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植物细胞培养生产紫草宁方法的比较东玮摘要：本文对应用植物细胞培养技术生产紫草宁的几种常见方法进行了简要介绍，主要包括：细胞悬浮培养、双液相培养、固定化吸附培养，并对几种方法进行了对比，认为结合双液相培养与固定化吸附培养具有广阔的应用前景。
关键词：紫草宁细胞悬浮培养双液相培养固定化吸附培养比较紫草宁产生于紫草系多年生植物的根部，紫草宁及其衍生物作为紫草的有效成分,具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌、消炎和促进肉芽组织生长的功能。
外用可以治疗皮肤癌、红斑狼疮、湿疹、带状泡疹和烧烫伤;内服可用于绒毛膜上皮癌、病毒性肝炎、肺癌及肝癌放化疗的辅助治疗。
早在1974年Tabata等就研究了在何种培养基上可以使培养紫草细胞产生紫草宁衍生物。
1981年Tabata和Fujita等又用大的培养容器进行细胞悬浮培养并获得了紫草宁衍生物，并于1983年进行紫草细胞大规模培养来生产紫草宁。
八十年代后期,我国学者也对紫草的组织培养进行了多方面的研究。
目前，我国对于紫草细胞培养的研究主要集中在双液相培养与固定化培养上，已经取得了一系列的成果。
由于紫草的固定化吸附培养属于相对较新的技术，国内对该技术的报道还不常见，而且缺乏对紫草各种细胞培养方法的综合比较评价。
故本文依次为出发点，列举了几种常见的紫草细胞培养方法，通过对其进行对比，希望能够对相关研究人员有一定的启发指导作用。
1.几种方法的简介：1.1.细胞悬浮培养：紫草细胞悬浮培养的研究已经比较全面了,该过程主要分两步.第一步,细胞的生长培养;第二步,合成色素的生产培养.细胞生长动态为:接种后0～3d为延迟期,3～12d为对数生长期,12～15d进入静止期.细胞转入生产培养基以后的0～25d内,色素含量增加,其中15～25d 为合成的高峰期.1.1.1基本培养基：生长培养基以改良LS培养基为基本培养基,生产培养基以M9为基本培养基.1.1.2 PH：适合于细胞生长及紫草宁衍生物形成的pH值为5.6±0.4.1.1.3植物生长激素：不同生长素和细胞分裂素的浓度及组合形式,产生的培养结果也有差异.单一的生长素对细胞生长作用不明显,如BAP、NAA或IBA对细胞生长无明显地促进作用,2,4-D严重抑制细胞生长,而且它们可抑制紫草宁衍生物的形成.而在生长培养基中添加 1.0mg/LIAA和0.5mg/LKT可促进细胞生长,在生产培养基中附加0.1mg/LKT和0.75～1.0mg/LIAA,有利于紫草宁及其衍生物含量及产量的提高.1.1.4无机盐类：适合于细胞生长的钙源为332mg/LCaCl2·2H2O,高于此浓度则抑制细胞生长;适合于紫草宁及其衍生物形成的钙源为1400mg/LCa(NO3)2·4H2O.1.1.5维生素：B族维生素对细胞生长及紫草宁衍生物的促进效果不明显,但在培养基中加入10-5mol/L 维生素B2,并连续光照,细胞生长正常,这表明维生素B2可部分消除光对紫草色素的抑制作用.研究中还发现10-7mol/L的维生素C可促进色素的形成及产量的提高.1.1.6培养过程：置于转速为70r/min的摇床上，在26℃黑暗条件下进行振荡培养。
植物药用成分的生物合成和分子调控机制是生物化学和植物学领域的研究热点。
随着人们对天然药物的认识不断加深，越来越多的研究者开始对药用植物的次生代谢物进行深入探究。
次生代谢是指植物在生长或遭受外部刺激时所形成的化合物，它们不参与植物的基本代谢过程，但有助于植物的适应性和生存能力。
植物药物中的有效成分大部分都是次生代谢物，如氨基酸、黄酮、生物碱、萜类化合物等。
而这些次生代谢物的生物合成和分子调控机制，正是当前研究的核心内容。
一、植物药用成分的生物合成植物药用成分的生物合成是一个复杂的过程，一般包括前体合成、后续调控和到达靶器官等环节。
其中，前体合成是指植物将原料转化为次生代谢物或前体物的过程。
该过程通常可以划分为两个步骤：首先是原料的合成，然后是将原料转化为药用成分或前体物。
例如，一些根茎中所含的次生代谢物首先是由一些氨基酸和萜类化合物等原料合成而得，然后这些原料在植物体内被进一步转化为药用成分。
这种转化往往需要通过一系列复杂的酶促反应来完成。
一些药用植物中含有的黄酮类化合物是广泛存在的。
这些黄酮类化合物在植物体内的生物合成过程看似单一，实际上是一个迭代的过程。
最早的操作是将苯丙氨酸转化为某些阳离子，然后由于阳离子中含有三类基团，因此有三类结构可以生成。
选择其中一项进行选择性加氧就可以得到黄酮，接下来进行酯化并在黄酮的核内进行羟基化或甲基化等一系列转化，最终形成黄酮类化合物。
该过程需要依赖于多个酶发挥协同作用，如苯丙氨酸羟化酶、黄酮-4-羟化酶等，因此严格控制酶的表达和活性对次生代谢物的生成起着至关重要的作用。
二、植物药用成分的分子调控机制植物药用成分的分子调控机制是指植物体内生物合成活动过程中的调控因素，这些调控因素可以影响植物药用成分的合成和积累。
（1）转录因子转录因子是植物药用成分生物合成中的重要调控因素之一。
研究表明，转录因子可以通过调控次生代谢途径中的关键酶基因来控制药用成分的生成。
例如，MYB转录因子可以激活苯丙氨酸羟化酶和3-羟基-3-甲基戊二酸羰基合酶等基因的表达，从而促进次生代谢物的生成。
2022学年下学期高二暑假生物新教材巩固练习及答案专题9生物技术与工程例1．用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。
在此过程中需要使用多种工具酶，其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。
回答下列问题：（1）常用的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4DNA连接酶。
上图中__________酶切割后的DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接。
上图中___________酶切割后的DNA片段可以用T4DNA连接酶连接。
（2）DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是____________。
（3）DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒DNA分子上有复制原点，可以保证质粒在受体细胞中能___________；质粒DNA分子上有______________，便于外源DNA插入；质粒DNA分子上有标记基因（如某种抗生素抗性基因），利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是______________。
（4）表达载体含有启动子，启动子是指__________________。
一、选择题1．在葡萄酒的自然发酵过程中，发酵容器的变化及对其的处理，正确的是（）A．加葡萄汁入容器应该加满，有利于酵母进行酒精发酵B．发酵过程有气体产生，应定期松盖或者设置排气口C．发酵后期，发酵液pH下降，应及时加入食用碱性物质进行调整D．发酵液逐渐变红色，应及时加热杀死酵母菌，停止发酵2．为了更好地解决油废水的污染问题，我校生物创新实验室同学从油脂厂附近采集样品，筛选分离得到一株产量高的产脂肪酶菌株。
结合下图，你认为在此研究中他可能的操作是（）A．将土壤稀释液灭菌后接种在固体培养基中B．在固体培养基中添加橄榄油，通过透明圈的大小初筛产量高的产脂肪酶菌株C．划线法接种土壤稀释液于固体培养基中，并统计菌落数D．利用固体培养基进一步扩大培养高产脂肪酶菌株3．紫草宁是从紫草细胞中提取的一种色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。
Hereditas (Beijing) 2021年5月, 43(5): 459―472 收稿日期: 2020-10-10; 修回日期: 2021-03-04基金项目:国家自然科学基金项目(编号：U1903201, 31670298, 31771413, 21702100, 21907051)和教育部创新团队项目(编号：IRT_14R27)资助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. U1903201, 31670298, 31771413, 21702100, 21907051), and theProgram for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University from the Ministry of Education of China (No. IRT_14R27)]作者简介: 林红燕，博士，助理研究员，研究方向：药用植物天然产物化学和分子药理。
E-mail:*************.cn王煊，博士研究生，研究方向：植物分子代谢。
E-mail:*******************林红燕和王煊并列第一作者。
通讯作者:杨永华，教授，博士生导师，研究方向：分子代谢与生物技术安全。
E-mail:**************.cn DOI: 10.16288/j.yczz.20-341 网络出版时间: 2021/3/29 11:37:11URI: https:///kcms/detail/11.1913.R.20210326.0956.002.html综 述中药植物紫草天然产物的生物合成及其功能研究进展林红燕，王煊，何聪，周紫玲，杨旻恺，文钟灵，韩洪苇，陆桂华， 戚金亮，杨永华南京大学医药生物技术国家重点实验室，植物分子生物学研究所，生命科学学院，南京 210023摘要: 紫草为我国传统的重要药用植物资源，其根部代谢产生的紫红色萘醌类天然产物—紫草素及其衍生物，临床上常被用于治疗疮疡和皮肤炎症。
紫草次生代谢物生物学活性研究进展黄文虎;葛锋;刘迪秋;陈朝银【摘要】从抗肿瘤、抗炎、抗微生物、抗氧化、抗生育等方面对紫草次生代谢物一些生物学活性的新进展和新发现进行了综述,并对紫草次生代谢物今后的研究和发展方向进行了展望.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2010(038)028【总页数】3页(P15592-15593,16074)【关键词】紫草;生物学活性;次生代谢物;抗肿瘤;紫草素【作者】黄文虎;葛锋;刘迪秋;陈朝银【作者单位】昆明理工大学生命科学与技术学院,云南昆明650224;昆明理工大学生命科学与技术学院,云南昆明650224;昆明理工大学生命科学与技术学院,云南昆明650224;昆明理工大学生命科学与技术学院,云南昆明650224【正文语种】中文【中图分类】S567.9紫草已有上千年药用历史，其干燥根味甘、咸，性寒，有凉血、活血、解毒、透疹的功效，主要用于血热毒盛、麻疹、疮疡、湿疹、水火烫伤等的治疗［1］。
2005版《中华人民共和国药典》收录了紫草科(Boraginaceae)中的2种药用紫草，即软紫草属(Arnebia Forsk.)的新疆紫草［软紫草，Arnebiaeuchroma(Royle)Johnst.］和蒙紫草(黄花软紫草，Arnebia guttata Bge.)。
除了这2种植物外，紫草属(Lithospermum Linn.)的硬紫草(Lithospermum erythrorhizon Sieb.et Zucc.)，滇紫草属(Onosma Linn.)的滇紫草 (Onosma paniculatum Bur.et Franch.)在国内也常作紫草入药，其药用活性同样不容忽视［2］。
国外如印度、土耳其、巴基斯坦等还有一些其他的紫草品种作为药用［3－4］。
随着人们对紫草认识的日益深入，越来越多的研究表明，紫草次生代谢物具有广泛的生物学活性和很高的药用价值。
笔者对紫草次生代谢物生物学活性的国内外研究进展进行了综述，旨在为科学利用紫草提供参考。
植物细胞培养技术合成次生代谢物质研究进展第22卷第1期云南农业大学学报Vol 122 No 112007年2月 Journal of Yunnan Agricultural UniversityFeb .2007收稿日期:2006-06-283基金项目:沈阳市科学技术基金资助(1053125-1-51)。
作者简介:吕春茂(1970-),男,在读博士研究生,主要从事食品生物技术研究。
植物细胞培养技术合成次生代谢物质研究进展3吕春茂1,范海延2,姜河1,孟宪军2(1.沈阳农业科技开发院,辽宁沈阳110161;2.沈阳农业大学生物科学技术学院食品学院,辽宁沈阳110161)摘要:利用植物细胞培养技术生产次生代谢产物近年来取得很大进展,但如何增加目的产物产量使该技术实现工业化生产是亟待解决的难题。
从筛选高产细胞系、优化培养环境、调节营养水平、前体饲喂、诱导子添加及β-环糊精使用等方面综述了国内外最新的增产策略。
另外毛状根培养、固定化培养和生物转化研究正成为工业化生产次生代谢产物的重要技术来源。
关键词:次生代谢物;植物细胞培养;毛状根培养;固定化;生物转化中图分类号:Q 94311 文献标识码:A 文章编号:1004-390X (2007)01-0001-07Research Advances on Synthesis of Secondary M et aboliti es by Pl ant Cell CultureLU C hun 2m a o 1,FAN H a i 2ya n 2,J I A N G H e 1,M EN G Xia n 2jun2(1.Shenyang Agricultural Acade my of Science and Devel opment,Shenyang 110161,China;2.Faculty of Food and B i ol ogy,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110161,China ) Abstract:Great advance have been achived in p r oducing secondary metabolities by p lant cell culture .But it is a p r obler m how t o enchance p r oducti on of metabolities of interest and realize industrial p r oduc 2ti on .This revie w deals with s ome recently strategies t o increase metabolities p r oducti on,including screening of high gr owth cell line,op ti m izing the culture envir onment,regulating nutrient level,p recur 2s or feeding,elicit or adding,using β2Cycl odextrin etc .I n additi on,hairy r oot culture,i m motilizati on and bi otransf or mati on are p r om ising i m partant s ources f or the p r oducti on of high 2value secondary metaboli 2ties of industrial app licati on .Key words:secondary metabolities;p lant cell culture;hairy r oot culture;i m mobilicati on;bi otrans 2for mati on植物不仅为人类的生存和发展提供必要的食物、纤维和建筑材料,同时其次生代谢产生的萜类、生物碱和酚类等天然成分被人类广泛利用,制成药品、食品添加剂、风味物质、香料、色素、化妆品、生物杀虫剂和农业化肥等。
植物细胞培养生产紫草宁紫草是一种重要的药用植物，其根部富含红色的萘醌类次生代谢产物-紫草宁及其衍生物。
它们具抗、消炎、活血、诱导癌细胞凋亡和抑制1型HIV病毒等功效，同时也是一种天然的染料。
紫草细胞中对羟基苯甲酸和焦磷酸香叶酯由羟基苯甲酸香叶基转移酶催化生成香叶基—对羟基苯甲酸，后经一系列反应在内质网中形成紫草宁，并通过胞外分泌作用将形成的紫草宁微粒运输到原生质体外的细胞壁中.目前已成功建立新疆紫草（Arnebia euchroma)、滇紫草（Onosma paniculatum)和硬紫草（Lithospermum erythrorhizon)的细胞培养体系，可以大规模工业生产紫草宁。
实践证明不同的培养、提取条件对紫草宁的产量影响很大，对于影响紫草宁生产产量的因素的研究有助于我们不断优化培养条件，提升紫草宁生产水平.1.培养基紫草细胞合成紫草宁的影响1.1pH值对紫草细胞合成紫草宁的影响方德秋等人［1]研究了pH值对新疆紫草悬浮培养细胞生长及紫草宁衍生物合成的影响.发现在pH=5.0—6。
2范围内，新疆紫草细胞生长旺盛，尤以pH5.6为最。
而且在一定的pH范围内,生产培养基的初始pH值对悬浮培养细胞中紫草宁衍生物含量的影响不大。
1.2激素对紫草细胞合成紫草宁的影响方德秋等人[1]也发现细胞分裂素类对紫草宁衍生物的合成有抑制作用，且这种作用随使用浓度的增加而加强，但是一定浓度的细胞分裂素对细胞的生长有促进作用，因而有一个最适添加量。
NAA和IBA会明显的抑制紫草宁的合成，低浓度的IAA既能促进细胞生长又有利于紫草宁的合成。
1.3Ca2+/CaM对紫草细胞合成紫草宁的影响刘志[2］等人研究发现Ca2+/CaM信号分子可能参与了对滇紫草细胞中紫草宁形成的调控,对紫草宁的产量有十分显著的影响。
合适的钙源浓度能够促进紫草宁的生成。
1.4 添加前体物质对紫草细胞合成紫草宁的影响胡立勇［3］研究了不同配方的培养基对紫草宁产量的影响,发现培养基中添加L-苯丙氨酸（合成紫草宁的前体物质）对紫草素形成有明显刺激作用.2.光照对紫草细胞合成紫草宁的影响刘志［2］等人同样发现蓝光比较强烈地抑制紫草培养细胞中紫草宁的形成，而红光和绿光几乎没有影响。
专利名称：紫草宁苯氧羧酸酯类衍生物及其合成方法和应用专利类型：发明专利
发明人：王小明,杨永华,刘洪昌,石婧,孔文尧,郭靖,黄守程,刘静,孔令如,张培培
申请号：CN201210122226.X
申请日：20120424
公开号：CN102659593A
公开日：
20120912
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于化学制药技术领域，具体涉及一种紫草宁苯氧羧酸酯类衍生物的制备及其在肿瘤抑制方面的应用。
通过合成手段将苯氧基羧酸类药物中间体引入到紫草宁骨架分子中获得相应酯类衍生物，体外抗肿瘤活性研究表明，苯氧羧酸紫草宁衍生物对肿瘤细胞株有很强的抑制活性。
申请人：南京大学
地址：210093 江苏省南京市鼓楼区汉口路22号
国籍：CN
代理机构：南京知识律师事务所
代理人：胡锡瑜
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经验交流129紫草素通过调节代谢途径抗癌的研究进展褚宇航，朱丽#，叶宝彬，黄助 （遵义医科大学医学与科技学院，贵州遵义 563000）摘要：肺癌、肝癌、乳腺癌、胃癌、食道癌、结肠癌等癌症是我国发病率较高的几种癌症。
现阶段，对癌症治疗的主要方式仍然为手术、化疗、放射疗法等。
临床常用的化疗药物不仅有强烈的胃肠道反应，而且长期使用化疗药物易导致患者产生耐药性，使得药物疗效逐渐降低。
中医药治疗癌症的效果逐渐得到证实。
本文主要综述紫草素通过调节代谢途径抗癌的研究进展。
关键词：紫草素；肝癌；肺癌；骨肉瘤；子宫内膜癌紫草最早记载见于《神农本草经》，性寒，具有清热、解毒等作用[1]。
迄今为止人们发现紫草的主要化学成分有紫草醌类、单萜苯醌类及苯酚类、生物碱类、酚酸类等多种具有生物活性的化合物。
据以往研究表明，紫草素的主要有效成分之一为萘醌类化合物，目前已被证明有良好的抗肿瘤、抗病毒、抗炎、抗氧化等作用[2]。
研究表明，紫草素具有抗癌作用[3]。
1紫草素调节肝癌细胞代谢途径紫草素能够抑制多种肝癌细胞增殖，并呈剂量—时间依赖性，紫草素通过下调Hep G2和Huh-7肝癌细胞中SP1的含量，减少表皮生长因子受体的转录来抑制肝癌细胞的转移和增殖[4~5]。
杨威[6]研究表明，紫草素在短时间内上调了Hep G2肝癌细胞中线粒体生物合成相关蛋白的表达，同时增加线粒体数量以维持线粒体稳态，但是无法缓解氧化损伤，导致细胞内活性氧持续增高，进而导致细胞发生线粒体途径的凋亡。
武向丽[7]用HepG2肝癌细胞建模荷瘤小鼠的体内实验表明，紫草素能够上调移植瘤组织caspase-3, Bax 蛋白并下调BCL-2蛋白，提高Bax/ BCL-2比值。
在HCC 肝癌细胞中，紫草素能够下调抗凋亡蛋白BCL-2，同时也抑制了糖酵解的过程[8]。
双重作用表明，紫草素能够抑制HCC 肝癌细胞移植裸鼠的肿瘤生长。
2 紫草素调节肺癌细胞的代谢途径我国恶性肿瘤发病率逐年上升，在所有恶性肿瘤中，肺癌的发病率和死亡率均位居首位[9]，肺癌防治已成为我国恶性肿瘤防控面临的重大挑战。
紫草宁生物合成途径中的代谢与调控1.背景知识介绍1.1 紫草及紫草宁紫草（学名：Lithospermum erythrorhizon），为紫草科紫草属植物。
又名山紫草、紫丹、紫草根，分布于日本、朝鲜以及中国大陆的辽宁、山西、湖南、甘肃、山东、湖北、广西、四川、陕西、贵州、江西、河北、河南等地，生长于海拔50米至2,500米的地区，多生长在山坡草地，目前尚未由人工引种栽培。
紫草是一种重要的药用植物，其功效是凉血，活血，解毒透疹。
用于血热毒盛，斑疹紫黑，麻疹不透，疮疡，湿疹，水火烫伤。
紫草根部富含红色的萘醌类次生代谢产物——紫草宁及其衍生物。
紫草宁又称紫草素，英文名称：Shikalkin，英文别名：5,8-Dihydroxy-2-(1-hydroxy-4-methylpent-3-enyl)naphthalene-1,4-dione，即5,8-二羟基-2-[(1R)-1-羟基-4-甲基戊-3-烯基]萘-1,4-二酮，结构式如下：紫草宁为赤褐色针状晶体(由苯重结晶)。
熔点149℃。
旋光度-167°±10°(在苯中)。
能溶于普通有机溶剂，以及甘油动植物油脂和碱性水溶液。
难溶于碳酸氢碱溶液。
与氢氧化碱金属作用显蓝色。
由于紫草素具有多种生物学活性，以紫草素为先导化合物开发抗炎、抗肿瘤、抗病毒新药的研究已成为热点课题，除此之外，紫草素还是良好的天然色素，已广泛用于食品、化妆品和印染工业中。
1.2紫草宁及其衍生物的药理作用1.2.1 抗肿瘤活性近年来，紫草次生代谢物的抗肿瘤活性倍受关注。
紫草素能够抑制肝癌肿瘤细胞增殖[1]、诱导生殖系统肿瘤细胞凋亡[2]，并兼具调控机体免疫的功能。
紫草素在体外一定浓度范围内能抑制人白血病Ｋ562细胞增殖，诱导其凋亡。
甲基丙烯酰紫草素具有较好的体内外抗肿瘤作用，作用机制可能与诱导细胞凋亡和抑制NF-zB p50的活性有关[3]。
乙酰紫草素可通过诱导细胞凋亡来抑制胃癌SGC-7901细胞在体内外的增殖[4]。
紫草宁生物合成途径中的代谢与调控1.背景知识介绍1.1 紫草及紫草宁紫草（学名：Lithospermum erythrorhizon），为紫草科紫草属植物。
又名山紫草、紫丹、紫草根，分布于日本、朝鲜以及中国大陆的辽宁、山西、湖南、甘肃、山东、湖北、广西、四川、陕西、贵州、江西、河北、河南等地，生长于海拔50米至2,500米的地区，多生长在山坡草地，目前尚未由人工引种栽培。
紫草是一种重要的药用植物，其功效是凉血，活血，解毒透疹。
用于血热毒盛，斑疹紫黑，麻疹不透，疮疡，湿疹，水火烫伤。
紫草根部富含红色的萘醌类次生代谢产物——紫草宁及其衍生物。
紫草宁又称紫草素，英文名称：Shikalkin，英文别名：5,8-Dihydroxy-2-(1-hydroxy-4-methylpent-3-enyl)naphthalene-1,4-dione，即5,8-二羟基-2-[(1R)-1-羟基-4-甲基戊-3-烯基]萘-1,4-二酮，结构式如下：紫草宁为赤褐色针状晶体(由苯重结晶)。
熔点149℃。
旋光度-167°±10°(在苯中)。
能溶于普通有机溶剂，以及甘油动植物油脂和碱性水溶液。
难溶于碳酸氢碱溶液。
与氢氧化碱金属作用显蓝色。
由于紫草素具有多种生物学活性，以紫草素为先导化合物开发抗炎、抗肿瘤、抗病毒新药的研究已成为热点课题，除此之外，紫草素还是良好的天然色素，已广泛用于食品、化妆品和印染工业中。
1.2紫草宁及其衍生物的药理作用1.2.1 抗肿瘤活性近年来，紫草次生代谢物的抗肿瘤活性倍受关注。
紫草素能够抑制肝癌肿瘤细胞增殖[1]、诱导生殖系统肿瘤细胞凋亡[2]，并兼具调控机体免疫的功能。
紫草素在体外一定浓度范围内能抑制人白血病Ｋ562细胞增殖，诱导其凋亡。
甲基丙烯酰紫草素具有较好的体内外抗肿瘤作用，作用机制可能与诱导细胞凋亡和抑制 NF-zB p50的活性有关[3]。
乙酰紫草素可通过诱导细胞凋亡来抑制胃癌SGC-7901细胞在体内外的增殖[4]。
1.2.2 抗炎活性紫草素能有效减轻由中波紫外线（UVB）引起的表皮角蛋白细胞炎症，起到保护皮肤的作用；还可以减弱小神经胶质细胞的炎症反应，达到保护神经系统的作用。
1.2.3 降胆固醇活性研究发现，从硬紫草根部氯仿提取物中分离出的三种化合物—乙酰紫草素、异丁基紫草素和β-羟基异戊酰紫草素均具有抑制人类酰基辅酶Ａ-胆固醇酰基转移酶-1和人类酰基辅酶Ａ-胆固醇酰基转移酶-2的活性。
酰基辅酶Ａ-胆固醇酰基转移酶是胆固醇生物合成途径的关键酶，乙酰紫草素、异丁基紫草素和β-羟基异戊酰紫草素通过抑制该酶的活性，从而达到降低胆固醇含量，防治动脉粥样化的目的。
紫草的药理作用除了上述内容之外，还有降血糖活性，抗生育、抗免疫缺陷、抗凝血、保肝护肝、抗前列腺素生物合成、抗菌及清除活性氧作用等。
1.3紫草及紫草宁的市场紫草是我国传统中药材，多家中药饮片厂以紫草为主要原料研制开发生产了约500多种（规格）中成药、特药、新型中药，以及几十种中药饮片。
这些产品投入市场后很受消费者欢迎，销量增加，对紫草的需求量也随之逐年大幅攀升。
据不完全统计，紫草需求量2000年为100吨，2002-2004年增长至200-500吨，2005-2007年增长至700-1000吨，2008-2009年又增长至1100-1300吨，2010年已增长至1400吨左右。
2010年的市场用量是世纪初叶的14倍，创下历史新高。
预测今年市场用量将超过1500吨。
然而市场提供的紫草几乎完全是野生品。
由于大规模地滥采乱挖，已造成野生资源枯竭，从2001年起野生紫草资源呈逐年减少之势。
据不完全统计，2001年野生紫草产量为3000-4000吨左右，2002-2003年下降至1000-1500吨左右，2006年再降至800吨左右，2009-2010年已降至500吨左右。
资源的匮乏抬高了紫草及其提取物的价值，在国际市场上，紫草提取物价格高达每公斤7000美元。
2.紫草宁的生物合成2.1植物组织培养技术植物组织培养概念又叫离体培养，指从植物体分离出符合需要的组织、器官或细胞，原生质体等，通过无菌操作，在人工控制条件下进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术。
组织培养能够快速繁殖某些稀有植物或有较大经济价值的植物，利用植物组织培养技术培养紫草细胞来得到紫草素，便是成功的例子。
2.2紫草宁的生物合成途径紫草素及其衍生物的主要生物合成过程是先由两类重要的代谢，即苯丙素类代谢和甲羟戊酸代谢分别形成两个重要的中间前体—对羟基苯甲酸（PHB）和香叶基焦磷酸（GBB），然后由对羟基苯甲酸香叶基转移酶催化及其它代谢酶的级联反应合成的。
该次生产物最初在内质网中形成，然后通过胞外分泌作用将紫草素微粒运输到细胞壁中[5]。
两个前体物质—对羟基苯甲酸（PHB）和香叶基焦磷酸（GBB ）的生物合成分别如下[6][7]：苯丙氨酸丙氨酸脱氨酶（PAL ） 反式肉桂酸 肉桂酸-4-羟化酶（C4H ）4-香豆酸 4-香豆酸辅酶A 连接酶（4CL ）4-香豆辅酶A对羟基苯甲酸（PHB乙酰辅酶A乙酰辅酶A 硫解酶（AACT ）+ HMG-CoA 合成酶（HMGS ）β-羟基，β-甲基戊二酰辅酶A （HMG-CoA ）HMG-CoA 还原酶（HMGR ）甲羟戊酸（MVA ）焦磷酸化、脱羧 IPP二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP ），焦磷酸香叶酯合成酶GPP在紫草宁的生物合成过程中，由对羟基苯甲酸香叶基转移酶作用，将甲羟戊酸代谢途径形成的GPP的香叶酯基转移到来自丙氨酸代谢产物PHB上，形成香叶基-对羟基苯甲酸（GBA），该化合物是生成紫草宁及其衍生物的前几部反应中的重要前体，由它经过几步酶联反应便生成目标产物，其完整步骤整理如下（由文献整理所绘）：3.紫草宁的代谢与调控目前，不但基本清楚了紫草宁生物合成代谢的途径，而且还从紫草培养细胞中分离和鉴定了一些与紫草宁合成相关的代谢酶和基因，开展了紫草宁生物合成的毛状根转基因培养体系以及改变或修饰紫草宁生物合成代谢途径、代谢酶基因等的代谢工程研究。
本文将结合这些研究成果，介绍一些与紫草宁生物合成相关的代谢酶和基因的功能和表达特性，以及在实际生产中，是怎样对紫草宁及其次生药物进行生产调控的。
3.1 代谢工程概念代谢工程是基因工程的一个重要分支，利用重组DNA为主的技术，操纵酶的转移和细胞调节功能，定向改造基因组结构，重新设计细胞的代谢系统，达到生物体内改变代谢流，扩展代谢途径和构建新的代谢途径的目的。
在植物次生代谢产物的代谢工程中以毛状根转化体系应用较多，离体培养的毛状根中代谢酶基因表达特性和次级产物代谢调控具有与培养细胞基本一致的特点。
毛状根培养系统的应用已非常广泛，如：培养长春花毛状根可以生产长春花碱；人参毛状根生产人参皂苷等，不仅如此，这种明显优于植物组织培养的技术也成功运用于紫草宁的生产，即利用紫草毛状根生产紫草宁[8]。
通过Ri质粒的转化获得的紫草毛状根，与紫草植株的根一样能产生和分泌紫草宁色素，且与紫草细胞保持生产调控的一致性，故毛状根为紫草宁代谢工程及开展基因功能和其它分子生物学领域的研究奠定了基础。
3.2毛状根毛状根是指整体植株或某一器官、组织（包括愈伤组织）、单个细胞，甚至原生质体受到发根农杆菌的感染所产生的一种病理现象，是细胞中质粒的T-DNA插入寄主细胞核基因组而得到的表现型，主要是在感染部位上或附近能产生大量的副产物-毛状根。
目前，它已广泛应用于植物基因工程、植物次生代谢产物生产、植物品种改良和植物栽培等领域。
在药用植物方面，以发根农杆菌m 质粒转化植物产生的毛状根建立离体培养系统，实现次生代谢物质的工业化生产，来解决中药资源的短缺问题，越来越受到人们的重视。
相对于常规细胞培养和组织培养，毛状根培养系统具有生长快速、不需外源植物激素、合成次生代谢物质能力强而且稳定，并能向培养液释放部分代谢产物等优点，通过改变培养条件，毛状根甚至可以合成比原来植物中高出数倍的活性物质，以及原来植物所不含有的活性成分。
3.3紫草宁生物合成关键的代谢酶紫草宁生物合成代谢途经中的关键酶已用红笔标出（请见上图）。
3.3.1 苯丙氨酸脱氨酶（PAL）苯丙氨酸脱氨酶是苯丙素类代谢途径中的起始代谢酶，它将苯丙氨酸催化生成反式肉桂酸，PAL基因在植物中以基因家族形式存在，科学家从紫草培养细胞中分离到两个编码PAL的cDNA克隆。
这两个基因主要在形成紫草宁的紫草植株的根部表达。
光照和茉莉酸甲酯能促进紫草培养细胞中的PAL基因的表达[9]。
3.3.2 4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）4-香豆酸辅酶A连接酶也是植物苯丙素类代谢中的重要酶。
4CL 将4-香豆酸转换成4-香豆酸辅酶A,该化合物再经不同的代谢途径可以生成木质素、类黄酮和香豆素等酚类产物, 但在紫草细胞中则形成重要的中间产物PHB。
从紫草细胞中分离到该基因的两个cDNA克隆,LE4CL-1和LE4CL-2，光照能显著增加它们的表达水平[10]。
3.3.3 甲戊二羟酸单酰辅酶A还原酶（HMGR）紫草宁的部分碳骨架来自于异戊二烯代谢途径，而HMGR是代谢途径中起初的反应酶。
该酶催化甲戊二羟酸单酰辅酶A还原为MVA，然后经反应生成另一重要的中间产物GPP（见生物合成途径）。
该酶与紫草宁的形成密切相关，是一个重要的调节酶。
光照强烈抑制HMGR基因在紫草培养细胞中的表达，因此光照也强烈抑制紫草宁的形成[11]，可见HMGR基因的表达调控对紫草宁的形成具有重要的调节作用。
3.3.4 对羟基苯甲酸香叶基转移酶（PGT）对羟基苯甲酸香叶基转移酶是紫草细胞培养紫草宁形成代谢中的一个至关重要的代谢酶，它将GPP的香叶基转移到PHB上而形成GBA，最终反应生成紫草宁及其衍生物，增加或是减少它的活性直接影响到紫草宁的生产，故在紫草宁形成的调控中起着重要的作用。
科学家分离到两个PGT的cDNA 克隆，LePGT-1和LePGT-2，这两个基因只在紫草植株根中表达，而且特异地以GPP为代谢底物。
寡糖和MeJA能增加培养基中紫草细胞PGT基因表达和PGT活性，而光照却强烈抑制该基因的表达和PGT活性[10]，以及紫草宁的形成，暗培养则显著增强他们的表达。
在紫草培养细胞中, PGT基因的表达模式与其酶活性变化和紫草宁的形成具有高度的一致性，可见 PGT 基因的表达水平对紫草宁形成调控的重要性。
3.3.5 小结以上四个酶是对紫草宁生物合成代谢影响最大的四个酶。
前三个酶PAL、4CL和HMGR作用于两个组成单元（PHB、GBB）的形成，最后一个酶PGT作用于构建单位的连接。
这四个酶的活性及其基因表达的强弱都受到光照的影响，我认为是这些基因在光照或避光条件下差异表达的结果。
