煙草毛狀根中茄尼醇的研究進展與展望

王慧芳++李鳳霞++秦立強

摘 要：茄尼醇是一種具有高科技含量和高附加值的化合物，該文通過查閱文獻，闡述了茄尼醇、毛狀根以及煙草毛狀根中茄尼醇的研究進展，同時對煙草毛狀根中茄尼醇的研究提出展望，以期待為研究提高煙草毛狀根中次生代謝物茄尼醇含量和穩(wěn)定性的方法和技術(shù)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：茄尼醇 煙草毛狀根 進展與展望

中圖分類號：S567.239 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0253-02

1 茄尼醇

茄尼醇（solanesol）是一種天然化合物，主要存在于茄科、桑科植物中，煙葉中含量最為顯著，可達到0.3%～3%[1]。1956年，Rowland等[2]首次從煙薰煙葉中分離得到。茄尼醇化學(xué)名稱為九聚異戊二烯醇，是一個四倍半烯萜醇，分子式C45H74O，分子量為631.07，茄尼醇粗品在常溫下呈棕黑色糊狀，加熱后呈粘稠性的液狀，有芳香味，純品為白色粉狀固體[3]。目前茄尼醇主要從煙葉中提取并進行純化，純度可達到95%以上。

茄尼醇本身具有較強的抗生物活性如抗氧化能力、消炎殺菌能力、抗輻射能力等，用于治療壞血病、胃潰瘍及十二指腸潰瘍、壞死性牙周炎等，有凝血作用，可用于止血；還可治療亞急性肝壞死、急慢性肝炎等[4]。茄尼醇由于其本身特殊的分子結(jié)構(gòu)，可以用于合成多種醫(yī)藥中間體，在醫(yī)藥領(lǐng)域有著極其重要的作用，例如可以合成治療腫瘤藥物、抗艾滋病病毒藥物、抗?jié)兯幬铩⒎乎惢衔锶巛o酶Q10和維生素K2等[5]，尤其是近些年發(fā)達國家對輔酶Q10的生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用，使得茄尼醇的經(jīng)濟價值也迅猛攀升。茄尼醇是一種具有高科技含量和高附加值的應(yīng)用型化合物，相信在今后相當長的一段時間內(nèi)，都會是市場的熱點。

2 毛狀根

毛狀根（hairy root）又稱發(fā)根、發(fā)狀根，是由Smih和Townsend于1907年發(fā)現(xiàn)并提出此概念，他們發(fā)現(xiàn)用發(fā)根農(nóng)桿菌侵染植物外植體能誘導(dǎo)產(chǎn)生毛狀根；Riker等于1930年再次闡述了該現(xiàn)象；1982年Chilton報道發(fā)根農(nóng)桿菌侵染植物產(chǎn)生發(fā)狀根的機理；到現(xiàn)在為止，已獲得了300多種植物的毛狀根體系。毛狀根具有生長速度快、遺傳性能穩(wěn)定的特點，并且能夠合成具有該植物特征的次生代謝產(chǎn)物，利用此特點，可以解決藥用植物野生資源短缺、受自然環(huán)境因素影響大、栽培條件受限、人工栽培年限長、人力成本大、藥用成分含量低及含量不穩(wěn)定等問題，為人工利用生物技術(shù)生產(chǎn)合成有效藥用成分提供了一條新途徑。近些年，通過國內(nèi)外專家、學(xué)者的不斷研究探索，有一些毛狀根已經(jīng)進入大規(guī)模生產(chǎn)研究階段，例如黃芪的毛狀根培養(yǎng)[6]；紫草、人參、長春花等植物的毛狀根已能進行工業(yè)化生產(chǎn)[7]。另一方面，通過對毛狀根的誘導(dǎo)，可以產(chǎn)生再生植株，為分子育種、培養(yǎng)新的種子資源提供了可能。

到目前為止，利用發(fā)根農(nóng)桿菌誘導(dǎo)產(chǎn)生毛狀根，主要集中在雙子葉植物中，現(xiàn)已誘導(dǎo)的毛狀根多集中在茄科、菊科、十字花科、傘形科、五加科、豆科、蓼科等科，主要是草本植物。單子葉植物誘導(dǎo)產(chǎn)生毛狀根的報道較少見，僅見周立剛等[8]從鴨趾草科植物露水草中誘導(dǎo)形成毛狀根的報道。

研究發(fā)根農(nóng)桿菌誘導(dǎo)產(chǎn)生毛狀根的主要目的是利用毛狀根產(chǎn)生次生代謝產(chǎn)物，便于進一步用于醫(yī)藥、化工、食品等領(lǐng)域的研究和生產(chǎn)。而次生代謝物的含量積累又與毛狀根的生長量密不可分。目前研究發(fā)現(xiàn)，影響毛狀根生長的因素主要有兩方面，一是物理因素，主要包括溫度、pH值、光照、通風量、培養(yǎng)容器及方法等。二是化學(xué)因素和生物技術(shù)，主要包括碳源、外源激素、前體物質(zhì)、誘導(dǎo)子等[7]。

毛狀根的擴大培養(yǎng)和規(guī)模化生產(chǎn)，目前主要利用生物反應(yīng)器來進行，多種植物已可以利用生物反應(yīng)器生產(chǎn)產(chǎn)品，但由于技術(shù)水平、工藝和成本等原因，僅少數(shù)植物產(chǎn)品，如人參皂苷、紫草寧、紫衫醇等，在美國、日本、德國等國家實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用[7]。

3 煙草毛狀根中茄尼醇研究進展

目前，關(guān)于煙草毛狀根中茄尼醇的研究較少，國內(nèi)較全面的有王英娟等[9]的相關(guān)報道。王英娟等研究發(fā)現(xiàn)，MS液體培養(yǎng)基培養(yǎng)出的煙草毛狀根含量更高，但仍比廢棄煙葉中的茄尼醇含量低43.2%。煙草毛狀根中茄尼醇的研究主要圍繞茄尼醇含量展開研究工作，研究內(nèi)容主要包括以下幾方面：

一是篩選更適合誘導(dǎo)煙草毛狀根的農(nóng)桿菌菌株和培養(yǎng)基。

二是篩選并培養(yǎng)更適合茄尼醇含量積累的煙草品種，作為外植體，以便進一步誘導(dǎo)產(chǎn)生毛狀根。

三是研究適合煙草毛狀根誘導(dǎo)和培養(yǎng)的方法；目前常用的方法有葉盤轉(zhuǎn)化法、莖稈（或葉柄）涂抹法、原生質(zhì)體共培養(yǎng)法等[3]。

四是研究更適合煙草毛狀根次生代謝物茄尼醇積累的條件因子。影響次生代謝物積累的條件因子主要有化學(xué)條件因子、物理條件因子和生物技術(shù)條件因子[10]。化學(xué)條件因子包括激素的有無和激素的種類，培養(yǎng)基成分的影響等；物理條件因子包括光照的強度、時間，單色光的種類、溫度與濕度等；生物技術(shù)常用的有反義技術(shù)、兩步培養(yǎng)法、前體化合物飼養(yǎng)以及誘導(dǎo)子的添加等。其中，誘導(dǎo)子的種類、濃度、添加時間以及混合誘導(dǎo)子的應(yīng)用等都可以影響次生代謝物的積累。

五是篩選茄尼醇含量積累更高的煙草毛狀根根系，并進一步培養(yǎng)出人工種子和再生植株，進而培育出茄尼醇含量更高的煙草新品種。

煙草毛狀根中茄尼醇的研究中存在的問題主要是茄尼醇含量偏低和茄尼醇含量的穩(wěn)定性問題，由于毛狀根誘導(dǎo)與培養(yǎng)過程中存在較為復(fù)雜的影響因子，致使不同的毛狀根根系間茄尼醇含量的不穩(wěn)定性增加。

4 煙草毛狀根中茄尼醇研究展望

諸多條件因子的復(fù)雜影響導(dǎo)致了煙草毛狀根中茄尼醇含量的最大積累較為困難，但是通過改變各種物理、化學(xué)條件因子，通過先進生物技術(shù)的不斷應(yīng)用和改進，提高煙草毛狀根中茄尼醇的含量和穩(wěn)定性是可以實現(xiàn)的；同時，通過設(shè)計和不斷改進生物反應(yīng)器，煙草毛狀根的擴大化生產(chǎn)和工廠規(guī)模化生產(chǎn)也可期待，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)煙草種植為茄尼醇來源的途徑。因此，研究提高煙草毛狀根中次生代謝物茄尼醇含量和穩(wěn)定性的方法和技術(shù)，對茄尼醇在醫(yī)療保健、醫(yī)藥化工、美容、食品等方面的應(yīng)用具有及其重要的意義。

參考文獻

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[8] 周立剛.植物毛狀根的培養(yǎng)及其化學(xué)進展[J].天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，1998（3）：91.

[9] 王英娟.煙草毛狀根誘導(dǎo)及其茄尼醇含量初探[J].植物學(xué)通，2006，23（4）：334-340.

[10] 張廣求.提高毛狀根中次生代謝產(chǎn)物含量的方法與技術(shù)[J].重慶大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，28（6）：121-124.