植物组织培养(Plant? Tissue? Culture)是应用无菌培养的方法培养植物的一个离体部分,也即是一种将自然环境中分离出来的植物细胞或组织放入含有合成培养基的瓶中,在无菌条件下使之生长或发育的方法。这项工作自动控制50年代后期至今巳取得了很大的进展,如诱导培养胡萝卜的体细胞分化成完整植株,由曼陀罗的花药培养形成了单倍体的植株。
从而证明了植物每个体细胞都有形成整体植物的潜在能力,如植物细胞具有「全能性」,在离体培养的一定条件下能诱导其分化器官和再生成植株。70年代以后有关植物原生质体培养和体细胞杂交的研究得到了很诀发展,如烟草、曼陀罗、颠茄、胡萝卜、油菜等能从其原生质体经培养再生分化长成胚或完整的植物,利用原生质体融合已经能使烟草属和矮牵牛属的杂种细胞增殖分化成杂种植株。
因此,运用组织培养方法可以在比较简单易观察的条件下研究细胞、组织或器官的繁殖、生长和分化,以及各种外界因素对它们的影响,从而为解决农业生产和药物生产中的某些问题开辟了广阔的前景,目前已有若干重要成果应用于生产实践中,一为营养繁殖系的快速繁殖,如以甘蔗为例,原来每亩要用蔗种0.5~1吨,用组织培养快速繁殖的幼苗进行栽培可节省大量蔗种。又如贝母繁殖率非常低,而用组织培养分化出的三个月左右的鳞茎,其大小就相当于用种子繁殖二年生的鳞茎,另一为药物和生物制品的工业生产,药用植物的有效成分一般都从植物体提得,其产量和质量难免要受到植物的遗传性、生长条件、收获时间及贮藏和运输等因素所影响,如果能采用类似培养微生物产生抗菌素的方法生产有效成分,就可克服这些缺点,这对生长条件要求严格、生长缓慢、产量低、价值贵重的植物药更有意义。如近年来已大量培养人参组织,并提取有效成分,因此利用组织培养生产药用成分,探索天然药物生产工业化的途径是当前药物生产的一个新方向,随着大规模人工培养技术的成功,就有可能用组织培养法来代替全植物提取有效成分,这项工作将是未来研究植物药的中心课题之一。
一、培养基的组成和配制法
近年来用的化学合成培养基大致由6种成分组成:(1)糖类,2多种无机盐类,(3)微量元素,(4)氨基酸、酰胺、嘌呤:(5)维生素;3生长素。此外,有些培养基还可添加天然的汁液,如椰子汁、酵母提取液、水解酪蛋白、麦芽浸出液等,培养基中如加入0.5~1%的琼脂即为静止培养的固体培养基,否则为悬浮培养的液体培养基。不同植物材料常需要改变配方,如维持生长和诱导细胞分裂和分化的培养基配方就不同,因此配方的种类很多,目前以Ms? (Murashige? and? Skoog)培养基配方为最常用的一种基本培养基,它利于一般植物组织和细胞的快速生长。
总之,在进行组织培养研究时应根据研究目的和培养植物的种类来确定培养基的组成,除营养、诱导作用外还应当注意离子平衡和毒性问题,如水一般都采用重蒸馏水,无机盐类一般都需用化学纯的药品,? pH值可用1N? KoH(或NaOH)溶液和2N? HCI调整。有时可以用普通药品代替,但须注意这些药品不仅应有营养价值,还须无毒。如果在工业上使用大缸深层培养细胞或组织生产有效成分和生物制品、应用培养基的量将要以吨位计量时,则采用什么代用品较为经济实用更应慎重考虑。
二、培养条件
(一)温度: 对大多数植物组织20~28℃即可满足生长所需,其中26~27℃最适合。
(二)光: 组织培养通常在散射光线下进行。光的影响可导致不同的结果。有些植物组织在暗处生长较好,而另一些植物组织在光亮处生长较好,但由愈伤组织分化成器官时,则每日必须要有一定时间的光照才能形成芽和根。有些次生物质的形成,光是决定三因素。
(三)渗透压: 渗透压对植物组织的生长和分化很有关系。在培养基中添加食盐、蔗糖、甘露醇和乙二醇等物质可以调整渗透压。通常1~2个大气压可促进植物组织生长,2个大气压以上时,出现生长障碍,6个大气压时植物组织即无法生存。
(四)酸碱度: 一般植物组织生长的最适宜pH为5~6.5。在培养过程中pH可发生变化,加进磷酸氢盐或二氢盐,可起稳定作用。
(五)通气: 悬浮培养中细胞的旺盛生长必须有良好的通气条件。小量悬浮培养时巨常转动或振荡,可起通气和搅拌作用。大量培养中可采用专门的通气和搅拌装置。
三、材料和方法
从低等的藻类到苔藓、蕨类、种子植物等高等植物的各类、各部分都可采用作为组织培养的材料,一般裸子植物多采用幼苗、芽、韧皮部细胞,被子植物采用胚、胚乳、子叶、幼苗、茎尖、根、茎、叶、花药、花粉、子房和胚珠等各个部分。
由于植物在自然条件下,表面常被霉菌和细菌污染,故材料必须进行灭菌处理。一般用漂白粉溶液(1~10%)、次氯酸钠溶液(0.5~10%)、升汞溶液(0.01%)、乙醇(70%)或过氧化氢(3~10%)等处理后,再用无菌水反复冲洗至净,然后在无菌室内,将所取的组织迅速培养在固体培养基上。在适宜的条件下,受伤组织切口表面不久即能长出一种脱分化的组织堆块,称为愈伤组织(Callus),此种愈伤组织在适当的培养基上经一定时间即能诱导生长成整株植物,因此愈伤组织既可是某种植物代谢产物的来源,又是诱导成株的主要途径之一。
在适宜的培养条件下,还可使愈伤组织长期传代生存下去,这种培养称为继代培养。但在继代培养中,不少植物培养的组织或细胞随着再培养代数的增加,分化能力就逐渐降低甚至丧失,其原因可能是由于在培养过程中原有母体中存在的、与器官形成有关的特殊物质被逐渐消耗所致,因此可以用激素或改善营养条件使之恢复,也有认为是组织和细胞在长期培养中遗传往的改变,主要是染色体的变化,出现大量多倍性或非整倍性细胞,这种改变恢复的可能住较小。不同的培养基可以使愈伤组织具有不同的生长速度,结构也可松可紧,利用这些特性可使之分散成为单细胞或很小的细胞团。要形成单细胞培养宜在较高盐分、高生长素及高水解酪蛋白的培养基中进行,然后移入液体并经搅拌而分散成单细胞。也有用加入一些果胶酶的办法,但一般来说要得到纯一的单细胞是很少的。
在培养药用植物选材时,还应考虑到所需要的次生物质在植物体中的合成部位,如果选材和培养方法适当,可使原植物内所产主的代谢物通过细胞或组织培养发生生化转变而获得。
通过组织培养可获得有效成分,但实际上只有大量培养成功才有经济价值。因此在生产上常采用悬浮培养法来代替含有琼脂的固体培养基。愈伤组织悬浮培养的生长通常比静止培养快,这是由于悬浮培养时营养成分可较快地渗入细胞,抑制生长的代谢废物可较快地除去,同时供氧情况也较好,在进行这种培养时要注意通气与定期更新营养液,这是保证生长稳定,次生物质产量高的关键之一。
四、有效成分的形成
列举用组织培养方法合成的一些有效成分。
利用组织培养方法产生药用成分,已渐渐成为药物生产的新方向之一。六十年代以来,有些国家已经开展了薯蓣及其他有关科属植物的组织培养,研究薯蓣皂甙元的形成,探讨其生物合成机制;已知有7种薯蓣属植物经组织培养后,可获得薯蓣皂甙元或其它甾体化合物,其中三角叶薯蓣Dioscorea? deltoides? Wal1。经组织培养得到薯蓣皂甙元的含量为0.3~2.5%,此外尚有鱼籐酮、甘草甜素,菸碱等,例如从烟草根尖细胞悬浮培养可产生2.9%(干重)菸碱。
在通常应用的基本培养基中适当添加生长激素、维生素或其他化学药品有时能使代谢物增加,如白花曼陀罗组织培养时,在培养基中加进0.1%酪氨酸可使阿托品的产量增加7倍多,芸香组织培养时在培养基中添加4一羟基-2奎林酚,可促进白藓碱的合成和积累,在这两例中的添加物被认为是生物合成的前体。又如培养三分三愈伤组织时,在生长后期供给1my/1激动素,可使东莨菪碱的含量达到0.495%,比原植物中的含量提高很多。
除了培养基的组成外,环境因素也影响次生物质的产生。例如石芹的组织培养在黑暗中虽也增殖,但不形成黄酮类,而当暴露于光线中时,就能测出芹菜甙。组织培养应用在药学方面的工作虽然历史不长,但发展很迅速,它具有如下一些优点:
1.利用组织培养代替原植物的栽培以获得所需的有效成分,达到产量高,成本低的目的,还可节约土地。
2.除了应用于产生次生物质外,还可应用于生物转化。例如烟草组织培养中蒂巴因去甲基后可能生成吗啡。
3.从组织培养的定性分析中发现新化合物。例如在芸香组织培养中,合成和积累了芸香素(Rutacultin),它是一个至今尚未能从原植物或其他植物的夫喃香豆精中检测到的化合物。因而,组织培养将是获得新的生物活性化合物的一个来源。
4.一般情况下,组织培养是异养的,但也有自养的细胞系株,它们具有光合作用的能力而不依赖外界的糖类供应。这种特性将使细胞培养技术优越于全植物,并更为经济。
目前中国有关单位已成功地将麦角菌、灵芝、猴头菇等真菌进行工业化生产,高等植物组织培养在工业化中的应用也正在研究。
总之,植物组织培养这一新技术在中草药方面应用的前途是无限广阔的,它不仅有利于探讨和阐明药用植物生理、遗传和成分生物合成等一系列理论问题,而且一旦工业化生产问题得到解决,将可以为防病治病做出很大的贡献。
「酵素」顾名思义,指的就是经过发酵的营养素。借着发酵的方法将蔬菜水果等天然有机农产品,先行让其完成消化步骤,这样食用进入肠胃之食物不必再消化,可以直接被身体吸收,如此除了可以减少体内原有酵素的消耗外,更可以减轻身体各器官的负担。 醋是酵素的一种 桑椹酵素的酿制法 桑椹果经酿造成酵素后,其丰富的褪黑激素能淡化或去除皮肤上的斑点,其红色素更是比中药何首乌略胜一筹,让白头发变黑。因属性温和,婴儿或身罹重疾者皆可食用,不过为求谨慎,此二者宜避免食用经醋浸泡过的酵素。 将成熟的桑椹果,最好先浸泡在纯水内,以臭氧机气泡石处理一小时,经滴沥干然后投入米酒内过酒(无臭氧机设备者,清洗后直接投入米酒,投入醋亦可,但醋的效果次佳),此动作旨在将容易含水的桑椹果内部残水稀释,避免因含过多水份致遭失败。 干净的容器如陶瓮、玻璃瓮等准备妥当。以一斤桑椹果八两(二比一)二级砂糖之比例,逐层均匀洒在瓮内的桑椹果上,如果有蜂蜜(最好是龙眼蜜)、花粉、蜂王乳、酌量加入更佳,装满后封口。置于阴凉通风处,避免在它的旁边吵架或生气,最好常播放道歌来取娱活菌群。约莫三个月后可达到充份发酵,完成发酵的糖此时变成寡糖(即单糖),糖尿病患可以食用,不论是喝汁液(可依所好以未经煮沸的净水稀释)或直接嚼食发酵过的果肉,不但味道甜美,内中所含的营养足以让糖尿病患者整天精神奕奕。此酵素对于消水利尿非常有效。明心佛堂有位坤道林姓前贤,原来患有严重全身水肿,经食用自制的桑椹酵素三个月后,恢复了健康的身体。以上述比例酿制的桑椹酵素过程不致于酒化,但是如果糖的数量比率太低,则有变成桑椹酒之虞,如此;其功能就有待重新评估了。不喜欢甜度太高又怕酿制过程酒化的人,可以依个人喜好酌量加入清醋,这可抑制酒菌的滋长,不过我们也可以在浸泡醋时提高甜度。 有关于醋的浸泡,其功用我们将于下期月刊再行介绍。我们希望藉此能提供大众更多有酵素食的方法,俾能协助大众吃出健康的素食与方法。「酵素」具有很强的解毒功能,除了能够排除宿便以外,兼具分解积存在血液里的毒素之大用。后学有一次在采撷土生番石榴时,惨遭一群黑蚊子叮攻,事后双腿肿块累累奇痒无比,因怕用手抓痒会留下疮疤,一时无计可施。忽然想起「酵素」或许可以派上用场,于是将柠檬醋和桑椹酵素加以调和约半纸杯,原汁服下不过五分钟,马上不再生痒了,经过泡热水后竟然连累累肿块也不见了,这是验证之一。 为何要借重醋酿造酵素? 古云:「富人服药,穷人喝醋」,醋是万病之药,特别是对于胃液稀少及消化不良的穷人,便宜的食醋自是最好的药物了,我们从食醋散发出的气味觉得会呛鼻,那呛鼻的气体正是来自氨基酸的氨气。食醋的酸度约为四点五,属弱酸偏强。而胃液的酸度约为二点五,属于强酸。人在吃进食物三十分钟左右开始分泌胃酸进入胃囊。很多有益或有害人体的活菌受到胃酸包围,会被胃的强酸杀死。只有少数的酵素活菌在胃液里呈假死状态,等进入小肠弱碱的环境里才悠然醒来,这些以菠萝、香蕉、柠檬内的酵素适应力最强。如果将水果浸泡在醋酸里发酵,让醋酸杆菌去锤炼其它菌种一段时日,可防止懒菌的产生,将来喝进胃里就能大大提高存活率,酵素活菌只有在进入小肠甚至进入大肠,才能把它的功能发挥得淋漓尽致。用醋浸泡水果酿造酵素,除前面所言可以抑制果酸酒化,更重要的是能够防止其它有害菌的侵袭,确保酿造酵素的成功。醋做为清除宿便的能力甚强,除臭的功力更是顶刮刮,想见识它除臭的功夫,可以在恶臭不堪的化粪池内倒入足量的食醋,不消多久便教臭味净尽。因此长期受到胃腔宿便引起的口臭所苦的人,就让醋浸的酵素来为您舒困吧! 佐餐酵素--红龙醋 早期人们将醋运用在佐餐的沾料,以资为去腥膻味兼消毒化气,惟单一米醋的色泽与气味无法普遍让人接受,为了使大家喜欢用醋做为沾料,一些高级餐厅推出红龙醋上菜桌颇受欢迎,多沾食红龙醋可以开胃。对于因参入味精与油炸的菜肴,大快朵颐之后常常会教人口干舌燥,但是多吃红龙醋就能解其毒而不会上火了。 做法:火龙果分为两种,一为白肉的白龙果,一为红肉称为红龙果。取红龙果剥去外皮,将果肉切成两半或更细分,投入瓮内约六分满,然后倒入米醋直到七、八分满,将瓮口封闭,三个月后果汁会释出溶入米醋内,发酵过的果肉会悬浮在汤汁上方。米醋成为教人看了食指大动的艳红汤,倒出所须数量放在玻璃碗内端上餐桌,这是一道人见人爱,而且是色香味俱佳的沾料。各种水果醋的制法 各种水果醋的做法与桑椹酵素的做法完全一样,只不过在酿制过程多了加入食醋而已。因为多加入食醋使得口感变酸,所以糖的使用量必须随着增加,至于加入的数量多寡可因个人嗜甜习性不同而有加减,一般是视食醋加入的数量而定,以溶解后不超逾饱和度为宜,如果超过饱和点就会发生未溶解的糖,虽加以搅拌,仍呈有沉淀现象。假使加入的甜度不足,则会因太酸而影响饮用的食欲,另外成品加入水稀释后甜度与酸度都会变淡,注重口味的人宜斟酌自己的需求。酿得的酵素不论曾加入食醋与否,一但加水稀释过,就必须冰藏于低温下,否则很容易变质。 有些水果须要加醋才不会酒化,有些水果只要糖量够即使不加醋也不会变酒化,例如:红龙果、木瓜、桑椹、草莓、柑桔、柠檬......等等。如果没有把握的话,可以在发酵的一个月内,偶而打开酿罐口闻闻看,如果仅是轻微酒气则无妨,若是酒气重了,这时再加入食醋也不为迟,加入量视酒气味轻重而定,以足够平衡抑制为原则。不加食醋浸泡的酵素,适合肠胃溃疡的人或体质虚弱的人饮用。 那些水果可制造酵素? 所有未经煮熟的水果都可以制作酵素,一切的酵素也都以糖为营养基,让活菌在糖的培育下繁殖滋生,产生生物化学的作用,得到人体所需的营养素,是我们的目的。故取材时最好是多元化,水果的味道以浓厚为佳,例如;番石榴以土种土生的气味较诸改良过的品种为优。龙眼、荔枝、菠萝、香蕉、苹果、酸梅、李子、葡萄、香瓜、番瓜、蕃茄、地瓜、红萝卜、牛蒡......等等都是非常好的原料。以上这些果菜可以合在一齐酿制,也可以分别酿制。不过为了方便管理最好还是分开酿制,等酿成了,再将各种果液依所好调理成色、香、味俱佳的综合酵素。综合酵素的好处是避免活菌中因缺乏竞争,而产生懒菌,竞争激烈下的酵母菌活力大于缺少竞争的懒菌,自然喝进肚子里以后的效果会有不同能量,不过,经综合过的汁液变化很多,最好置于低温中,这个要点是必须加以注意的。 有些水果加入食醋浸泡,经过一段时间以后会产生一层网膜,如菠萝醋、荔枝醋等,这是正常现象,不要误以为是制作失败了。 配料的处置 发酵的过程如果添加一些配料,除了可以迎合自己的口味,还可以增加营养价值。例如牛蒡醋的发酵,大约牛蒡八斤、糖六斤、醋七千cc,这时加入红枣半斤、枸杞四两、蜂蜜三斤、麦芽糖一斤,则其风味、营养能量必然与不加入配料迥异,另外蜂胶、花粉、蜂王乳等等,虽然价格昂贵,但能添加一点点总比看病吃药来得省钱。但是有一点要提醒大家,所有添加物皆不宜以化学香料为之,并且要以有机材料为优,像红枣,在市场上就有抽精过的产品混珠,这种糟粕非但没有营养,甚至于会因为它的加入而让整瓮酵素失败。 果肉的大用 制作方法是:将发酵过的水果肉以自己喜欢的口味,混合多种原料,如红龙果,木瓜、葡萄、桑椹、草莓等浆果类,加入梅子、杨桃、柠檬、柑桔、牛蒡、红萝卜,荔枝、龙眼等,几凡发酵过的水果都可综合加入。请先均匀一下,然后放入打果汁用的料理机,添加适量酵素原汁或RO水(以易于翻转搅碎为原则),由低速而高速直到成为膏糊状为止,这时可尝看看滋味如何,太酸的话可酌量加入蜂蜜调和。总之,一切以自己喜好为宜。这样很快的一道令人望之食指大动,闻之垂涎三尺的综合酵素果酱就大功告成了!将酵素果酱分置容器内,放在冷冻室里,时间再久也会松软如故,是一道色香味具佳上等的冰淇淋,也是盛暑期间补充体力兼消暑的良方。加水搅拌的酵素果酱经冷冻后,一定要放入低温或冷冻室内,它的成品吃起来沙沙的较像冰淇淋。加入蜂蜜的酵素果酱,糖尿病友想吃的话,须置于常温里若干时日,让蜂蜜发酵分解成寡糖才好,放置常温的酵素果酱,因处于继续发酵状态,所以不可装得太满,否则会因此溢出容器外,甚至产生容器的破裂。 用此方法制作酵素果酱,如遇有坚硬的果核,像梅子核、李子核等,因果核有丰富的矿物质,可将之磨粉碎后一并制造,倘设备不足,只好剥取果肉而弃之矣! 果肉除了可做成果酱,也可以经由急速冷冻技术干涸化,再研成粉末状,更可进一步制成胶囊,这样有方便储存与携带的好处,只是它的设备昂贵无法普及,业者通常是委托制药厂或食品加工厂代工。就自家食用而言,制成酵素果酱最为易行,在早点时涂于土司面包上,或伴饭亦可,让我们的早餐充满有机营养。