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生物反应器在人参不定根大规模培育中的应用 我国是世界上人参的主要产区，我国人参总产量占世界人参总产量的70%，其中主要产区东北三省的栽培参产量占全国总量的98%。但近年来东北地区人参种植面积与产量均呈逐年下降的趋势。其中主要的原因是东北地区的拥有宝贵的森林资源，对防止水土流失和沙漠化具有重要意义。自1998年起，国务院禁止砍伐森林、退耕还林，传统的“伐林栽参”方式被禁止。所以如何在有限的耕地资源上最大限度的保证人参的产量，是目前人参种植业所面临的头号问题。 生物反应器是一种可提供生物活性环境，以得到目的产物的制造或工程设备，是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等，目前广泛应用在细菌真菌培养、动植物细胞培养等方面。药用植物生物反应器一般由培养基制备系统、空气系统、控温系统、检测系统以及反应器主体等几部分构成，在生物反应器的培养过程中可以精确的调控生长条件，使植物分化生长达到最优，从而获得最大产量的目的产物，不受时间和空间的限制。 人参组织培养始于上世纪50年代，目前人参组织培养研究主要在悬浮细胞、不定根以及毛状根的培养上。1983年Mugnier等人第一次成功利用生物反应器实现了不定根的培养，经过几十年的发展此项技术已取得很大的进步，目前日韩等国都已在人参细胞大规模培养方面取得了专利，其中韩国 CBN Biotech 公司在 2002-2003 年时就通过韩国食品药品管理局认证，并应用生物反应器规模化生产人参不定根作为食品药品原材料，并在此方面一直处于国际领先地位。人参的不定根培养主要是通过将优质的人参根须组织培养后，再逐级放大，最终通过生物反应器使生产量达到最大化。培养过程中一般受到一下几个方面的影响：1、不定根的接种量及均匀分布，接种量过少，浪费空间资源，达不到大规模培养的目的，过多则导致培养初期外植体间竞争养分激烈，易褐变死亡；2、均一的供氧，通常不定根的耗氧量不高，但反应器中维持充足的氧饱和度，对不定根的生长及此生代谢产物积累均有影响；3、低剪切力，由于不定根对剪切力比其他类型的植物细胞更加敏感，所以人参不定根培养一般选用通气均匀、易于控制的气升式生物反应器。培养条件的好坏直接影响不定根的产量和质量，除此之外其他一些诱导物的加入也可以提高此生代谢产物的含量，如茉莉酸甲酯可以诱导人参中的药效成分人参皂苷的含量增加。600L升的培养体系7周后扩增率能达到1500%以上。目前韩国CBN Biotech公司人参不定根的年产量能够达到10t以上，并已有上市产品。国内的人参不定根培养还处于实验室研究阶段，但近年来也得到了长足的发展，由东北林业大学李玉花教授带队的人参不定根培养项目已经能达到1000L的培养体系，已经达到大规模工业生产的要求。 以人参为代表的珍稀野生植物，不仅具有极高的药用和经济价值，而且人参作为一种典型的药材植物也具有很高的科研价值。由于保护不当，过度开发，乱采乱伐的现象严重，导致有些珍贵的野生植物资源濒临灭绝，例由于红豆杉中含有抗癌活性物质紫杉醇，遭一度到大量盗伐，如今这些濒危物种的合理保护与科学开发利用成为当务之急。到目前为止，国内外已成功培育出天仙子、黄芪、紫草、红花、青蒿、决明子、三七等药材植物的不定根，除不定根的培养外，其、 他一些珍稀植物的细胞悬浮培养技术也发展快速，如Lee人将去除木质部的红豆杉茎段在B5培养基上培养后获得了新生的干细胞，再将干细胞进行悬浮培养，经诱导子诱导后，得到了生长速度快，紫杉醇产量达到102kg/mg。目前加拿大的Phyton Biotech、韩国的Samyang Genex和德国的Nattermann等世界一流制药公司生产紫杉醇的生物反应器已达都已达到万升以上。 社会经济要发展，人们对生活质量要求越来越高，但经济的增长不能以牺牲生态环境为代价，随着珍稀药用材料的市场需求量越来越大，高消耗、低效益的传统种植和采伐业既不能满足市场需求，也不符合可持续发展的要求。通过生物反应器培育珍稀植物不但投入低，产量好，而且不受季节和耕地的限制，既可以缓解日益紧张的耕地林地资源，又能提供充足的市场需求，同时也有利于珍稀野生植物的保护。相信在不久的将来通过生物反应器培养将成为获取珍贵药材的主要途径。 参考文献 [1]李范英， 孙成贺. 中、韩人参产业的比较分析[J]. 特产研究， 2010， 32（1）：73-75. [2]丁立威. 人参价升探因[J]. 中国现代中药， 2012， 14（1）：60-62. [3]Tulecke W， Nickell L G. Production of Large Amounts of Plant Tissue by Submerged Culture.[J]. Science， 1959， 130（3379）：863. [4]Eunkyong L， Jin Y W， Joonghyun P. Cultured cambial meristematic cells as a source of plant natural products.[J]. Nature Biotechnology， 2010， 28（11）：1213. 本文来源：https://www.dywdw.cn/c7f1d923acaad1f34693daef5ef7ba0d4a736dbe.html
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2023-05-06
