随着人们对化妆品安全的追求,天然来源的化妆品新原料越来越受到人们的青睐,但由于生长条件严苛、难以驯化和资源稀缺等原因,许多具有良好功效的天然植物无法大量生产和走入人们的生活中,而植物组织培养技术则可以很大程度上解决这一难题。
1.何为植物组织培养技术
植物组织培养技术,是指在无菌的情况之下,将已经离体的植物构成部分,例如花茎、枝干、叶子等等,以及植物的组织,包括胚乳、表皮、木栓层等,还有植物细胞,包含细胞质、细胞壁、细胞膜等,加上成熟或者还没有成熟的胚胎、原生质体等,经过人工操作将其培养在培养基上,并实现其适合的培养环境,从而让植物组织生成愈伤组织或者潜伏芽,又或者直接让其生长为植株,整个工序的工艺技术就是植物组织培养技术[1]。
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2.历史发展
1902年,德国著名植物学家Haberlandt提出细胞具有全能性,即植物体的每个细胞都具有个体发育的全部遗传信息,在适宜的外界条件下,能够发育成为新个体。这是最早研究植物组织培养的雏形,这也拉开植物组织培养研究的序幕,为现代植物组织培养奠定了理论基础。1937年,White认为植物细胞的全能性通常处于被抑制的状态,只有打破这样的环境,才能激发细胞脱分化和再分化,重新表现出细胞全能性。植物组织培养需要细胞脱分化和再分化,这也是植物组织细胞培养成功的关键因素。此后,植物学家开始探索激发植物细胞全能性的条件,直到1948年,Skoog和Tsui两位科学家利用烟草茎段首次成功培养再生植株。这对植物组织细胞培养的突破奠定了理论基础和实践探索,为现代植物组织培养大规模生产提供了可能。目前,利用组织培养技术已成功培养1000多种植物,并广泛应用于科学理论研究和工业化生产[2]。
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3.影响因素
(1)外植体的选择
植物不同器官所含物质的量与种类不尽相同,往往选择生长快速且具有较高次生代谢物合成能力的外植体[3]。
(2)培养基
一般可以分为含盐量高的 (MS) 、高硝酸钾的 (B5) 、中等无机盐的 (NT, H, 1/2MS, 6, 7-V) 和低盐的 (White) 4种类型,主要影响因素包括碳源、氮源、磷源及生长调节物质,选择适宜配比的培养基能够有效提高愈伤组织中药效成分的产量[3][4]。
(3)培养条件
不同的光照强度、光质、光照周期、温度、pH值能够极大地影响愈伤组织的生长及药效成分的积累[3]。
4.在化妆品中的应用
《已使用化妆品原料目录(2021年版)》中含有包括人参(PANAX GINSENG)组织培养物在内的六种植物组培物化妆品原料(详见表1)。
表1《已使用化妆品原料名称目录( 2021年版)》中利用植物组织培养技术得到的原料
中国药科大学丁家宜教授在上世纪80、90年代潜心研究人参组织培养技术以提高其在美白等方面的功效,通过对人参的组织培养,建立了人参细胞培养体系和人参毛状根培养体系,对外源底物氢醌进行生物转化,成功地将氢醌糖基化生物合成熊果苷[5],其成果被利用在“丁家宜”品牌的护肤品中,为中国女性带来新的护肤享受。
随着植物组培技术的发展,2021年8月13日,雪莲培养物(Tissue Culture of Saussurea Involucrata)进行了化妆品原料备案。由于雪莲资源的稀缺,其一度被禁用于化妆品等领域,雪莲培养物则利用植物组培技术打破资源的限制,实现工业化生产,年产量可达5000公斤[3]。
5 展望
植物组培有明显的优势,例如培养周期短,子代一致保持了亲本原有的优良品质,防止优良品系的退化,优质品种快速选育、快速应用,可以获得无病毒苗,节约经济成本、节约耕地,提高商品出品率等[6]。随着天然植物来源化妆品原料的研究与开发,植物组培技术将在化妆品原料领域大展拳脚,提高原料的安全性与产量,使更多稀缺的、昂贵的、功效优异的天然植物成分加入到呵护人们皮肤健康的行列当中。
参考文献
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