灵芝诱导子对南方红豆杉悬浮培养细胞产紫杉醇的影响

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.10.006

摘要/Abstract

摘要： 为提高红豆杉悬浮细胞紫杉醇产量，采用制备的灵芝（Ganoderma lucidum）诱导子处理南方红豆杉（Taxus wallichiana var.mairei）悬浮细胞，通过分析细胞生长量、紫杉醇总产量，研究灵芝诱导子对红豆杉悬浮细胞的影响。结果表明，灵芝诱导子添加质量浓度为100 μg/mL时，红豆杉悬浮细胞生长指数和紫杉醇总产量显著高于其他质量浓度（P<0.05），该质量浓度为灵芝诱导子的最佳添加质量浓度；灵芝诱导子在细胞生长的第8天加入时，第21天的细胞生长指数和紫杉醇总产量显著高于其他添加时间（P<0.05），细胞生长的第8天为灵芝诱导子的最佳添加时间；灵芝诱导子持续作用6 d时，细胞生长指数和紫杉醇总产量显著高于其他持续作用时间（P<0.05），该持续作用时间为灵芝诱导子的最佳持续作用时间。在悬浮细胞培养的第8天加入100 μg/mL灵芝诱导子培养至第21天时，细胞干质量和紫杉醇总产量达到峰值，分别为对照（等量蒸馏水处理）的221.13%、569.69%；细胞膜表面黏膜和球状物质增加；苯丙氨酸解氨酶活性和总酚含量提高，细胞活力和多酚氧化酶活性降低。

关键词: 南方红豆杉, 细胞悬浮培养, 灵芝诱导子, 紫杉醇

Abstract: To improve the production of paclitaxel in suspension cells of Taxus wallichiana var.mairei，Ganoderma lucidum inducers were prepared to treat the suspension cells of Taxus wallichiana var.mairei.The effects of Ganoderma lucidum inducers on the suspension cells of Taxus wallichiana var.mairei were studied by analyzing cell growth and total production of paclitaxel.The results showed that when the concentration of Ganoderma lucidum elicitor added was 100 μg/mL，the growth index and total production of paclitaxel of Taxus wallichiana var.mairei suspension cells were significantly higher than otherconcentrations（P<0.05），so 100 μg/mL was the optimal concentration for adding Ganoderma lucidum elicitors；When the Ganoderma lucidum elicitor was added on the 8th day of cell growth，the cell growth index and total production of paclitaxel on the 21st day were significantly higher than other addition time（P<0.05），so the 8th day of cell growth was the optimal addition time for the Ganoderma lucidum elicitor；When the Ganoderma lucidum elicitor continuously treated the suspension cells for 6 days，the growth index of suspension cells and total production of paclitaxel were significantly higher than other sustained treatment time（P<0.05），so 6 days were the optimal duration of the Ganoderma lucidum elicitor.When 100 μg/mL of Ganoderma lucidum elicitor was added on the 8th day of suspension cell culture to the 21st day，the dry weight of cells and the total production of paclitaxel reached the peak，which were 221.13% and 569.69% of the control（adding the same amount of distilled water），respectively；Membrane surface mucosa and globular substances increased；Phenylalanine ammoniase activity and total phenol content were increased，while cell viability and polyphenol oxidase activity were decreased.

Key words: Taxus wallichiana var.mairei, Cell suspension culture, Ganoderma lucidum elicitor, Paclitaxel

中图分类号:

S791.49
Q813

邱涵, 孟丽媛, 杨婉婷, 凌树玉, 任凯利, 魏赛金. 灵芝诱导子对南方红豆杉悬浮培养细胞产紫杉醇的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(10): 52-59.

QIU Han, MENG Liyuan, YANG Wanting, LING Shuyu, REN Kaili, WEI Saijin. Effect of Ganoderma lucidum Elicitor on Paclitaxel Production by Taxus wallichiana var.mairei Suspension Culture Cells[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2023, 52(10): 52-59.

参考文献

［1］WEN Y F，UCHIYAMA K，UENO S，et al.Assessment of the genetic diversity and population structure of Maire yew（Taxus chinensis var.mairei）for conservation purposes［J］.Canadian Journal of Forest Research，2018，48（5）：589‑598.
［2］KANDA Y，NAKAMURA H，UMEMIYA S，et al.Two‑phase synthesis of taxol［J］.Journal of the American Chemical Society， 2020， 142 （23）：10526‑10533.
［3］XIONG X Y，GOU J B，LIAO Q G，et al.The Taxus genome provides insights into paclitaxel biosynthesis［J］.Nature Plants，2021，7（8）：1026‑1036.
［4］SABZEHZARI M，ZEINALI M，NAGHAVI M R.Alternative sources and metabolic engineering of Taxol：Advances and future perspectives［J］.Biotechnology Advances，2020，43：107569.
［5］YANG Y H，MAO J W，TAN X L.Research progress on the source，production，and anti‑cancer mechanisms of
paclitaxel［J］.Chinese Journal of Natural Medicines，2020，18（12）：890‑897.
［6］SALEHI M， FARHADI S， MOIENI A， et al.Mathematical modeling of growth and paclitaxel biosynthesis in Corylus avellana cell culture responding to fungal elicitors using multilayer perceptron‑genetic algorithm［J］.Frontiers in Plant Science，2020，11：1148.
［7］王铭，宋跃，安慧，等.外源诱导子影响植物悬浮细胞次生代谢产物积累的研究进展［J］.植物生理学报，2021，57（4）：739‑748.
WANG M，SONG Y，AN H，et al.Research progress on the effect of exogenous elicitors on the accumulation of secondary metabolites in plant suspension cells［J］.Plant Physiology Journal，2021，57（4）：739‑748.
［8］李家儒，刘曼西，曹孟德，等.桔青霉诱导子对红豆杉培养细胞中紫杉醇生物合成的影响［J］.植物研究，1998，18（1）：78‑82.
LI J R，LIU M X，CAO M D，et al.Effects of Penicillum citrinum elicitor on the biosynthesis of taxol in suspension
cell cultures of Taxus chinensis［J］.Bulletin of Botanical Research，1998，18（1）：78‑82.
［9］李永成，陶文沂.美丽镰刀菌培养液对东北红豆杉悬浮细胞防御反应及紫杉醇合成的影响［J］.西北植物学报，2008，28（9）：1746‑1750.
LI Y C，TAO W Y. Effects of culture broth from Fusarium mairei on defense response and taxol accumulation in suspension cultures of Taxus cuspidata［J］.Acta Botanica Boreali‑Occidentalia Sinica，2008，28（9）：1746‑1750.
［10］徐志荣，赵英杰，王婷，等.真菌诱导子对南方红豆杉细胞生长及紫杉醇合成的影响［J］.湖北农业科学，2017，56（17）：3283‑3286.
XU Z R，ZHAO Y J，WANG T，et al.Effects of fungus elicitor on the cells growth and paclitaxel accumulation of Taxus chinensis var.mairer［J］.Hubei Agricultural Sciences，2017，56（17）：3283‑3286.
［11］兰文智，余龙江，李为，等.促进紫杉醇合成真菌诱导物制备方法的选择及组分的分离［J］.武汉植物学研究，2002，20（1）：66‑70.
LAN W Z，YU L J，LI W，et al.Selecting preparation methods and isolating components of fungal elicitor to
enhance taxol biosynthesis［J］.Journal of Wuhan Botanical Research，2002，20（1）：66‑70.
［12］张述伟，宗营杰，方春燕，等.蒽酮比色法快速测定大麦叶片中可溶性糖含量的优化［J］.食品研究与开发，2020，41（7）：196‑200.
ZHANG S W，ZONG Y J，FANG C Y，et al.Optimization of anthrone colorimetric method for rapid determination of soluble sugar in barley leaves［J］.Food Research and Development，2020，41（7）：196‑200.
［13］徐志荣，王婷，娄佳兰，等.南方红豆杉细胞悬浮培养体系优化及动力学研究［J］.林业科学研究，2019，32（1）：8‑14.
XU Z R，WANG T，LOU J L，et al.Study on optimization of cell suspension culture system and kinetics of Taxus chinensis var.mairer［J］.Forest Research，2019，32（1）：8‑14.
［14］李永成，陶文沂.内生真菌培养液对东北红豆杉细胞生长及紫杉醇合成的影响［J］.植物学通报，2008，25（5）：552‑558.
LI Y C，TAO W Y.Effect of endophytic fungus culture broth on the growth and paclitaxel accumulation of Taxus cuspidata cells［J］. Chinese Bulletin of Botany，2008，25（5）：552‑558.
［15］赵继鹏，杨淑慎.曼地亚红豆杉细胞悬浮培养体系的建立［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版），2014，42（1）：189‑195.
ZHAO J P，YANG S S.Establishment of cell suspension culture system for Taxus media［J］.Journal of Northwest A & F University（Natural Science Edition），2014，42（1）：189‑195.
［16］陆彦，祁琰，张晓敏，等.高水分、富含淀粉植物组织的扫描电镜制备技术优化［J］.植物科学学报，2018，36（1）：119‑126.
LU Y，QI Y，ZHANG X M，et al.Optimization of water‑rich starch sample preparation methods for scanning electron microscopy［J］.Plant Science Journal，2018，36（1）：119‑126.
［17］张长平，李春，元英进.真菌诱导子对悬浮培养南方红豆杉细胞次生代谢的影响［J］.化工学报，2002，53（5）：498‑502.
ZHANG C P，LI C，YUAN Y J.Effects of fungal elicitor on secondary metabolism of cell suspension culture of Taxus chinensis var.mairei［J］.Journal of Chemical Industry and Engineering（China），2002，53（5）：498‑502.
［18］普红梅，李宏，王海丹，等.4种蔬菜氧化酶、过氧化物酶活性测定及其抑制研究［J］.食品科技，2021，46（12）：281‑287.
PU H M，LI H，WANG H D，et al.Activity determination and inhibition of 4 kinds of vegetable oxidase and peroxidase［J］.Food Science and Technology，2021，46（12）：281‑287.
［19］MALIK N A A，KUMAR I S，NADARAJAH K.Elicitor and receptor molecules：Orchestrators of plant defense and immunity［J］.International Journal of Molecular Sciences，2020，21（3）：963.
［20］郑超，徐晟，夏冰，等.三种抗氧化剂对曼地亚红豆杉愈伤组织褐化及相关物质含量的影响［J］.植物生理学报，2013，49（3）：259‑263.
ZHENG C，XU S，XIA B，et al.Effects of three antioxidants on callus browning and its related substance contents in Taxus media Rehder［J］.Plant Physiology Journal，2013，49（3）：259‑263.
［21］FARHADI S，MOIENI A，SAFAIE N，et al.Fungal cell wall and methyl‑β‑cyclodextrin synergistically enhance paclitaxel biosynthesis and secretion in Corylus avellana cell suspension culture［J］.Scientific Reports，2020，10：5427.
［22］俞嘉卿，邱涵，程新，等.诱导子对植物次生代谢产物积累的影响研究进展［J］.生物灾害科学，2022，45（3）：255‑265.
YU J Q，QIU H，CHENG X，et al.Research progress in effects of elicitors on the accumulation of secondary metabolites in plants［J］.Biological Disaster Science，2022，45（3）：255‑265.
［23］SALEHI M，MOIENI A，SAFAIE N，et al.Whole fungal elicitors boost paclitaxel biosynthesis induction in Corylus avellana cell culture［J］.PLoS One，2020，15（7）：e0236191.
［24］张成才，王升，王月枫，等.药用植物组织培养技术在中药资源可持续发展中的应用研究［J］.中国中药杂志，2023，48（5）：1186‑1193.
ZHANG C C，WANG S，WANG Y F，et al.Application of tissue culture technology of medicinal plants in sustainable development of Chinese medicinal resources［J］.China Journal of Chinese Materia Medica，2023，48（5）：1186‑1193.

［25］张强，宋萍，朱留刚，等.诱导子对雷公藤悬浮细胞中雷公藤甲素积累的影响［J］.江西农业大学学报，2021，43（5）：1149‑1158.

ZHANG Q，SONG P，ZHU L G，et al.Effects of elicitors on the accumulation of triptolide in cell suspension culture of Tripterygium wilfordii［J］.Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis，2021，43（5）：1149‑1158.

［26］CHAMKHI I，BENALI T，AANNIZ T，et al.Plant‑microbial interaction：The mechanism and the application of microbial elicitor induced secondary metabolites biosynthesis in medicinal plants［J］.Plant Physiology and Biochemistry，2021，167：269‑295.
［27］孙牧笛，胡丽杰，李文学，等.苦豆子内生真菌诱导子促进宿主生物碱合成积累的生理防卫反应［J］.干旱地区农业研究，2019，37（3）：60‑65.
SUN M D，HU L J，LI W X，et al.Physiological defense response of promoting synthesis and accumulation ofhost alkaloid by endophytic fungal elicitors in Sophora alopecuroides L.［J］.Agricultural Research in the Arid Areas，2019，37（3）：60‑65.
［28］徐志荣，魏赛金.果糖补料与真菌诱导对南方红豆杉细胞悬浮培养的协同效应［J］.江苏农业科学，2018，46（24）：54‑57.
XU Z R，WEI S J.Synergistic effects of fructose feeding and fungal elicitor on suspension culture of Taxus chinensis var.mairer［J］.Jiangsu Agricultural Sciences，2018，46（24）：54‑57.
［29］胡珊群，梁汝黛，李彤，等.药用植物悬浮细胞培养技术研究进展［J］.种子科技，2021，39（18）：7‑12.
HU S Q，LIANG R D，LI T，et al.Research progress on suspension cell culture technology of medicinal plants［J］.Seed Science & Technology，2021，39（18）：7‑12.
［30］MARCHEV A S，YORDANOVA Z P，GEORGIEV M I.Green（cell）factories for advanced production of plant secondary metabolites［J］.Critical Reviews in Biotechnology，2020，40（4）：443‑458.