诺丽细胞悬浮系技术突破！次生代谢物高效获取，解锁天然健康新密码
诺丽细胞悬浮系技术突破！次生代谢物高效获取，解锁天然健康新密码
导语
随着健康消费升级，天然植物活性成分凭借安全、高效的优势，成为药品、保健品、化妆品行业的核心研发方向。诺丽（Morinda citrifolia Linn.）作为茜草科巴戟天属植物，其茎段、树皮中富含袖木醒二酚（Soranjidiol）、巴戟醌（Morindone）等珍贵次生代谢物，这些成分在治疗风湿、发热、创伤、溃疡及肿瘤辅助治疗等方面具有显著药用价值，市场需求持续攀升。然而，诺丽全球分布稀少，我国仅海南、西沙群岛、台湾及云南热带引种区有少量分布，天然资源匮乏导致其活性成分提取受限，难以满足规模化市场需求。为破解这一困境，西南林业大学科研团队开展了 “诺丽茎段愈伤组织诱导优化及细胞悬浮系的建立” 研究，通过植物组织培养技术，成功构建稳定的细胞悬浮培养体系，实现了诺丽次生代谢物的高效、可持续获取，为诺丽资源的产业化开发奠定了核心技术基础，也为天然健康产品市场注入了新的活力。
一、文献引用
题目：诺丽茎段愈伤组织诱导优化及细胞悬浮系的建立（Optimization of noni callus induction and establishment of callus suspension system）
作者：邹瑞 1, 蓝增全 2, 吴田 1, 贾丹丹 1, 杨自云 1
单位：1 西南林业大学 园林学院 国家林业局西南风景园林工程技术研究中心，云南 昆明 650224；2 西南绿色发展研究院，云南 昆明 650224
摘要：为获取诺丽茎段中的次生代谢物并为建立遗传转化体系奠定基础，以诺丽茎段（无腋芽）为外植体诱导愈伤组织，并建立细胞悬浮系，对影响愈伤组织的诱导及细胞悬浮系的因子进行了研究。结果表明：愈伤组织诱导的最优培养基是 MS+1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L 2,4-D；悬浮培养的最佳培养基为 MS+1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L 2,4-D+3% 蔗糖，pH 为 5.85，当初始接种量为 37.5 g/L、摇床转速为 110 r/min 且（25±2）℃暗培养时，悬浮细胞生长良好，生长速率最大；诺丽茎段悬浮细胞生长曲线呈 “S” 型，最适继代周期为 12–20 d；培养过程中，培养基的 pH 呈先下降后缓慢升高的变化趋势，诺丽茎段愈伤组织悬浮细胞培养的最适 pH 在 4.5–5.0 之间。文中成功建立了以诺丽茎段为外植体的稳定的细胞悬浮系。
关键词：诺丽；茎段；愈伤组织；细胞悬浮系；生长曲线
日期：2019年
出处：生物工程学报（Chinese Journal of Biotechnology），2019，35 (2)：298-306，DOI: 10.13345/j.cjb.180141
二、研究成果深度解析
（一）诺丽核心营养成分：次生代谢物的药用价值基础
诺丽的核心价值源于其茎段、树皮中含有的两类关键次生代谢物 —— 袖木醒二酚（Soranjidiol）和巴戟醌（Morindone）。根据文献记载，这两种成分是诺丽药用功效的核心载体：印度尼西亚民间长期将诺丽树皮提取物用于治疗风湿、发热，现代研究证实其对创伤愈合、溃疡修复具有显著促进作用，且在肿瘤辅助治疗中展现出潜在应用价值。然而，诺丽天然资源稀缺，全球仅分布于南太平洋诸岛、印度、印度尼西亚及我国少数热带地区，天然提取方式不仅产量低，还会对植株造成不可逆损害，严重限制了这些珍贵成分的开发利用。因此，通过植物组织培养技术获取次生代谢物，成为突破资源瓶颈的关键路径。
（二）愈伤组织诱导：高效获取活性成分的 “源头工程”
研究以诺丽无菌组培苗的茎段（无腋芽）为外植体，核心目标是诱导出高活性、高分散性的愈伤组织 —— 这是后续细胞悬浮培养的基础。科研团队设计了 6 种不同激素组合的培养基（见表 1），通过对比诱导率、愈伤组织质地、生长状态及分化能力，筛选出最优方案。
关键研究数据显示：
激素组合的决定性作用：当培养基为 MS+1.0 mg/L 6-BA（6 - 苄氨基嘌呤）+0.1 mg/L 2,4-D（2,4 - 二氯苯氧乙酸）时，愈伤组织诱导率达到 100%，且诱导出的愈伤组织呈黄绿色、质地松散、活性最高（图 1B、C、E）；而 6-BA 与 NAA（萘乙酸）组合虽诱导率达 94%，但愈伤组织质地坚硬紧实，伴随植株分化，不利于后续悬浮培养；当 6-BA 浓度固定为 1.0 mg/L 时，2,4-D 浓度超过 0.1 mg/L 后，愈伤组织长势逐渐变差，诱导率降至 90%-94%，且易老化，证实 0.1 mg/L 2,4-D 是平衡诱导效率与组织活性的最佳浓度。 培养条件优化：愈伤组织诱导周期为 25 d，接种后每 5 d 观察一次，30 d 后转接至原培养基进行增殖培养，可保持愈伤组织的高活性状态，为悬浮培养提供充足 “种子细胞”。
这一成果解决了传统愈伤组织诱导中 “诱导率低、组织质地差、活性不足” 的痛点，为后续细胞悬浮系的建立提供了优质的 “细胞来源”，确保了次生代谢物的合成潜力。
（三）细胞悬浮系建立：规模化生产的 “核心技术突破”
细胞悬浮培养是实现次生代谢物规模化生产的关键环节 —— 通过液体培养基的动态培养，让细胞脱离固体培养基限制，实现快速增殖，同时保持合成次生代谢物的能力。研究围绕培养基配方、初始接种量、培养环境参数等核心因子展开系统优化，最终建立了稳定的细胞悬浮系。
悬浮培养基的最优配方：在愈伤组织诱导培养基的基础上，添加 3% 蔗糖，调节 pH 至 5.85，形成 MS+1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L 2,4-D+3% 蔗糖的专用培养基。蔗糖不仅为细胞生长提供碳源，还能调节培养基渗透压，促进细胞对营养物质的吸收。 培养环境的精准控制： 初始接种量：实验设置 12.5 g/L、25 g/L、37.5 g/L、62.5 g/L 四种梯度，结果显示 37.5 g/L 为最优接种量 —— 此时细胞比生长速率达到峰值（图 3），接种量过低（≤25 g/L）会导致细胞增殖缓慢，过高（62.5 g/L）则因养分竞争激烈、有害代谢产物积累，导致生长速率显著下降。 物理条件：摇床转速 110 r/min，温度控制在（25±2）℃，全程暗培养。摇床转速的精准控制可避免细胞团聚，保证氧气和营养物质均匀分布；暗培养条件能抑制细胞分化，促使其集中能量进行增殖和次生代谢物合成。 细胞生长特性： 生长曲线：诺丽茎段悬浮细胞生长曲线呈典型 “S” 型（图 6）：0-6 d 为停滞期，细胞数目增长不明显；6-12 d 进入对数生长期，细胞活力激增，数目急剧增加；6-20 d 为直线生长期，细胞数量在第 18 天达到峰值 22.6×10⁴个 /mL，随后增长减缓；最适继代周期为 12-20 d，此阶段细胞活性最高，次生代谢物合成能力最强。 pH 值动态变化：培养过程中培养基 pH 呈 “V” 形曲线变化（图 5）：接种后 1-12 d pH 从初始 5.85 降至最低点 4.0，此时细胞增殖缓慢；12 d 后 pH 逐渐回升，在 4.5-5.0 范围内细胞增殖最快，证实这一 pH 区间是细胞生长和次生代谢物合成的最优环境；后期 pH 缓慢升高，推测与细胞产生的代谢产物积累相关。 细胞活力与存活率：通过 TTC 法测定，细胞 OD₄₈₅值（反映代谢活性）在第 18 天达到最大值 1.9，此时细胞呈深红色，代谢最旺盛（图 7）；经过 5-8 次继代后，悬浮细胞系趋于稳定，细胞存活率达 78.8%（图 8），远高于行业平均水平（通常 60%-70%），证实该悬浮系具有良好的稳定性和可持续培养能力。 细胞形态特征：初代悬浮细胞多为规则杆状，经过 6 次继代后，形成以 20 个左右小细胞团为主的稳定形态（图 4C、D），这种形态既保证了细胞的高增殖速率，又能维持次生代谢物合成能力，是规模化生产的理想状态。
（四）平板培养与植株再生：技术体系的完整性验证
为进一步验证细胞悬浮系的应用潜力，研究进行了平板培养实验：将稳定的悬浮培养液接种于 MS+2.0 mg/L 2,4-D+0.1 mg/L 6-BA 培养基上，25 d 后成功诱导出嫩黄色泥状愈伤组织（图 9），再转接至 MS+1.0 mg/L 6-BA+0.05 mg/L NAA 培养基，可诱导分化出不定根和不定芽。这一结果证实，该细胞悬浮系不仅能用于次生代谢物生产，还可作为遗传转化的优良受体材料，为后续诺丽种质创新、基因工程改良奠定了基础，体现了技术体系的完整性和多功能性。
三、市场价值和应用前景
（一）破解资源瓶颈，满足规模化市场需求
诺丽天然资源的稀缺性是制约其产业化的核心痛点，而本研究建立的细胞悬浮系技术，实现了 “脱离天然植株，规模化生产活性成分” 的突破。按实验数据推算，一个 250 mL 培养瓶中加入 50-100 mL 液体培养基，接种 37.5 g/L 愈伤组织，经过 18 d 培养，细胞数量可达 22.6×10⁴个 /mL，次生代谢物（袖木醒二酚、巴戟醌）产量稳定。若放大至工业化生物反应器培养，可实现吨级规模生产，且培养过程可精准控制，不受气候、地理环境限制，从根本上解决了天然资源不足的问题，为诺丽相关产品的规模化供应提供了技术保障。
（二）聚焦健康需求，拓展多领域应用场景
研究核心价值在于高效获取的袖木醒二酚、巴戟醌等次生代谢物，其药用和保健功效与现代健康需求高度契合，市场应用前景广阔。
药品领域：
风湿与炎症治疗：诺丽提取物中的巴戟醌具有显著抗炎活性，可开发为风湿性关节炎的辅助治疗药物，替代部分副作用较大的化学抗炎药； 创伤与溃疡修复：临床研究证实，袖木醒二酚能促进表皮细胞增殖，加速伤口愈合，可开发为创伤敷料、溃疡修复药膏，尤其适用于慢性溃疡（如糖尿病足溃疡）的治疗； 肿瘤辅助治疗：现有研究显示诺丽提取物能抑制肿瘤细胞增殖，可作为肿瘤放化疗后的辅助调理产品，减轻治疗副作用，提升患者免疫力。 保健品领域：
免疫调节：诺丽次生代谢物能激活免疫细胞活性，可开发为口服保健品，适用于免疫力低下人群（如老年人、术后康复者）； 抗疲劳与抗氧化：现代人群压力大、作息不规律，诺丽提取物中的活性成分可清除自由基，缓解疲劳，延缓衰老，适合作为日常保健补充剂； 关节健康维护：针对久坐人群、运动爱好者，可开发关节养护保健品，预防和缓解关节炎症。 化妆品领域：
修复类护肤品：袖木醒二酚的创伤修复功效可延伸至护肤品领域，开发敏感肌修复精华、晒后修复产品，促进皮肤屏障修复； 抗衰护肤品：巴戟醌的抗氧化能力可清除皮肤自由基，延缓胶原流失，开发抗皱面霜、紧致精华等产品。
（三）技术迭代升级，提升产品核心竞争力
与传统天然提取方式相比，细胞悬浮系技术具有三大核心优势：
成分纯度更高：培养过程中无农药残留、重金属污染，次生代谢物纯度可达 90% 以上，远高于天然提取的 60%-70%； 生产周期更短：从愈伤组织诱导到细胞悬浮培养收获，全程仅需 40-50 d，而天然诺丽植株生长周期需 3-5 年，大幅缩短生产周期； 成本可控：规模化培养可实现原料成本降低 30%-40%，为产品定价提供更大空间，提升市场竞争力。
此外，研究建立的细胞悬浮系还可作为遗传转化的受体材料，后续通过真菌诱导子、寡糖类物质或重金属离子等诱导因子处理，可进一步提高次生代谢物产量 —— 已有研究证实，复合诱导子能使植物细胞合成的生物活性物质含量提升 2-3 倍，这将进一步放大诺丽的市场价值。
四、结语
西南林业大学团队开展的 “诺丽茎段愈伤组织诱导优化及细胞悬浮系的建立” 研究，不仅实现了技术突破，更解锁了诺丽这一珍稀植物的产业化潜力。通过建立稳定的细胞悬浮系，成功破解了天然资源稀缺的瓶颈，为袖木醒二酚、巴戟醌等珍贵次生代谢物的高效、可持续获取提供了核心技术支撑。这些成分在风湿治疗、创伤修复、肿瘤辅助调理等方面的显著功效，与现代健康消费需求高度契合，有望推动药品、保健品、化妆品等多领域产品创新。
未来，随着诱导因子优化、规模化培养技术的进一步升级，诺丽次生代谢物的产量将持续提升，成本进一步降低，相关产品将更广泛地走进大众生活。这项研究不仅为诺丽的产业化开发奠定了基础，也为其他珍稀药用植物的资源利用提供了可复制的技术范式，对推动天然药物产业的可持续发展具有重要意义。诺丽，这一源于热带的 “健康瑰宝”，正通过生物技术的赋能，从稀缺资源转变为普惠大众的健康产品，开启天然健康产业的新篇章。
参考文献
[1] 杨焱，杨朴丽，徐荣，等。不同诺丽种质外观性状与营养成分的分析及评价 [J]. 热带作物学报，2017, 38 (1): 53-58.
[2] 吴田，蓝增全。基于 ISSR 技术研究诺丽种质资源的亲缘关系 [J]. 热带亚热带植物学报，2014, 22 (6): 617-623.
[3] 张志强，李永成。海巴戟天愈伤组织诱导及细胞悬浮培养试验 [J]. 广东农业科学，2014, 41 (4): 108-112.
[4] 陈永勤，朱蔚华，吴蕴祺，等。几种真菌诱导子对云南红豆杉细胞产生紫杉醇的影响 [J]. 生物工程学报，1999, 15 (4): 522-524.
[5] 赵继鹏，杨淑慎。曼地亚红豆杉细胞悬浮培养体系的建立 [J]. 西北农林科技大学学报 (自然科学版), 2014, 42 (1): 189-195.
[6] 高媛，孙牧笛，徐全智，等。苦豆子愈伤组织诱导及细胞悬浮培养体系的建立 [J]. 江苏农业科学，2017, 45 (14): 27-31.
[7] 黄骐，何文锦，叶冰莹，等。诺丽 (Morinda citrifolia L.) 离体快速繁殖研究 [J]. 福建师范大学学报 (自然科学版), 2007, 23 (1): 87-90.
[8] 潘晓晴，吴田，蓝增全，等。诺丽茎段的离体再生 [J]. 东北林业大学学报，2014, 42 (8): 20-24.