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       【摘要】 
       目的探讨获取高纯度α-亚麻酸的可能途径。方法检索分析相关文献。结果植物组织培养、植物内生菌和微生物油脂是较为可能的获取高纯度α-亚麻酸的途径。结论可以在上述三领域展开获取高纯度α-亚麻酸的研究。
       【关键词】  α-亚麻酸; 次生代谢; 资源研究; 应用
       α-亚麻酸,学名9,12,15-十八碳三烯酸(cis 9,12,15-oc-tadecatrienoic acid)，为全顺式，非共轭立体构型，分子式为C18H30O2。α-亚麻酸作为人体必需脂肪酸，是体内各组织生物膜的结构材料，也是合成人体一系列前列腺素的前体。α-亚麻酸及其代谢物具有益智、保护视力、降血脂、降血压、抑制血小板凝聚、抗血栓形成、延缓衰老、抗过敏及抑制癌症的发生和转移等作用。所以，α-亚麻酸的缺乏是导致老年痴呆、癌症、心脑血管疾病、高血压病、高脂血症、糖尿病等疾病的重要诱因。正常人体需每日平均摄取α-亚麻酸约1.5g;然而，医学和营养学家根据膳食结构的流行病学调查证实，目前人群日摄入量不足世界卫生组织推荐量(1.25g)的50%，提示人类普遍缺乏α-亚麻酸。对此，世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)曾于1993年发表联合声明：鉴于α-亚麻酸的重要性和人类普遍缺乏的现状，决定在世界范围内专项推广α-亚麻酸。
       但迄今α-亚麻酸不能人工合成[1]。其来源只能依赖自然资源。全球每年养生保健、食品及医药市场对高纯度α-亚麻酸原料的需求量超过2 000 t。
       1 α-亚麻酸自然资源
       1.1 α-亚麻酸植物资源α-亚麻酸在植物种子油中广泛存在。含量≥30%的植物就有18属53种。其中含量较高的植物主要的有亚麻子(42%～60%)、紫苏子(51%～63%)、椒目(约30%)、杜仲(42%～62%)、藿香(60%～62%)、香薷(57%～65%)、辽宁碱蓬(62%)、轮叶戟(65%)等[2]。
       对于植物性α-亚麻酸资源，传统的提取方法有冷榨法和溶剂浸出法。杨倩等[3]通过压榨法获取椒目仁油，其中α-亚麻酸含量为30%;该研究组还利用超临界CO2流体萃取方法和多种化学试剂浸取法获取椒目仁油，α-亚麻酸含量26.9%～35.9%。
       压榨、溶剂浸出和超临界CO2流体萃取等方法获取的α-亚麻酸纯度受限于其在植物资源中的含量，达不到作为医药保健原料要求的纯度。因此，研究者们进行了提纯富集α-亚麻酸的研究。
       乔雷等[4]应用尿素包合法将椒目仁油中的α-亚麻酸含量提高到57.16%。许松林等[5]应用分子蒸馏提纯胡麻籽油中α-亚麻酸的含量达到82.3%。杨倩等[1]将椒目经皂化酸解得游离的混合脂肪酸，依次经梯度冷冻、尿素包合及硝酸银络合，获得α-亚麻酸纯度达91.6%。
       1.2 α-亚麻酸动物资源α-亚麻酸不仅存在于植物资源中，也存在于多种昆虫油脂中。研究发现，蚕蛹脂肪酸中不饱和脂肪酸含量高达75%，不饱和脂肪酸中α-亚麻酸含量高达72.80%[6]。此外油葫芦[7]、烟夜蛾、灰斑古毒蛾、银纹夜蛾、白薯天蛾、臭椿皮蛾[8]等昆虫也含有α-亚麻酸。此外，深海鱼油中含有DHA、EPA等人体所需的α-亚麻酸代谢产物。对于昆虫中α-亚麻酸资源的提纯，目前也是多采用尿素包合法[9]。
       2 提高α亚麻酸含量的研究
       2.1 育种α-亚麻酸迄今不能人工合成，只能依赖于自然资源。因此，寻找富含α-亚麻酸的动、植物资源，或者运用育种手段，培育高产α-亚麻酸品种，是获取高纯度α-亚麻酸原料的有效途径。在此方面，李科等[10]培育出一种高α-亚麻酸亚麻新品种。
       2.2 植物组织培养因对野生植物盲目采伐，使得生态环境日益严峻。加之许多野生植物引种栽培困难，导致自然资源特别是植物次生代谢资源严重匮乏。植物组织大规模培养作为工业化生产药用植物次生代谢产物的一条途径进入研究者的视野。采用药用植物组织培养技术生产次生代谢产物被认为是解决资源问题的较为有效的途径。
       在此方面已有广泛研究，比较著名的例子如红豆杉细胞培养生产紫杉醇。但目前利用植物组织培养技术生产次生代谢物实现商品性工业化生产的范例还为数甚少。主要原因是培养的植物细胞生长缓慢，产生的次生代谢物含量不足，以及生产能力不稳定等导致实现工业化生产成本居高不下。各国学者围绕提高产物产量、降低成本等方面进行深入研究，发展出毛状根培养技术、冠瘿瘤技术、两相培养技术、前体饲喂、诱导子等技术手段。
       2.2.1 毛状根毛状根是将发根土壤杆菌(Agrobacteriumrhizo genes)含有的 Ri质粒中的 T-DNA 片段整合到植物细胞的DNA上，诱导出毛状根，建起毛状根培养系统。大量实验证明，毛状根与愈伤组织和细胞悬浮培养相比通常具有生长快、无需外源激素、有效成分含量高和易于大量培养等优点[11]。众多研究者对多种药用植物采用毛状根方法展开次生代谢产物方面的研究。
       通过毛状根获得植物次生代谢产物，主要适用于目标成分分布在根部的植物。对于目标成分在地上部分的植物则不适宜采用。研究者在进行冠瘿组织培养时发现，冠瘿组织不仅能产生原植物根中的有效成分，而且还能产生原植物地上部位特别是叶中合成的成分[12]。
       2.2.2 冠瘿技术通过根瘤农杆菌感染植物可以将其Ti质粒的T-DNA片段整合进入植物细胞的基因组，诱导冠瘿组织的发生。冠瘿组织离体培养也具有激素自主性、增殖速率较常规细胞培养快等特点。其次生代谢产物合成稳定性与能力较强[13]。Hetian等[14]利用栝楼冠瘿组织生产天花粉。朱建华等[15]培养转基因西洋参冠瘿组织，获得人参皂苷类成分以及得到新天然产物。
       2.2.3 两相培养技术两相培养( two phase culture)是指在植物细胞培养体系中加入水溶性或脂溶性的有机物，或者是具有吸附作用的多聚化合物，使培养体系由于分配系数的不同而形成上下两相。细胞在其中一相中生长合成并分泌次生代谢物，而这些产物被另一相所吸附。两相法培养的基本出发点是在细胞外创造一个次生代谢物的储存单元。该培养法可以加入固相或疏水液相，形成两相培养系统，从而达到收集分泌物的目的。两相培养可减轻产物本身对细胞代谢的抑制作用，并可保护产物免受培养基中催化酶或酸对产物的影响[16]。L.Serrano-Carreón等[17]通过两相培养将提高木霉摇瓶发酵中的6PP产量。Pavlov 等[18]运用两相悬浮培养将薰衣草迷迭香酸收率提高到11.8%。
       2.2.4 前体饲喂即在植物组织培养中加入目标次生代谢物生物合成的前体物以提高目标次生代谢物产量。这种方法在许多植物组织培养中都取得了一定的效果。王梦亮等[19]研究了前体饲喂强化黄芩愈伤组织中黄芩苷生产。周忠强等[20]进行了前体饲喂对红豆杉细胞培养生产紫杉烷的研究。曲均革等[21]进行了前体饲喂对葡萄细胞培养合成花青素影响的研究。
       2.2.5 诱导子诱导子是一种能引起植物过敏反应的物质，由于它在与植物的相互作用中，能选择性的诱导植物特定基因的表达，进而激活特定次生代谢途径，积累特定的目标次生代谢物，从而可利用其提高植物次生代谢产物的产量[16]。诱导子分为生物诱导子和非生物诱导子。这方面的研究较多。Chetana Roat等[22]利用多种诱导子诱导三叶乌蔹苺细胞悬浮培养产生二苯代乙烯。Choong Je Ma[23]利用木纤维质酵素诱导辣椒悬浮培养细胞大量产生衣壳。Hwa-Young Cho等[24]利用茉莉酮酸甲酯和水杨酸作为诱导子激发金英花悬浮培养细胞产生血根碱达对照组的10倍量。
       2.3 植物内生菌(Plant endophyte)是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的微生物，被感染的宿主植物(至少是暂时)不表现出外在病症。1993年美国Strobel等首次从短叶红豆杉中分离得到一株能合成紫杉醇的内生真菌。这一发现使得植物内生菌作为一种新的获取植物次生代谢产物的途径受到了广泛关注。随后多个研究小组在筛选培养植物内生菌生产药用成分方面有所突破。M.H. Ralphs 等[25]从棘豆属和黄芪属植物分离到内生菌Embellisia spp，该内生菌能产生苦马豆素。张琨等[26]从桃儿七植株中获得能产生鬼臼毒素类物质和可产鬼臼毒素单糖苷的内生菌株。李爱华等[27]从杜仲中分离得到能产生松脂醇二葡萄糖苷的内生菌。
       2.4 菌类油脂α-亚麻酸性状为淡黄色油状液体。在油脂研究领域，利用微生物发酵生产油脂，特别是生产功能性油脂是当前又一研究热点。微生物油脂又称单细胞油脂(SCO)。由酵母、霉菌、细菌和藻类等微生物在一定条件下，利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂作为碳源，在菌体内产生油脂。马丽娟等[28]以玉米水解液为培养基，研究发现丝状真菌发酵生产的微生物油脂中含有6.22%的α-亚麻酸。
       3 总结与展望
       α-亚麻酸作为人体必需不饱和脂肪酸，在医药、保健、食品市场需求量巨大。WHO和FAO也立项在世界范围内联合推广。但α-亚麻酸迄今不能人工合成，只能依赖于有限的自然资源。然而α-亚麻酸动植物自然资源因为含量问题无法满足市场对高纯度α-亚麻酸原料的需求。虽然通过一些工艺方法可以提纯α-亚麻酸，但因成本、金属残留等客观条件，限制了推广和应用。
       作为医药和食品原料，人们更青睐纯天然产品。例如合成VE和天然VE的市场认可价格相差10倍。因此，获取高纯度α-亚麻酸资源是解决这一问题的更好方法。但自然界无法提供市场需求的天然纯品，这使得我们把目光转向能够提高代谢产物含量的技术手段。
       3.1 育种动、植物育种作为传统方法投入大，耗时长。而且育种绝大多数是提高原生代谢产量，而α-亚麻酸是次生代谢产物。
       3.2 植物组织培养近些年通过植物组织培养解决次生代谢产物资源匮乏稀少，已成为研究热点，被认为是解决这一问题的有效途径。可以对α-亚麻酸含量较高的多种植物进行组织培养研究，筛选培育高产细胞系，以获得高纯度α-亚麻酸资源。
       3.3 植物内生菌是获取植物次生代谢产物的又一重要研究领域。可以从α-亚麻酸含量较高的多种植物中分离筛选能产生α-亚麻酸的内生菌，再进行诱变筛选，以获得高产α-亚麻酸的菌株。
       3.4 微生物油脂研究思路与植物内生菌相似。
       此外，在筛选出适合的植物愈伤组织或者菌株后，还可以运用RNAi等技术，改进和提高目标产物的品质，达到获得高纯度α-亚麻酸的目的。但目前α-亚麻酸资源的拓展研究报道甚少。在植物组织培养和内生菌领域未见报道;在微生物油脂方面，已有研究发现丝状真菌发酵获得油脂中含有α-亚麻酸，但含量低，如何提高其产量，未见后续研究报道。因此，为获取高纯度α-亚麻酸资源还需进行大量而艰巨的基础研究工作。
       获得高表达高纯度α-亚麻酸的植物细胞系或菌株，通过工业化发酵生产高纯度α-亚麻酸，不仅提供良好的医药原料，还可以有效避免当前提纯技术可能造成的环境污染和对自然界动植物资源的过度采伐，也为解决油脂类医药原料指出了一条解决问题的路径;其资源的商品和市场化将产生不可估量的社会和经济效益。
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