【最新word论文】假柴龙树属植物资源的开发利用与喜树碱及类似物的生产综述【农林学专业论文】.doc

1假柴龙树属植物资源的开发利用与喜树碱及类似物的生产综述作者：潘学武 董妍玲 董玉良 赵小虎摘要对假柴龙树属植物的生物学特征及产生的主要喜树碱类物质进行了介绍,着重论述了利用臭味假柴龙树产生喜树碱及类似物的研究,并就假柴龙树属植物资源的利用和开发作进一步的展望 关键词假柴龙树属;喜树碱及类似物;植物资源;开发利用 AbstractThe major biological features and active secondary metabolites of Nothapodytes sp. plants were introduced. Production of camptothecin and analogues from the plants of Nothapodytes nimmoniana Graham was discussed in details,and the development and utilization prospect of Nothapodytes sp. plants were summarized. Key wordsNothapodytes sp.;camptothecin and analogues;plant resource;development and utilization 假柴龙树属(Nothapodytes sp.)植物为茶茱萸科(Icacin-aceae)多年生植物,本属 7 种,主要分布于亚洲南部和东南部一带;我国 6 种,分布于云南、甘肃、贵州、四川、湖北、湖北、广西、广东和台湾等省[1]。

本属植物马比木[Nothapodytes pittosporoides(Oliv.)sleum],全草入药,具有祛风通络、活血止痛的功能,主治风湿痹痛、半身不遂、小儿惊风及跌打损伤等[2]除此之外,对于其他种的经济用途描述未见报道因此,该类植物并没有引起研究者足够的重视后来在臭味假柴龙树(N. nimmoniana Graham,又名 N. foetida(Wight)Sleumer 或者 Mappia foetida Meirs,台湾地区也叫青脆枝)中,分离出抗癌活性物质喜树碱及 9-甲氧基喜树碱[3],这才激发研究者对该属植物的浓厚兴趣在已发现含有喜树碱的所有种、属植物中,臭味假柴龙树的喜树碱平均含量最高(干重的 0.3%)[4]为此,结合国内外近些年的研究成果,就假柴龙树属植物资源的开发利用与喜树碱及类似物的生产作详细的论述 1 假柴龙树属植物形态学特点 假柴龙树属植物,乔木或灌木,也有木质藤本或多年生草本;叶互生或近对生,全缘;花两性,杂性异株或雌雄异株等多样化,顶生的聚伞花序或伞房花序;萼杯状,5裂;花瓣 5,镊合状排列,常两面被毛;雄蕊 5,分离,花丝线形,顶端垫状,花药背着;花盘肉质;子房 1 室,有胚珠 2 颗倒垂于室顶。

核果椭圆形,中果皮肉质,内有种子1 颗代表种有臭味假柴龙树,马比木[1] 2 喜树碱概述 喜树碱(Campothecin)为一种吡咯喹啉类生物碱,是美国科学家从喜树2(Campototheca acuminata Decaisne)中首次分离得到的抗肿瘤活性物质[5]后来的研究证实,喜树碱是通过抑制肿瘤细胞内拓扑异构酶 I 的活性而具抗癌效应的,这种独特的作用机理才真正引起科学家的兴趣[6]多种药效好、毒副作用小的喜树碱类抗癌新药被筛选出来,其中 Irinothecan 和 Topothecan 已于 1996 年得到美国 FDA 的批准用于临床[4,7],其他的如 9-硝基喜树碱、10-羟基喜树碱、Exatecan、Lurtotecan 等处于临床试验的喜树碱类抗肿瘤新药可能在今后几年内陆续上市[7]所有的喜树碱类药物均以喜树碱为原料而合成,喜树碱类药物全球年销售额约为 10 亿美元[4]目前,喜树碱唯一可行的市场来源仍然是从野生植物中提取,主要是喜树(在中国)和臭味假柴龙树(在印度)因此,野生喜树和臭味假柴龙树植物资源遭到了严重的破坏,分别被两国列为重点保护植物[4,7]随着临床需求量的急剧增加,可持续获取喜树碱及类似物已成当务之急,利用富含喜树碱及类似物的假柴龙树属植物产生该类物质,是喜树碱药源开发的主攻方向之一[3-4,7-8]。

3 假柴龙树属植物产生的主要喜树碱及类似物 自假柴龙树属植物分离鉴定到喜树碱和 9-甲氧基喜树碱之后[3],从该属植物分离的其他痕量喜树碱衍生物还有(20S)-18,19-脱氢喜树碱[9]、乙酰喜树碱[10]、9-甲氧基-20-O-乙酰基喜树碱[11]、9-甲氧基-18,19-脱氢喜树碱[12]、5-羟基-喜树碱[12]、5-羟基-9-甲氧基喜树碱[12]等喜树碱含量可达到植物干重的 0.003%～1.559%[4,12],9-甲氧基喜树碱可达到植物干重的0.021%～0.385%[12]生长在印度的臭味假柴龙树中,不同器官中的喜树碱含量(干重)差异极大,分别为:根皮 0.333%～0.775%、茎皮 0.236%、根茎 0.18%、茎0.14%、叶 0.081%[13]另外,不同植物种间喜树碱含量差异也较大,马比木根中的喜树碱平均含量为 0.14%(干重)[14],明显少于臭味假柴龙树[13]不同地区植物喜树碱含量显著,印度西高止山脉的不同地区臭味假柴龙树,根中喜树碱平均含量从 0.88%～2.62%(干重)不等,相差近 4 倍另外,不同气候对喜树碱的影响也很明显,在印度西北部农业气候中生长的臭味假柴龙树,根中喜树碱含量仅为0.1%[15]。

4 假柴龙树属植物生物技术研究概况 4.1 细胞培养 假柴龙树属植物的细胞培养集中在臭味假柴龙树上,最早始于 Roja 等人的工作,从未成熟胚诱导的愈伤组织中检测到痕量喜树碱和 1 μg/g 细胞干重的 9-甲氧基喜树碱[16]而从成熟胚诱导的愈伤组织中,产生 9.5 μg/g 的喜树碱(干重)和痕量 9-甲氧基喜树碱[17]上述愈伤组织中次生物质的含量远低于母本植株来源于茎的悬浮培养细胞中,喜树碱和 9-甲氧基喜树碱含量可达分别到 0.035 mg/mL 和 0.026 mg/mL,按含量计算分别为干重的 0.11%和 0.08%,较以前的研究有大幅度提高,接近母本植株的水平;研究表明,NAA 可以促进 2 种生物碱的积累,而2,4-D 则抑制该类物质的合成[18]Thengane 等[19]着重研究了激素对来源于子叶的愈伤组织的影响,2.26 μmoL/L 的 2,4-D 和 2.22 μmoL/L 的 BA 组合有利于愈伤组织的诱导形成,4.53 μmoL/L 的 2,4-D 和 2.22 μmoL/L 的 BA 可以使喜树碱含量达到干重的 1.3%,而 9.05 μmoL/L 的 2,4-D 和 4.44 μmoL/L 的 BA 可以3使 9-甲氧基喜树碱含量达到干重的 1.8%。

动态研究结果表明,喜树碱和 9-甲氧基喜树碱的含量与细胞生物量的增长成正相关性[18-19] 4.2 器官培养和快繁育苗 采用 MS 作为基本培养基附加 0.91～4.45 μmoL/L 的 thidiazuron 可以从臭味假柴龙树不同来源的外植体中成功诱导出不定根培养物,培养物在附加0.88~2.22 μmoL/L BA 和 0.49 μmoL/L IAA 的 MS 培养基中生长良好,再生植株的温室成苗率为 50%[20]以该植物未成熟的合子胚为材料,在 MS 培养基中附加NAA(71.36 μmoL/L)和 BA(8.87 μmoL/L)也可以得到根培养物,喜树碱和 9-甲氧基喜树碱含量可分别达到干重的 0.010 0%和 0.001 6%,但低于野生植株[21]另外,从未成熟的合子胚诱导得到的愈伤组织可以在没有激素的 MS 培养基中形成无性细胞胚,分别含有干重 0.011 0%的喜树碱和 0.002 8%的 9-甲氧基喜树碱[22]无性胚附加 BA 可以再生植株,成苗率达到 90%,2 年的再生植株含有干重 0.200%的喜树碱和 0.097%的 9-甲氧基喜树碱,可达到野生植株水平[22]。

取生长 2.5 年的臭味假柴龙树组培苗新鲜芽进行增殖培养,短时间内可得到大量试管苗,根部喜树碱含量达 0.107 2 mg/g(干重),叶中的含量较低[23]但 2.5 年和 3.5 年后,其叶片喜树碱含量分别为干重的 0.106 8、0.162 0 mg/g,喜树碱随着苗龄的增长而增长[23] 4.3 繁殖生物学研究 该属植物的繁殖生物学研究仅有对臭味假柴龙树的报道[24]臭味假柴龙树的繁殖方式极为丰富,有单性雌花,单性雄花,雌雄同株,雌雄同花,雄花两性花同株,雌花两性花同株,三性花同株花期一般在 7—8 月,早花大部分为雌雄异株,晚花大部分为雌雄同株,雌雄同花,还有一些其他类型的花种子在 11—12 月成熟,并于翌年 5—6 月南亚季风雨季到来时萌发 5 展望 开发利用假柴龙树属植物资源产生喜树碱及类似物的研究,目前已取得了可喜的进展,主要表现在对其资源现状和生物技术的研究上,为人类开发假柴龙树属植物资源奠定了良好的基础但是,作为近些年来才开始引起重视的一类植物资源,对假柴龙树属植物资源研究还有很多工作有待于进一步深入 一是对其繁殖生物学研究有待于加强另外,对于该属植物的生态学研究也几乎没有涉及,这些研究将决定人类采取何种措施对该属植物资源进行更好的保护、利用、开发或人工大规模种植[4]。

二是在假柴龙树属植物的生物技术研究中,细胞培养可以产生高含量的目标产物[18-19],但在生物反应器中的研究还没有,这些研究将为在工业化水平产生喜树碱及其衍生物提供依据同时,该属植物的器官培养物和快繁育苗植株次生物质的含量还不够理想[20-23],应从野外植株中诱导培养并筛选高含量的无性克隆系三是对于假柴龙树属植物内喜树碱生物合成的基础研究还没有涉及这些研究将有助于更好地应用现代基因工程技术对次生代谢产物的合成进行代谢调节,以提高目标产物的产量[7]同样作为木本植物,假柴龙树属植物与喜树相比,最大的优势在于该属植物尤其是臭味假柴龙树含有更多的目标产物,这使得人类可以更好地开发利用假柴龙树属植物来产生喜树碱及类似物,作为从喜树资源中获取该类次生代谢产物之外的非常有效的补充和替代途径 46 参考文献 [1] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志[M].北京:科学出版社,2009:48-53. [2] 李猛,黄意涵,李沁媛,等.HPLC 法测定马比木中喜树碱的含量[J].绵阳师范学院学报,2010,29(2):60-62. [3] GOVINDACHARI T R,VISWANATHAN N.Alkaloids of Mappia foetida[J].Phytochemistry,1972,11(12):3529-3531. [4] UMA SHAANKER R,RAMESHA B T,RAVIKANTH G,et al.Chapter 10 chemical profiling of Nothapodytes nimmoniana for camptothecin,an important anticancer alkaloid:towards the development of a sustainable production system.In:Ramawat KG,Mérillon JM(eds.)Bioactive Molec-ules and Medicinal Plants[M].Germnay:Springer,2008:197-213. [5] WALL M E,WANI M C,COOKE C E,et al.Plant antitumor agents,the isolation and structure of camptothecin,a。