Virkningerne af methyljasmonat og salicylsyre på væksten af callusvæv og saponindannelse i Panax quinquefolius L. er en flerårig urteagtig plante i familien Araliaceae. Dens vigtigste aktive ingredienser er ginsenosider og saponinforbindelser, og den er en af de mest anvendte kinesiske urter i verden. Ifølge moderne forskning har den en betydelig effekt på sænkning af blodlipider, forbedring af myokardieiskæmi og forebyggelse af kræft og har ekstremt høj medicinsk og kommerciel værdi. På nuværende tidspunkt har Kinas amerikanske ginseng længe været afhængig af import og står over for knaphed på vilde ressourcer, høje produktionsomkostninger og lange vækstcyklusser. Især er indholdet af sjældne saponiner i amerikansk ginseng ekstremt lavt, hvilket gør det vanskeligt at opfylde kliniske anvendelsesbehov. Ved at bruge cellekulturteknologi til medicinske planter, uden at være begrænset af tid, region og materialets vækstperiode, kan der opnås en stor mængde amerikansk ginseng-biomasse og sekundære målmetabolitter i løbet af relativt kort tid. Det er værd at bemærke, at det etablerede amerikanske ginseng callus-kultursystem stadig har problemet med lav ginsenosidproduktion, hvilket påvirker den hurtige udvikling af den amerikanske ginseng-industri.

Med den fortsatte udvikling og udbredte anvendelse af inducere er det blevet et varmt emne at bruge inducere som et specifikt signal til at inducere udtrykket af målgener i celler og derved regulere syntesen af sekundære metabolitter i planteceller. Derfor er undersøgelsen af brugen af inducere til at fremme ophobningen af sekundære metabolitter i plantevævskulturer blevet særlig vigtig. Methyljasmonat (MeJA) og salicylsyre (SA) er almindeligt anvendte inducere, der fremmer syntesen af forskellige metabolitter. De er med succes blevet anvendt til induktion af sekundære metabolitter i forskellige lægeplanter som Tripterygium wilfordii, saflor, Scutellaria baicalensis og Salvia miltiorrhiza. I øjeblikket er der kun få rapporter om brug af MeJA og SA til at øge saponinindholdet i callusvæv fra amerikansk ginseng. Derfor brugte dette eksperiment amerikansk ginseng callusvæv som materiale til at undersøge virkningerne af MeJA- og SA-behandling på vækst, relateret enzymaktivitet og indholdet af den vigtigste kemiske komponent ginsenosid i amerikansk ginseng callusvæv, hvilket giver et teoretisk grundlag for dyrkning af amerikansk ginseng callusvæv og produktion af sekundære metabolitter.

 

Selv om inducere kan fremme den målrettede udskillelse af visse sekundære produkter fra planteceller for at opfylde den medicinske værdi, som mennesker kræver, kan de genererede sekundære produkter også forårsage skade på væksten og udviklingen af selve plantecellerne og reducere den samlede biomasse af planteceller. Mao et al. udførte ortogonale eksperimenter ved hjælp af induktorer i forskellige koncentrationer og fandt, at forskellige koncentrationer af MeJA og gærekstrakt har forskellige fysiologiske virkninger på væksten af cinnober callusvæv; Derudover brugte Miao et al. brugte HPLC til at bestemme indholdet af kumarin i forsøget, og resultaterne viste, at SA og MeJA havde en vis fremmende effekt på væksten af callusvæv og kumarin i Panax ginseng; Wang et al. påpegede i deres forsøg, at MeJA i koncentrationer på 50-100 μ mol/L fremmer ophobningen af flavonoider i Ginkgo biloba-suspensionsceller, mens koncentrationer på 150-200 μ mol/L hæmmer deres syntese. De MeJA- og SA-induktorer, der blev brugt i dette forsøg, havde begge en indvirkning på biomassen af callusvæv fra amerikansk ginseng og hæmmede dens vækst. Det kan skyldes, at høje koncentrationer af inducere kan udløse forskellige stressreaktioner i planter og få cellemembransystemet til at udvide sig, trække sig sammen eller gå i stykker, hvilket forstyrrer cellernes normale struktur og hæmmer væksten af plantevæv.

Når planteceller, der dyrkes under normale forhold, stimuleres af eksogene inducere, vil niveauerne af reaktive iltarter inde i cellerne vise varierende grader af ubalance. Planteceller aktiverer deres eget antioxidante enzymsystem, der udnytter den koordinerede koordinering af enzymer som SOD, CAT og POD til at eliminere overskydende frie radikaler i kroppen og derved beskytte planten mod skader i ugunstige miljøer. MDA, som er et produkt af peroxidation af cellemembranlipider, kan indirekte afspejle graden af skade på plantens cellemembransystem og plantens stressresistens. Li et al. fandt, at SA og MeJA har en fremmende effekt på aktiviteterne i SOD, POD, CAT, MDA-indholdet og ophobningen af syringol III og 3,6'-sinapyrylsucrose. Taimoor et al. fandt, at aktiviteterne af POD og SOD i boghvede-callusvæv viste en tendens til først at stige og derefter falde med forlængelsen af SA-behandlingstiden, med den højeste aktivitet i uge 7. Marziyeh et al. fandt, at 4%- og 6%-koncentrationer af polyethylenglycol øgede MDA-indholdet i callusvævet fra Taxus chinensis betydeligt, men 1%-, 2%-, 3%- og 5%-koncentrationer af polyethylenglycol havde ingen effekt på MDA-indholdet. I denne undersøgelse blev det konstateret, at begge typer inducere kan aktivere aktiviteterne af antioxidantenzymerne SOD, CAT, POD og MDA-indholdet i callusvævet fra amerikansk ginseng ved passende koncentrationer. Uden for koncentrationsområdet var de relaterede enzymaktiviteter lavere end i kontrolgruppen. Det kan skyldes, at inducere har en vis grænse for antioxidantenzymernes aktivitet. Hvis grænsen overskrides, vil enzymaktiviteten blive kraftigt reduceret, hvilket resulterer i en stor ophobning af reaktive iltarter i cellerne, som vil skade plantecellernes normale vækst.

Talrige undersøgelser har vist, at forskellige inducere og koncentrationer har betydelige forskelle i deres virkning på det samme plantemateriale. For eksempel kan tilsætning af natriumacetat, SA og Cu2+ effektivt øge udbyttet af utilsigtede rødder af Bupleurum chinense og indholdet af saikosaponin i varierende grad; lave koncentrationer af sjældne jordarter Ce3+ kan øge produktionen af flavonoider i Ginkgo biloba-suspensionsceller, men høje doser af Ce3+ kan føre til celledød. Den optimale koncentration af sekundære metabolitter induceret af inducere varierer inden for den samme plante. Qi et al. fandt ud af, at de optimale koncentrationer af MeJA, SA og gærekstrakt, der blev tilsat den hårede rodkultur af Gynostemma pentaphyllum, øgede væksten og det samlede saponinindhold i de hårede rødder i varierende grad. I dette forsøg blev det konstateret, at begge typer inducere kan fremme ophobningen af ginsenosider i callusvævet fra amerikansk ginseng betydeligt. De optimale koncentrationer af MeJA og SA inducerede ginsenosider var henholdsvis 100 og 200 μ mol/L, hvilket var 4,23 og 2,49 gange højere end kontrolgruppen. Desuden viste det sig, at forskellige inducere og koncentrationer påvirker syntesen af monomere saponiner i amerikansk ginseng-callusvæv med betydelige variationer i virkningerne på de monomere saponiner Rg1, Re, Rb1, Rd, Rc og Rb2. Ud fra dette kan det konkluderes, at induktionseffekten i callusvæv af amerikansk ginseng er MeJA>SA. I vævskulturen af amerikansk ginseng kan gærekstrakt, SA, sølvnitrat, calciumklorid, MeJA og svampeinducer alle øge indholdet af ginsenosider, hvilket er i overensstemmelse med vores resultater. Dette resultat kan skyldes en kombination af flere faktorer, som kan være relateret til typer og mængder af receptorer for forskellige inducere. Selv om lave koncentrationer af inducere forårsager mindre skade på cellerne, kan de kun delvist inducere planteceller, hvilket resulterer i lavere niveauer af sekundære metabolitter; Det kan også være relateret til de forskellige niveauer af endogene cytokininer i callus af amerikansk ginseng, hvilket resulterer i flere syntetiske veje og reaktionstrin involveret i sekundære metabolitter i planten, og forskellige inducere, der deltager i forskellige syntetiske veje. Derfor er det særligt vigtigt at vælge passende inducere og den optimale koncentration for at fremme væksten af amerikansk ginseng-callus og ophobningen af ginsenosider.

Sekundære metabolitter er resultatet af planternes tilpasning til det økologiske miljø i løbet af den langsigtede evolution og har stor betydning for planternes livsaktiviteter. De er også en vigtig kilde til mange forbindelser som f.eks. lægemidler, farvestoffer og duftstoffer. Inducere er et af de mest effektive og udbredte bioteknologiske værktøjer i plantevævskulturer til at inducere nye sekundære metabolitter eller øge biosyntesen og ophobningen af sekundære metabolitter. Dette forsøg undersøgte effekten af MeJA- og SA-induktorer på vækst, enzymaktivitet og ginsenosidindhold i callusvæv fra amerikansk ginseng. Resultaterne viste, at tilsætning af passende koncentrationer af MeJA og SA til amerikansk ginseng-callusvæv kunne aktivere enzymaktiviteten betydeligt og øge indholdet af ginsenosidforbindelser. Selvom MeJA hæmmede væksten, nåede det samlede saponinindhold og udbytte i callusvæv deres maksimale værdier ved en MeJA-koncentration på 100 μmol/L. Indholdet af ginsenosider Rg1, Re, Rb1 og Rc var det højeste, hvilket indikerer, at MeJA havde den bedste effekt på at inducere totale ginsenosider. Denne artikel giver et grundlag for at bruge inducere til at fremme syntesen af aktive ingredienser i amerikansk ginseng. Men den mekanisme, hvormed inducere regulerer ophobningen af ginsenosider i amerikansk ginseng-callus, og hvordan man mere effektivt kan udnytte inducere synergistisk til at forbedre kvaliteten af amerikansk ginseng-callus, er spørgsmål, der skal behandles i efterfølgende eksperimenter.