优化甜菊糖苷快速组织培养技术解决埃及糖短缺危机：基于直接微繁殖的代谢完整性保护策略

为解决埃及因水资源危机导致的糖短缺问题，Mostafa B.Abouelela团队开展甜菊(Stevia rebaudiana)组织培养技术优化研究。通过建立直接/间接微繁殖体系，发现直接微繁殖技术不仅使生长周期缩短28.6%(140天vs196天)，且使甜菊糖苷(steviol glycosides)含量显著提升(stevioside达13.17%，rebaudioside A 5.71%)。UPLC-MS/MS分析揭示该技术能保持代谢完整性，为干旱地区甜味剂生产提供创新解决方案。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，埃及正面临前所未有的水资源危机——联合国儿童基金会报告显示该国年缺水量达70亿立方米，预计2025年将陷入绝对缺水状态。这一危机直接冲击着埃及的糖产业，传统甘蔗(需水10000-12000 m³/ha)和甜菜(6000-7000 m³/ha)种植因耗水量巨大而难以为继。与此同时，埃及糖产量在2024/25年度已下降11万吨，寻找节水型糖源替代品成为当务之急。

埃及俄罗斯大学药学院的研究团队将目光投向了甜叶菊(Stevia rebaudiana)——这种原产南美的植物所含的甜菊糖苷(steviol glycosides)甜度是蔗糖的200-300倍，而需水量仅3000-4000 m³/ha。尽管埃及自1994年就开始使用甜菊糖苷，但缺乏本土化的高效繁殖技术。这项发表在《Scientific Reports》的研究通过创新性的组织培养技术，不仅解决了繁殖效率问题，更意外发现了代谢调控的奥秘。

研究人员运用三大关键技术：1)建立直接/间接微繁殖(direct/indirect micropropagation)体系，优化MS培养基中BAP(6-苄氨基嘌呤)、NAA(萘乙酸)等植物生长调节剂配比；2)采用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)对土壤栽培、愈伤组织、直接/间接繁殖植株进行代谢组学分析；3)通过主成分分析(PCA)解析不同繁殖方式对代谢通路的影响。

【In vitro间接再生与愈伤组织形成】

研究发现MS培养基添加1 mg/L BAP+2 mg/L kinetin时，愈伤组织诱导率最高(100%)，生物量达46.5 mg。但间接繁殖周期长达196天，且次生代谢产物积累不平衡。

【通过直接微繁殖的芽再生】

直接微繁殖在含2 mg/L BAP的MS培养基中实现单外植体32个芽的增殖，生长周期缩短至140天。PCA分析显示其代谢谱与土壤栽培植株高度相似，关键甜菊糖苷含量甚至更高。

【UPLC-MS分析】

鉴定出18种化合物，包括7种二萜类(主要是stevioside、rebaudioside A/C)和11种酚类。直接繁殖植株的stevioside(13.17%)和rebaudioside A(5.71%)含量显著高于土壤栽培(11.81%/3.08%)和间接繁殖植株(6.69%/1.28%)。

【多元数据分析】

PCA显示直接繁殖与土壤栽培样本在PC1(56.9%)上高度聚集，而愈伤组织和间接繁殖样本因富含3,5-di-O-咖啡酰奎宁酸(28.57%)等酚类物质分布在正半轴，证实直接繁殖能更好保持甜菊糖苷合成通路活性。

这项研究突破性地证明，直接微繁殖技术不仅能将生产周期压缩28.6%，还能选择性富集stevioside等有价值代谢物。其建立的优化方案可实现1-2公顷/周期的规模化生产，为埃及每年节省50%以上的制糖用水。该成果更揭示了植物繁殖方式对次生代谢通路的调控机制，为其他药用植物的工业化生产提供了范式。随着埃及标准化组织(EOS)推动甜菊糖苷应用，这项技术有望成为干旱地区农业转型的关键突破口。