近年来，随着航天事业的飞速发展，空间环境对植物生长发育的影响备受关注^{[1, 2]}，利用空间环境或地面模拟空间环境开展植物诱变育种和品种改良也成为植物育种的新方向^{[3, 4]}。微重力和高辐射是空间环境的两个重要特点^{[5, 6]}。许多研究表明，微重力和高紫外辐射会影响植物次生物质代谢，如空间生长的人参、甜菊细胞中糖苷含量都增加了^[7]，经回转器水平回转处理的人参细胞人参皂苷含量提高10%左右^[8]，而增强紫外线辐射能诱导叶片酚类和类黄酮等次生代谢物的产生和积累^{[9, 10]}，大麻中四氢大麻醇的增加和紫外线剂量呈线性关系^[11]等。可见，开展空间环境对植物特别是药用植物次生代谢产物积累的影响研究，不仅在植物生理学领域具有十分重要的理论意义，应用于农业生产实践和生物技术领域还具有一定的经济意义。

朱砂根Ardisia crenata Sims.，又名富贵籽、黄金万两等，属紫金牛科紫金牛属常绿小灌木，是福建地区的道地药材，在龙岩一带广泛种植，因其富含岩白菜素而具有止咳平喘、抗炎抑菌、抗生育、抗病毒、抗肿瘤和驱虫、杀虫等作用。2004年以来，笔者通过反复试验，已建立了朱砂根愈伤组织的高效生长体系，繁殖系数每30 d 15倍以上，为利用朱砂根愈伤组织生产岩白菜素产业化应用奠定基础。然而，愈伤组织中岩白菜素含量低^{[12, 13]}的瓶颈一直制约着朱砂根愈伤组织的产业化利用。因此，如果促进愈伤组织的岩白菜素合成，提高愈伤组织的岩白菜素含量，那么利用细胞工程培养朱砂根愈伤组织，工厂化生产岩白菜素将指日可待。鉴于此，本研究利用模拟微重力和高照度紫外辐射培养朱砂根愈伤组织，研究模拟空间环境对愈伤组织岩白菜素合成的影响，了解这些模拟空间环境对朱砂根愈伤组织岩白菜素合成的影响效果，期望能够从这些环境因素中获得有利于岩白菜素合成的刺激剂，扩展岩白菜素的理论研究，为实现岩白菜素细胞培养工厂化生产提供参考。

以朱砂根无菌幼苗的胚根诱导的白色冰砂状愈伤组织^[14]。

无菌条件下，在自行研制的回转装置^[15]中以转速2 r·min^-1(按Silver理论，水平回转在角速度0.209弧度·s^-1，即相当于转速2 r·min^-1的条件下，作用于植物的总重力为零^{[8, 16]})进行旋转培养，以此模拟微重力环境或效应。由于刚接种的愈伤组织与培养基接触不紧，因此旋转培养是待接种后2 d进行。每3 d取1次样，按不同旋转半径(3.75 cm和8.75 cm)分别取样，每个处理每次取3个重复，称重，放入60℃温箱中烘至恒重，待测。

UVA(320~400 nm)和UVB(280~320 nm)会影响植物次生物质的合成^{[9, 10, 11, 17]}，故试验选用2个波长(308、340 nm)紫外灯管进行紫外辐射，辐射照度在1 000 μW·cm^-2 左右，每天辐射2 h。每3 d取1次样，每个处理每次取3个重复，称重，放入80℃温箱中烘至恒重，待测。

所有培养均使用MS+0.5 mg·L^-12,4-D+0.01 mg·L^-1 KT +4%蔗糖+6%椰汁培养基，(25±2)℃，遮自然光培养，并同时取正常暗培养的愈伤组织为对照。

取样品置于60℃恒温箱中干燥至恒重，用研钵研成粉末，准确称取0.2 g样品，置具塞锥形瓶中，准确加入甲醇20 mL，称定重量，超声处理40 min，冷却，再称定重量，用甲醇补足减失的重量，摇匀，经0.45 μm微孔滤膜过滤，取续滤液备用，即得。

用HPLC法测定岩白菜素含量。测定条件：Agilent 1200高效液相色谱仪(包括G1311A四元泵，G1329A自动进样器，G1316A柱温箱，G1315D二极管阵列检测器，Agilent Chemstation 化学工作站)；MS105DU十万分之一电子天平(梅特勒-托利多公司)；AR2130千分之一电子天平(奥豪斯仪器有限公司制造)；KQ-500DE型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；Millipore超纯水机(法国Millipore公司)；Polysil C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)，流动相：甲醇∶水(25∶75)；检测波长：275 nm；柱温：30℃；进样量：20 μL。标准液浓度2.78 μg·mL^-1(标准品购自中国食品药品检定研究院，批号111532-201203)。

所得数据利用EXCEL、SPSS13.0进行统计和灰色关联分析。

从图 1可以看出，愈伤组织经过30 d的旋转培养，虽然培养过程中生长量有些波动，但总的趋势是增加的，增加的量比正常培养低。其中旋转半径大的处理，愈伤组织生长波动大，总的生长量也大于旋转半径小的处理。

图 1 不同旋转半径下朱砂根愈伤组织生长量变化 Fig. 1 Growth of A. crenata Sims. calli on clinostat of varied rotational radii

试验结果(图 2)表明：经旋转处理的朱砂根愈伤组织岩白菜素含量明显高于对照；岩白菜素含量在旋转培养23 d时达到含量最高值，比正常培养的峰值提早4 d，且是对照培养的1.85倍；旋转半径小的培养材料岩白菜素含量略高于旋转半径大的。同生长量变化一样，旋转半径大的处理，愈伤组织岩白菜素的含量波动较旋转半径小的处理大，但培养过程中波动的趋势正好与生长量的波动趋势相反。

图 2 不同旋转半径下朱砂根愈伤组织岩白菜素含量变化 Fig. 2 Bergenin content in calli grown on clinostat of varied rotational radii

紫外线每天辐射2 h，愈伤组织培养前期，生长量较对照高，后期不如对照。就2种波长紫外线而言，UV340辐射下的愈伤组织生长量比UV308的大(图 3)。

图 3 不同波长紫外辐射下朱砂根愈伤组织生长量变化 Fig. 3 Growth of A. crenata calli under UV of varied wavelengths

试验结果(图 4)表明： UV308在愈伤组织培养前期有起到促进朱砂根愈伤组织岩白菜素合成的效果；就2种波长紫外线而言，UV340辐射下的愈伤组织岩白菜素含量与生长量的变化趋势正好相反，UV308短期(10 d内)辐射后的愈伤组织岩白菜素含量比UV340的高。

图 4 不同波长紫外辐射下朱砂根愈伤组织岩白菜素含量变化 Fig. 4 Bergenin content in calli grown under UV of varied wavelengths

因此，可以考虑利用308 nm紫外线在愈伤组织培养前期进行短期辐射。

从表 1可以看出，旋转半径为3.75 cm的旋转处理和UV340辐射处理对朱砂根愈伤组织岩白菜素的合成都有显著影响，但二者影响效果不同，前者有促进作用，后者是抑制作用。但同时，旋转半径为3.75 cm的旋转处理和UV308辐射处理对朱砂根愈伤组织的生长都起到了显著抑制的效果。因此，对于岩白菜素的总产量而言，旋转半径3.75 cm和UV308的处理没有显著差异性，UV340反而起到了显著降低的作用。

表 1(Tab.1)

表 1 各处理岩白菜素含量、生长量、产量的差异显著性分析 Tab.1 Statistical analysis on content,production and yield of bergenin under treatments 注：*表示同行数值间差异显著(P<0.05)。 处理 CK X3.75 X8.75 UV308 UV340 愈伤组织生长量 /g 2.1771±0.4616 1.8367±0.3533* 2.0774±0.4102 1.8300±0.1866 2.0480±0.2321 岩白菜素含量/ (mg·g-1) 0.0960±0.0008 0.1240±0.0021* 0.1170±0.0025 0.0842±0.0006 0.0748±0.0003* 岩白菜产量/mg 0.0201±0.0000 0.0250±0.0002 0.0261±0.0002 0.0148±0.0000 0.0140±0.0000*

表 1 各处理岩白菜素含量、生长量、产量的差异显著性分析 Tab.1 Statistical analysis on content,production and yield of bergenin under treatments

通过均值化对原始数据进行无量纲化处理，计算得到各因素与岩白菜素的关联系数平均值。结果(表 2)表明，愈伤组织的生长量与岩白菜素含量的关联性最大。

表 2(Tab.2)

表 2 生长量、生长天数、处理与岩白菜素含量的灰色关联系数 Tab.2 Grey correlation coefficients on production,culture time,treatment and content of bergenin 因素 处理 培养时间 愈伤组织生长量 关联系数 0.5657 0.6520 0.7021

表 2 生长量、生长天数、处理与岩白菜素含量的灰色关联系数 Tab.2 Grey correlation coefficients on production,culture time,treatment and content of bergenin

供试的2种模拟空间环境都不利于朱砂根愈伤组织的生长，这与许多植物的表现相似，比如，小汤姆番茄经回转后果实产量、叶面积、叶干重、果干重、茎根比、胡萝卜素、叶绿素a和b以及品质参数等指标都降低^[18]，微重力条件下拟南芥细胞生长受抑制^[19]，这可能是因为模拟微重力对植物的正常生长起到了一定的胁迫作用。

模拟微重力虽然不利于朱砂根愈伤组织生长，但却显著提高了愈伤组织的岩白菜素含量。在植物细胞培养目标产物的时候，细胞生长量和目标产物的产量之间普遍存在着此消彼长的矛盾，朱砂根愈伤组织培养也是如此。这可能是由于细胞的生长机制与目标产物的合成机制不同，2种途径在一定阶段互相抑制。例如，氨态氮有利于岩白菜素积累，却不利于细胞的生长^[20]。

植物细胞次生代谢物的生产和细胞生长之间存在偶联型、半偶联型和非偶联型3种关系^{[21, 22]}。何雪娇^[13]、张美萍^[23]等研究结果认为细胞生长同岩白菜素的合成呈一定相关性，朱砂根细胞中岩白菜素的合成与细胞生长量积累趋势相同，呈偶联型。本研究的结果也认为朱砂根愈伤组织岩白菜素的含量与其生长量关联性最大。

总之，本试验考察了2种模拟空间环境(模拟微重力和高紫外辐射)对朱砂根愈伤组织生长和岩白菜素合成的影响，认为2种模拟空间环境在一定条件下都能不同程度地促进了朱砂根愈伤组织岩白菜素的合成，但同时又都影响了朱砂根愈伤组织的生长，最终对愈伤组织岩白菜素的产量影响不显著。实际生产时，可考虑二步法培养，即培养前期采用模拟微重力(培养23 d)或高紫外辐射培养(UV308培养5 d)以获得高岩白菜素含量，后期通过恢复正常培养提高愈伤组织生长量。