巧用植物生长调节剂、纳米颗粒与 LED 光，解锁黑种草愈伤组织高效生产次生代谢物密码

为解决传统方式获取黑种草（Nigella sativa L.）次生代谢物受限的问题，研究人员开展黑种草愈伤组织体外培养研究。结果显示特定条件可促进愈伤组织生长及代谢物积累，该研究为相关产业提供了新策略。

　　在人类历史长河中，草药一直是传统疗法的重要组成部分，即便在现代医学发达的今天，其地位依旧不可小觑。据世界卫生组织报告，超四分之三资源有限国家的社区依赖草药作为主要医疗手段。黑种草，这种来自毛茛科的一年生植物，在中东、南欧、非洲及地中海国家被广泛用作香料和天然药物。它含有多种对人体有益的成分，如精油、生物碱、酚类化合物等，具备降血脂、抗菌、抗病毒、抗癌等诸多生物活性，其中 Thymoquinone（TQ）更是其主要活性成分，在对抗肝癌等疾病方面潜力巨大。

然而，传统获取植物次生代谢物的方式存在诸多局限。从自然环境中采集植物获取代谢物，不仅受环境和地理条件制约，而且植物生长周期长，耗时费力。因此，开发一种高效、可控的生产方式迫在眉睫。

在此背景下，来自伊朗莫哈格赫?阿尔达比勒大学（University of Mohaghegh Ardabili）和波兰弗罗茨瓦夫环境与生命科学大学（Wroc?aw University of Environmental and Life Sciences）的研究人员开展了一项关于黑种草愈伤组织体外培养的研究。他们旨在优化愈伤组织诱导方案，确定关键次生代谢物，并探究不同因素对其生产的影响。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为黑种草次生代谢物的大规模生产开辟了新路径。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是纳米颗粒的合成与表征，通过原位法制备了 Fe-CTs NPs，并利用 FT-IR 光谱分析、XRD 光谱分析以及 SEM 和 TEM 等技术对其结构和形态进行表征。其次，在植物材料培养方面，对黑种草种子进行消毒处理后，接种于添加不同浓度植物生长调节剂（PGRs）的 MS 培养基上培养，之后还在不同 LED 光照和 FeO₃-CTs 纳米颗粒浓度条件下进行刺激培养。最后，运用多种检测方法，如分光光度法测定总酚（TPC）、黄酮（TFC）含量，DPPH 法评估抗氧化能力，GC-MS 分析测定 TQ 含量等。

研究结果如下：

1. 愈伤组织诱导与生长：生长素 2,4 - 二氯苯氧乙酸（2,4-D）和细胞分裂素 6 - 苄氨基嘌呤（BAP）组合能有效诱导黑种草种子外植体形成愈伤组织，其效果因浓度而异。在愈伤组织重量和大小方面，红光（R）LED 结合 100mg/L FeO₃-CTs 纳米颗粒处理效果最佳，培养 40 天后，愈伤组织鲜重可达 7.02g，干重 1.307g ，且在培养过程中，该处理下的愈伤组织重量和大小增长显著高于其他处理。
2. 抗氧化活性与代谢物含量：不同处理的愈伤组织抗氧化活性差异显著，白光（W）LED 处理下最高，红光（R）LED 处理下最低；100 和 200mg/L 的 FeO₃-CTs 纳米颗粒也表现出较高抗氧化活性。在代谢物含量方面，R LED 与 100mg/L FeO₃-CTs 纳米颗粒组合使酚类、黄酮类和氨基酸含量达到最高；而在黑暗条件下，200mg/L FeO₃-CTs 纳米颗粒处理能增强愈伤组织对 DPPH 自由基的抗氧化活性并促进总碳水化合物积累。
3. Thymoquinone（TQ）含量：GC-MS 分析表明，在蓝光（B）LED 下，100mg/L FeO₃-CTs 纳米颗粒处理时，TQ 浓度最高可达 295mg/L，而在 W LED 对照条件下最低，仅为 120mg/L。
4. 相关性分析：研究发现，TQ 与干重（DW）、槲皮素（QE）呈显著正相关；总黄酮（TFC）与总碳水化合物（TC）、总酚（TPC）的相关性也较高；同时，TC 与 TQ、氨基酸（AM）呈负相关，DPPH 抗氧化活性与鲜重（FW）呈反向关系。

研究结论与讨论部分指出，高生长素含量的培养基利于黑种草愈伤组织形成，而含 BAP 等细胞分裂素的培养基则更适合直接诱导芽再生。对于 TQ 和其他次生代谢物的生产，B 和 R LED 光结合 100mg/L FeO₃-CTs 纳米颗粒的刺激组合最为有效。不同 LED 光与纳米颗粒组合可促进其他有价值化合物的合成，影响抗氧化活性及生物活性分子的合成。

这项研究意义重大，为黑种草次生代谢物的大规模生产提供了优化方法，有助于减少对野生植物资源的依赖，确保可持续供应。同时，研究结果为药用植物次生代谢物生产领域提供了重要参考，未来可进一步探索不同 LED 光谱与纳米颗粒类型的相互作用，优化生物活性化合物的生产，推动可持续植物源药物和生物活性产品的发展。