[发明专利]通过组织培养持续获得植物次生代谢产物的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于植物生物技术领域；具体涉及一种通过组织培养持续获得植物次生代谢产物等有效成分的方法及实现这一方法的装置。

背景技术

次生代谢产物是由次生代谢产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、萜类、甾体及其甙、生物碱七大类。药用植物中次生代谢产物是其发挥药用作用的关键成分。

植物次生代谢产物是植物对环境的一种适应，是在长期进化过程中植物与生物和非生物因素相互作用的结果。在对环境胁迫的适应、植物与植物之间的相互竞争和协同进化、植物对昆虫的危害、草食性动物的采食及病原微生物的侵袭等过程的防御中起着重要作用。

植物特别是药用植物中含有丰富的次生代谢产物，有的代谢产物对人体疾病具有显著的疗效，因此植物的次生代谢产物受到了非常高的重视。一般情况下，植物次生代谢产物是从种植或自然分布的植物体中提取得到，而对于某种次生代谢产物的大量需求往往会导致某种植物的利用采摘过度，如紫杉醇的利用导致红豆杉的濒危就是一个很好的例子。

因此，人们开始采用植物组织培养的方法来进行特定植物的培养来进行次生代谢产物的生产。但传统植物组织培养的方法具有低通量和高人工消耗的缺点，反应器的应用是一个比较好的解决方案。传统的反应器培养只是针对植物细胞的培养，而植物次生代谢途径是高度分支的途径，这些途径在植物体内或细胞中并不全部开放，而是定位于某一器官、组织、细胞或细胞器中并受到独立的调控。它们是细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性，因此特定植物组织器官的培养对次生代谢产物的获得是必须的。

植物次生代谢产物积累到一定的浓度后往往会抑制其进一步的产生，因此及时的移去生长环境中产生的代谢产物，使其控制在一定的浓度范围内对次生代谢产物的持续生成具有非常重要的作用。实际生产过程中需要一种大批量持续获得培养植物器官和组织的途径，进一步可以通过调控外在的环境等因子来使得植物产生并提高产量，并通过一定的方法控制次生代谢产物的浓度。本发明即提供了此种方法并公开了实现上述方法的装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺点和不足，提供一种通过植物组织培养方法大批量、持续的获得次生代谢产物的方法。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述通过组织培养方法获得次生代谢产物的方法的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：通过植物组织培养方法对植物进行组织器官水平的培养获得批量的植物材料，而后通过创造合适的培养条件、逆境胁迫环境或添加诱导因子使植物材料产生所需的大量次生代谢产物，而后通过对植物体及培养液来进行提取从而获得所需要的次生代谢产物。

本发明的通过植物组织培养方法获得次生代谢产物的方法更具体的包括下述步骤：

（1）植物体批量获得，也即植物体批量扩繁：将植物体处理后接种入本发明所述的装置中进行培养参数设定后，进行规模化培养，根据需要进行下一步的操作；

（2）植物次生代谢产物的产生及诱导：将获得的植物体在一定的培养条件下产生或进行诱导以获得需要的次生代谢产物；

（3）植物次生代谢产物的收集和提取：根据次生代谢产物存在的部位，以及次生代谢产物的特性进行次生代谢产物的收集提取操作以获得所需；

所述（1）中植物体的处理方法为一般植物组织培养方法中将灭菌后或无菌状态的外植体接种至固体培养瓶或培养反应器装置中。根据不同的植物及培养目的接种不同的外植体类型。所述培养用反应器装置是利用间歇浸没原理设计的植物生物反应器变型。

所述植物生物反应器装置的培养因素主要有：

培养基：根据植物种类的不同进行不同培养基的确定及激素种类及浓度的选择，包含现有的培养基类型及通过改良后的培养基类型；

培养基pH：用于培养扩繁的pH为植物适宜生长的范围为5.0~7.0，优选5.5~6.5；

浸没频率：根据植物种类不同调整不同的浸没频率，1min/24h~24h/24h，优选3min/18h~30min/3h；

接种密度：1个/L~300个/L，优选10个/L~200个/L。可以利用可拆卸的多层培养网架来进行植物体的多层培养，来提高培养密度，并且可以提高空间利用效率。