高山红景天反应器不定根培养和红景天苷合成规律的研究

高山红景天是一种具有较高药用和保健价值的珍稀药用植物，红景天苷为高山红景天的主要有效成分，具有很高的药用价值。目前以红景天苷为原料的药品、保健品的应用已普及到普通百姓，具有巨大的经济价值和广阔的市场前景。本项目以长白山高山红景天为材料诱导不定根，研究气升式生物反应器内影响不定根生长的因素，明确关键因子, 优化生物反应器培养体系。通过不定根在反应器内生长和物质合成的动态研究，探明不定根生长和红景天苷合成规律及其相互关系。为提高不定根中红景天苷的含量，研究前体和非生物诱导子的浓度和添加时期，确保在不定根生物量不受影响的条件下提高红景天苷含量，为高山红景天工业化生产打下基础，同时对其它药用植物开发利用提供参考。

珍稀药用植物高山红景野生资源和人工栽培存在诸多问题，因此，本项目以其雄性株为材料，通过研究生物反应器内影响愈伤组织（CL）生长和有效物质积累的各因素及培养动态，探明了反应器培养机制；通过研究诱导子对有效物质合成的影响，确定高效培养模式。通过比较固体、液体振荡和反应器等三种培养方式，发现在反应器中CL生长快且生物量明显多于其他两种培养，CL适合反应器培养。为了制作和选用最佳的反应器种类，制作了三种具有不同尺寸气体分布器的反应器培养CL，发现气体分布器尺寸为3.5 cm的反应器最佳。用最佳反应器种类进行了理化参数调控研究，结果发现通气量为0.1 vvm，接种量为12.5 g/L，光照强度调节为30 μmol/cm2/s时CL生物量及有效物质生产量最高。探明培养基条件的结果，CL在1倍的MS培养基生长最佳，但有效物质的积累在不同MS浓度出现差异，0.5倍MS中酚，1倍MS中黄酮和多糖，0.5倍MS中红景天苷积累量最高，因此，建议根据不同目标产物确定适宜的MS浓度。蔗糖浓度为30 g/L时，有利于红景天苷、多糖和黄酮类物质的生产，但蔗糖浓度为50 g/L时，则有利于酚类物质的生产。培养基中pH为5.8时，CL生物量以有效物质生产量均达最大值。研究反应器培养动态的结果，发现0-10 d为CL生长延迟期，10-20 d为指数生长期，20-25 d为平稳期，25 d后为停滞期，与此同时，20 d时红景天苷、酚含量及生产量均达最大值，而多糖、黄酮含量和生产量在第25 d时达最大。为了促进CL中有效活性物质的积累，进行了水杨酸（SA）和茉莉酸甲酯（MeJA）两种诱导子处理。发现反应器培养20 d后加入两种诱导子处理3 d时有效物质积累量增加明显。SA浓度为100 μmol时，有利于红景天苷和多糖积累，而150 μmol时利于酚和黄酮的积累；MeJA为275 μmol时，红景天苷、酚、黄酮的积累最佳。对SA和MeJA混合使用效果进行比较的结果，发现单独添加MeJA有利于红景天苷和多糖积累，而SA和MeJA混合则促进酚和黄酮的积累。进行抗氧化活性研究的结果，发现反应器培养的CL经MeJA处理后其抗氧化能力要明显高于未经MeJA处理组。因此，利用生物反应器通过大量培养CL生产高山红景天有效物质的方法，可为高山红景天产品的商业化生产及开发提供另一种原材料，对满足市场需求具有重要意义。