药用植物组织培养 : 药用植物组织培养是在无菌条件下,在人工培养基上培养药用植物的离体器官、组织或细胞的技术。可用于药用植物细胞的生长和分化、器官形成和植株再生;研究药用植物培养组织和细胞合成有药用价值的次生代谢物质的能力和生物转化能力,以及影响它们的各种因素,以达到利用培养细胞进行工业化生产药物的目的。
据不完全统计,经组织培养成功的药用植物有百余种。从培养物中产生的药用成分已有200余种,天然药物所含的各种主要化合物类型都可从各种药用植物的培养物中得到。我国从60年代初开始进行药用植物的组织培养,现已有数十种植物培养成功。组织培养的应用如下:
(1) 药用植物品种改良和快速繁殖: 应用离体器官培养、单倍体培养和原生质体融合技术,可以得到无性繁殖种苗、体细胞杂种植物、单倍体植株和无病毒植株,对保存优良种质,培育新品种和进行珍贵、稀有药用植物的快速繁殖有重要意义。我国已获得十余种药用植物的再生植株,如枸杞、当归、地黄、罗汉果和娃儿藤植株等。
(2)天然药物的工业化生产: 药用的天然产物多数为植物的次生代谢产物。日本进行了人参培养细胞工业化生产,其提取物与人参提取物几乎相同。油麻藤悬浮培养生产的L-多巴,产率较高,较化学合成的光学纯度高,也不受微生物法只能将结构相近的前体转变为L-多巴的局限性。目前的研究着重在以下几方面:①培养技术的改进,如从实验室培养过渡到大量培养或连续培养,不断提高细胞的生长速率以适应工业生产的需要; ②次生代谢调节的研究,如改变培养条件,用生物化学或遗传学的手段筛选和保持高产细胞株系,调节次生代谢物生物合成的类型和速率,提高生产效率; ③降低生产成本的研究,应用细胞工程、发酵工程等生物技术进行综合研究以降低生产费用,提高经济效益。
(3)用植物细胞培养系统进行生物转化: 培养的植物细胞能够进行如下反应:环氧化、氧化、酯化、糖基化、异构化、甲基化、羟基化、脱甲基、双键还原、引入羰基和醛基。
植物细胞进行生物转化的利用有两个方面: ①使用培养植物中不存在的物质作底物,以得到具有新的结构和生物学特性的化合物。②将某一植物原有的、含量高但药用价值不大的化合物转变为药用价值高的化合物,如烟草的培养物能将蒂巴因脱甲基而形成吗啡。用植物细胞进行生物转化,尤其适用于微生物法和化学方法难于转化的化合物。
(4)用植物细胞培养进行生物合成的研究: 培养的植物细胞在代谢速率和发育阶段上都比较均一,且不受气候、土壤的限制,是进行生物合成研究的适宜系统。植物细胞培养还给无细胞系统和酶学研究提供良好条件。如从长春花吲哚生物碱生物合成的研究,基本弄清了生物合成的主要步骤。
(5)从细胞培养中发现新物质: 组织培养物能合成和积累某些原植物中没有发现的物质,可望成为获得新的生物活性物质的一个来源。如芸香组织培养物中的芸香素(rutacultin)和穿心莲组织培养产生的内酯A、B、C(paniculides A、B、C)都是原植物中不含的化合物;酸藤果属植物Embelica officinalis的培养物具有抗微生物作用,细胞中生成的棓酸乙酯是其有效成分;长春花愈伤组织不仅能治愈鸡的球虫病,而且是耐各种合成药的艾美虫属致病原虫的强力预防剂。
目前细胞培养在生产某些特殊药物方面已接近于工业化的水平,但在探求获得其代谢产物量等于或高于相应植物的细胞培养,高产细胞系的筛选及其保持,以及成本、工艺等方面尚待深入研究。现代生物技术的迅速发展,细胞工程、基因工程、发酵工程和酶工程的进展将会使药用植物组织培养在理论研究和实际生产上都得到更广泛的应用。