红豆杉(Taxus)又名紫杉, 是红豆杉科红豆杉属植物的总称, 远古孑遗针叶树种, 生长缓慢, 童期长, 多为小乔木或灌木, 主要分布在北半球的温带至亚热带地区(周华等, 2014)。红豆杉雌雄异株, 种子大小年现象屡见, 种皮厚, 休眠期长(历经两冬一夏才能萌发), 种子苗成活率低, 种群自然更替能力较差, 为国家一级濒危植物(贺新强等, 1996; 丰美静等, 2020)。
红豆杉含有广谱抗癌活性成分紫杉醇, 具有极高的药用价值(Wani et al.,1971), 美国食品和药品监督管理局于1992年正式批准紫杉醇为临床抗癌药物(梁敬钰, 1993)。然而紫杉醇在植物体中含量甚微, 普通品种含量为0.01%, 而且必须从新鲜砍伐剥取的树皮中提取, 30 t干树皮仅提取约100 g紫杉醇(吴秀兰等, 2014), 治愈一个卵巢癌患者需要6棵树龄60-100年的红豆杉大树(何晓明, 2011), 全球年产紫杉醇250 kg左右, 远远不能满足市场需求, 价格高达每千克20-30万美元, 红豆杉成为“黄金树”, 加之红豆杉生长缓慢, 愈发导致了红豆杉资源极度短缺, 沦为濒危植物, 全球42个国家重点保护该物种, 我国更是严禁砍伐自然野生红豆杉(王莹等, 2016; 董明珠等, 2020)。
为了解决紫杉醇原料药来源问题, 保护野生红豆杉资源, 维持生态平衡, 人们开始人工栽培红豆杉。然而, 红豆杉优质种苗供应少, 人工药源林的养护成本高, 枝叶采摘季节性强, 不能满足市场需求。为解决红豆杉优质种苗问题, 其组织培养研究得以陆续开展, 但多停留在愈伤组培诱导阶段。师春娟等(2007)分别利用南方红豆杉(T. chinensis var. mairei)一年生的茎段、顶芽、种子作为外植体进行愈伤组织诱导, 得出茎段产生愈伤组织的时间最早, 出愈率最高, 生长速率最快。Li等(2016)利用中国红豆杉(T. chinensis)的胚乳成功诱导出了愈伤组织。张翔宇等(2012)在培养基中添加赤霉素(Gibberellic A3, GA3)使南方红豆杉愈伤组织的诱导提前启动。袁云香(2018)在培养基中添加适量的硅(Silicon, Si)有效提高了南方红豆杉愈伤组织诱导率, 改善愈伤组织的生长状态。添加茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate, MeJA)和聚乙二醇(Polyethylene glycol, PEG)可以刺激红豆杉愈伤组织中紫杉醇的产生(Furmanowa et al.,1997; Sarmadi et al., 2019)。杨文婷和匡倩(2016)对南方红豆杉愈伤组织褐化抑制进行了相关研究, 得出在培养基中添加活性炭和抗氧化剂能在一定程度上有效抑制愈伤组织褐化。组织培养获得再生植株的成功报道较少, 王威等(2019)以中国红豆杉的嫩枝和试管苗为外植体, 获得少量再生植株。曾骄等(2021)以东北红豆杉(T. cusp idata)、南方红豆杉和曼地亚红豆杉杉(T. media)带有腋芽的茎段组织为外植体, 进行不定芽的增殖培养, 其增殖系数仅为3.18。可见, 上述组培研究均以获得红豆杉资源性种苗为目的, 而且繁殖系数低下。目前, 基于组培的红豆杉目标活性成分离体富集培养研究, 未见报道。
本试验以曼地亚红豆杉茎段为起始材料, 开展其吸收面建成、不定芽高频同步诱导、活性成分丰度调控等一系列离体培养研究, 建立了一种富含高紫杉烷类的红豆杉离体培养技术体系, 大大缩短红豆杉原材料生产周期, 形成了全新的珍稀濒危植物资源循环利用模式。
图1 红豆杉组织培养
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