...用植物遗传转化研究进展
王慧芳++李凤霞++秦立强
摘 要：茄尼醇是一种具有高科技含量和高附加值的化合物，该文通过查阅文献，阐述了茄尼醇、毛状根以及烟草毛状根中茄尼醇的研究进展，同时对烟草毛状根中茄尼醇的研究提出展望，以期待为研究提高烟草毛状根中次生代谢物茄尼醇含量和稳定性的方法和技术提供依据。
关键词：茄尼醇 烟草毛状根 进展与展望
中图分类号：S567.239 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（b）-0253-02
1 茄尼醇
茄尼醇（solanesol）是一种天然化合物，主要存在于茄科、桑科植物中，烟叶中含量最为显著，可达到0.3%～3%[1]。1956年，Rowland等[2]首次从烟薰烟叶中分离得到。茄尼醇化学名称为九聚异戊二烯醇，是一个四倍半烯萜醇，分子式C45H74O，分子量为631.07，茄尼醇粗品在常温下呈棕黑色糊状，加热后呈粘稠性的液状，有芳香味，纯品为白色粉状固体[3]。目前茄尼醇主要从烟叶中提取并进行纯化，纯度可达到95%以上。
茄尼醇本身具有较强的抗生物活性如抗氧化能力、消炎杀菌能力、抗辐射能力等，用于治疗坏血病、胃溃疡及十二指肠溃疡、坏死性牙周炎等，有凝血作用，可用于止血；还可治疗亚急性肝坏死、急慢性肝炎等[4]。茄尼醇由于其本身特殊的分子结构，可以用于合成多种医药中间体，在医药领域有着极其重要的作用，例如可以合成治疗肿瘤药物、抗艾滋病病毒药物、抗溃疡药物、泛醌类化合物如辅酶Q10和维生素K2等[5]，尤其是近些年发达国家对辅酶Q10的生产和广泛应用，使得茄尼醇的经济价值也迅猛攀升。茄尼醇是一种具有高科技含量和高附加值的应用型化合物，相信在今后相当长的一段时间内，都会是市场的热点。
2 毛状根
毛状根（hairy root）又称发根、发状根，是由Smih和Townsend于1907年发现并提出此概念，他们发现用发根农杆菌侵染植物外植体能诱导产生毛状根；Riker等于1930年再次阐述了该现象；1982年Chilton报道发根农杆菌侵染植物产生发状根的机理；到现在为止，已获得了300多种植物的毛状根体系。毛状根具有生长速度快、遗传性能稳定的特点，并且能够合成具有该植物特征的次生代谢产物，利用此特点，可以解决药用植物野生资源短缺、受自然环境因素影响大、栽培条件受限、人工栽培年限长、人力成本大、药用成分含量低及含量不稳定等问题，为人工利用生物技术生产合成有效药用成分提供了一条新途径。近些年，通过国内外专家、学者的不断研究探索，有一些毛状根已经进入大规模生产研究阶段，例如黄芪的毛状根培养[6]；紫草、人参、长春花等植物的毛状根已能进行工业化生产[7]。另一方面，通过对毛状根的诱导，可以产生再生植株，为分子育种、培养新的种子资源提供了可能。
到目前为止，利用发根农杆菌诱导产生毛状根，主要集中在双子叶植物中，现已诱导的毛状根多集中在茄科、菊科、十字花科、伞形科、五加科、豆科、蓼科等科，主要是草本植物。单子叶植物诱导产生毛状根的报道较少见，仅见周立刚等[8]从鸭趾草科植物露水草中诱导形成毛状根的报道。
研究发根农杆菌诱导产生毛状根的主要目的是利用毛状根产生次生代谢产物，便于进一步用于医药、化工、食品等领域的研究和生产。而次生代谢物的含量积累又与毛状根的生长量密不可分。目前研究发现，影响毛状根生长的因素主要有两方面，一是物理因素，主要包括温度、pH值、光照、通风量、培养容器及方法等。二是化学因素和生物技术，主要包括碳源、外源激素、前体物质、诱导子等[7]。
毛状根的扩大培养和规模化生产，目前主要利用生物反应器来进行，多种植物已可以利用生物反应器生产产品，但由于技术水平、工艺和成本等原因，仅少数植物产品，如人参皂苷、紫草宁、紫衫醇等，在美国、日本、德国等国家实现了商业化应用[7]。
3 烟草毛状根中茄尼醇研究进展
目前，关于烟草毛状根中茄尼醇的研究较少，国内较全面的有王英娟等[9]的相关报道。王英娟等研究发现，MS液体培养基培养出的烟草毛状根含量更高，但仍比废弃烟叶中的茄尼醇含量低43.2%。烟草毛状根中茄尼醇的研究主要围绕茄尼醇含量展开研究工作，研究内容主要包括以下几方面：
一是筛选更适合诱导烟草毛状根的农杆菌菌株和培养基。
二是筛选并培养更适合茄尼醇含量积累的烟草品种，作为外植体，以便进一步诱导产生毛状根。
三是研究适合烟草毛状根诱导和培养的方法；目前常用的方法有叶盘转化法、茎秆（或叶柄）涂抹法、原生质体共培养法等[3]。
四是研究更适合烟草毛状根次生代谢物茄尼醇积累的条件因子。影响次生代谢物积累的条件因子主要有化学条件因子、物理条件因子和生物技术条件因子[10]。化学条件因子包括激素的有无和激素的种类，培养基成分的影响等；物理条件因子包括光照的强度、时间，单色光的种类、温度与湿度等；生物技术常用的有反义技术、两步培养法、前体化合物饲养以及诱导子的添加等。其中，诱导子的种类、浓度、添加时间以及混合诱导子的应用等都可以影响次生代谢物的积累。
五是筛选茄尼醇含量积累更高的烟草毛状根根系，并进一步培养出人工种子和再生植株，进而培育出茄尼醇含量更高的烟草新品种。
烟草毛状根中茄尼醇的研究中存在的问题主要是茄尼醇含量偏低和茄尼醇含量的稳定性问题，由于毛状根诱导与培养过程中存在较为复杂的影响因子，致使不同的毛状根根系间茄尼醇含量的不稳定性增加。
4 烟草毛状根中茄尼醇研究展望
诸多条件因子的复杂影响导致了烟草毛状根中茄尼醇含量的最大积累较为困难，但是通过改变各种物理、化学条件因子，通过先进生物技术的不断应用和改进，提高烟草毛状根中茄尼醇的含量和稳定性是可以实现的；同时，通过设计和不断改进生物反应器，烟草毛状根的扩大化生产和工厂规模化生产也可期待，用以代替传统烟草种植为茄尼醇来源的途径。因此，研究提高烟草毛状根中次生代谢物茄尼醇含量和稳定性的方法和技术，对茄尼醇在医疗保健、医药化工、美容、食品等方面的应用具有及其重要的意义。
参考文献
[1] 陈爱国，申国明，梁晓芳，等.茄尼醇的研究进展与展望[J].中国烟草科学，2007，28（6）：44-45.
[2] Rowland R L..Flue-cured tobacco I. Isolation of solanesol，an unsatuned alcohol[J].J Am Chem Soc，1956，78（18）：4680-4683.
[3] Morton R A. The chemistry and biochemistry of polyprenyl alcohols such as solanesol and dolichol[J].Biochem J， 1972， 128（1）：11.
[4] 沈振濤，许激扬，江春艳.分离纯化茄尼醇的新工艺[J].华西药学杂志，2008，23（2）：170-171.
[5] 王自社，刘文乾，等.茄尼醇的研究及应用进展[J].安徽农业科学，2013，41（32）：12539-12540.
[6] 郑智仁，彭估松，刘涤.黄蔑毛状根的大量培养[J].植物生理学通讯，1997，33（4）：133.
[7] 刘莉莉，李昌禹.毛状根发展现状研究[J].北方园艺，2014（24）：178-182.
[8] 周立刚.植物毛状根的培养及其化学进展[J].天然产物研究与开发，1998（3）：91.
[9] 王英娟.烟草毛状根诱导及其茄尼醇含量初探[J].植物学通，2006，23（4）：334-340.
[10] 张广求.提高毛状根中次生代谢产物含量的方法与技术[J].重庆大学学报：自然科学版，2005，28（6）：121-124.
