银纳米颗粒调控荆芥亚种体外代谢谱：提升迷迭香酸积累与抗氧化活性的新策略

《Scientific Reports》：Influence of silver nanoparticles on the in vitro growth, phenolic profile, antioxidant potential, enzyme inhibition, and essential oil composition of Clinopodium nepeta subsp. spruneri (Boiss.) Bartolucci & F. Conti

本研究针对如何提高药用植物活性成分产量这一关键问题，研究人员通过银纳米颗粒(AgNPs)体外诱导Clinopodium nepeta subsp. spruneri，发现20.0 mg/L AgNP处理使迷迭香酸(RA)含量提升4.5倍，总酚含量(TPC)达137.88 mg GAE/g，DPPH自由基清除活性(IC50=26.82 μg/mL)和乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制活性显著增强，GC-MS分析显示精油主要成分从menthalactone转为isoeugenol。该研究为纳米粒子诱导植物次生代谢提供了新范式。

　　

在地中海地区的山野间，生长着一种名为荆芥（Clinopodium nepeta）的芳香植物，这种唇形科植物自古就被民间用作发汗、抗痉挛和利尿的草药。现代研究发现其富含萜类、黄酮和酚酸等生物活性物质，尤其是迷迭香酸（Rosmarinic Acid, RA）作为主要酚类成分，具有显著的抗氧化、抗炎和神经保护作用。然而，野生植物活性成分含量受环境因素影响大，且过度采收会导致生态破坏。如何通过可控手段提高目标活性成分的产量，成为植物生物技术领域的重要挑战。

传统植物组织培养技术虽然能实现无菌条件下的快速繁殖，但往往缺乏逆境胁迫，导致次生代谢物积累不足。近年来，纳米粒子作为新型激发子（elicitor）展现出调控植物代谢的潜力，其中银纳米颗粒（Silver Nanoparticles, AgNPs）因具有特殊的物理化学性质备受关注。但AgNPs对荆芥属植物次生代谢的调控作用尚未见系统研究。针对这一空白，Giresun大学的研究团队在《Scientific Reports》发表了创新性研究，探讨了不同浓度AgNPs（1.0-50.0 mg/L）对荆芥亚种（Clinopodium nepeta subsp. spruneri）体外丛生芽生长、酚类代谢、抗氧化活性、酶抑制能力和精油组成的综合影响。

研究采用的主要技术方法包括：以野生种子为材料建立体外培养体系，通过节点外植体在含不同浓度AgNPs的MS培养基中进行诱导培养；采用分光光度法测定总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）；利用高效液相色谱（HPLC）定量分析迷迭香酸；通过DPPH和FRAP法评估抗氧化活性；采用Ellman法测定乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制能力；运用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用（HS-SPME-GC-MS）分析精油成分。

Effects of AgNP applications on growth parameters

研究结果显示，AgNPs对植物生长表现出浓度依赖性抑制作用。随着AgNPs浓度从1.0 mg/L增加至50.0 mg/L，芽长、节数和叶数均显著减少，且所有浓度均完全抑制根的形成。特别值得注意的是，50.0 mg/L处理组的芽长仅1.23 cm，显著低于对照组的9.35 cm。然而，有趣的是，AgNPs处理促进了生物量积累，20.0 mg/L处理组生物量比对照组提高26%，表明AgNPs可能在抑制伸长生长的同时刺激了物质积累。

Total phenolic content and total flavonoid content of extracts

AgNPs处理显著提升了酚类物质的积累。总酚含量（TPC）随AgNPs浓度增加而上升，20.0 mg/L处理组达到峰值137.88 mg GAE/g提取物，较对照组（43.89 mg GAE/g）提高约3倍，甚至高于野生植株（115.49 mg GAE/g）。总黄酮含量（TFC）变化模式不同，最高值出现在野生植株（17.17 mg QE/g），而AgNPs处理组中20.0 mg/L浓度获得最高TFC（10.81 mg QE/g），表明黄酮类化合物的积累对AgNPs诱导的反应与总酚类有所不同。

AgNP treatments enhanced rosmarinic acid levels

迷迭香酸作为主要酚类成分，对AgNPs诱导表现出高度敏感性。

HPLC分析显示，20.0 mg/L AgNPs处理组RA含量达到44.3 mg/g提取物，较对照组（8.9 mg/g）和野生植株（9.7 mg/g）分别提高约4.5倍和3.5倍。值得注意的是，虽然野生植株的TPC和TFC值较高，但其RA含量却与对照组相当，表明AgNPs可能特异性激活了RA生物合成途径中的关键酶（如PAL、TAT和RAS），而非一般性的酚类代谢增强。

Antioxidant activity increased under AgNP treatments

抗氧化活性分析与酚类积累趋势一致。DPPH自由基清除实验显示，20.0 mg/L AgNPs处理组的IC₅₀值为26.82 μg/mL，显著低于对照组（105.66 μg/mL）和野生植株（31.92 μg/mL）。FRAP还原力分析也呈现类似趋势，20.0 mg/L处理组的值（961.82 μmol TE/g）远高于对照组（301.95 μmol TE/g），表明AgNPs处理显著增强了植物的抗氧化能力。高浓度（50.0 mg/L）处理组活性有所下降，提示过高浓度可能产生毒性效应。

AChE inhibition in wild and AgNP-treated seedlings

在乙酰胆碱酯酶抑制活性方面，野生植株表现出最强的抑制能力（IC₅₀=3.37 mg/mL），20.0 mg/L AgNPs处理组次之（IC₅₀=3.46 mg/mL），均显著优于对照组（IC₅₀=13.26 mg/mL）。这一结果与TPC和RA积累趋势不完全一致，暗示除酚类外，野生植株中可能存在其他具有AChE抑制活性的成分（如生物碱或萜类），这些成分在体外条件下可能未被同等程度诱导。

Essential oil composition of seedlings

精油组成分析揭示了AgNPs对次生代谢途径的重编程作用。

GC-MS分析显示，AgNPs处理使精油主要成分从menthalactone（对照组64.44%，野生植株48.29%）转变为isoeugenol（1.0-20.0 mg/L处理组中占28.25%-36.57%）。值得注意的是，isoeugenol在野生植株中完全未检出，而lauryl alcohol在野生植株中含量较高（15.40%）。这种组成变化表明AgNPs可能将代谢流向从萜类合成转向苯丙烷类途径。

本研究系统阐明了AgNPs作为高效激发子对荆芥亚种次生代谢的多维度调控作用。20.0 mg/L被确定为最优浓度，能最大程度提升迷迭香酸含量、总酚积累、抗氧化活性和AChE抑制能力。特别重要的是，AgNPs处理不仅逆转了体外培养条件下次生代谢物积累不足的缺陷，甚至使某些活性成分的含量超越野生植株。精油组成的显著变化进一步证实了AgNPs对植物代谢途径的重编程能力。这些发现为利用纳米技术定向调控药用植物活性成分合成提供了新思路，同时也为开发可持续的植物药物生产平台奠定了理论基础。然而，AgNPs在植物体内的积累效应及其对代谢网络的长期影响仍需进一步研究，为未来纳米生物技术在药用植物开发中的应用指明方向。