诱导子对东北红豆杉细胞培养生产紫杉醇的影响

【作者】 王淑杰； 李纯； 钟香梅； 王胡军； 赵晶；

【机构】 吉林大学生物与农业工程学院；

【摘要】 紫杉醇为当代最为畅销的抗癌药物之一,但是从15³0吨的红豆杉树皮中才可提出1kg的紫杉醇,含量甚微。红豆杉植物资源非常有限,野生红豆杉资源已濒临灭绝,红豆杉细胞培养技术具有不破坏自然资源和生态环境,不受自然条件限制等优点,是扩大紫杉醇来源的重要途径之一。因此,本试验中研究诱导子、前体、代谢抑制剂对东北红豆杉细胞生产紫杉醇的影响,并在单因素试验的基础上,运用二次通用旋转组合试验设计。通过对紫杉醇的合成代谢产物进行调控,可大大提高紫杉醇的产量,对促进紫杉醇的产业化技术研发,具有重要的现实意义与深远的社会影响。以经多次筛选继代的东北红豆杉愈伤组织为材料,进行红豆杉悬浮细胞培养,第7天分别加入不同浓度的各诱导子（茉莉酸甲酯、水杨酸、壳聚糖,前体物质苯丙氨酸、乙酸钠,代谢旁路抑制剂赤霉素和肉桂酸）,待红豆杉悬浮细胞培养28 d后收获,测定细胞鲜质量及细胞内紫杉醇单位产量,筛选出对提高紫杉醇产量效果更好的物质。然后在单因素的基础上,进行二次通用旋转组合设计试验,确定各物质的最适组合与浓度,使紫杉醇产量达最高值。东北红豆杉细胞悬浮培养高效诱导的试验研究表明:东北红豆杉悬浮细胞生长曲线呈"S"型,细胞鲜质量在第24天时达到最大,为54.5 g·L^-1;通过添加7种调节因子进行细胞诱导,筛选茉莉酸甲酯、水杨酸、苯丙氨酸及赤霉素对东北红豆杉悬浮细胞生长及产紫杉醇的影响较为明显;以该4种调节因子的浓度为自变量,悬浮细胞收获时细胞内紫杉醇总产量为因变量,进行二次通用旋转组合试验设计,得到回归方程为:y=4.32000-0.12000x₁+0.06667x₂+0.10000x₃-0.03333x₄-0.40667x₁²-0.32167x₂²-0.22167x₃²-0.57667x₄²+0.02500x₁x₃+0.01500x₂x₄。调节因子的最佳组合为:茉莉酸甲酯100μmol·L^-1,水杨酸20 mg·L^-1,苯丙氨酸400 mg·L^-1,赤霉素2 mg·L^-1,此时,细胞内紫杉醇总产量高达4.32 mg·L^-1。悬浮细胞生长第7天加入调节因子得到的细胞内外紫杉醇总产量最高,为4.855mg·L^-1,紫杉醇释放率为10.48%;红豆杉悬浮细胞生长体系中小剂量连续添加调节因子比一次性大剂量添加效果好,细胞鲜质量和紫杉醇总产量分别提高6.08%和11.57%;悬浮细胞生长体系中,紫杉醇的合成代谢滞后于细胞的生长。更多还原