活性炭与石墨调控海滨车前体外培养生长及次生代谢产物合成的机制研究

本研究针对海滨车前(Plantago maritima L.)次生代谢产物合成效率低下的问题，通过系统评估不同浓度石墨(G)和活性炭(AC)对其体外培养生长参数、酚类物质积累及抗氧化活性的影响。研究发现4 g/L AC可特异性诱导迷迭香酸(rosmarinic acid)合成，8 g/L AC显著提升总酚含量(达3.693 mg/g)和DPPH自由基清除率(50.48 μg/mL)，而2 g/L G使叶绿素含量提升35%。该研究为药用植物规模化培养提供了新型碳基材料调控策略。

　　

在传统药用植物资源日益枯竭的背景下，海滨车前(Plantago maritima L.)因其丰富的酚酸类和萜类化合物备受关注，但野生资源采集受限且代谢产物含量不稳定。更棘手的是，现有体外培养技术存在生长缓慢、目标代谢物产量低等瓶颈。如何通过物理诱导手段突破这些限制，成为植物生物技术领域亟待解决的难题。

来自伊朗大不里士医科大学药学院的研究团队在《BMC Chemistry》发表创新性研究，首次揭示碳基材料对海滨车前代谢通路的精准调控机制。研究人员采用多组学联用技术，通过LC-MS/MS检测到4 g/L AC处理组特异性产生具有抗癌潜力的迷迭香酸(359.1/197 m/z)，GC-MS分析显示8 g/L AC使单萜类化合物1,8-桉叶素(1,8-cineole)含量提升至2.09%，而2 g/L G处理显著提高光合色素含量(叶绿素a 11.65 μg/ml)。这些发现为药用植物定向培养提供了新材料工具箱。

关键技术包括：(1)建立标准化体外培养体系，种子经20%次氯酸钠灭菌后接种于MS培养基；(2)采用分光光度法测定叶绿素(C_a=11.65A₆₆₄-2.69A₆₄₇)和DPPH自由基清除率；(3)运用LC-MS/MS定量9种酚酸，GC-MS分析34种挥发性成分；(4)通过Folin-Ciocalteu法测定总酚含量(线性方程y=0.0022x-0.0051)。

生长特性影响

数据显示4 g/L AC使生物量提升40%，2 g/L AC处理组根长达到最大值(38.25 mm)。值得注意的是，8 g/L G显著抑制器官发育，印证了碳材料浓度效应的双面性。

色素合成调控

2 g/L G处理使叶绿素b含量达20.81 μg/ml，较对照提升27%。高浓度AC(8 g/L)导致类胡萝卜素(C_x+c)降低15%，揭示石墨的晶体结构更利于光捕获复合体形成。

代谢产物谱分析

4 g/L AC使没食子酸(gallic acid)含量达3.693 mg/g，同时诱导出对照组未检出的迷迭香酸。GC-MS结果显示AC处理使2,4-二叔丁基酚(2,4-Di-tert-butyl phenol)含量提升8倍，该化合物具有显著抗氧化特性。

这项研究开创性地证实：碳基材料的表面特性(AC的多孔吸附性 vs G的层状导电性)可差异化调控植物代谢流。4 g/L AC通过吸附培养体系中的抑制因子，激活苯丙烷代谢途径关键酶活性，促使海滨车前合成高附加值化合物。该策略为其他药用植物的工业化培养提供了普适性方法学框架，同时为碳纳米材料在农业领域的应用开辟了新维度。未来研究可进一步解析AC诱导迷迭香酸合成的分子开关机制，以及石墨烯量子点等新型碳材料对次生代谢网络的调控规律。