植物组织培养生产功能成分

从低等的藻类到苔藓、蕨类、种子植物等高等植物的各类、各部分都可采用作为组织培养的材料，一般裸子植物多采用幼苗、芽、韧皮部细胞，被子植物采用胚、胚乳、子叶、幼苗、茎尖、根、茎、叶、花药、花粉、子房和胚珠等各个部分。
　　由于植物在自然条件下，表面常被霉菌和细菌污染，故材料必须进行灭菌处理。一般用漂白粉溶液（1～10％）、次氯酸钠溶液（0．5～10％）、升汞溶液（0．01％）、乙醇（70％）或过氧化氢（3～10％）等处理后，再用无菌水反复冲洗至净，然后在无菌室内，将所取的组织迅速培养在固体培养基上。在适宜的条件下，受伤组织切口表面不久即能长出一种脱分化的组织堆块，称为愈伤组织（Callus），此种愈伤组织在适当的培养基上经一定时间即能诱导生长成整株植物，因此愈伤组织既可是某种植物代谢产物的来源，又是诱导成株的主要途径之一。
　　在适宜的培养条件下，还可使愈伤组织长期传代生存下去，这种培养称为继代培养。但在继代培养中，不少植物培养的组织或细胞随着再培养代数的增加，分化能力就逐渐降低甚至丧失，其原因可能是由于在培养过程中原有母体中存在的、与器官形成有关的特殊物质被逐渐消耗所致，因此可以用激素或改善营养条件使之恢复，也有认为是组织和细胞在长期培养中遗传往的改变，主要是染色体的变化，出现大量多倍性或非整倍性细胞，这种改变恢复的可能住较小。不同的培养基可以使愈伤组织具有不同的生长速度，结构也可松可紧，利用这些特性可使之分散成为单细胞或很小的细胞团。要形成单细胞培养宜在较高盐分、高生长素及高水解酪蛋白的培养基中进行，然后移入液体并经搅拌而分散成单细胞。也有用加入一些果胶酶的办法，但一般来说要得到纯一的单细胞是很少的。
　　在培养药用植物选材时，还应考虑到所需要的次生物质在植物体中的合成部位，如果选材和培养方法适当，可使原植物内所产主的代谢物通过细胞或组织培养发生生化转变而获得。
　　通过组织培养可获得有效成分，但实际上只有大量培养成功才有经济价值。因此在生产上常采用悬浮培养法来代替含有琼脂的固体培养基。愈伤组织悬浮培养的生长通常比静止培养快，这是由于悬浮培养时营养成分可较快地渗入细胞，抑制生长的代谢废物可较快地除去，同时供氧情况也较好，在进行这种培养时要注意通气与定期更新营养液，这是保证生长稳定，次生物质产量高的关键之一。
利用组织培养方法产生药用成分，已渐渐成为药物生产的新方向之一。六十年代以来，有些国家已经开展了薯蓣及其他有关科属植物的组织培养，研究薯蓣皂甙元的形成，探讨其生物合成机制；已知有7种薯蓣属植物经组织培养后，可获得薯蓣皂甙元或其它甾体化合物，其中三角叶薯蓣Dioscorea deltoides Wal1。经组织培养得到薯蓣皂甙元的含量为0．3～2．5％，此外尚有鱼藤酮、甘草甜素，菸碱等，例如从烟草根尖细胞悬浮培养可产生2．9％（干重）菸碱。
　　在通常应用的基本培养基中适当添加生长激素、维生素或其他化学药品有时能使代谢物增加，如白花曼陀罗组织培养时，在培养基中加进0．1％酪氨酸可使阿托品的产量增加7倍多，芸香组织培养时在培养基中添加4一羟基-2喹啉酚，可促进白藓碱的合成和积累，在这两例中的添加物被认为是生物合成的前体。又如培养三分三愈伤组织时，在生长后期供给1my/1激动素，可使东莨菪碱的含量达到0．495％，比原植物中的含量提高很多。
　　除了培养基的组成外，环境因素也影响次生物质的产生。例如石芹的组织培养在黑暗中虽也增殖，但不形成黄酮类，而当暴露于光线中时，就能测出芹菜甙。组织培养应用在药学方面的工作虽然历史不长，但发展很迅速，它具有如下一些优点：
　　1．利用组织培养代替原植物的栽培以获得所需的有效成分，达到产量高，成本低的目的，还可节约土地。
　　2．除了应用于产生次生物质外，还可应用于生物转化。例如烟草组织培养中蒂巴因去甲基后可能生成吗啡。
　　3．从组织培养的定性分析中发现新化合物。例如在芸香组织培养中，合成和积累了芸香素（Rutacultin），它是一个至今尚未能从原植物或其他植物的呋喃香豆精中检测到的化合物。因而，组织培养将是获得新的生物活性化合物的一个来源。
　　4．一般情况下，组织培养是异养的，但也有自养的细胞系株，它们具有光合作用的能力而不依赖外界的糖类供应。这种特性将使细胞培养技术优越于全植物，并更为经济。