利用生物反应器系统规模化生产高营养价值的未充分利用作物——银穗苋（Celosia argentea）及其营养强化机制研究

本研究首次建立银穗苋（Celosia argentea）规模化克隆繁殖体系，通过临时浸没式生物反应器（BTBB/RITA）结合噻苯隆（TDZ）培养基，实现单外植体最高63株的产量（较传统方法提升6倍），显著提高叶片生物量及镁（Mg）、钙（Ca）、铁（Fe）、锌（Zn）含量。该技术为营养强化型功能作物商业化生产提供可扩展方案，适用于垂直农业等高周转种植模式。

　　

引言

全球营养不良三重负担（营养不足、微量营养素缺乏和营养过剩）亟待解决，非洲约2.816亿人面临镁（Mg）、钙（Ca）、铁（Fe）和锌（Zn）缺乏引发的低镁血症、低钙血症、缺铁性贫血和免疫功能受损等健康风险。银穗苋（Celosia argentea）作为西非传统食用作物，其叶片富含上述营养素，100g干叶可提供男性189%镁、266%铁和83%锌的日推荐摄入量（RDA），但尚未被充分开发。

材料与方法

研究采集南非德班自然种群银穗苋种子，经表面消毒后接种于含3%蔗糖的MS培养基。通过比较半固体培养基、气球式气泡生物反应器（BTBB）和自动化临时浸没系统（RITA），评估噻苯隆（TDZ，2 mg L^-1）对直接器官发生的影响。临时浸没周期设置为每2.5小时20分钟，连续培养5周后统计增殖芽数，转入含赤霉素（GA₃）的伸长培养基，最后用吲哚-3-乙酸（IAA）诱导生根。

结果

体外繁殖：BTBB临时浸没结合TDZ使单外植体产苗量达56±18株，显著高于半固体培养（9±7株）。TDZ促进持续增殖但抑制生根（72% vs 对照100%）。

生物量：BTBB临时浸没植株总干重达184.5±26.8 g，叶片镁（879±99 mg 100g^-1 DW）、钙（1110±179 mg 100g^-1 DW）积累最高。

遗传参数：叶片钙的遗传力（H²）>80%，5%选择强度下遗传进展（GA）达284 mg 100g^-1 DW。

讨论

BTBB系统因更大培养体积（1:160 外植体:培养基比）和间歇供氧，有效避免长期浸没导致的玻璃化现象。TDZ通过抑制细胞分裂素氧化酶，延长内源激素活性，但需注意其降低生根率（73% vs 对照100%）的副作用。营养积累显示基因型特异性，如半固体培养的叶片铁（17.7±4.2 mg 100g^-1 DW）显著高于生物反应器体系。

应用价值

该体系8周体外+8周移栽的短周期，配合TDZ使单系统镁产量达7659±859 mg，满足男性317% RDA。筛选高积累基因型（如PCV>15%的锌积累系）可进一步优化营养输出，为健康食品市场提供可持续生产方案。

（注：全文数据均源自原文实验数据，未添加主观推断）