８６７综述与讲座药用植物细胞发酵培养的研究进展王文兰黄贤荣张丽萍（济南军区总医院药剂科，山东济南２５００３１）［关键词］药用植物细胞培养发酵工程愈伤组织生物转化ｔ中图分类号］Ｓ５６７［文献标识码］Ａ 随着中药现代化的发展以及中药使用的规范化，对药用植物资源的用量会不断增加。除野生采集外，药用植物的大田栽培是目前提供中药材的主要途径。有限的可耕地资源用于种粮食尚且不足，还要用大量的土地种植药用植物，这必然会出现中药材栽培与农作物栽培争地的矛盾。对于人参、西洋参等药用植物来说，由于“老参地”问题的不能解决，导致每年大量的山林被砍，造成水土和生物多样性的大量流失。同时，药用植物的大田栽培往往使用大量的农药，造成严重的农药残留和重金属残留问题。药用植物大规模发酵培养是解决这些问题的有效途径。１药用植物细胞发酵培养的现状 我国在这方面的研究起始于２０世纪６０年代中期，发展于七、八十年代。在这两个时期，研究的主要内容包括药用植物的植株再生、愈伤组织培养等，从２０世纪８０年代末至今处于鼎盛时期，如对人参、西洋参、紫草、红豆杉愈伤组织及细胞悬浮培养的研究。研究的大部分内容是从通过高产组织或细胞系的筛选与培养条件的优化等，以期降低成本及提高次生代谢产物的产量，再到更多集中于通过对次生代谢产物生物合成途径的来达到相同的目的。另外，近来利用植物悬浮培养细胞或不定根、发状根对外源化学成分进行生物转化的研究也在俏然兴起，并取得了一定的进展。１．１植株再生植物组织及细胞培养对生物种植及生产技术方面是一个突破性进展，在植物无性繁殖方面开拓了一个广阔的天地，它可以使不易进行有性繁殖的植物经组织培育出新苗而用于生产；可以加速植物的生长，如半夏、贝母等经组织培养其生长速度大大高于自然生长速度。可以人为地使一些自然环境中不能生长的植物得以正常生长，使有用的次生成分达到或超过自然生长的原植物；可逐步地过渡到工业化生产，防止大量的采集而药源枯竭ａ［０近几年， 除传统的通过器官、胚或体细胞胚形成植株的研究之外，有很多学者将着眼点放在珍稀濒危药用植物的快速繁殖与药用植物的品质改良上，如脱毒苗的研究、多倍体植株的形成、药用植物与其寄生菌共生关系的研究。其中药用植物与其寄生茵共生关系的研究值得关注。药用植物的原生质体培养研究甚少，见诸报道的仅有中国医学科学院药物研究所进行的人参及西洋参的原生质体培养，近两年华中农业大学所进行的银杏原生质体培养。众所周知，原生质体培养在植物的品质改良中占有相当重要的位置，例如细胞融合、外源基因的导人等都离不开原生质体培养研究。１．２愈伤组织及悬浮细胞培养近几年，人们在这方面研究的焦点更多集中于珍稀、资源匾乏及高价值的药用植物的愈伤组织和悬浮细胞培养以生产次生代谢产物。如全国有不少科研单位对红豆衫进行愈伤组织及悬浮细胞培养以生产抗癌药物紫衫醇及其类似物的研究、中国科学院植物研究所及化学冶金工业研究所对雪莲花的研究，以及清华大学所进行的珍稀濒危植物番红花的研究。不仅如此科学工作者更加重视次生代谢产物生物合成途径的研究，在弄清次生代谢产物生物合成途径的基础上，加人所需次生代谢产物合成的前体物质，或者加人诱导子、抑制剂激活生物合成途径中的关键酶或抑制枝路产物的形成，从而对次生代谢产物进行。如马莉贞ａ在培养基中附加不同种类的外源激素，以巴天酸模幼茎、幼叶、子叶为外植体，诱导形成愈伤组织及生根的对比实验研究，唐伟斌等３１以桔梗种发无菌苗幼嫩茎尖、茎段为外植体，附加不同种类、不同质量浓度的激素进行组织培养，建立了快速繁殖体系。目前对红豆杉、 水母雪莲、银杏、长春花等细胞的悬浮培养研究都取得了令人兴奋的成果，说明我国药用植物的细胞培养已达到一个崭新的时代［４］０１．３中药化学成分的生物转化生物转化就是利用植物悬浮培养细胞中的一些酶体系对外源化学成分进行结构改造的一门技术，以期得到活性更好、毒性更小或价值更大的先导化合物。由于植物体系本身固有的一些特性，所以利用植物培养体系进行转化可以弥补传统有机化学合成及微生物生物转化的不足。目前，药用植物发酵培养的基本技术己经比较成熟， 人们已经不仅仅满足于培养基的筛选、植物生长调节剂的配比、碳源和氮源的考察以及培养温度和光照等对培养物生长和次生代谢物合成影响的研究。大量的研究工作用于药用植物细胞在摇瓶和反应器中生长规律的探讨、细胞在反应器中的生长动力学考察、最佳供气条件及对渗透压的影响、前体物质的饲喂和生物转化、诱导物的使用以及针对不同个体材料的反应器的研制等。到目前为止，我国科学人员已经建立了三七、人参、西洋参、三尖杉、紫草、延胡索、甘草、山蓑若、洋地黄、长春花、丹参、红豆杉等十几种药用植物细胞的液体培养系统，经过对培养基和培养条件的筛选已使部分药用植物的有效成分含量达到或超过原植株。同时，对长春花、三七、三分三、紫草、红豆杉等进行了大规模培养探索的同时，对药用植物次生代谢机理的研究逐渐深人，特别是对人参皂昔、紫杉醇、长春新碱代谢机制的研究进展很快。诱导物的研究报道很多，使用其可以大大增加活性成分的合成。对于次生代谢机理的研究已经深人到活性成分代谢相关酶或关键酶的分子克隆和基因表达水平。２植物细胞发酵工程的研究内容与路线 植物细胞发酵工程就是通过发酵培养的植物细胞，或从发酵培养液中生产各种次生代谢物产品的工程。它主要是利用植物细胞体系，应用先进的生物学和工程技术，来提供各・８６８・种次生代谢物产品。植物细胞发酵培养的目的是在发酵罐中将植物细胞进行工业规模的生产，以获得各种产品。进行药用植物细胞大量培养，一般需经过建立细胞株系，扩大培养优良细胞株，大罐培养细胞三个步骤。细胞株的建立包括从植物体上诱导愈伤组织，将愈伤组织进行单细胞分离，通过对单细胞不断的分离培养，筛选合成有效物质能力高的优良单细胞，建立无性繁殖系。扩大培养优良细胞株是将优良的细胞株，经过多次扩大繁殖，得到大量均匀的植物细胞，以便用作大罐发酵时的接种材料。大罐培养把培养细胞接种到大罐中，采用摇动的悬浮培养或其他方法，大量培养植物细胞，使之生产所需的药用化合物［ｓ１０植物细胞发酵工程的主要研究内容是提高次生代谢物 的含量，改进筛选方法，设计新型的适合于植物细胞生长的发酵罐和如何使培养系统按比例放大，以及应用细胞固相化的技术。其研究路线见图１。生物合成－一一－一￣争前提物质 位物资源，一－一卜愈伤组织摘养－一巾翻胞悬浮培养一ｔ一，争细胆发醉谙葬毒细胞交异筛选礴一一单细跑克阮体系闷一－ｔ次生代谢物分田鉴定工和生物工艺学研究 工业化生产月一一中间试验工图１植物细胞发酵工程的研究路线 该路线的特点是从愈伤组织开始，并以愈伤组织细胞为研究对象进行研究。愈伤组织是将组织的任何部位，如根、茎、叶、花、果等经过表面灭菌后，在无菌条件下剪为几段，再接种到各种营养成分和植物激素组成并加有固化剂琼脂的培养基上，经过一段时间后从切口出组织，这种组织主要是由具有分生能力的薄壁细胞组成。３药用植物发酵培养的优点及弊端药用植物发酵培养与大田栽培相比有许多优点：药材 （或有效成分）的生产可以在人为控制条件下进行，通过改善培养条件和培养方式可极大地提高生产效率；培养是在无菌条件下进行的，因此可以排除病菌和虫害的侵扰，严格控制药材质量；可以进行特定的生物转化反应，大规模生产所需要的有效成分；通过对有效成分合成路线进行遗传操纵，提高所需物质的产量；通过加人或删除基因而改变药材的遗传特性。药用植物细胞大规模培养技术的高速发展，不仅可有效保护我国的天然中药资源不受破坏，而且可以使中药更好地满足人们的需要。它将促进我国中药原料和药材新生产方式的形成，将给传统的中药产业带来巨大的变革，对中草药走向现代化、走向世界产生积极的作用。当然， 药用植物发酵培养液存在一些不足，如增殖率不高、产率不稳定、生产成本高等问题。此外，药用植物细胞培养还有一个非常大的弊端，即有效成分的含量不稳定。药用植物的有效成分往往是次生代谢产物，次生代谢产物的合成在细胞阶段并不积极或者讲对植物细胞本身来说意义不大。器官培养可以克服这一缺点。目前韩国已经在高丽参不定根和毛状根的发酵培养方面取得了突破性进展，成功进行了产业化，同时，还以培养的高丽参不定根和毛状根开发了系列保健品和化妆品［４７１。人参胚的研究和柴胡毛状根培养的工业化也在不断的成熟。此外，美国在青篙的毛状根培养方面也取得了很大进展，发现供气中加人ＣＯ：可以防止培养毛状根的枯死Ｉｅｌ０４前景展望面临着资源危机的挑战。由于长期盲目采集致使生态环 境遭到破坏，许多野生植物濒临灭绝，一些特殊生态环境下的植物引种困难；能够引种栽培的植物，则需要占用大量的农田，在耕地面积日益减少的情况下，不可能大量种植非粮食作物，加之人工栽培受环境因素的制约，次生产物的含量和质量不稳定。此外，在通常情况下，天然植株中目的次生产物含量过低（如紫杉酌。剩下的可能途径，无非是在对资源植物有效成分分析的基础上，采用化学合成的方法，然而又会遇到工艺流程复杂、成本高、合成过程中伴随着副产品及造成环境污染等问题。面对上述诸多难题，科学工作者开始探索应用生物技术获取有用次生代谢产物的新途径—基于植物细胞的全能性，借鉴微生物发酵工业的成就和经验，通过高等植物细胞、器官等的大量培养，生产有用的次生代谢产物；也有一些学者利用分子生物学的手段对药用植物进行遗传操作，获得转基因植物或转基因组织和器官，或者志在寻找一些次生代谢产物生物合成途径中关键酶基因，进而对这些次生代谢产物的生物合成进行或转人微生物中生产我们所需要的次生代谢产物；另外，应用分子生物学技术进行了药用植物分子标记育种与品质定向的研究卜，，对于我国来说， 应从发展的角度认识药用植物发酵培养的应用前景。由于药用植物发酵培养的工业化可以缓解药用植物资源问题，对中药材栽培起到补充和辅助作用，因此，药用植物的发酵培养技术要从工业化的角度进行开发。首先，要重视适合药用植物培养的反应器的研制。韩国人参发酵培养的工业化成功，其关键在于研发了适合高丽参培养的反应器。目前我国大多数的药用植物培养仅仅停留在培养皿和摇瓶水平，或者采用培养微生物的反应器来培养药用植物细胞或组织，这是不可能实现工业化的。其次就是要注重产品的开发，特别是立足于组织培养物的产品开发。在组织培养条件下生长的药用植物细胞或组织器官，在代谢方式上与大田栽培的药用植物有很大的不同，所以，其代谢产物也有所不同。利用培养物不仅可以部分替代大田栽培的药用植物，还完全有可能开发出全新的产品来。有产品支持的药用植物组织培养，其产业化的步伐将大大加快。总之， 药用植物的发酵培养不仅对我国资源和生物多样性的保护有着重要意义，而且还能克服大田生产的弊端，快速生产药用植物的活性成分和有效部位，有着巨大的商业前景。该项技术在药用植物上的应用潜力还远远没有发掘出来。我国许多名贵中药如雪莲、藏红花、石解、冬虫夏草、化州抽、半夏、杭白芷等及许多专控药材如甘草、麻黄、肉从蓉等，都值得去尝试培养，去建立我国拥有自主知识产权的培养方法。参考文献ｔ李黎药用植物组织培养的研究进展．林业科技情报，，２００５，３７（ ３７）：６．２马莉贞．巴天酸模组织培养的初步研究．安徽农业科学，，２００６， ３４（１ ３）：３０８５．３唐伟斌．药用植物桔梗组培快繁体系的建立．河北师范大学学报（自然科学版）， ２００６，３０（５）：６００．４高文远．药用植物发酵培养的工业化探讨．中国中药杂志．，２００３，・８６９・２８（５）：３８９．ｒ ｏｏｔ ｏｆ ａｒｔｅｍｉｓｉａ ａｎｎｕａ ｉｎ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｍｉｓｔ ｅｒａｃｔｏｒｓ． Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ蒙爱东．生物技术在药用植物中的应用．广西医学，，２００６，２８（６）：Ｂｉ ｏｅｎｇ，２０００，２０：１４３．７８９．９ Ｂａｅｂｌｅｒ Ｓ， Ｃａｍｌｏｈ Ｍ， Ｋｏｖａｃ Ｍ， ｅｔ ａｌ． Ｊａｓｍｏｎｉｃ ａｃｉｄ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｓＹｕ ＫＷ，Ｇａｏ ＷＹ，Ｈａｈｎ ＥＪ，ｅｔ ａＩｊａｓｍｏｎｉｃ ａｃｉｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｇｉｎｓｅｎｏ－ｌ ａｔｅｓ ｔａｘａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｅｌｌ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｃｕｌｔｕｅｒ ｏｆ ｙｅｗ．Ｐｌａｎｔａｓｉｄｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ａｄｖｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｏｒｏｔ ｃｕｌｔｕｒｅ ｏｆ ｐａｎａｘ ｇｉｎｓｅｎｇＭｅｄ， ２００２，６８：４７５．Ｃ．Ａ．Ｍｅｙｅｒ． Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２００２，１１：２１１．１０戴君贵．寻找曾经拥有的世界一传统中药的生物技术研究进展．Ｙｕ ＫＷ，Ｇａｏ ＷＹ，Ｓｏｎ ＳＨ，ｅｔ ａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｇｉｎｓｅｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ首都医药，２００１ ，８（５）：４．ｂｙ ｊａｓｍｏｎｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｏｔｈｅｒ ｅｌｉｃｉｔｏｒｓ ｉｎ ｈａｉｒｙ ｒｏｏｔ ｃｕｌｔｕｒｅ１１果德安．生物技术在中药现代化研究中的作用．国外医药植物ｏｆ ｇｉｎｓｅｎｇ（Ｐａｎａｘ ｇｉｎｓｅｎｇ Ｃ．Ａ．Ｍｅｙｅｒ）．Ｉｎ Ｖｉｔｏｒ ＣｅｌｌＤ ｅｖ Ｂｉｏｌ Ｐｌａｎｔ，药分册，１ ９９８，１３（６）：２５７．２０００，３６：４２４．ｆ收稿日期：２００７－０３－０６１本文编辑：羡秋盛１Ｗｙｓｌｏｕｚｉｌ ＢＥ，Ｗａｔｅｒｂｕｒｙ ＲＧ， Ｗｅａｔｈｅｒｓ ＰＪ． Ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ预防医学・卫生学基层糖尿病健康教育现状及应对措施索莉管向萍于红（五莲县中医院，山东五莲２６２３００）１关键词１糖尿病健康教育现状分析应对措施［中图分类号］Ｒ１９３：１１５８７．１ ［文献标识码］Ｂ 据不完全统计，目前我国糖尿病患者已达４０００万人，如何针对自己实际情况合理膳食，如何选择适合自己的体育患病率在印度之后居世界第二位，糖尿病已成为我国在２１锻炼方式、强度，如何自我监测血糖、监测药物不良反应等内世纪面临的巨大社会问题。开展糖尿病教育的任务迫在眉容缺乏足够认识和应对方法。睫。在糖尿病的长期治疗过程中，糖尿病教育可以说是最关１．６教育层面太窄糖尿病是一种需要终身治疗的疾病，键的，也是最重要的环节。目前基层糖尿病教育虽已受到高一旦确诊将会面临许多困扰，预防糖尿病的发生就显得尤为度重视，但仍存在一些不足。重要。第４２届世界卫生大会提出，要制定和实施糖尿病防治１据尿病健康教育现状计划，逐步做到三级预防，但目前糖尿病健康教育多仅限于１．１资源分布不均随着人民生活环境与生活方式的变对糖尿病患者的教育，而对正常人及糖尿病高危人群进行生化，生活水平的提高，糖尿病在农村地区的发病率急剧上升。活方式和行为的干预、宣传教育尚未受到重视，致使糖尿病由于医疗资源分配不均，基层医护人员对糖尿病知识掌握不的发病率呈持续上升趋势。足，缺少合格的糖尿病专科医师、护士，且农村患者就诊率２糖尿病健康教育应对措施低，教育仍存在盲区。２．１完善专职糖尿病教育机构，将糖尿病健康教育专业化１．２接受能力不均所有糖尿病患者中９０％是２型糖尿病举办医师、护士、营养师等相关医务人员的短期培训班、提高患者，并且以老年人居多，１型糖尿病患者中也不乏儿童患班，培养更多的健康教育人员，使糖尿病健康教育具有系统者。他们的文化程度相对较低，获得知识的渠道机会少，经济性、连续性、反复性、针对性、个体化，使教育范围更广、质量收人不高，治疗面临困难，对糖尿病理论知识的接受能力弱，更高，从而解决糖尿病健康教育中存在的资源不均衡、力度依从性差。不够、针对性不强的现状。１．３教育力度不够糖尿病教育的任务主要由糖尿病专科２．２教育方式多样化针对不同教育对象、不同文化层次医护人员承担，社区、乡镇医院多未开展教育课程，且由于我的患者，应采取不同的教育形式。通过广播电台、电视、报刊国医患比例严重失调，医护工作者整天忙于诊疗工作，无充杂志、发放教育手册、办宣传栏、电话咨询等多种媒体进行宣足时间顾及糖尿病患者的健康教育，无专业化组织，许多患传教育；定期举办讲座或；开展糖尿病咨询门诊；进行者获得糖尿病相关知识的途径多为药品广告、药品推销报告病历资料的登记；给糖尿病患者举行专题座谈会，对糖尿病会。由于利益驱使常误导患者，使他们获得一些反科学或伪患者的自我监测作出评价；制作幻灯录像、医护人员实例讲科学的东西，不仅受骗花冤枉钱，甚至引起严重的不良反应。解与演示；定期随访等多种形式使不同教育对象、不同文化１．４教育方式单一目前开展的糖尿病教育多为集体教育层次的患者都能正确认识疾病，掌握相关知识，更好地控制形式，以集体讲座为主，缺少实践、实例教育，缺少形象教学，疾病，阻止或延缓糖尿病并发症的发生和发展。致使教育乏味，渗透性不强。再者，讲座多以专家授课为主，２．３认真贯彻三级预防方针，大力宣传糖尿病的危险因素，未充分发挥患者的主观能动性，缺少交流、沟通，致使糖尿病倡导健康的生活方式对于有糖尿病家族史、糖尿病异常的知识普及程度大打折扣。人群及早监测、及早发现、及早进行生活方式和行为的干预，１．５针对性不强教育内容强调理论知识，虽然提高了糖降低糖尿病的发病率，提高生活质量。尿病患者的理论水平，知道应该进行饮食控制、体育锻炼，做【收稿日期：２００７－０１－０４１阵文编辑：董冰媛１好监测、合理用药治疗，但对患者自我保健行为影响较小，对
