硒对Oldenlandia umbellata L.愈伤组织培养中生物量积累、耐逆性及代谢产物产生的影响在不同光照条件下的研究

时间：2026年1月24日

来源：South African Journal of Botany

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研究探讨了不同浓度硒酸钠（0、2.5、5、7 μM）与2.5 μM NAA协同作用对光/暗培养条件下Oldenlandia umbellata愈伤组织生长及蒽醌（AQ）产量的影响。结果表明，5 μM硒酸钠在光培养中显著促进愈伤组织鲜重和干重，并提高AQ总产量；黑暗培养下硒处理降低AQ产量但增强抗氧化酶活性。硒通过激活抗氧化系统促进生长，并在光条件下协同NAA最大化AQ合成。

L.V. Aswanilal|Antony Tom|E.A. Siril

印度喀拉拉邦蒂鲁瓦南塔普兰市Kariavattom，喀拉拉大学植物学系，邮编695581

摘要

本研究重点探讨了硒（Se）盐（亚硒酸钠Na₂SeO₃，浓度为0、2.5、5或7 µM）与2.5 µM萘乙酸（NAA）对Oldenlandia umbellata愈伤组织生长和蒽醌（AQ）生成的影响，实验条件包括光照（50 µmolm⁻²s⁻¹，光照16小时/黑暗8小时）和黑暗（24小时）两种环境。在5 µM亚硒酸钠处理下，无论是在光照条件下还是黑暗条件下培养的愈伤组织，其鲜重均最高；干重也呈现类似趋势。在光照条件下培养的5 µM亚硒酸钠处理愈伤组织中，总AQ产量较高；而在黑暗条件下培养的愈伤组织中，AQ产量低于对照组，这表明培养条件以及光照条件下硒的作用发生了变化。通过高效液相色谱（HPLC）分析，发现7 µM和5 µM亚硒酸钠处理并在光照条件下培养的愈伤组织中阿利扎林类AQ含量最高；而黑暗条件下培养的对照组中阿利扎林含量高于处理组。无论在何种培养条件下，对照组的脯氨酸含量均较高，而经过硒处理的愈伤组织（无论是光照还是黑暗条件下培养）的脯氨酸含量较低，这表明硒具有抗逆保护作用。黑暗条件下培养的愈伤组织中抗氧化酶水平是对照组的两倍，说明硒增强了抗氧化能力。硒促进了愈伤组织的生长，提高了抗氧化能力以应对逆境，并在有利条件下增加了AQ的生成。愈伤组织是多种有价值化合物的来源，其生物量的增加可以提升代谢产物的产量。本研究成功探索了亚硒酸钠作为愈伤组织生长促进剂的潜力，这一发现可扩展应用于其他重要植物物种的细胞培养以生产代谢产物。此外，亚硒酸钠还可用于悬浮培养、毛根培养、不定根培养以及基于生物反应器的培养系统中，以增强AQ的生成。

引言

植物是药用和工业上重要植物分子的来源（Ahmad等，2017；Sharan等，2019）。在自然栖息地中开发这些化合物往往会威胁植物物种的生存。植物组织培养是一种出色的策略，它使研究人员和工业界能够在不破坏自然种群的情况下大规模培养有价值的植物物种并提取重要代谢产物（Shahzad等，2017）。植物组织培养通过愈伤组织、细胞悬浮液和器官培养等方式提供了生产重要代谢产物的可能性（Murthy等，2014）。Oldenlandia umbellata L.是一种具有重要药用和经济价值的植物物种，其根部含有可作为研究代谢产物的理想候选对象，因为其中含有蒽醌（AQs）这种纺织染料。

植物具有内在的发育可塑性（Fehér，2019；Iqbal等，2024）。人们对植物的伤口反应和发育途径已经进行了一个多世纪的研究。植物生长调节剂（如生长素和细胞分裂素）的比例影响茎和根的再生，这些调节剂的平衡浓度会导致无序细胞团的形成（Miller等，1955）。这些细胞团，称为“愈伤组织”，可以通过胚胎形成一步再生为完整的植物。愈伤组织可以从植物的任何部分诱导产生，并通常在25±2°C下维持。体外培养的愈伤组织可以通过传代培养无限期维持。在添加了植物生长调节剂的固体培养基上培养时，愈伤组织的颜色可以从无定形、白色、淡黄色变为棕色。与分化的植物细胞相比，愈伤组织具有独特的特征，如小液泡和缺乏叶绿体。除了能够再生为完整的植物外，愈伤组织还具备其他优势，包括独立于土壤成分和气候条件等外部因素的植物化合物生产。通过体外培养植物细胞或组织，可以实现稀有和濒危物种的次级代谢产物生产、降低成本以及提高生产力（Efferth，2019）。

硒是一种对生物体具有重要氧化还原活性的微量元素（Titov等，2022）。硒以其与金属的强配位能力、稳定的结构（具有不同的氧化态）以及与非金属的共价键合而闻名（Fernandes等，2018）。硒可以以多种形式存在，如硒化物（Se²⁻）、亚硒酸盐（O₃Se²⁻）、单质硒（Se）、硒代氨基酸、硒蛋白、硒酸盐（O₄Se²⁻）和二甲基硒（(CH₃)₂Se）（Surai等，2018）。亚硒酸盐和硒化物在植物中普遍存在（Li等，2020）。硒在植物系统中具有多种生理和促进生长的作用。硒通过激活抗氧化酶系统保护植物免受氧化损伤和逆境的影响（Lidon等，2018）。硒还能促进氨基酸、淀粉和糖的积累（Sager，2006），并增加卟啉的生成，从而刺激叶绿素的合成（Yang等，2022）。硒促进植物的整体生长，改善高等植物的水分状况，增强氮的吸收，并抵抗害虫侵袭和疾病（Raina等，2021）。硒有助于维持细胞的结构和功能，延缓衰老（Kaur等，2014）。研究表明，在温室条件下使用LED照明培养的Eruca sativa Mill.植物中，硒补充剂能有效缓解光诱导的逆境（Brito等，2024）。硒对铅、汞和银等有毒重金属具有保护作用（Ahmad等，2015）。植物对硒的吸收和积累存在一定范围，这一范围因植物吸收和代谢该元素的能力而异（Ahmad等，2016）。据报道，硒能增加Brassica oleracea L. var. italic中的总葡萄糖苷含量（Tian等，2016）、Raphanus sativus中的葡萄糖萝卜素含量（Schiavon等，2016）以及Zea mays中的叶黄素含量（D’Amato等，2019）。将硒纳米颗粒应用于Caralluma tuberculata的愈伤组织培养中，可产生没食子酸、咖啡酸、槲皮素、芸香苷和阿魏酸（Ali等，2023）。将硒应用于Malus domestica后，可增加总酚类、绿原酸和表儿茶素的生成（Groth等，2020）。硒纳米颗粒显著促进了Momordica charantia的愈伤组织中不定根的形成，并诱导了类似胚胎结构的发育（Behbahani等，2020）。

愈伤组织培养是研究化学物质影响和代谢产物生成机制的理想系统。本研究重点分析了亚硒酸钠（Sodium selenite）对Oldenlandia umbellata愈伤组织生长、生理特性及次级代谢产物组成的影响。此外，还探讨了亚硒酸钠在光照和黑暗培养条件下的作用。

实验方法

愈伤组织的建立

愈伤组织的建立方法如前所述。使用从体外培养中经过三次传代得到的2厘米长的节段来启动愈伤组织培养。这些节段在调整至pH 5.8的全浓度MS固体培养基（Murashige和Skoog，1962）中生长，培养基中添加了0.8%的琼脂（Hi Media Laboratories Pvt Ltd.，印度孟买）作为凝胶剂，3%的蔗糖（Sisco Research Laboratories Pvt Ltd.，印度孟买）作为碳源，以及2.5 µM的α-萘乙酸。