錢柳懸浮細(xì)胞生產(chǎn)三萜的影響。選生長旺盛的愈傷組織2.0 g，接種于100 mL MS液體培養(yǎng)基上，分別添加植物生長調(diào)節(jié)劑組合1(1.0 mg/L NAA+ 0.5 mg/L KT)，組合2(0.5 mg/L 2,4-D + 0.3 mg/L NAA)和組合3(1.0 mg/L IBA+ 0.5 mg/L TDZ)作為誘導(dǎo)劑，同時(shí)均添加3%蔗糖。

1.2.3培養(yǎng)條件 培養(yǎng)基pH均為6.0，在相對濕度50%～60%，溫度(23±2)℃，轉(zhuǎn)速為115 r/min搖床上暗培養(yǎng)10 d，然后進(jìn)行光培養(yǎng)，光培養(yǎng)7～10 d繼代1次。繼代時(shí)，采用40目不銹鋼篩過濾培養(yǎng)物以除去較大的細(xì)胞團(tuán)塊，保留分散程度較好的小細(xì)胞團(tuán)和單細(xì)胞，按V(過濾后培養(yǎng)液)∶V(新鮮培養(yǎng)液)=1∶2繼代培養(yǎng)。經(jīng)反復(fù)繼代后建立懸浮細(xì)胞系，4個(gè)月左右收獲細(xì)胞置于烘箱烘干進(jìn)行懸浮細(xì)胞生物量、總?cè)坪透魅平M分含量測定。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1總?cè)坪繙y定 參考舒任庚等的比色法測定青錢柳中三萜類成分的含量[13],精確吸取齊墩果酸標(biāo)準(zhǔn)母液0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0和1.5 mL，分別置于10 mL容量瓶中，待揮干溶劑后，各加入5%的香草醛-冰醋酸溶液0.5 mL，高氯酸1.4 mL，然后用乙酸乙酯定容至10 mL，搖勻，在70 ℃水浴中放置15 min，然后在560 nm處測定吸光度。以吸光度為橫坐標(biāo)，三萜的濃度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(y=0.517x-0.010 2；R2= 0.993 1)。

將各處理所得的懸浮細(xì)胞于60 ℃烘箱中干燥，干燥后碾成粉末。取粉末0.4 g(精確到萬分之一)于大試管中，按料液比為1∶30加70%乙醇，在70 ℃條件下超聲輔助重復(fù)提取3次，過濾合并提取液，在60 ℃水浴中揮發(fā)提取液至近干，然后用70%乙醇清洗定容至10 mL。每個(gè)配方重復(fù)3次，測定總?cè)坪俊?/p>

1.3.2三萜單體含量測定 配制不同濃度的齊墩果酸、熊果酸、阿江欖仁酸和青錢柳酸B標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用HPLC法測定青錢柳三萜單體含量。檢測器為紫外檢測器，進(jìn)樣量為10 μL，洗脫液A為水，洗脫液B為乙腈，流速為1.0 mL/min，檢測波長為210 nm，洗脫順序?yàn)?1) 0～10 min，洗脫劑A 20%+洗脫劑B 80%至洗脫劑A 10%+洗脫劑B 90%梯度洗脫；2) 10～30 min，洗脫劑A 10%+洗脫劑B 90%等度洗脫。

以三萜單體峰面積為縱坐標(biāo)，三萜濃度為橫坐標(biāo)，制作青錢柳三萜標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如下。

1) 阿江欖仁酸出峰時(shí)間3.13 min，標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=5 500.6x-16.679(R2=0.999 4)。

2) 青錢柳酸B出峰時(shí)間3.35 min，標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=7 320.5x-9.043 4(R2=0.999 7)。

3) 齊墩果酸出峰時(shí)間為10.41 min，標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=5 543.4x-2.737 9(R2=0.999 9)。

4) 熊果酸出峰時(shí)間為10.77 min，標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=4 190.4x+4.953 8(R2=0.999 7)。

按照上述方法測定樣品中各三萜組分的含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。數(shù)據(jù)用軟件SAS 6.0分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 培養(yǎng)基種類和植物生長調(diào)節(jié)劑配比對懸浮細(xì)胞生物量的影響

培養(yǎng)基種類和植物生長調(diào)節(jié)劑配比對青錢柳懸浮細(xì)胞干質(zhì)量的影響結(jié)果見圖1。

由圖1a可知，培養(yǎng)基種類顯著影響青錢柳懸浮細(xì)胞的產(chǎn)量。MS培養(yǎng)基中青錢柳懸浮細(xì)胞生長良好，經(jīng)繼代培養(yǎng)后最終產(chǎn)量達(dá)到12.03 g/L，顯著高于WPM和改良DKW培養(yǎng)基(P<0.05)；但WPM和改良DKW培養(yǎng)基中的青錢柳懸浮細(xì)胞干質(zhì)量含量差異不顯著(P>0.05)。由此可見，MS適合青錢柳懸浮細(xì)胞的生長。

植物生長調(diào)節(jié)劑種類也顯著影響青錢柳懸浮細(xì)胞的產(chǎn)量(P<0.05)。圖1b表明，以MS作為基本培養(yǎng)基時(shí)，組合1(1.0 mg/L NAA+0.5 mg/L KT)誘導(dǎo)培養(yǎng)獲得的青錢柳懸浮細(xì)胞干質(zhì)量最大，組合2(0.5 mg/L 2,4-D + 0.3 mg/L NAA)誘導(dǎo)后獲得的青錢柳懸浮細(xì)胞干質(zhì)量次之，組合3(1.0 mg/L IBA+ 0.5 mg/L TDZ)誘導(dǎo)獲得的青錢柳懸浮細(xì)胞干質(zhì)量最少，僅為組合1產(chǎn)量的40%左右。

2.2 培養(yǎng)基種類和植物生長調(diào)節(jié)劑配比對懸浮細(xì)胞三萜含量的影響

培養(yǎng)基種類和植物生長調(diào)節(jié)劑配比對青錢柳懸浮細(xì)胞總?cè)坪康挠绊懡Y(jié)果見圖2。

不同培養(yǎng)基中青錢柳懸浮細(xì)胞總?cè)坪坎町愶@著(P<0.05)，WPM培養(yǎng)基中總?cè)坪匡@著高于其他2種， MS和改良DKW兩者間差異不顯著(圖2a)。植物生長調(diào)節(jié)劑組合顯著影響青錢柳懸浮細(xì)胞總?cè)频暮?圖2b)。組合2誘導(dǎo)的青錢柳懸浮細(xì)胞中總?cè)坪孔罡撸_(dá)到11.59 mg/g，組合1和組合3間差異不顯著。

培養(yǎng)基種類和植物生長調(diào)節(jié)劑配比對青錢柳懸浮細(xì)胞三萜單體含量的影響結(jié)果見圖3。由圖3可知，經(jīng)3種培養(yǎng)基培養(yǎng)獲得的青錢柳懸浮細(xì)胞中均檢出4種三萜單體。其中，阿江欖仁酸在MS和WPM培養(yǎng)基中均有較高的含量，而在改良DKW培養(yǎng)基中產(chǎn)量較低；青錢柳酸B在3種培養(yǎng)基中含量均較高，達(dá)到4.60 mg/g以上；而齊墩果酸和熊果酸在3種培養(yǎng)基中含量均較低。由此可見，青錢柳懸浮細(xì)胞培養(yǎng)可以富集阿江欖仁酸和青錢柳酸B，而齊墩果酸和熊果酸的產(chǎn)量較低。

本研究選擇的3種植物生長調(diào)節(jié)劑均能誘導(dǎo)青錢柳懸浮細(xì)胞產(chǎn)出4種三萜單體。經(jīng)組合1培養(yǎng)后，阿江欖仁酸含量顯著高于其余2種組合(P<0.05)；青錢柳酸B含量在3種組合誘導(dǎo)培養(yǎng)的懸浮細(xì)胞中差異不顯著(P>0.05)；齊墩果酸和熊果酸在3種組合誘導(dǎo)培養(yǎng)的青錢柳細(xì)胞中含量較低，且三者之間差異間不顯著(P>0.05)。由此可見，組合1最適于誘導(dǎo)青錢柳懸浮細(xì)胞富集阿江欖仁酸和青錢柳酸B。

2.3 培養(yǎng)基種類和植物生長調(diào)節(jié)劑配比對懸浮細(xì)胞三萜產(chǎn)量的影響

不同培養(yǎng)基種類對青錢柳懸浮細(xì)胞培養(yǎng)體系中三萜產(chǎn)量的影響結(jié)果見表1。由表1可知，培養(yǎng)基種類顯著影響青錢柳懸浮細(xì)胞中總?cè)频漠a(chǎn)量，MS培養(yǎng)基中獲得的總?cè)坪孔罡?，WPM培養(yǎng)基次之，改良DKW培養(yǎng)基最低。培養(yǎng)基種類也顯著影響各三萜單體的產(chǎn)量，其對4種三萜單體產(chǎn)量的影響規(guī)律同總?cè)飘a(chǎn)量一致。其中，MS培養(yǎng)基中獲得的青錢柳懸浮細(xì)胞中，4種三萜產(chǎn)量均顯著高于其余2種培養(yǎng)基中所獲得的產(chǎn)量。

植物生長調(diào)節(jié)劑配比對青錢柳懸浮細(xì)胞培養(yǎng)體系中三萜產(chǎn)量的影響結(jié)果見表2。植物生長調(diào)節(jié)劑配比顯著影響青錢柳懸浮細(xì)胞中總?cè)频漠a(chǎn)量，組合1和組合2中獲得的總?cè)飘a(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于組合3。植物生長調(diào)節(jié)劑配比也顯著影響各三萜單體的產(chǎn)量，其對4種三萜單體產(chǎn)量的影響規(guī)律同總?cè)飘a(chǎn)量一致。其中，組合1中獲得的青錢柳懸浮細(xì)胞中，4種三萜產(chǎn)量均顯著高于其余2種培養(yǎng)基，組合2次之，組合3中獲得的4種三萜產(chǎn)量均最低。

表1 不同培養(yǎng)基種類培養(yǎng)下青錢柳懸浮細(xì)胞培養(yǎng)體系中三萜產(chǎn)量

表2 不同植物生長調(diào)節(jié)劑配比下青錢柳懸浮細(xì)胞培養(yǎng)體系中三萜產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

培養(yǎng)基種類和植物生長調(diào)節(jié)劑配比顯著影響青錢柳懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中三萜類化合物的積累。MS培養(yǎng)基有利于青錢柳懸浮細(xì)胞的生長，富集阿江欖仁酸和青錢柳酸B，并能獲得較高的青錢柳總?cè)飘a(chǎn)量；植物生長調(diào)節(jié)劑組合2雖然有利于青錢柳懸浮細(xì)胞總?cè)频母患?，但組合1對青錢柳懸浮細(xì)胞生長有促進(jìn)作用，且能夠獲得最高的總?cè)坪腿茊误w產(chǎn)量。

基礎(chǔ)培養(yǎng)基提供植物細(xì)胞生長所需的各類物質(zhì)，而不同科屬的植物對營養(yǎng)物質(zhì)的需求不盡相同，所以在植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)時(shí)，對培養(yǎng)基的種類要求也不同。本試驗(yàn)選取3種常見培養(yǎng)基，探討了培養(yǎng)基種類對青錢柳細(xì)胞懸浮培養(yǎng)生長和三萜的影響，為青錢柳細(xì)胞懸浮培養(yǎng)生產(chǎn)活性物質(zhì)提供參考依據(jù)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，青錢柳懸浮細(xì)胞在含鹽量較高的MS培養(yǎng)基中生長較好，而在WPM中獲得的總?cè)坪孔罡?。對于旨在生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的細(xì)胞培養(yǎng)，選擇培養(yǎng)基時(shí)既要考慮有利于細(xì)胞生長的培養(yǎng)基，也要考慮有利于目的產(chǎn)物積累的培養(yǎng)基。楊芳[14]研究發(fā)現(xiàn)，MS培養(yǎng)基雖有利于丹參懸浮細(xì)胞的生長，但是6,7-V培養(yǎng)基更利于丹參酚酸的合成積累，因此，綜合考慮應(yīng)選擇6,7-V培養(yǎng)基作為丹參懸浮細(xì)胞培養(yǎng)基。本研究結(jié)果顯示，青錢柳懸浮細(xì)胞產(chǎn)量在MS培養(yǎng)基上生長最高達(dá)到12.03 g/L；總?cè)坪吭赪PM培養(yǎng)基上效果最好；青錢柳懸浮細(xì)胞三萜單體中阿江欖仁酸在MS和WPM培養(yǎng)基中產(chǎn)量最高，在改良DKW培養(yǎng)基中產(chǎn)量較低；青錢柳酸B在3種培養(yǎng)基中含量較高，均達(dá)到4.60 mg/g；而齊墩果酸和熊果酸在3種培養(yǎng)基中含量較低。

培養(yǎng)基的類型、碳源種類、植物生長調(diào)節(jié)劑種類及質(zhì)量濃度、接種量、裝液量、初始pH及搖床轉(zhuǎn)速等因素均能影響細(xì)胞生長。其中，植物生長調(diào)節(jié)劑對細(xì)胞生長具有重要的調(diào)控作用，選擇合適的植物生長調(diào)節(jié)劑配比對促進(jìn)細(xì)胞的生長具有重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)：NAA 1.0 mg/L+KT 0.5 mg/L的組合對青錢柳懸浮細(xì)胞的含量效果最大；而2，4-D 0.5 mg/L+NAA 0.3 mg/L的組合總?cè)坪孔罡?；NAA 1.0 mg/L+KT 0.5 mg/L的組合顯著提高阿江欖仁酸含量，2，4-D 0.5 mg/L +NAA 0.3 mg/L和NAA 1.0 mg/L+ KT 0.5 mg/L的組合有利于青錢柳酸B含量累積。NAA 1.0 mg/L + KT 0.5 mg/L的組合最適于青錢柳懸浮細(xì)胞富集阿江欖仁酸和青錢柳酸B?？傮w看，生長素對青錢柳懸浮細(xì)胞生長的影響要大于細(xì)胞分裂素。

植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞起始密度對懸浮細(xì)胞生長影響較大。因?yàn)橹参锛?xì)胞間的聯(lián)系通常比微生物細(xì)胞的聯(lián)系密切得多，細(xì)胞要維持分裂和生長，其內(nèi)源代謝物質(zhì)必須達(dá)到一定的閾值，在有較高密度細(xì)胞群和培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富的情況下，易于達(dá)到這種閾值。但如果接種密度過大，可能引起氧和營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸受限，導(dǎo)致細(xì)胞衰竭[15]。不同植物所需的起始密度各不相同。韋曉新等[16]研究表明，30 g/L(鮮質(zhì)量)的接種量適合于鐵皮石斛(Dendrobiumofficinale)原球莖的生長；陳書安等[17]研究表明，在接種量為5%時(shí)，藏紅花(Crocussativus)懸浮細(xì)胞生物量達(dá)到最高。關(guān)于接種量對青錢柳懸浮細(xì)胞生長的影響有待于今后進(jìn)一步探討和研究。

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(責(zé)任編輯 張 坤)

Effects of Culture Mediums and Plant Hormones on Triterpenoid Production in the Cell Suspension Culture ofCyclocaryapaliurus

NGUYEN Thi-xuyen1,2,FANG Sheng-zuo1,NGUYEN Quang-ha1,2,FAN Gong-jian1, NGO Anh-son1,2,DENG Bo1

(1.College of Forestry, Nanjing Forestry University,Nanjing Jiangsu 210037,China; 2.College of Forestry,Vietnam Bac Giang University of Agriculture and Forestry,Bac Giang 236217, Vietnam)

Effects of basic culture mediums and plant hormones on suspension cell growth,contents and productions of total triterpenes,oleanolic acid,ursolic acid,arjunolic acid and cyclocaric acid B in the cell suspension culture ofCyclocaryapaliuruswere investigated in this study.The results showed that MS+1.0 mg/L NAA+0.5 mg/L KT were most suitable for suspension cell growth ofC.paliurus,and ultimately production reached 12.03 g/L.WPM+0.5 mg/L 2,4-D+0.3 mg/L NAA significantly improved total triterpenoid content in the suspension cells.Arjunolic acid,paliurus acid B,oleanolic acid and ursolic acid were detected in all the suspension cells,but the content of arjunolic acid and paliurus acid B was much higher than the others.However,basic culture mediums and plant hormones did not significantly affect the content of oleanolic acid,ursolic acid,arjunolic acid andcyclocaric acid B in the suspension cells.The greatest production of total triterpenoids was achieved in MS+0.5 mg/L 2,4-D+0.3 mg/L NAA, while the highest yield of different triterpenoid monomers was observed in MS+1.0 mg/L NAA+0.5 mg/L KT.

Cyclocaryapaliurus;suspended cell;biomass;total triterpenoids;triterpenoid monomer;triterpenoid production

2014-06-13

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目( 31270673)資助；江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新計(jì)劃“南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心”資助；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(PAPD)資助。

方升佐(1963—)，男，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：森林培育。Email:fangsz@njfu.edu.cn。

10.11929/j.issn.2095-1914.2015.01.002

S723.1

A

2095-1914(2015)01-0006-06

第1作者：NGUYEN Thi-xuyen(1978—)，女，博士。研究方向：森林培育。Email:1727573169@qq.com。