体外培养技术优化与LED光调控提升剪秋罗(Lychnis flos-cuculi)芽生物量及酚类代谢产物的研究

本研究通过优化体外培养体系（如RITA? 生物反应器）、植物生长调节剂（TOP/IAA/GA3 ）组合及LED光诱导策略，显著提升了药用植物剪秋罗(Lychnis flos-cuculi)的芽生物量积累与酚类化合物（如咖啡酸、阿魏酸）和类黄酮（如芹菜素、木犀草素）合成。结果表明，RITA? 系统结合白光LED可最大化酚酸含量，而红蓝混合光促进类黄酮生物合成，为濒危植物资源保护和活性成分规模化生产提供创新方案。

　　

引言

剪秋罗(Lychnis flos-cuculi)作为一种传统药用植物，因其抗菌、抗肿瘤及抗阿米巴原虫活性备受关注。随着自然种群锐减，体外培养技术成为可持续生产其活性成分的关键手段。本研究聚焦于通过培养系统优化（液体振荡、支撑桥及RITA^?
生物反应器）、激素组合（meta-topolin/TOP、IAA、GA₃
）及LED光谱调控，提升芽生物量与次生代谢物积累。

材料与方法

植物材料：实验采用波兰波兹南医科大学药学院保存的剪秋罗稳定芽系，源自2016年野外采集种子（凭证标本CP-Lfc-2016-0601）。

培养体系：

• 激素组合：MS培养基添加1.0 mg/L TOP、IAA、GA₃
  ，分4组（MS??、MS+TOP、MS+TOP+IAA、MS+TOP+IAA+GA₃
  ）。
• 培养系统：液体振荡（完全浸没/支撑桥）、RITA^?
  临时浸没系统（1分钟/小时浸没频率）。
• 光诱导：设置红（627-660 nm）、蓝（460-470 nm）、红蓝混合、白光LED及黑暗对照，光强统一为60 μmol/m²
  s。

分析指标：

• 生长参数：生物量增长率（SBG）、芽数增长率（SGI）、芽长增长率（SLG）。
• 代谢物检测：HPLC-DAD定量酚酸（咖啡酸、阿魏酸）及类黄酮（芹菜素、木犀草素）。

结果

生物量优化：

• RITA^?
  系统：无激素组生物量增长达1643.80%，显著高于其他系统；添加TOP+IAA+GA₃
  后芽数增长158.46%。
• 液体振荡培养：TOP+IAA+GA₃
  组合下生物量增长5912.97%，芽数增长1330.11%，但芽长增长最高见于无激素组（646.54%）。

光诱导效应：

• 酚酸积累：白光LED下咖啡酸含量达657 mg/g DW，红蓝混合光促进阿魏酸合成（254 mg/g DW）。
• 类黄酮合成：红蓝混合光显著提升芹菜素（725 mg/g DW）和木犀草素（306 mg/g DW）含量。

讨论

培养系统选择：RITA^?
的间歇浸没设计优化了气体交换与营养吸收，避免了液体培养的剪切压力，同时减少玻璃化现象。与固体培养基相比，其生物量生产效率提升3倍以上，与前期研究（如Linnaea borealis的2184.95%增长率）一致。

激素协同作用：TOP作为新型细胞分裂素，与IAA（生长素）、GA₃
（赤霉素）协同促进芽增殖，同时维持形态正常性，避免了传统BAP易引发的畸形芽问题。

光调控机制：白光LED通过激活苯丙烷代谢关键酶（如PAL）促进酚酸积累，而红蓝光比例（如3:1）可能通过光受体（phytochrome/cryptochrome）调控CHS、F3H等类黄酮合成基因表达。

结论

该研究证实，RITA^?
生物反应器结合特定LED光谱可高效生产剪秋罗活性成分，为濒危药用植物的规模化培养及药物开发提供技术范式。未来需进一步解析光信号转导与次生代谢通路的分子互作机制。