誘導(dǎo)子對藥用植物次生代謝產(chǎn)物積累的作用綜述

摘要：文章概要介紹了誘導(dǎo)子對藥用植物次生代謝產(chǎn)物積累的促進(jìn)作用、對藥用植物調(diào)控次生代謝產(chǎn)物積累的作用途徑以及對藥用植物作用的相關(guān)特性等，為誘導(dǎo)子促進(jìn)藥用植物次生代謝產(chǎn)物的積累提供參考。

關(guān)鍵詞：誘導(dǎo)子；次生代謝產(chǎn)物；基因表達(dá)；信號分子

中圖分類號：R284

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

誘導(dǎo)子是一種特殊的物質(zhì)，它能夠激發(fā)植物組織細(xì)胞產(chǎn)生并積累植保素，并同時(shí)引發(fā)植物的過敏反應(yīng)[1]。誘導(dǎo)子可作用于植物細(xì)胞中的特定基因，能夠?qū)Ｒ弧⒖焖?、有選擇地誘導(dǎo)植物特定基因的表達(dá)，從而合成積累大量次生代謝產(chǎn)物。誘導(dǎo)子可分為兩類，一類為非生物誘導(dǎo)子，包括H2O2、水楊酸、茉莉酸甲酯等具有誘導(dǎo)效果的理化因子[2]；另一類為生物誘導(dǎo)子，分為微生物（真菌、細(xì)菌、病毒）誘導(dǎo)子和植物細(xì)胞誘導(dǎo)子。

在現(xiàn)有的多種誘導(dǎo)子中，真菌誘導(dǎo)子是應(yīng)用最廣泛的生物誘導(dǎo)子，它來源于真菌中一類特定的化學(xué)信號分子，包括表面結(jié)構(gòu)組成成分及其分泌的代謝物質(zhì)，如真菌的菌絲體、發(fā)酵液、菌液提取物及菌絲體經(jīng)高溫處理得到的多糖、蛋白質(zhì)、細(xì)胞壁降解成分等物質(zhì)[3]。目前，人們將各類不同真菌誘導(dǎo)子應(yīng)用在植物上，促進(jìn)了植物體內(nèi)黃酮類、萜類、生物堿類、皂苷類及多酚類等多種化合物含量的提高[4-8]以及新的次生代謝產(chǎn)物的合成[9]。

1" 誘導(dǎo)子對藥用植物次生代謝產(chǎn)物積累的促進(jìn)作用

誘導(dǎo)子對藥用植物活性物質(zhì)的生成具有顯著的促進(jìn)作用，特別是在藥用植物中的生物堿類、萜類、半萜類、黃酮類、皂苷類、多糖以及酚類物質(zhì)的生產(chǎn)上效果尤為突出。近年來，隨著生物科技的不斷進(jìn)步，研究人員開始探索利用內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子對藥用植物細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，以進(jìn)一步提高其次生代謝產(chǎn)物的含量。

孫天馳等[10]研究發(fā)現(xiàn)，真菌誘導(dǎo)子顯著影響白術(shù)懸浮細(xì)胞生長與次生代謝，AM478真菌誘導(dǎo)子和AM393真菌誘導(dǎo)子能夠顯著促進(jìn)白術(shù)懸浮細(xì)胞生長，AM569真菌誘導(dǎo)子能夠顯著促進(jìn)白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ與蒼術(shù)酮積累。朱畇昊等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在地黃毛狀根培養(yǎng)過程中加入誘導(dǎo)子溶液后，其生物量、總環(huán)烯醚萜苷以及毛蕊花糖苷的含量均呈現(xiàn)出一定程度的增長趨勢。張強(qiáng)等[12]在雷公藤懸浮細(xì)胞培養(yǎng)前期添加NS-5和NS-17內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子后，發(fā)現(xiàn)雷公藤甲素含量明顯提高，在雷公藤懸浮細(xì)胞培養(yǎng)至對數(shù)期時(shí)添加NS-5和NS-17內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子，能顯著提高雷公藤甲素含量，比空白對照含量提高1.8倍～2.4倍。

紫杉醇是一種天然的廣譜抗癌藥物，被認(rèn)為是對卵巢癌最有效的天然藥物之一。徐志榮和魏賽金[13]研究發(fā)現(xiàn)，在紅豆杉細(xì)胞懸浮培養(yǎng)體系中加入真菌誘導(dǎo)子的同時(shí)加入果糖補(bǔ)料，紫杉醇含量與空白對照相比，增幅可達(dá)到170.56%。表1為部分紅豆杉細(xì)胞懸浮培養(yǎng)體系添加誘導(dǎo)子對紫杉醇含量影響的試驗(yàn)結(jié)果。

2" 誘導(dǎo)子對藥用植物調(diào)控次生代謝產(chǎn)物積累的作用途徑

在藥用植物細(xì)胞中，誘導(dǎo)子作為外來信號分子與藥用植物細(xì)胞表面受體相結(jié)合，調(diào)控相關(guān)酶活性及基因表達(dá)，從而促進(jìn)藥用植物相關(guān)次生代謝產(chǎn)物的合成與積累。

有研究發(fā)現(xiàn)，用內(nèi)生真菌Rhizoctonia DC. ex Fr.誘導(dǎo)子處理蒼術(shù)細(xì)胞后會(huì)促成蒼術(shù)細(xì)胞中NO信號分子的迸發(fā)，并能夠提高蒼術(shù)細(xì)胞中SA和蒼術(shù)素的含量，這證明了NO、SA信號分子確實(shí)能夠參與真菌誘導(dǎo)子對蒼術(shù)素合成途徑的調(diào)控，共同促進(jìn)蒼術(shù)素的生物合成[15]。研究發(fā)現(xiàn)，在誘導(dǎo)子促進(jìn)植物細(xì)胞產(chǎn)生活性物質(zhì)的過程中，誘導(dǎo)子會(huì)在基因?qū)用姘l(fā)生顯著變化，藥用植物內(nèi)生菌通過精準(zhǔn)調(diào)控某些基因的表達(dá)，增強(qiáng)關(guān)鍵基因的表達(dá)強(qiáng)度，進(jìn)而觸發(fā)植物體內(nèi)特定的生理生化反應(yīng)，這些反應(yīng)直接或間接地影響以及促使植物次生代謝產(chǎn)物的合成[16]。劉穎[17]研究發(fā)現(xiàn)，用丹參內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子對丹參愈傷組織進(jìn)行誘導(dǎo)，丹參愈傷組織中丹參酮ⅡA的產(chǎn)量得到顯著提高，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)促進(jìn)丹參酮ⅡA合成過程中幾個(gè)關(guān)鍵基因的表達(dá)水平也大幅提高。其具體表現(xiàn)為：GGPPS1基因的表達(dá)水平比空白對照組提高了7倍，HMGR1基因的表達(dá)水平較空白對照組提高了5倍多，DSX1基因的表達(dá)水平較空白對照組更是提高了6倍多。安志龍[18]將MeJA誘導(dǎo)子加入雪膽懸浮細(xì)胞中培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，雪膽懸浮細(xì)胞中的雪膽甲素含量明顯提高，并且在MeJA誘導(dǎo)子的作用下，雪膽甲素合成的相關(guān)基因表達(dá)水平均上升。李相吳等[19]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)尖孢鐮刀菌（F20）、立枯絲核菌（R20）誘導(dǎo)子處理后，參與紫草素合成及其正向調(diào)控的基因表達(dá)水平均被上調(diào)。

藥用植物體內(nèi)的次生代謝是一個(gè)復(fù)雜的生理過程，其關(guān)鍵酶常受外界環(huán)境的影響，并與藥用植物內(nèi)部信號分子的變化緊密相關(guān)，這種關(guān)聯(lián)在藥用植物的次生代謝中起著至關(guān)重要的作用。肉桂酸-4-羥化酶（CA4H）在植物次生代謝產(chǎn)物的生成過程中扮演著關(guān)鍵角色，藥用植物次生代謝物質(zhì)的產(chǎn)生與CA4H的活性變化之間存在密切聯(lián)系。田佩雯[20]研究發(fā)現(xiàn)，添加內(nèi)生真菌1-N2誘導(dǎo)子后，白芨無菌苗生長速度明顯加快，其主要活性物質(zhì)也顯著增加，尤其是CA4H活性呈強(qiáng)規(guī)律性，在前期總酚含量增加的過程中起到明顯的催化作用。王夢亮等[21]將內(nèi)生真菌ZPRa-R-1誘導(dǎo)子的提取物添加到紅景天組織培養(yǎng)體系，發(fā)現(xiàn)不僅紅景天苷合成途徑中關(guān)鍵酶 PAL、TAL和CA4H的活性升高，其主要成分紅景天苷的合成積累亦被促進(jìn)。

在植物細(xì)胞中，誘導(dǎo)子作為外來信號分子，主要與植物細(xì)胞膜發(fā)生作用，導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種作用主要是通過調(diào)控細(xì)胞膜上離子通道的開閉或與G蛋白偶聯(lián)受體的相互作用來實(shí)現(xiàn)。嚴(yán)寬等[22] 探究MeJA在油樟內(nèi)生真菌（2J1）粗誘導(dǎo)子對油樟懸浮細(xì)胞揮發(fā)油（1，8-桉葉油素）合成的影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)添加外源MeJA可以促使油樟細(xì)胞中揮發(fā)油的合成，表明MeJA可能屬于細(xì)胞信使物質(zhì)，能夠通過一系列的生化反應(yīng)提高油樟細(xì)胞中的揮發(fā)油產(chǎn)量。路亞琦等[23]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)外源褪黑素（MT）處理后，西蘭花毛狀根中的蘿卜硫苷（GRA）和蘿卜硫素（SF）總產(chǎn)量均有提高，并同時(shí)提高信號分子NO、H2O2的含量。SA在植物防御調(diào)節(jié)系統(tǒng)中起重要作用，研究表明用SA灌溉冷凍甘藍(lán)葉片后，能提高甘藍(lán)葉片中的酚類和黃酮等次生代謝產(chǎn)物的含量[24]。

3" 誘導(dǎo)子對藥用植物作用的有關(guān)特性

3.1" "濃度效應(yīng)性

誘導(dǎo)子會(huì)因其濃度不同而對藥用植物產(chǎn)生不同的促生效果。于垚[25]在不定根反應(yīng)器中培養(yǎng)人參，在人參的不定根中加入不同濃度的人參黑斑病菌多糖提取液誘導(dǎo)子，發(fā)現(xiàn)多糖提取液濃度為4 mg·L-1時(shí)效果最佳；在人參黑斑病菌菌絲體處理反應(yīng)器中培養(yǎng)人參不定根，以不同濃度人參黑斑病菌菌絲體為誘導(dǎo)子，發(fā)現(xiàn)菌絲體濃度以200 mg·L-1最優(yōu)。誘導(dǎo)子作用濃度可分為最適濃度與飽和濃度，作用于植物細(xì)胞時(shí)主要應(yīng)用的是最適濃度[26]。梁文霞[27]研究發(fā)現(xiàn)，加入濃度為100 mg·L-1的C.globisum誘導(dǎo)子，人參總皂苷含量為空白對照組的1.48倍。邱涵等[28] 研究發(fā)現(xiàn)，靈芝誘導(dǎo)子添加量為100 μg·mL-1時(shí)，紅豆杉懸浮細(xì)胞的紫杉醇總產(chǎn)量顯著高于其他添加量。

3.2" "時(shí)間效應(yīng)性

誘導(dǎo)子對植物作用時(shí)間不同會(huì)導(dǎo)致植物次生代謝產(chǎn)物的含量有所差異。于垚[25]用人參黑斑病菌誘導(dǎo)子處理人參毛狀根，發(fā)現(xiàn)人參毛狀根的皂苷含量隨著誘導(dǎo)子處理時(shí)間延長而增加，在處理進(jìn)行到第8天時(shí)達(dá)到最高值。WANG Y等[29]研究發(fā)現(xiàn)，隨著Gilmaniella sp.真菌誘導(dǎo)子處理時(shí)間增加，蒼術(shù)中蒼術(shù)酮含量隨之增加。青錢柳為我國特有的胡桃科珍稀喬木，具有降糖、降脂、抗癌、抗炎、抗氧化等多種生物活性，劉澤波等[30]利用黑曲霉誘導(dǎo)子促進(jìn)青錢柳細(xì)胞合成三萜類化合物，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)10 h后，青錢柳細(xì)胞的三萜含量開始升高，至60 h時(shí)達(dá)到最高值。

3.3" "作用專一性

誘導(dǎo)子作用在藥用植物的不同組織部位，對植物次生代謝產(chǎn)物含量的影響不同。KIRAN D等[31]使用相同濃度菌絲體粉末誘導(dǎo)相同繼代時(shí)間的植物愈傷組織（愈傷組織來源器官不同），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與空白對照組相比，盡管來自不同組織中的紅厚殼素A的含量均有提高，但提高程度出現(xiàn)很大差異，其中葉愈傷組織中紅厚殼素A的含量比空白對照組顯著提高了751倍，而在莖愈傷組織中，其紅厚殼素A含量的提高幅度雖然也較大，但僅比空白對照組提高了364倍。

同一誘導(dǎo)子對不同植物或者同一植物不同部位的誘導(dǎo)效果不同，同一植物對不同誘導(dǎo)子的響應(yīng)效果也不同。余龍江等[32]研究發(fā)現(xiàn)，真菌F5誘導(dǎo)子能提高紅豆杉TF、TD2、TD8、E2細(xì)胞中紫杉醇含量，但TD12細(xì)胞在經(jīng)真菌F5誘導(dǎo)后沒有紫杉醇生成。李建麗[33]用不同誘導(dǎo)子誘導(dǎo)甘草毛狀根，發(fā)現(xiàn)在不同誘導(dǎo)子作用下，甘草酸以及甘草次酸含量差別較大（表2）。

4" 總結(jié)與展望

利用誘導(dǎo)子促進(jìn)藥用植物次生代謝產(chǎn)物的積累已成為生產(chǎn)常見措施，目前已利用誘導(dǎo)子的藥用植物主要有人參、蒼術(shù)、丹參等常見藥用植物。

藥用植物內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子既具備菌類快速的生長繁殖能力，又對植物組培苗、懸浮細(xì)胞等的生活力影響較小，有助于開展各項(xiàng)誘導(dǎo)研究及生產(chǎn)應(yīng)用。內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子作為生物誘導(dǎo)子，其性質(zhì)多樣化，有不同的作用方式、作用機(jī)制，對不同植物也有不同的響應(yīng)機(jī)制。

誘導(dǎo)子可提高藥用植物次生代謝物含量，能從細(xì)胞層面調(diào)節(jié)植物的相關(guān)活動(dòng)和代謝水平，從而解決藥用植物在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的各種相關(guān)問題，提高藥用植物產(chǎn)量和品質(zhì)。研究誘導(dǎo)子的作用機(jī)制以及誘導(dǎo)子與藥用植物的相互作用機(jī)制有利于促進(jìn)誘導(dǎo)子在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳艷陽．誘導(dǎo)子對人參和西洋參愈傷組織生長及人參皂苷生物合成的影響[D]．長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022．

[2] 林權(quán)，王舒揚(yáng)，范文杰，等．不同類型誘導(dǎo)子促進(jìn)青錢柳生長與生物活性物質(zhì)積累的效果及機(jī)制[J]．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2023，29（5）：961-971．

[3] 徐志榮，趙英杰，王婷，等．真菌誘導(dǎo)子對南方紅豆杉細(xì)胞生長及紫杉醇合成的影響[J]．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，56（17）：3283-3286．

[4] 關(guān)璟，王春蘭，郭順星，等．真菌對福建金線蓮總黃酮含量的影響[J]．中國藥學(xué)雜志，2008（13）： 1031-1032.

[5] 毛美琴．誘導(dǎo)子對朱砂根愈傷組織生長及三萜皂苷合成的影響[D]．雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018．

[6] PANDEY S S， SINGH S， BABU C S V， et al. Fungal endophytes of Catharanthus roseus enhance vindoline content by modulating structural and regulatory genes related to terpenoid indole alkaloid biosynthesis[J]. Scientific Reports， 2016（69）： 26538.

[7] 李燕平，劉媛，王小強(qiáng)，等．牛至細(xì)胞懸浮培養(yǎng)合成多酚及黑曲霉誘導(dǎo)子的促進(jìn)作用[J]．食品科學(xué)，2020，41（22）：88-96．

[8] WANG J W， WU J Y. Effective elicitors and process strategies for enhancement of secondary metabolite production in hairy root cultures[J]. Advances in biochemical engineering/biotechnology， 2013（134）：55-89．

[9] HUBNER S， HEHMANN M， SCHREINER S， et al．Functional expression of cinnamate 4-hydroxylase from Ammi majus L.[J]. Phytochemistry，2003，64（2）：445-452．

[10] 孫天馳，董詩慧，余佳琰，等．真菌誘導(dǎo)子對白術(shù)懸浮細(xì)胞生長與次生代謝的影響[J]．河南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2023，52（4）：60-65．

[11] 朱畇昊，張夢佳，彭淑萍，等．內(nèi)生真菌GG22誘導(dǎo)子對地黃毛狀根生長和次生代謝的影響[J]．核農(nóng)學(xué)報(bào)，2021，35（11）：2528-2534．

[12] 張強(qiáng)，宋萍，朱留剛，等．誘導(dǎo)子對雷公藤懸浮細(xì)胞中雷公藤甲素積累的影響[J]．江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，43（5）：1149-1158．

[13] 徐志榮，魏賽金．果糖補(bǔ)料與真菌誘導(dǎo)對南方紅豆杉細(xì)胞懸浮培養(yǎng)的協(xié)同效應(yīng)[J]．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（24）：54-57．

[14] 王沐蘭，楊生超，郁步竹，等．紅豆杉高產(chǎn)懸浮細(xì)胞系建立及其紫杉醇誘導(dǎo)的研究進(jìn)展[J]．廣西植物，2016，36（9）：1137-1146．

[15] 陶金華，汪冬庚，濮雪蓮，等．一氧化氮和水楊酸依次介導(dǎo)內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子促進(jìn)蒼術(shù)細(xì)胞中蒼術(shù)素生物合成的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[J]．中草藥，2014，45（5）：701-708．

[16] 焦晉．內(nèi)生真菌對紅景天次生代謝產(chǎn)物積累的調(diào)控及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究[D]．太原：山西大學(xué)，2016．

[17] 劉穎．丹參組織培養(yǎng)物與內(nèi)生真菌相互作用的研究[D]．西安：陜西師范大學(xué)，2015．

[18] 安志龍．基于懸浮細(xì)胞培養(yǎng)的雪膽活性成分合成及其功能基因挖掘研究[D]．重慶：西南大學(xué)，2022．

[19] 李相吳，劉自揚(yáng)，徐玉俊，等．真菌誘導(dǎo)子調(diào)控紫草素合成的分子機(jī)制探究[J]．中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2024，26（1）：78-88．

[20] 田佩雯．白及內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子對宿主生長和主要活性物質(zhì)的影響及調(diào)控[D]．南寧：廣西大學(xué)，2019．

[21] 王夢亮，焦晉，邢婕，等．內(nèi)生真菌 ZPＲa-Ｒ-1對紅景天中關(guān)鍵信號分子及主要次生代謝物的影響[J]．植物研究，2016，36（3）：416-420．

[22] 嚴(yán)寬，劉杰，魏琴，等．內(nèi)生真菌誘導(dǎo)子通過MeJA介導(dǎo)油樟細(xì)胞揮發(fā)油積累的研究[J].福建茶葉，2019，41（9）： 6-7.

[23] 路亞琦，馬紹英，包金玉，等．西蘭花毛狀根次生代謝物與信號分子對外源褪黑素的生理響應(yīng)[J] .分子植物育種，2023，21（11）：3742-3748.

[24] MIN K，LEE S R. Exogenous sailcylic acid alleviates freeze-thaw injury of cabbage （Brassica oleracea L.） Leaves[J] .Sustainability，2021，13（20）：11437.

[25] 于垚．黑斑病菌誘導(dǎo)子對人參不定根中皂苷積累及相關(guān)信號分子的影響[D]．延吉：延邊大學(xué)，2019．

[26] 劉穎，魏希穎．內(nèi)生菌對植物次生代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化[J]．天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2014，26（2）：300-303，267．

[27] 梁文霞．人參不定根培養(yǎng)體系的建立與人參和三七土壤微生物的分析及代謝調(diào)控研究[D]．天津：天津科技大學(xué)，2019．

[28] 邱涵，孟麗媛，楊婉婷，等．靈芝誘導(dǎo)子對南方紅豆杉懸浮培養(yǎng)細(xì)胞產(chǎn)紫杉醇的影響[J]．河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，52（10）：52-59．

[29] WANG Y， DAI C C， CAO J L， et al. Comparison of the effects of fungal endophyte Gilmaniella sp. and its elicitor on Atractylodes lancea plantlets[J]. World J Microbiol Biotechnol， 2011（28）：575-584．

[30] 劉澤波，許小向，尹忠平，等．黑曲霉誘導(dǎo)子促進(jìn)青錢柳細(xì)胞合成三萜的氧化應(yīng)激機(jī)制[J]．食品工業(yè)科技，2018，39（24）：114-121，127．

[31] KIAIN D， PAWAR， Amit V， et al. Infiuence of endophytic fungal elicitation on production of inophyllum in suspension cultures of Calophyllum inophyllum L.[J]. Plant Cell Tiss Organ Cult， 2011（106）：345-352．

[32] 余龍江，秦文敏，蘭文智，等.紅豆杉細(xì)胞抗病反應(yīng)的誘導(dǎo)及其與紫杉醇合成的關(guān)系[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2002（3）：255-258．

[33] 李建麗．誘導(dǎo)子對提高甘草不定根有效成分含量的研究[D]．天津：天津科技大學(xué)，2017．