红豆杉组织培养生产紫杉醇的研究进展
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利用红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇摘要:I.简介- 红豆杉和紫杉醇的背景介绍II.愈伤组织的提取- 什么是愈伤组织- 为什么愈伤组织可以用于提取紫杉醇- 提取过程的步骤III.紫杉醇的用途- 紫杉醇的药用价值- 紫杉醇在医药领域的应用IV.结论- 利用红豆杉愈伤组织提取紫杉醇的意义- 未来展望正文:I.简介红豆杉是一种常绿乔木,属于紫杉科。
它不仅是一种观赏植物,还具有很高的药用价值。
红豆杉中提取出的紫杉醇是一种抗肿瘤药物,对于治疗卵巢癌、乳腺癌等多种癌症具有显著的疗效。
因此,研究如何高效地从红豆杉中提取紫杉醇具有重要的意义。
II.愈伤组织的提取愈伤组织是植物在受伤后产生的一种特殊的组织,它能够进行迅速的分裂和生长。
红豆杉的愈伤组织位于树皮内侧,含有丰富的紫杉醇。
通过在红豆杉的愈伤组织上切割出小片,然后将其浸泡在一种特殊的提取液中,可以有效地提取出紫杉醇。
提取过程的步骤主要包括:红豆杉愈伤组织的收集、切割、提取液的配制、浸泡、提取、浓缩和纯化。
其中,提取液的配制和浸泡过程是影响提取效率的关键步骤。
III.紫杉醇的用途紫杉醇是一种具有广泛药用价值的物质,可以用于治疗多种癌症。
紫杉醇能够抑制癌细胞的分裂和生长,从而达到治疗癌症的目的。
目前,紫杉醇已经成为治疗卵巢癌、乳腺癌等癌症的重要药物之一。
除了用于治疗癌症外,紫杉醇还具有其他的药用价值。
例如,紫杉醇可以用于治疗糖尿病、病毒感染等多种疾病。
因此,研究如何高效地从红豆杉中提取紫杉醇具有重要的意义。
IV.结论利用红豆杉愈伤组织提取紫杉醇是一种有效的方法。
通过改进提取技术和提高提取效率,可以更好地利用红豆杉资源,为治疗癌症等疾病提供更多的药物资源。
化工能源化 工 设 计 通 讯Chemical EnergyChemical Engineering Design Communications·163·第47卷第1期2021年1月紫杉醇由于其良好的抗肿瘤作用,得到广大的关注,广泛应用于治疗乳腺癌、头颈癌、卵巢癌、肺癌等。
紫杉醇注射液、紫杉醇酯质体、紫杉醇(白蛋白结合型)等产品不断更迭换代、提高疗效,将紫杉醇更好地应用于临床实践。
紫杉醇结构化学名为5β,20-环氧-1,2α,4,7β,10β,13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4,10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[(2’R ,3’S )-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯],结构如图1所示。
图1 紫杉醇结构式1 紫杉醇的全合成紫杉醇母核骨架为6-8-6碳环结构,其全合成自20世纪开始,全世界众多化学家致力于其合成路线的研究。
其全合成路线主要分为三个过程:紫杉醇母核骨架的合成;对骨架进行官能团反应,对其进行修饰;最后加上侧链苯基异丝氨酸完成全合成。
其全合成过程复杂、烦琐,耗时长,且效率低下。
Wender 合成是目前公开最短的紫杉醇全合成路线。
以化合物2为起点,经过系列反应得到化合物7,完成AB 环的合成。
经过C-3位反应和氧化反应得到10,经醇醛缩合得到12,完成C 环的建立。
然后经过C-5的溴取代,C-4、C-20臭氧化完成对含氧D 环的建立,得到13,再进一步得到巴卡亭Ⅲ(14),最后完成C-10乙酰化及侧链的加成得到紫杉醇。
其合成路线,如图2所示。
23OOOOHOH OTMSO OO O CHO45678OOO OOOOOOO OTBSTIPSOOTBSTIPSOCHOOH TIPSOTIPSOOBOMOHHO OBzOAcOTESO OO OOO 910TIPSOHO OH OHOH BrOTroeAcO AcOO OHO 1211OBzOBzHHOBOMTIPSOTIPSOHO HOHO 1314OCOPhOAcOBzH HHH O OOTES 1OO ONPhAcO AcOOHBzOTroe图2 Wender 合成路线2 紫杉醇的半合成紫杉醇的全合成烦琐且收率低,不适合大生产,于是应寻求更佳的合成方法。
紫杉醇药源的研究进展毕业论文随着生物技术的发展,加之人们对于生命科学的不断探索,许多天然药物的药源也随之被不断研究,其中就包括了一种具有抗肿瘤特性的天然化合物——紫杉醇。
紫杉醇作为一种著名的抗肿瘤活性成分,已经成为了肿瘤治疗领域的一个研究热点。
本文旨在对紫杉醇的药源及研究进展进行探讨。
一、紫杉醇的药源紫杉醇是一种从红豆杉科植物中提取的天然生物碱,其主要产自于太平洋西北部及加拿大地区的云杉树(Taxus brevifolia Nutt),同时也有些产自于欧洲、亚洲等地的兴安落叶松(Taxus chinensis)及四川云杉(Taxus wallichiana Zucc. var. Mairei),其中以加拿大云杉树为最为优质的原材料。
这些植物当中主要以云杉为最为优质的紫杉醇药源。
紫杉醇主要由云杉树的树皮、树干、叶片等部位提取,这些部位都含有不同程度的紫杉醇,但重要的是树皮和树干部分的含量最为丰富。
而提取紫杉醇的方法主要有两种:一种是利用化学方法提取,如用乙酸乙酯等有机溶剂从云杉树的树皮、树干、叶片等部位中进行提取;另一种是利用生物技术手段进行提取,如利用云杉拟南芥转基因的方法进行人工合成。
无论是哪种方法,其提取效率都受到很多因素的影响,如采集季节、采集地区、提取方法等因素均能影响提取效率。
二、紫杉醇的药理作用及研究进展1. 紫杉醇的药理作用紫杉醇作为一种重要的抗肿瘤植物成分,在药理作用方面表现出了多种作用机制。
目前研究表明,紫杉醇主要通过干扰细胞微管的动态稳定发挥其药理作用,从而阻止肿瘤细胞的有丝分裂,使细胞周期停滞在G2/M期,最终导致肿瘤细胞的死亡。
同时,紫杉醇还表现出免疫调节、抗氧化、抗炎、抗血小板聚集等多种作用。
2. 紫杉醇的研究进展紫杉醇作为一种重要的抗肿瘤药物,在研究方面也备受关注。
在分子结构方面,研究人员已经对其分子结构、合成及修饰等方面进行了深入的探讨,以提高其药效及副作用降低。
在药理作用研究方面,研究人员也比较关注其作用机制及副作用等问题,以期更好地应用于临床。
真菌发酵法生物合成抗癌药物紫杉醇的研究真菌发酵法生物合成抗癌药物紫杉醇的研究一、引言癌症是当今世界严重威胁人类健康的重大疾病之一,寻找有效的抗癌药物一直是医学和生物学领域的研究热点。
紫杉醇作为一种重要的抗癌药物,具有独特的作用机制和显著的临床疗效。
传统的紫杉醇提取方法主要依赖于从红豆杉属植物中提取,然而红豆杉生长缓慢,资源有限,这限制了紫杉醇的大量生产。
因此,探索新的紫杉醇生产方法具有重要的现实意义。
真菌发酵法生物合成紫杉醇作为一种有潜力的替代方法,受到了广泛的关注。
二、紫杉醇的结构与作用机制1. 紫杉醇的化学结构紫杉醇是一种复杂的二萜类化合物,其分子结构包含多个手性中心和独特的官能团。
它的基本结构由紫杉烷环和侧链组成,紫杉烷环是一个刚性的四环结构,侧链则连接在紫杉烷环的特定位置上。
这种复杂的结构赋予了紫杉醇独特的物理和化学性质。
2. 紫杉醇的抗癌作用机制紫杉醇主要通过促进微管蛋白聚合,抑制微管解聚,从而稳定微管结构来发挥抗癌作用。
在细胞分裂过程中,微管是构成纺锤体的重要成分,紫杉醇稳定微管的作用会导致纺锤体无法正常形成,进而阻断细胞的有丝分裂过程,使癌细胞停止增殖并最终死亡。
此外,紫杉醇还可能通过其他机制影响癌细胞的生物学行为,如调节细胞信号传导通路、诱导细胞凋亡等。
三、真菌发酵法生物合成紫杉醇的研究进展1. 产紫杉醇真菌的筛选与鉴定研究人员从自然界中广泛筛选能够产生紫杉醇的真菌。
通过对不同环境样本(如土壤、植物组织等)进行分离培养,然后利用高效液相色谱(HPLC)等分析方法检测培养物中是否含有紫杉醇。
经过大量的筛选工作,已经发现了一些能够产生紫杉醇的真菌菌株,如紫杉霉属(Taxomyces)、拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)等。
对这些产紫杉醇真菌进行准确的分类鉴定,有助于深入了解它们的生物学特性和代谢途径。
2. 真菌发酵条件的优化为了提高真菌发酵生产紫杉醇的产量,需要对发酵条件进行优化。
文章标题:红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇的研究与应用一、引言红豆杉作为一种重要的天然植物资源,其愈伤组织作为提取紫杉醇的重要来源,一直备受关注。
本文将从红豆杉的愈伤组织性质、紫杉醇的提取方法和应用研究三个方面展开讨论。
二、红豆杉的愈伤组织性质1. 红豆杉的愈伤组织特点红豆杉的愈伤组织在组织结构、生长特性和代谢活性等方面具有独特性,为紫杉醇的提取提供了重要的基础条件。
2. 愈伤组织的培养条件对红豆杉愈伤组织的培养条件进行详细介绍,并探讨对紫杉醇含量和生长速率的影响。
三、紫杉醇的提取方法1. 传统提取方法介绍传统的红豆杉愈伤组织提取紫杉醇的方法,并对其优缺点进行分析和评价。
2. 新技术的应用介绍目前在红豆杉紫杉醇提取中使用的新技术,如超临界流体萃取、微波辅助提取等,并对其效果进行评估。
4. 紫杉醇的应用研究1. 化学成分和药理作用对紫杉醇的化学成分、药理作用进行详细阐述,从分子水平和整体作用机制上揭示其多功能性。
2. 临床应用和前景展望介绍紫杉醇在临床上的应用情况和治疗效果,并展望其在肿瘤治疗、抗癌药物开发方面的前景。
五、个人观点和总结红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇作为一种重要的研究领域,具有广阔的应用前景和深远的意义。
在未来的研究中,应充分利用现代生物技术和化学技术,不断提升紫杉醇的提取效率和纯度,以更好地发挥其药用价值。
通过深入研究红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇,我们对该过程的原理和应用有了全面的认识和了解。
这样的了解对于我个人来说具有非常重要的意义。
希望通过文章的阐述能够让更多的人了解并重视这一研究领域,从而推动相关科研工作的进展。
结束语通过本文的详细介绍和讨论,相信读者对红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇的研究与应用有了更深入的了解。
同时也希望本文的内容能够对您的学术研究和实践工作有所帮助。
期待更多的科研人员和爱好者能够加入到这一领域的研究和探讨中,共同推动红豆杉愈伤组织提取紫杉醇领域的发展与进步。
红豆杉作为一种重要的天然植物资源,其愈伤组织提取紫杉醇的研究和应用正在逐渐受到人们的关注。
利用红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇【实用版】目录一、引言二、红豆杉植物愈伤组织的培养及其紫杉醇形成的初探三、紫杉醇的提取方法和过程四、影响紫杉醇提取效率的因素五、结论正文一、引言紫杉醇是一种从红豆杉植物中提取出的抗癌药物,其独特的抗癌效果使其成为目前世界上最为重要的抗癌药物之一。
然而,紫杉醇的提取过程却非常复杂,需要从红豆杉的愈伤组织中提取。
本文将介绍如何利用红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇。
二、红豆杉植物愈伤组织的培养及其紫杉醇形成的初探红豆杉植物愈伤组织的培养是提取紫杉醇的关键步骤之一。
通过适当的培养条件和激素浓度,可以促进红豆杉愈伤组织的形成,从而为紫杉醇的提取提供足够的原料。
在不同品种的红豆杉植物中,愈伤组织的发生率、发生速度和发生状况都有所不同。
同时,适量的水解酪蛋白和抗坏血酸也能促进愈伤组织的生长。
三、紫杉醇的提取方法和过程紫杉醇的提取方法主要包括化学法和生物法。
其中,生物法提取紫杉醇是最为常见的方法。
该方法主要是通过红豆杉愈伤组织细胞培养物中提取紫杉醇。
在细胞培养过程中,需要对培养基进行适当的调整,以促进紫杉醇的合成和提取。
四、影响紫杉醇提取效率的因素影响紫杉醇提取效率的因素主要包括以下几个方面:1.红豆杉品种和愈伤组织:不同品种的红豆杉植物愈伤组织的发生率、发生速度和发生状况不同,因此会影响紫杉醇的提取效率。
2.培养条件和激素浓度:适当的培养条件和激素浓度可以促进红豆杉愈伤组织的形成,从而提高紫杉醇的提取效率。
3.培养时间:培养时间的长短会影响紫杉醇的提取效率。
一般来说,培养时间越长,紫杉醇的提取效率越高。
4.提取方法:不同的提取方法会对紫杉醇的提取效率产生影响。
生物法提取紫杉醇是最为常见的方法,其提取效率较高。
五、结论总的来说,利用红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇是一种有效的方法。
通过适当的培养条件和激素浓度,可以促进红豆杉愈伤组织的形成,从而提高紫杉醇的提取效率。
红豆杉高产悬浮细胞系建立及其紫杉醇诱导的研究进展王沐兰;杨生超;郁步竹;李唯奇【期刊名称】《广西植物》【年(卷),期】2016(036)009【摘要】Taxol, a diterpene alkaloid secondary metabolite of Taxus species, has been considered as one of the most promising anticancer drugs used for the treatment of several types of cancer. However, due to the difficulties in obtai-ning enough this compound from Taxus trees, the traditional approach extracted directly from plants not only produces low yield, but also triggers serious damage to the wild resource of Taxus. At the same time, the complex structure Tax-ol has impeded efforts to find a method to fulfill an economically feasible strategy via total synthesis. By constrast, cell culture of Taxus is a potential alternative for the production of Taxol and analogue compounds in a large scale culture, which possesses a multitude of advantages such as high purity product of secondary metabolite, low production cost,short cell growth cycle and less influence from external factors. Huge efforts have been made to develop a more sustain-able source of Taxol. The main target of ongoing Taxus-related research in recent years are on the regulation of Taxus metabolism, key genes mining, application and development in new pharmaceutical preparations. Different ways, in-cluding application of precursors and elicitors, optimizing of cultural conditions, screening of high yielding celllines, optimization of growth and production media, have been already tested to improve the yield of Taxol in cultures of Tax-us. It is necessary to take into account the latest achievements based on empirical proceduresto establish a high yield-ing system. In this review, we have summarizedthe latest endeavors to establish a high yield suspension cell line and increase its yield of Taxol, with a special focus on the key issues related to tissue culture of Taxus such as explants, culture medium, hormone treatment, culture conditions, browning and other issues. Developmentsfor new and more effective elicitation treatments and the application of metabolic engineering to design new transgenic cell lines of Taxus with an improved capacity for taxane production have also been described. In the end, the article discusses the faulti-ness of current researches and prospects various combinational methods for raising Taxol content. This paper is helpful for promoting technology progress of tissue culture in Tuaxs and it will provide the guidance for the protection and ap-plicationof medicinal resources.%紫杉醇是一种四环二萜酰胺类化合物,是从红豆杉科红豆杉属植物中提取分离出来的次生代谢物,是世界公认广谱、活性强的天然抗癌新药。
紫杉醇的研究进展1.概述紫杉醇是从紫杉(Taxus brevifolia)树皮中所提得,是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物。
1971年由Wani 等首先从短叶红豆杉中提取分离出来。
于1992年12月紫杉醇被FDA批准上市,目前紫杉醇已成为世界公认的强活性广谱抗癌药物。
然而由于这种天然化合物资源极其有限,严重的限制了其研究和应用的进度。
同时尖锐的供需矛盾也在医学、化学和植物组织培养领域中引起了一场非同寻常的广泛研究,以增加这种化合物的来源和寻找高效、低毒、来源丰富的紫杉醇类似物。
已成为目前全球销售量排名第一的抗肿瘤药物。
它的作用方式和药理及临床特性均具有独特之处,被称癌症化疗上的新突破。
紫杉醇,英文名称Paclitaxel,别名泰素,紫素,特素,化学名称5β,20-环氧-1,2α,4,7β,10β,13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4,10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[(2’R,3’S)-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯],分子量853.92,分子式C47H51NO14。
熔点为213~216℃。
紫杉醇具有高度亲脂性,不溶于水,血浆蛋白结合率89%~98%,终末半衰期平均值为 5.3~l7.4h, 主要经肝脏代谢,肾脏清除仅5%。
[1] 结构式如下:2紫杉醇的药用植物资源及药源植物中有效含量研究红豆杉为红豆杉科植物,也称紫杉,全世界约有11种,主要分布于北半球,我国有4种1变种,主要分布于甘肃、陕西、安徽、湖北、湖南、广西、贵州、四川、云南等省区[2-3]。
研究表明[4],植物中紫杉醇含量在万分之二以下,极其低微。
短叶红豆杉树皮中紫杉醇含量最高,其次为中间红豆杉树皮;东亚产四种红豆杉中,云南红豆杉枝叶中紫杉醇含量最高东北红豆杉和美丽红豆杉次之,短叶醇含量则以短叶红豆杉叶最高,东北红豆杉及云南红豆杉次之。
植物中紫杉醇的含量极低,从植物中提取不能满足临床需求,因此大力种植红豆杉、植物细胞培养、化学合成等是解决紫杉醇来源的重要方法。
从红豆杉中分离得到的紫杉醇深度探讨红豆杉中的紫杉醇1. 紫杉醇的来源及功效红豆杉,作为一种常见的中药材,其树皮和树叶中含有丰富的紫杉醇成分。
紫杉醇是一种有效的抗癌药物,常被用于治疗乳腺癌、卵巢癌、非小细胞肺癌等多种癌症。
其独特的化学结构和抗肿瘤活性使其成为医学界广泛关注的研究对象。
2. 紫杉醇的提取工艺为了从红豆杉中分离得到紫杉醇,需要经过一系列复杂的工艺流程。
通过溶剂萃取或超声波提取等技术,从红豆杉的树皮和树叶中提取出含有紫杉醇的原料。
随后,经过结晶、析出、过滤等步骤,最终得到纯度较高的紫杉醇产品。
3. 紫杉醇的药理作用及应用紫杉醇通过与微管蛋白结合,阻断了肿瘤细胞有丝分裂的过程,从而抑制了肿瘤的生长和扩散。
紫杉醇还对某些肿瘤细胞具有诱导凋亡的作用,进一步增强了其抗肿瘤效果。
紫杉醇被广泛应用于临床治疗,为患者带来了希望。
4. 紫杉醇的研究进展及展望随着科学技术的不断进步,对于紫杉醇的研究也在不断深入。
科学家们通过改进提取工艺、合成新的衍生物、探索新的抗肿瘤机制等手段,致力于提高紫杉醇的药效和减少其不良反应。
未来,紫杉醇有望成为更多癌症患者的救命药物。
总结与回顾本文围绕红豆杉中分离得到的紫杉醇展开深入探讨,首先介绍了紫杉醇的来源及其功效,随后从提取工艺、药理作用和应用等角度进行了详细阐述。
对紫杉醇的研究进展和展望进行了展望。
通过全面深入的分析,使我更加全面、深刻和灵活地理解了红豆杉中的紫杉醇。
个人观点与理解作为文章写手,我对红豆杉中的紫杉醇有着浓厚的兴趣。
紫杉醇作为一种天然的抗肿瘤药物,在临床应用中取得了显著的疗效,对于抗癌事业具有重要意义。
我坚信随着科学的不断进步,对于红豆杉中的紫杉醇的研究会取得更多突破,为医学领域带来更多惊喜。
希望通过我对这一主题的深入探讨,能够为您带来新的启发和理解。
紫杉醇作为红豆杉中的主要活性成分,具有广泛的抗肿瘤活性,被广泛用于治疗乳腺癌、卵巢癌、非小细胞肺癌等多种癌症。
利用红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇1. 引言紫杉醇是一种广泛应用于医学领域的化合物,具有抗癌和抗病毒的特性。
作为一种重要的治疗性药物,紫杉醇在肿瘤学和药理学研究中引起了广泛的关注。
虽然紫杉醇可以合成,但其生产成本较高,这使得寻找更有效的生产方法变得迫切。
近年来,利用红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇的方法逐渐受到关注,因为红豆杉愈伤组织具有高产紫杉醇的能力。
本文将从深度和广度的角度探讨利用红豆杉的愈伤组织提取紫杉醇的相关研究和应用。
2. 红豆杉与紫杉醇的关系红豆杉是一种针叶树,广泛分布于中国、日本和越南等地。
该植物以其含有丰富紫杉醇的皮层而闻名。
紫杉醇是一种二萜类化合物,具有抑制肿瘤细胞分裂的作用。
由于紫杉醇的治疗效果显著,因此成为临床上常用的抗癌药物之一。
然而,由于紫杉醇的提取成本高昂,寻找更有效的提取方法成为迫切的需求。
3. 红豆杉愈伤组织的形成与紫杉醇产量愈伤组织是植物细胞在一定条件下重新分化和生长的结构,具有再生能力。
红豆杉的愈伤组织可以通过外源激素的处理形成,而且以其高产紫杉醇的能力而著名。
提取紫杉醇的方法通常涉及采集红豆杉树皮或叶片,但这种方法会对植物造成伤害,并且采集量有限。
相比之下,红豆杉愈伤组织是一种更可持续的提取紫杉醇的方法。
4. 利用红豆杉愈伤组织提取紫杉醇的研究在过去的几十年里,许多研究致力于利用红豆杉愈伤组织提取紫杉醇。
通过优化培养基成分、激素浓度、液体培养和其他条件,研究人员不断寻求提高红豆杉愈伤组织紫杉醇产量的方法。
其中一些研究表明,通过调节激素浓度和光照条件,可以显著增加红豆杉愈伤组织的紫杉醇产量。
一些研究还尝试通过诱导基因表达,进一步提高红豆杉愈伤组织产量和紫杉醇含量。
5. 红豆杉愈伤组织提取紫杉醇的应用利用红豆杉愈伤组织提取紫杉醇不仅在科研领域有着重要的应用,也在医疗和药物开发中发挥着重要作用。
红豆杉愈伤组织提取的紫杉醇被广泛用于临床试验和治疗。
对红豆杉愈伤组织提取紫杉醇的研究还发现,红豆杉愈伤组织产生的紫杉醇可以通过微生物发酵进行进一步的改造,以合成更多高效的抗癌药物。
红豆杉组织培养及其产物紫杉醇研究进展王俊丽,刘海英,杨林,王前(中央民族大学生命与环境科学学院,北京100081)摘要:该文对红豆杉组织培养过程中外植体的选择、培养基、培养方法等方面研究进展进行了综述。
获取抗癌药物紫杉醇主要途径有:红豆杉组织培养途径、人工种植途径、化学合成及微生物生产途径等。
关键词:红豆杉;紫杉醇;组织培养中图分类号:Q945 文献标识码:A 文章编号:1004-311X (2007)03-0089-04Research Advances on Tissue Culture and Its Product Taxol of TaxusW ANG Jun -li ,LIU Hai -ying ,YANG Lin ,WANG Qian(College of Life and Environment Sciences ,Central Univers ity for Nationalities ,Beij ing 100081,China )A bstract :Research advances on explants ,media and methods via tissue culture of Taxus were reviewed in this paper .There were several methods to obtain anticancer medicine Taxol ,includin g plant tissue culture ,manual plant of Taxus ,chemosynthesis and microorganis m produce .Key words :Taxus ;Taxol ;tissue culture 收稿日期:2006-08-23;修回日期:2007-01-24基金项目:中央民族大学“985”项目资助(CUN985-303)作者简介:王俊丽(1964-),女,教授,博士,从事植物细胞工程研究,发表论文50篇、专著2部、教材1部。
红豆杉组织培养生产紫杉醇的研究进展李西齐哈尔滨工业大学(威海)山东威海生物工程系(07201)摘要:红豆杉是珍稀药用裸子植物,其内含物紫杉醇对癌症尤其是乳腺癌和卵巢癌有显著治疗效果,但其天然来源物种稀少,濒临灭绝。
实现工业化生产紫杉醇是解决紫杉醇药源需求的最佳途径。
利用红豆杉组织培养技术,在人工环境中对红豆杉组织细胞进行培养,筛选高产紫杉醇细胞系,可以实现大量、连续地生产目的产物紫杉醇。
红豆杉组织培养体系建立是组织培养技术生产紫杉醇中的关键,通过这个阶段对红豆杉组织器官培养,获得稳定生长、增殖的细胞,为筛选高产紫杉醇细胞系建立基础。
从上世纪七八十年代至今许多优秀的研究人员对这一课题进行了不断的探究和创新,在组织培养和提取方法上做了许多的优化。
本文综述了国内外红豆杉属植物组织培养研究方法和最新研究成果,以及紫杉醇生产方法的优化研究,为今后相关的研究和应用工作提供参考借鉴和帮助。
关键字:红豆杉紫杉醇组织培养优化综述引言红豆杉属植物为红豆杉科常绿乔木或灌木,分布于北半球温带至中亚热带地区,全世界共11种,即欧洲红豆杉(T.baccataL.)、短叶红豆杉(T.brevifolia Nutt.)、加拿大红豆杉(T.canadensisMarsh)、佛罗里达红豆杉(T.floridanaChapm.)、杂种紫杉(T.mediaRehd.)、球果红豆杉(T.globose),以及西藏红豆杉(T.wallichiana Zucc.)、东北红豆杉(T.cuspidataSieb.et Zucc.)、云南红豆杉(T.yunna-nensis Cheng et L.k.Fu)、红豆杉[T.chinensis(Pilg)Rehd.]和其变种南方红豆杉(T. chinensis var mairei),后5种在我国有所分布【1】。
而紫杉醇(paclitaxel)是从红豆杉科红豆杉属(Taxus spp.)植物中分离出的具有紫杉烷独特骨架的二萜类成分,由于它对转移性卵巢癌、乳腺癌和非小细胞肺癌等癌症具有很好的疗效,正日益为人们所重视。
为了解决紫杉醇有限的药源问题,国内外学者围绕红豆杉植物的栽培、紫杉醇的化学合成(包括半合成和全合成)、红豆杉的组织和细胞培养等领域进行了有益的探索,取得了一些令人瞩目的进展。
在整个研究提取紫杉醇的过程中人们曾经尝试全合成、半合成、人工栽培、真菌生产和植物细胞培养等方法[2]。
其中细胞培养法由于具有下述优点成为人们:进行生产的优选方法:(l)能够确保产物无限、连续、均匀地生产,不易遭受病虫害、季节等因素的影响;(2)可以在生物反应器中进行大规模培养,并且通过控制环境条件提高紫杉醇产量;(3)所得产物比从植物体内直接提取简单,可以大大简化分离和纯化步骤;(4)除提供紫杉醇外,还可以生产出前体及其他有抗癌活性而原植物所不含的化合物。
本文将从红豆杉植物细胞组织培养整体方法选择、各阶段培养条件选择和优化、紫杉醇的生产提取方法及优化等方面对近三十年来的研究成果进行综述。
1.红豆杉组织培养方法选择红豆杉组织培养试验研究已开展了30多年,其方法主要分为四大类,即离体胚培养法、嫩芽增殖法、愈伤组织再生植株法及体细胞胚发生法。
根据师春娟等的研究比较发现目前最常用的组织培养方法为愈伤组织再生植株法,同一条件下此种方法诱发率和成活率也较高于其他方法【3】,由于之后紫杉醇的生产多用到细胞悬浮培养,所以关于愈伤组织培养法的条件改良方法也比较多。
2.组织培养条件的选择和优化2.1外植体的选择和预处理由于紫杉醇只存在于红豆杉的树皮当中,含量极其稀少,所以组织培养过程中应当选择紫杉醇含量较高的外植体进行组织培养。
目前,在关于红豆杉属植物组织和细胞培养的文献中,被用来作为诱导红豆杉愈伤组织外植体的有针叶、幼茎、树皮、形成层、种子及假种皮等,大多都是采用1~2年生枝条、叶和幼嫩茎段。
以幼茎、形成层或树皮诱导伤组织的效果最好,诱导率亦高,其它的外植体诱导能力较差,或根本诱导不出愈伤组织。
杨礼香等发现,以芽作为外植体,可以解决由于茎段外植体污染率高的困难,而且由芽诱导的愈伤组织生长速度较快。
Fett-Neto等、Christen等的研究表明,不同种属应优选不同的组织作为外植体【4】。
但目前根据我国研究人员的研究对象而言多为南方红豆杉和东北红豆杉,针对这两种红豆杉的组织培养现状,选择当年生嫩茎作为外植体的效果最好。
由于选择的外植体本身直接诱导形成愈伤组织要突破其生理限界,而且进行接种前的消毒也是必要的。
所以预先对外植体进行消毒处理在研究人员当中已成共识。
李健等经过正交实验确定出的最佳消毒方案为先使用70%的酒精浸泡30s,再使用0.2%的升汞浸泡8min【5】。
而根据秦宇等人的进一步研究发现消毒剂类别及消毒时长对红豆杉愈伤组织诱导存在影响,单独使用0.1%升汞消毒12min对外植体消毒时,污染率最低,愈伤组织诱导率为100%联合使用两种低浓度消毒剂对材料进行消毒,0.1%氯化汞+300mg·L-1抗生素分别使用6min、20min 消毒效果最佳,愈伤组织诱导率为100%。
对生长环境复杂的组织材料可选用联合使用两种消毒剂对组织材料消毒从而降低污染率,对表面较为洁净、生长环境简单的材料可选择使用一种消毒剂对材料进行消毒【6】。
综合几种预处理方法,我们发现随着研究的深入和不断的创新消毒方法也趋向于多元化,更多地向无机试剂与生物制剂的联合使用发展。
2.2愈伤组织诱导2.2.1培养基的选择和愈伤组织诱导综合红豆杉的组织培养和提高紫杉醇的产率以及方便其提取等几个方面的要求考虑培养基和愈伤组织诱导方法的的选择和优化应该是整个过程中最关键的步骤。
这也是研究人员们不断尝试和创新的节点。
秦宇等人对红豆杉愈伤组织诱导、增殖阶段培养基类型及成分、组织细胞培养环境进行了筛选,试验结果证明红豆杉愈伤组织诱导最佳培养基及培养条件为:改良B5+TDZ0.002+NAA1.0+2,4-D10+100mg·L-1抗坏血酸,pH=6,温度25℃,避光培养;红豆杉组织细胞增殖最佳培养基为:改良B5+TDZ0.002+NAA0.5+2,4-D0.5+300mg·L-1抗坏血酸,pH=6,环境温度为25℃,避光培养。
【7】由于红豆杉的组织培养更多的是为了增大紫杉醇的产量,所以根据提高紫杉醇产率和方便提取等要求Cino等人认为用液体培养基可以缩短从诱导到悬浮培养的生产周期【8】,用液体培养基诱导愈伤组织的主要优点在于:可以将组织培养的愈伤组织直接转化为悬浮培养避免了从固体到液体悬浮的适应性问题,提高了成活率缩短了生产周期。
但是从他的实验结果看来经三周悬浮培养后的紫杉醇的产量仅有0.01-0.02mg/L。
我国学者对于液体培养也进行了一定的改良,翟雪霞和李友勇采用纸桥法【9】在液体培养基上放置滤纸作为愈伤组织的载体有效地提高了诱导率和产率,但是效果并没有达到预期目标。
可见液体培养基诱导愈伤组织进行紫杉醇生产的方案还有待进一步改进。
所以目前为止最为常用的培养基仍为固体培养基,常规诱导的最佳条件为:20-25摄氏度,避光,培养基灭菌前pH5.5-6.0。
还有许多学者对培养基的成分进行了其他的改良,冯莹采用低氮的培养基有效地促进了诱导和提高了紫杉醇产率【10】。
许多学者在愈伤组织的诱导过程中尝试加入诱导子来提高诱导率和紫杉醇的产率,经过正交试验,翟雪霞和李友勇发现向培养基中加入D-苯丙氨酸可以较大幅度提高紫杉醇含量【11】,主要是因为苯丙氨酸的分子结构直接参与了紫杉醇侧链合成还可能是因为添加苯丙氨酸能形成一种有利于紫杉醇合成启动的诱导因素促进了细胞代谢合成因而提高了紫杉醇产量,李家儒等通过向培养基中尤其是在悬浮培养时加入Cu离子可以很大幅度的提高紫杉醇的产率【12】,这是因为在紫杉醇合成过程中铜离子可以有效促进其前体物质的合成,而且铜离子参与促进红豆杉愈伤组织细胞合成紫杉醇的代谢。
愈伤组织的诱导在红豆杉组织培养和紫杉醇生产过程中的地位是不言而喻的。
其改良方法也多种多样,但在改良的过程当中其目的却始终是提高诱导率和产率。
综合前人的研究我们发现培养基的改良正向着这样一个方向发展,那就是人们越来越将在紫杉醇合成过程中所需的必需前体物质或代谢调节物质加入其中,也正在不断地突破常规思路来改进培养基的物理化学性质和形态以便更好地实现其向工业生产的转化。
2.2.2愈伤组织的继代培养继代培养是有效扩大组织培养规模所必需的环节,合理地继代也是有效提高后期紫杉醇质量和产率的手段。
研究表明正常良好的愈伤组织形态为颜色呈黄色、淡黄色,细胞较为蓬松,呈沙粒状的细胞其可继代率较高,单位时间内细胞鲜重增加多【13】。
但是红豆杉细胞在培养时易出现褐化的问题,会很大程度的阻碍其细胞的生长和增值【14】,对此李健等对培养过程中的抗褐变剂进行了筛选,采取正交设计确定出抗褐变剂添加方案为PA浓度100mg/L,AC 浓度500mg/L,水解酪蛋白浓度6.0g/L【15】。
并且其实验表明在改良过的培养基中加入抗褐变剂培养32天的愈伤组织为最佳采收期,紫杉醇产量比原植物中高出4.73倍。
由此可见抗褐变剂的使用在组织培养和提高紫杉醇产率方面有着广阔的前景。
3.红豆杉细胞的悬浮培养和高产细胞系的筛选由愈伤组织制备成悬浮细胞是常用生产紫杉醇的方法手段,但如果使用液体培养基可省去这一步骤也可大大节省成本。
已有许多文献报道成功地建立了红豆杉属植物的悬浮培养细胞系,在培养过程中它们均可向培养基中不断分泌紫杉醇等次生代谢物。
据Edgington报道,用短叶红豆杉的树皮或形成层组织诱导的愈伤组织建立了一种高产细胞系,他将愈伤组织在锥形瓶中进行悬浮培养时,能分泌紫杉醇及其它一些化合物到培养基中,其产量可达1.0一3.om g/L,相当于209干树皮的含量。
而在国内李家儒等首次报道了红豆杉单细胞克隆的建立过程。
用悬浮培养10-15天的细胞培养物分离单细胞,采用看护培养技术成功地建立起单细胞克隆,这为筛选纯合稳定的红豆杉高产细胞系奠定了技术基础。
筛选高产细胞系的方法有很多,文献现实的方法基本为:前体饲喂、诱导子诱导、原位提取等,当让也有人进行了改变但大同小异没有实质性地改变。
值得关注的是目前研究人员正在采用基因工程手段对红豆杉基因进行改造来生产高产细胞系,我相信这将是紫杉醇生产未来的方向。
后记紫杉醇作为从红豆杉属植物的树皮和枝叶中分离出来的对卵巢癌和乳腺癌有特殊疗效的抗肿瘤药物。
其应用前景广阔必将为人类的肿瘤治疗研究作出重大贡献。
为了解决紫杉醇来源稀少产量低下的问题保护日益稀少的红豆杉资源,研究人进行广泛的研究和创新。
在红豆杉组织培养制备紫杉醇的过程中,目前大规模生产面临许多问题,仍是没有实质进展的研究课题。