CN101885752A - 柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法 - Google Patents

柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法,步骤包括:外植体的消毒;愈伤组织的诱导与增殖;不定根的分化诱导;不定根的增殖和不定根系的形成;柴胡皂苷的生物合成和转化。本发明选择北柴胡或狭叶柴胡的根切段为外植体;筛选了愈伤组织诱导的培养基组成成分;筛选了不定根诱导的条件;筛选了不定根增殖和不定根系形成的培养基组成成分;筛选了柴胡皂苷转化合成的培养基。该培养基对于不定根增殖、不定根系的形成和皂苷合成具有很好的促进作用。不定根的月增殖速率最高可达10.554,月干重增殖倍数最高可达10.352,柴胡皂苷a和d的总量最高可达0.149%。

Description

柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法
技术领域
本发明涉及植物组织培养及生物转化,具体属于一种药用植物柴胡不定根诱导、不定根系形成及其生物转化合成柴胡皂苷的方法。
背景技术
柴胡是多年生草本植物,也是常用大宗中药材,具有抗病毒、抗细菌内毒素、抗炎、抗肿瘤、抗惊厥、解热、降血脂及促进分泌、保肝、提高免疫力等功效,药用价值很高,并且柴胡药材的单一成分疗效确切,其中柴胡皂苷是最主要的药用成分和药材质量检测指标。
中国药典(2005年版)收录伞形科植物北柴胡Bupleurum Chinese DC.(又称硬苗柴胡)和狭叶柴胡Bupleurum scorzonerifilium Willd.(又称软苗柴胡或红柴胡)为药用柴胡的原植物,北柴胡和狭叶柴胡的根为柴胡药材的正品。
柴胡的需求量逐年增大,但野生药材严重短缺,人工栽培品已成为市场药材供应的主要来源。人工栽培生产柴胡药材一般需要二年,生长周期长;种植面积的盲目性和产量的不确定性直接影响到药材的价格和药农的种植积极性;生产中种植类型的混杂影响到药材品质的均一性,影响到临床用药的准确性和稳定性。
许多药用植物以根入药,因此根的离体培养对于应用现代生物技术方法生产药用成分具有特殊的意义。目前已经实现了人参毛状根的规模化培养。在柴胡根的离体培养方面,只有关于三岛柴胡毛状根培养的报道,是通过发根农杆菌侵染或转基因技术获得的,其诱导过程复杂,培养周期长,成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法,该方法所获取的根产物的生物量大,柴胡皂苷的相对产率高,适宜规模化生产。
本发明应用植物组织培养方法,建立了正品药材北柴胡和狭叶柴胡不定根系的诱导、培养及生物转化合成体系,可大量生产优质柴胡的根并从中获取有效药用成分。为提高柴胡药材质量和产量、实现生产的规模化和可控性提供了一条快速而有效的途径。
本发明提供的一种柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法,具体步骤包括:
(1)外植体的消毒:取田间柴胡根切成小段,消毒,制得外植体;
(2)愈伤组织的诱导与增殖:将经消毒处理的外植体接种于A培养基中,在25±2℃、黑暗条件下培养30d~40d得到愈伤组织,每隔25~35d继代培养一次,继代培养2~3次,A培养基配方为:B5培养基+0mg/L~0.5mg/L KT+1.0mg/L~3.0mg/L 2,4-D+2.5%~3.5%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8~6.0;A培养基优选为:B5培养基+0.2mg/L KT+1.0mg/L2,4-D+3.0%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8;在该培养基中接种1w后根两端膨大,接种2w~3w后膨大部位迅速形成疏松、淡黄色的愈伤组织。
(3)不定根的分化诱导:将继代培养后的愈伤组织转接到B培养基中,在25±2℃、黑暗条件下培养30d~40d,愈伤组织分化出不定根;B培养基配方为:B5培养基+0.5mg/L~2.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+2.5%~3.5%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8~6.0;B培养基优选为:B5培养基+1.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+3.0%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8;该培养基对愈伤组织分化不定根具有良好的促进作用,生根率最高可达97.3%。
(4)不定根的增殖和不定根系的形成:不定根接种到C培养基中,在26℃恒温、100rpm摇床转速下暗培养30d~40d;C培养基配方为:1/2MS培养基+0mg/L~2.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+4.0%~6.0%蔗糖,pH 5.8~6.0;C培养基优选为:1/2MS培养基+1.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+5.0%蔗糖,pH 5.8;该培养基对柴胡不定根增殖和不定根系的形成具有良好的促进作用。
(5)柴胡皂苷的生物转化和合成:取增殖后的不定根系转移到D培养基中,在26℃恒温、100rpm摇床转速下暗培养30d~40d;D培养基为:1/2MS培养基+0mg/L~1.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+1.0mmol/L~3.0mmol/L丙酮酸钠+0.37g/L~1.85g/L MgSO4+1.9g/L~9.5g/L KNO3+4.0%~6.0%蔗糖,pH 5.8~6.0;D培养基优选为:1/2MS培养基+0.5mg/L二苯基脲双磺酸钙+2.0mmol/L丙酮酸钠+0.37g/L MgSO4+5.7g/L KNO3+5.0%蔗糖,pH 5.8;该培养基对于不定根系的生长和皂苷合成具有很好的促进作用,不定根的月增殖速率最高可达10.554,月干重增殖倍数最高可达10.352。
(6)将在D培养基中培养后的不定根系取出并烘干,提取得到柴胡皂苷;经测定,柴胡皂苷a和d的总量最高可达0.149%。
所述的柴胡是北柴胡或狭叶柴胡,优选北柴胡。
所述的二苯基脲双磺酸钙具有促进植物根系发达,增加作物干物质积累的作用。二苯基脲双磺酸钙可从太原山大新化工有限公司购得,或按ZL98104734.3制得。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和效果:
(1)本发明以优质北柴胡或狭叶柴胡的根切段作为外植体,取材容易,更新方便。
(2)本发明所诱导的柴胡不定根的基因型一致,不定根系生长速度快,药用成分含量均一。
(3)本发明以不定根系为单一培养物,所获取根的生物量大。
(4)本发明在不定根系诱导和培养过程中,培养基中所添加的成分均为无毒物质,其中包括生理活性物质——二苯基脲双磺酸钙。
(5)本发明液体培养基中所添加的物质成本低廉,生物转化体系简单、高效。
(6)本发明生产周期短,培养体系的条件和生产过程可控;不受季节影响,一年四季均可生产,可根据市场供求关系合理安排和调整生产规模。
附图说明
图1柴胡根切段脱分化形成愈伤组织
图2柴胡愈伤组织分化出不定根
图3柴胡不定根分化形成不定根系
图4柴胡皂苷生物合成和转化体系中的不定根系
具体实施方式
实施例1
将取自山西太谷(原产于山西左权)种植地的北柴胡根切段作为外植体,流水冲去浮土,切成2cm~3cm长的切段,经75%乙醇浸泡30s,0.1%HgCl2水溶液消毒10min,无菌水冲洗四次后,接种于添加2,4-D 1.0mg/L、KT 0.2mg/L、蔗糖3.0%,琼脂0.7%,pH 5.8的B5培养基上(A培养基),在25±2℃、黑暗下培养,4w后得到愈伤组织(如图1)。30d继代一次,继代培养三次以后得到大量的淡黄色的愈伤组织。
将淡黄色的愈伤组织转入生根诱导培养基(B培养基)。生根诱导培养基的组成为:B5培养基+1.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+3.0%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8。35d后分化出不定根(如图2)。
生根40d后,选取健壮的不定根转入不定根增殖和不定根系形成培养基(C培养基),培养基组分为:1/2MS培养基+二苯基脲双磺酸钙1.0mg/L+5.0%蔗糖,pH 5.8。30d后得到北柴胡不定根系(如图3)。
将生长旺盛的柴胡不定根系接种到柴胡皂苷生物转化和合成培养基(D培养基),培养基的组成为:1/2MS培养基+0.5mg/L二苯基脲双磺酸钙+2.0mmol/L丙酮酸钠+0.37g/LMgSO4+5.7g/L KNO3+5.0%蔗糖,pH 5.8。30d后得到健壮的北柴胡不定根系(如图4)。
将不定根系取出置于烘箱中,105℃保持30min使酶系失活,再60℃烘干至恒重。精密称取干燥的材料0.5g,研磨后置于150mL圆底烧瓶中,加入8%NH4-CH3OH 25mL回流提取1h,回流T=80℃。过滤取滤液,然后将滤渣重新用同样的条件回流提取1h,重复三次。将三次的滤液汇总,水浴浓缩至干,残留物用甲醇溶解,定容至25mL容量瓶中。取其中1mL到5mL容量瓶中,加入1mL 8%HCl-CH3OH,在30℃下反应24h后加入1mL 8%KOH-CH3OH,然后用甲醇定容。提取出的柴胡皂苷利用HPLC测定,色谱条件为:Hypersil ODS-C18柱(150mm×4.6mm,5μm);柱温:室温;UV检测波长:250nm;流动相:乙腈-水(40∶60);流速:1.0mL/min;进样量:20μL。经测定,不定根的月增殖速率达10.554g,月干重增殖倍数达10.352,柴胡皂苷a和d的总量达0.149%。
实施例2
将取自山西陵川田间的北柴胡根切段,流水冲去浮土,切成长2cm~3cm长的切段,经75%乙醇浸泡30s,0.1%HgCl2水溶液消毒10min,无菌水冲洗四次后,接种于含有2,4-D1.0mg/L、KT 0.2mg/L、蔗糖3.0%,pH 5.8的B5培养基上(A培养基),在25±2℃、黑暗下培养,2w~4w后外植体脱分化形成愈伤组织,继代培养三次以后得到大量愈伤组织。
选取致密、淡黄色的愈伤组织转入筛选得到的生根诱导培养基(B培养基)。B培养基组成为:B5培养基+1.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+3.0%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8。在继代培养过程中,不定根不断分化出新根。
每30d为一代,继代培养多次后得到大量的北柴胡不定根系(同实施例1)。
将生长旺盛的柴胡不定根系转接到柴胡皂苷的生物转化和合成培养基(D培养基)中进行不定根有效成分的生物合成转化(同实施例1)。
柴胡皂苷的提取和测定同实施例1。经测定,不定根的月增殖速率达10.314g,月干重增殖倍数达9.46,柴胡皂苷a和d的总量达0.136%。
实施例3
将取自山西芮城栽培地的北柴胡根切段,经消毒后接种到培养基中诱导愈伤组织形成、诱导不定根分化、进行不定根增殖和不定根系形成培养、进行不定根有效成分的生物转化合成。培养条件、培养基以及柴胡皂苷的提取和测定同实施例1。经测定,不定根的月增殖速率达7.212g,月干重增殖倍数达6.67,柴胡皂苷a和d的总量达0.127%。
实施例4
将取自山西方山的狭叶柴胡根切段作为外植体,流水冲去浮土,切成2cm~3cm长的切段,经75%乙醇浸泡30s,0.1%HgCl2水溶液消毒10min,无菌水冲洗四次后,接种于添加2,4-D 1.5mg/L、KT 0.1mg/L、蔗糖3.0%,琼脂0.7%,pH 5.8的B5培养基上(A培养基),在25±2℃、黑暗下培养,4w后得到愈伤组织。30d继代一次,继代培养三次以后得到大量的淡黄色的愈伤组织。
将淡黄色的愈伤组织转入生根诱导培养基(B培养基)。生根诱导培养基的组成为:B5培养基+1.5mg/L二苯基脲双磺酸钙+3.0%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8。35d后分化出不定根。
生根40d后,选取健壮的不定根转入不定根增殖和不定根系形成培养基(C培养基),培养基组分为:1/2MS培养基+二苯基脲双磺酸钙1.5mg/L+5.0%蔗糖,pH 5.8。30d后得到北柴胡不定根系。
将生长旺盛的柴胡不定根系接种到柴胡皂苷生物转化和合成培养基(D培养基),培养基的组成为:1/2MS培养基+0.5mg/L二苯基脲双磺酸钙+1.5mmol/L丙酮酸钠+1.85g/LMgSO4+9.5g/L KNO3+5.0%蔗糖,pH 5.8。30d后得到健壮的北柴胡不定根系。提取和测定同实施例1,不定根的月增殖速率达6.457g,月干重增殖倍数达5.894,柴胡皂苷a和d的总量可达0.108%。
实施例5
将取自山西方山的狭叶柴胡根切段,经消毒后接种到培养基中诱导愈伤组织形成、诱导不定根分化、进行不定根增殖和不定根系的形成培养及不定根有效成分的生物转化合成。培养条件、培养基以及柴胡皂苷的提取和测定同实施例1。经测定,不定根的月增殖速率达6.783g,月干重增殖倍数达6.05,柴胡皂苷a和d的总量可达0.118%。

Claims (6)

1.一种柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法,其特征在于,步骤包括:
(1)取田间柴胡根切成小段,消毒,制得外植体;
(2)将经消毒处理的外植体接种于A培养基中,在25±2℃、黑暗条件下培养30d~40d诱导出愈伤组织,每隔25~35d继代培养一次,继代培养2~3次;A培养基配方为:B5培养基+0mg/L~0.5mg/L KT+1.0mg/L~3.0mg/L 2,4-D+2.5%~3.5%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8~6.0;
(3)将继代培养后的愈伤组织转接到B培养基中,在25±2℃、黑暗条件下培养30d~40d,愈伤组织分化出不定根;B培养基配方为:B5培养基+0.5mg/L~2.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+2.5%~3.5%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8~6.0;
(4)将不定根接种到C培养基中,在26℃恒温、100rpm摇床转速下暗培养30d~40d后增殖形成不定根系;C培养基配方为:1/2MS培养基+0mg/L~2.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+4.0%~6.0%蔗糖,pH 5.8~6.0;
(5)取不定根系转移到D培养基中,在26℃恒温、100rpm摇床转速下暗培养30d~40d;D培养基为:1/2MS培养基+0mg/L~1.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+1.0mmol/L~3.0mmol/L丙酮酸钠+0.37g/L~1.85g/L MgSO4+1.9g/L~9.5g/L KNO3+4.0%~6.0%蔗糖,pH 5.8~6.0;
(6)D培养基培养后的不定根系经过提取,得到柴胡皂苷。
2.如权利要求1所述的一种柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法,其特征在于,所述的A培养基为:B5培养基+0.2mg/LKT+1.0mg/L2,4-D+3.0%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8。
3.如权利要求1所述的一种柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法,其特征在于,所述的B培养基为:B5培养基+1.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+3.0%蔗糖+0.7%琼脂,pH 5.8。
4.如权利要求1所述的一种柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法,其特征在于,所述的C培养基为:1/2MS培养基+1.0mg/L二苯基脲双磺酸钙+5.0%蔗糖,pH 5.8。
5.如权利要求1所述的一种柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法,其特征在于,所述的D培养基为:1/2MS培养基+0.5mg/L二苯基脲双磺酸钙+2.0mmol/L丙酮酸钠+0.37g/L MgSO4+5.7g/L KNO3+5.0%蔗糖,pH 5.8。
6.如权利要求1所述的一种柴胡不定根系培养转化合成皂苷的方法,其特征在于,所述的柴胡是北柴胡或狭叶柴胡。
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