生物合成硫纳米颗粒：提升阿拉伯百脉根愈伤组织抗氧化次生代谢产物的创新策略

为解决次生代谢产物生产及化学合成难题，研究人员开展了生物合成硫纳米颗粒（SNPs）对阿拉伯百脉根（Lotus arabicus L.）愈伤组织抗氧化次生代谢产物影响的研究。结果显示 SNPs 能提升相关产物含量，该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上。为植物次生代谢产物生产提供新策略。

　　

在植物的神奇世界里，许多植物蕴含着具有重要药用价值的次生代谢产物，像阿拉伯百脉根（Lotus arabicus L.），它在民间医学中被用于治疗多种疾病，具有抗炎、抗菌和抗氧化等特性。然而，这些次生代谢产物的生产和化学合成面临着诸多挑战。一方面，从植物中直接提取次生代谢产物，受到植物生长环境、生长周期等因素的限制，产量不稳定且难以满足大量需求；另一方面，化学合成的方法往往成本高昂，还可能对环境造成污染。因此，寻找一种高效、环保的方法来提高次生代谢产物的产量，成为了科研人员亟待解决的问题。

在这样的背景下，来自埃及多个研究机构（Arid Lands Cultivation Research Institute、Al-Azhar University、Tanta University）的研究人员展开了一项关于生物合成硫纳米颗粒（SNPs）对阿拉伯百脉根愈伤组织抗氧化次生代谢产物影响的研究。他们发现，在培养基中添加 SNPs，能够显著提升阿拉伯百脉根愈伤组织中次生代谢产物的含量，这一发现为提高植物次生代谢产物产量提供了新的策略，有望推动植物源药物的大规模生产，在医药领域具有重要意义。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，通过组织培养技术，对阿拉伯百脉根的种子进行处理，诱导产生愈伤组织，并将其培养在添加不同浓度 SNPs 的培养基中。其次，利用高效液相色谱（HPLC）技术，对愈伤组织中的酚类和黄酮类化合物进行定量分析。此外，还采用实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）技术，检测参与次生代谢产物生物合成途径关键基因的表达水平 。

下面来详细看看研究结果：

• 生物量变化：研究发现，添加 SNPs 的培养基能显著影响阿拉伯百脉根愈伤组织的生物量。在不同浓度的 SNPs 处理中，100mg/L 的 SNPs 使愈伤组织的鲜重和干重增加最为明显，分别比对照组提高了 137.7% 和 224.4%。这表明适宜浓度的 SNPs 能够促进愈伤组织的生长。

• 抗氧化化合物含量变化：与未添加 SNPs 的对照组相比，添加 SNPs 显著提高了愈伤组织中酚类、黄酮类和抗坏血酸的含量。其中，100mg/L SNPs 处理的植物中酚类含量增加最多，达到 478.78%；50mg/L 和 100mg/L SNPs 处理使黄酮类含量分别显著增加 1021.42% 和 1334.28%；100mg/L SNPs 处理的抗坏血酸水平比对照组提高了 423.1% 。

• 酶活性变化：SNPs 的添加显著提高了与次生代谢产物生物合成相关的酶活性，如苯丙氨酸解氨酶（PAL）和多酚氧化酶（PPO），且呈剂量依赖性。在 100mg/L SNPs 处理下，PAL 和 PPO 活性增加最为显著，分别提高了 68.14% 和 104.14% ，不过在 200mg/L SNPs 处理时，这两种酶的活性有所下降。

• 氧化应激标志物变化：除了 200mg/L SNPs 处理显著增加了丙二醛（MDA）和过氧化氢（H?O?）含量外，25mg/L、50mg/L 和 100mg/L SNPs 处理均降低了这两种氧化应激标志物的含量。这说明较低浓度的 SNPs 有助于减轻愈伤组织的氧化应激，而高浓度的 SNPs 则会导致氧化应激增加。

• 基因表达水平变化：研究观察到，与对照组相比，添加 SNPs 显著上调了参与植物黄酮生物合成途径相关基因（CHS、PAL、FLS、CHI、HQT 和 DXR）的表达水平。在 100mg/L SNPs 处理的愈伤组织中，这些基因的表达变化最为显著，如 HQT 基因表达上调了 10.11 倍，DXR 基因表达上调了 11.9 倍 。

• 酚酸和黄酮类化合物定量分析：HPLC 分析鉴定出阿拉伯百脉根愈伤组织中有 16 种成分，包括 10 种酚类化合物和 6 种黄酮类化合物。在 SNPs 处理下，尤其是 100mg/L SNPs 处理，大多数酚类和黄酮类化合物的含量显著增加。例如，没食子酸（1.37 倍）、甲基没食子酸（22.9 倍）、咖啡酸（0.92 倍）、绿原酸（1.17 倍）等的浓度都有所上升。

综合研究结果和讨论部分，这项研究具有重要意义。研究表明，生物合成的 SNPs 可以作为一种环保的诱导子，在分子和生理水平上积极影响阿拉伯百脉根愈伤组织次生代谢产物的生产。SNPs 不仅能够提高愈伤组织的生物量，还能显著增加抗氧化次生代谢产物的含量，增强相关酶的活性，调节氧化应激水平，并上调关键基因的表达。这些发现为利用纳米技术提高植物次生代谢产物的产量提供了理论依据和实践指导，为植物源药物的开发和生产开辟了新的道路。同时，也为其他植物组织培养研究提供了参考，有望推动整个植物生物技术领域的发展，助力解决天然药物资源短缺的问题，为人类健康事业做出贡献。