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在植物资源保护及化妆品、制药行业需求下，研究人员开展杂交杨（Populus tremula × Populus alba）发根培养优化研究。发现 LED 光和优化培养基可促发根生长、产花青素并增抗氧化活性，还证明临时浸没生物反应器培养可行性，为相关产业提供新途径。
植物是生物活性化合物的天然宝库，其产生的特殊代谢物在环境中发挥着保护或相互作用的重要角色，这些活性分子还能应用于食品、化妆品和制药等领域。以往，人们多从草本植物和树木的地上部分提取这些代谢物，但这种方式存在诸多弊端。例如，对于一些生长缓慢的草本物种或濒危物种而言，采集其地上部分会对植物造成毁灭性打击，像鬼臼（Podophyllum hexandrum），因其富含抗癌药物前体鬼臼毒素而被过度采集，生存面临威胁。而且，从自然环境中采集植物资源受环境因素影响大，在全球气候变化的背景下，干旱等非生物胁迫增多，植物生长受限，可采集的资源量减少。此外，植物根系同样富含特殊代谢物，但从自然环境中获取根系不仅产量低、生长周期长，还会破坏整个植株。
为了解决这些问题，法国奥尔良大学（Université d’Orléans）的研究人员开展了一项针对杂交杨（Populus tremula × Populus alba）发根培养的研究，旨在优化其生长参数，提高抗氧化特殊代谢产物的产量。该研究成果发表在《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。在植物材料培养方面，选用杂交杨发根系 HP15 - 3，通过定期在特定培养基上继代培养维持其生长。为研究不同因素对发根的影响，设置了不同的实验条件，如改变培养基成分、蔗糖浓度，以及设置光照和黑暗条件等。利用荧光素二乙酸酯（FDA）探针评估根的活力，并通过显微镜观察根的形态。在代谢产物分析上，采用高效液相色谱（HPLC）和超高效液相色谱 - 高分辨质谱（UHPLC - HRMS）等技术，对发根提取物中的化合物进行分离、鉴定和定量分析，同时运用福林酚（Folin - Ciocalteu）法测定总酚含量（TPC），通过 FRAP 和 DPPH 抗氧化活性测定法评估提取物的抗氧化能力。
在研究结果部分，首先是培养基成分的影响。研究发现，以木本植物培养基（WPM）为矿物基础培养的发根，生长指数比以 Murashige 和 Skoog（MS）培养基培养的高出 2.1 倍，尽管其总酚含量和抗氧化活性略有下降，但综合考虑仍选择 WPM 用于后续实验。在蔗糖浓度的探究中，30 g?L-1的蔗糖浓度使发根生长指数最高，且对总酚含量和抗氧化活性无负面影响。光照条件对发根生长和代谢产物生产也有显著影响，在 LED 光下培养的发根生长指数比黑暗条件下高 2.45 倍，且颜色呈粉红色，这是因为光照促进了花青素的合成，同时总酚含量和抗氧化活性也显著提高。此外，研究还表明在临时浸没生物反应器（RITA?）中培养杂交杨发根是可行的，不同浸没频率对发根生长、总酚含量和抗氧化活性影响不显著。通过 UHPLC - HRMS 分析，研究人员鉴定并定量了多种特殊代谢物，如酚苷（tremulacin 和 nigracin）、黄酮类化合物（cyanidin 和 cyanidin - 3 - glucoside）等，且发现这些化合物在不同培养条件下的浓度有所差异。
在结论和讨论部分，该研究成功优化了杂交杨发根的生长条件。选择合适的矿物基础和调整蔗糖浓度，能够增加生物质产量和提取物的抗氧化能力。光照培养促进了根的生长，同时产生花青素，进一步提高了提取物的抗氧化活性。临时浸没生物反应器可用于维持杂交杨发根培养，利用优化后的培养基，RITA?系统有望成为生产根生物质的有效方式，为化妆品或制药应用提供生物活性提取物。这一研究成果为植物资源的可持续利用以及化妆品和制药行业的原料生产开辟了新途径，具有重要的理论和实践意义。它不仅解决了传统植物资源采集面临的诸多问题，还为相关产业提供了更高效、可持续的生产方法，推动了植物生物技术在实际应用中的发展。
