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植物生长调节剂对内生真菌生物合成紫杉醇的影响

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第3O卷第6期 食品与生物技术学报 VoII 3O No.6 2011年11月 Journal of Food Science and Biotechnology NOV. 20l1 文章编号:1673—1689(2011)06—0879—05 植物生长调节剂对内生真菌生物合成紫杉醇的影响 李娟花, 陈, 邓百万 , 刘开辉, 解修超, 彭 浩, 张晓伟, 张曼 (陕西理工学院生物科学与工程学院,陕西省食药用菌_-5程技术研究中 心,陕西汉中723000) 摘 要:研究了植物生长调节剂对Metarhizium anisopliae Ta)【_27产紫杉醇的影响,采用HPLC 法检测。结果表明,赤霉素(GA。)质量浓度为4 mg/L、茉莉酸甲酯(MeJA)质量浓度为60umo1/L、 矮壮素(CCC)质量浓度为25 mg/L、6一苄氨基嘌呤(6一BA)质量浓度为4 mg/L、萘乙酸(NAA)质量 浓度为4 mg/L时该菌产紫杉醇的质量浓度分别为:670.49、838.11、942.57、455.72、450.48、 953.35/zg/L。但GAs、MeJA和CCC对M.anisopliae Tax-27菌丝体的生长有明显的抑制作用; 6一BA和NAA对茵丝体的生长均有促进作用。 关键词:植物生长调节剂;内生真菌;生物合成;紫杉醇 中图分类号:Q 934 文献标识码:A Effects of Plant Growth Regulators on Taxol Biosynthesis by an Endophytic Fungus LI Juan—hua, CHE Wen—qiang,DENG Bai—wan ,LIU Kai—hui, XIE Xiu—chao,PENG Hao, ZHANG Xiao—Wei, ZHANG Man (School of Biological Sciences&Engineering,Shaanxi University of Technology,Shaanxi Engineering Research Center of Edible and Medicated Fungi,Hanzhong 723000,China) Abstract:In this study,the effect of plant growth regulators on the taxol biosynthesis by Metarhizium anisopliae Tax一27 was investigated.The results showed that the titer of taxol was 670.49 t ̄g/L,838.1lt ̄g/L,942.57t ̄g/I ,455.72 g/L,450.48 t ̄g/L when 4 mg/L gibberellin (GAs),60t ̄mol/L methyl jasmonate(MeJA),25mg/I chlormequat chloride(CCC),4 mg/L 6一 benzylaminopurine(6-BA),and 4 mg/L 1-naphthlcetic acid(NAA)was feed to the fermentation broth,respectively..However,the addition of GA3,MeJA,CCC inhibited the myeelial growth of M.anisopliae Tax-27,on the other hand,the addition of 6-BA and NAA significance increased the myeelia growth. Key words:plant growth regulators,endophyte,biosynthesis,taxol 红豆杉(Taxus)又名紫杉,为裸子植物,属于冰 的树皮中提取分离出来的一种结构复杂的四环二 川活动期的孑遗植物 。紫杉醇是从红豆杉植物 萜化合物。紫杉醇(Paclitaxel,商品名Taxo1)最早 收稿日期:2010—10—14 基金项目:陕西省教育厅重点科研项目(08JZ21);陕西省教育厅项目(08JK248,08JK244)。 *通信作者:gg] ̄-(1963一),男,陕西眉县人,教授。主要从事微生物学方面的科研工作。Email:dengbw2008 @yahoo.com.cn 880 食品 与 生 物 技 术 学 报 第3(j卷 是1971年,Wani等 从短枝红豆杉(Taxus brevi— ifolia)的树皮中分离得到而命名紫杉醇。Schiff 等_3 随后证实其具有独特的抗癌机制,可以将细胞 周期阻断于G。/M期,导致有丝异常或停止, 阻止癌细胞增殖 ]。但由于原料和生产技术的限 制,全球紫杉醇的产量严重不足,因此价格昂贵。 近年来,在紫杉醇研究中最重要的进展应当是 产生紫杉醇内生真菌的发现,目前用微生物发酵的 方法生产紫杉醇,是解决药源问题的有效途径_8]。 提高内生菌产紫杉醇的产量是人们关注的热 点_9 。有人发现将植物生长调节剂加入细胞培 养物中可显著提高细胞中紫杉醇的产量l1 引,但这 些研究主要集中在细胞培养方面 ,将植物生长 调节剂加入内生真菌细胞发酵液中研究其对紫杉 醇含量变化的影响国内尚未见报道。本研究在内 生真菌发酵指数期加入植物生长调节剂,研究其对 紫杉醇含量变化的影响,为提高紫杉醇的产量提供 一种新的方法。 1材料与方法 1.1 材料 1.1.1 菌种红豆杉内生真菌M.anisopliae Tax一 27,由陕西省食药用菌工程技术研究中心提供。 1.1.2 培养基 斜面培养基:马铃薯200.0 g,葡 萄糖20.0 g,MgSO ・7H2 O 3.0 g,KH2 PO 5.0 g,VH 10.0 mg,琼脂粉12 g,pH值为自然。 发酵培养基:马铃薯200 g,葡萄糖40 g,蛋白 胨5 g,酵母膏0.8 g,(NH )2 SO4 3.0 g,KH2 PO 2.0 g,MgSO4・7H2O 0.5 g,VB1 10.0 mg,水1 000 mI ,pH值为自然。 1.1.3设备高效液相色谱仪:e2698美国waters 公司生产;紫外检测器:2489美国waters公司生 产;旋转蒸发仪:RS203:上海申生科技有限公司 产品。 1.2方法 1.2.1 生长曲线建立 挑取0.5 em。活化菌种接 到液体培养基中,28℃静置培养24 h,转入28℃, 160 r/min振荡培养,从第4 d开始,每隔1天取1 I 发酵液提取并测定菌丝体生长量和紫杉醇量,绘制 其生长曲线。 1.2.2液体发酵 挑取0.5 em 活化菌种接到液 体培养基中,28℃静置培养24 h,转入28℃,160 r/min振荡培养,待菌丝体生长至指数期时向发酵 液中加入不同浓度的植物生长调节剂进行培养。 1.2.3分离提取 用布什漏斗抽滤过滤发酵液, 菌丝体烘干(50℃),菌液称量体积。取菌液于45 ℃旋转蒸发至1/10体积后,加入等体积的乙酸乙 酯进行萃取,收集乙酸乙酯相;菌丝体烘 F后,放入 研钵研磨至菌丝体完全破碎,然后加入一定量的乙 酸乙酯超声波提取3次,每次30 min,收集乙酸乙 酯相。合并乙酸乙酯相,并于45℃旋转蒸发至十, 用少量甲醇溶解后定容至25 mI ,置4 o(1冰箱保存, 备用。 1.2.4 分析检测 标品用甲醇定溶,配置成 0.01~0.08 mg/mI 的梯度,绘制标准曲线。色谱 条件:水一甲醇一乙腈(33:35:32)为流动相,检测波 长228 nm,流速1.0/,I /rain,进样量20 I ,柱温: 室温,色谱柱:c18(4.6 mm×l 50 mm)。精密称 取紫杉醇标准品约2 mg,甲醇定容至10 mI ,得母 液浓度为0.2 mg/mI ,将母液依次稀释成质量浓度 梯度为0.08、0.04、0.02、0.01 mg/mI ,取2O l 进 样(N一4),得回归方程为 一6.087 8+3 589.391 3x,r一0.999 222建立标准曲线,采用外标法测定 发酵产物抽提物中紫杉醇产量。 2结果与分析 2.1 生长曲线的建立 对M.anisopliae Tax-27进行液体培养.测定 不同发酵时期的菌丝生长量及发酵液中紫杉醇产 量,建立生长曲线,结果如图1所示。 400 350 b0 300— 250 蚓 200 镟 1 50 100 50 O 图1 M.anisopliae Tax-27代谢产紫杉醇及菌丝生长 规律 Fig.1 Law of taxol production and mycelial growth of the M.anisonpliae Tax一27 图l表明,内生真菌M.anisopliae Tax一27液 体发酵O~6 d处于延滞期,菌丝生长量和发酵液中 紫杉醇的产量变化不明显;发酵从第7 d开始进入 指数期,此时菌丝生长量和发酵液中紫杉醇的产量 增加明显,发酵至第10 d,菌丝生长量和发酵液中 紫杉醇的产量基本稳定在314.00 p-g/I ,变化不明 显,发酵至第14 d时,M.anisopliae Tax一27菌丝生 长量和发酵液中紫杉醇的产量达到各自的峰值,分 别为35.2 g/I 和314.29 t,g/I ;第14 d以后,菌丝 第6期 李娟花等:植物生长调节剂对内生真菌生物合成紫杉醇的影响881 开始分泌色素,进而菌丝体开始自溶,菌丝生长量和 发酵液中紫杉醇的产量开始下降,发酵进入衰亡期。 2.2不同植物生长调节剂对M.anisopliae Tax一27 生物合成紫杉醇的影响 2.2.1 赤霉素(GA3)对M.anisopliae Tax-27生 物合成紫杉醇的影响 内生真菌M.anisopliae Tax一27液体发酵至第7d时,加入不同浓度的赤霉 素(GA。),添加范围是0~5 mg/L,研究其对 M.anisopliae tax-27生物合成紫杉醇的影响。结 果见图2所示。 800 700 350 600 谪500 340窖 330 400 让300 320 : 310 300 0 290 知鲫 O O 0 O O O 0 0 O O ∞如∞如加 图2赤霉素(G )对M.anisopliae Tax-27生物合成 紫杉醇影响 Fig.2 Effects of GA3 on taxol biosynthesis of the M. anisopliae Tax-27 图2表明,在使用赤霉素(GA。)诱导 M.anisopliae tax-27生物合成紫杉醇时,赤霉素 (GA。)的浓度在0~4.0 mg/L范围内,紫杉醇产量 随着赤霉素(GA。)质量浓度的增大而增加,发酵液 中赤霉素(GA。)浓度到4.0 mg/L时,紫杉醇的产 量达到峰值即670.49 t ̄g/L,紫杉醇的产量在不加 诱导剂的基础上增加了1.1倍,赤霉素(GA。)对紫 杉醇的生物合成有明显促进作用。当发酵液中赤 加 如 加:2 如O 霉素(GA。)浓度继续增大时,紫杉醇的产量反而减 小。在0~5 mg/L浓度范围内,赤霉素(GA。)对菌 丝体生长有明显的抑制作用。 2.2.2茉莉酸甲酯(MeJA)对M.anisopliae Tax- 27生物合成紫杉醇的影响 内生真菌 M.anisopliae Tax-27液体发酵至第7d时,加入不 同浓度的茉莉酸甲酯(MeJA),添加范围是0~100 mol/L,研究其对M.anisopliae tax一27合成紫杉 醇和菌丝体生长的影响。结果图3所示。 图3表明,在使用茉莉酸甲酯(MeJA)诱导 M_anisopliae tax一27生物合成紫杉醇时,紫杉醇的 产量随着茉莉酸甲酯(MeJA)加入浓度的增大而增 加,茉莉酸甲酯(MeJA)质量浓度达到60 mg/L时, 发酵液中紫杉醇的产量达到峰值即838.11 t ̄g/L, 发酵液中紫杉醇的产量与不加任何诱导物发酵相 比紫杉醇的产量增加了1.67倍。结果表明,在生 ∞ 2 豳I 函 卡L 钴 咖1 酾 图3茉莉酸甲酯(MeJA)对M.anisopliae Tax-27生物 合成紫杉醇影响 Fig.3 Effects of Mejaon taxol bisoysnthesis of the M. anisopliae Tax-27 物合成紫杉醇过程中,茉莉酸甲酯(MeJA)添加浓 度在O~100 ptmol/L的范围时,茉莉酸甲酯(Me— JA)对紫杉醇的生物合成有显著的促进作用。在0 ~100肚mol/I 浓度范围内,茉莉酸甲酯(MeJA)的 加入抑制菌丝体生长。 2.2.3 矮壮素(CCC)对M.anisopliae Tax-27生 物合成紫杉醇的影响 内生真菌M.anisopliae tax-27液体发酵至7 d时,加入不同浓度的矮壮素 (CCC),添加范围是0~10 mg/L,研究对其生物合 成紫杉醇的影响。结果如图4所示。 2 咖{ ∞如∞如∞如∞0枷姗m 瑚 m如o  图4矮壮素(CCC)对M.anisopliae Tax-27生物合成 紫杉醇影响 Fig.4 Effect of CCC taxol biosynthesis of the M.aniso pliae Tax-27 图4表明,在发酵液中加入0~10.0 mg/L质 量浓度的矮壮素(CCC)时,发酵液中紫杉醇的产量 随着矮壮素质量浓度的增大而显著增加。当发酵 液中矮壮素(CCC)浓度在10.0~25.0 mg/L范围 时,发酵液中紫杉醇产量虽然随着矮壮素(CCC)的 质量浓度增大而增加,但增加幅度减缓,当矮壮素 (CCC)质量浓度达到25.0 mg/L时,发酵液中紫杉 醇产量达到峰值即最大值942.58 g/L。相比本底 水平发酵液中紫杉醇的产量增加了2倍,当矮壮素 (CCC)质量浓度继续增大,紫杉醇的产量随之减小。 结果表明,在生物合成紫杉醇过程中,矮壮素(CCC) 882 食 品 与 生 物 技 术 学 报 第3O卷 添加质量浓度在0~30 mg/I 的范围时,矮壮素 (CCC)对紫杉醇的生物合成有显著的促进作用。 在0~30 mg/L质量浓度范围内,矮壮素(CCC)的 加入抑制菌丝体生长。 2.2.4 6苄氨基嘌呤(6一BA)对M.anisopliae Tax一27生物合成紫杉醇的影响 内生真菌 M.anisopliae tax一27液体发酵至7 d时,加人不同 浓度的6一苄氨基嘌呤(6-BA),研究其对生物合成紫 杉醇影响。结果如图5所示。 2 面 图5 6-苄氨基嘌呤(6-BA)对M.anisopliae Tax一27生 物合成紫杉醇影响 Fig.5 Effects of 6-BA on taxol biosynthesis of the M. anisopliae Tax-27 图5表明,发酵液中紫杉醇的产量随着6一苄氨 基嘌呤(6-BA)质量浓度的增大而增加。当6一苄氨 基嘌呤(6-BA)的质量浓度达到4.0 mg/I 时,发酵 液中紫杉醇产量达到峰值即455.72 g/I 。当6一苄 氨基嘌呤(6一BA)质量浓度继续增大,紫杉醇的产量 随之减小。结果表明,发酵液中6一苄氨基嘌呤(6一 BA)浓度0~5.0 mg/L浓度范围内,6~苄氨基嘌呤 (6-BA)对紫杉醇的生物合成有促进作用,但影响不 明显。在0~5.0 mg/L浓度范围内,6一苄氨基嘌呤 (6-BA)的加入对菌丝体生长有促进。 萘乙酸(NAA)对M.anisopliae Tax一27生物合 成紫杉醇的影响内生真菌M.anisopliae tax一27液 体发酵至7 d时,加入不同质量浓度的萘乙酸 (NAA),添加范围是0~5 mg/I ,研究其对生物合 成紫杉醇的影响。结果如图6所示。 2.6 萘乙酸(NAA)对M.anisopliae Tax-27生物 合成紫杉醇影响 图6表明,发酵液中紫杉醇的产量随着萘乙酸 (NAA)质量浓度的增大而增加,当萘乙酸(NAA) 加入量达到4.0 mg/I 时,发酵液中紫杉醇的产量 达到峰值即450.48肚g/I 。当萘乙酸(NAA)浓度 继续增大,发酵液中紫杉醇的产量随之减小。因 此,发酵液中萘乙酸(NAA)的最大加入量为4.0 mg/I 。结果表明,在萘乙酸(NAA)质量浓度0~ 5.0 mg/I 范围内,萘乙酸(NAA)对紫杉醇的生物 合成有促进作用,但影响不明显。在0~5.0 rag/I 质量浓度范围内,萘乙酸(NAA)加入对菌丝体的生 长有促进作用。 一 2 \ 删 图6萘乙酸(NAA)对M.anisopliae Tax-27生物合成 紫杉醇影响 Fig.6 Effects of NAA on taxol biosynthesis of the M. anisopliae Tax-27 3 结 语 植物内生真菌是一类应用前景广阔的资源微 生物,用微生物发酵方法生产紫杉醇,是解决药源 问题的有效途径,且提高内生真菌产紫杉醇的量是 目前研究的热点。 本研究通过在红豆杉内生真菌液体发酵过程 中添加植物生长调节剂,研究对M.anisopliae Tax 27生物合成的紫杉醇影响。表明适当浓度的赤霉 素(GA。)、茉莉酸甲酯(MeJA)和矮壮素(CCC)对 M.anisopliae Tax-27生物合成紫杉醇起到明显促 进作用,对菌丝体的生长有抑制作用;6-苄氨基嘌呤 (6-BA)和萘乙酸(NAA)对M_anisopliae Tax 27 生物合成紫杉醇也有一定的促进作用,但作用没有 赤霉素(GA。)、茉莉酸甲酯(MeJA)和矮壮素(CCC) 对M.anisopliae Tax一27生物合成紫杉醇的影响显 著。汪爱顺 等研究将诱导子、抑制剂加入红豆杉 植物细胞系中对紫杉醇生物合成的影响,其结果表 明,适当浓度的诱导子、抑制剂对紫杉醇的生物合 成起到促进作用,与本实验的研究结果相同,但两 者的作用机制和途径是否一致,有待进一步研究。 第6期 李娟花等:植物生长调节剂对内生真菌生物合成紫杉醇的影响 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