当归Angelicas sinensis (Oliv.) Diels为我国常用大宗中药材，具有补血活血、调经止痛、润肠通便等传统功效，以及免疫调节、抗氧化、抗肿瘤等现代药理，其主要依赖根中有机酸、挥发油、多糖等多种活性成分。然而，种质退化、早薹开花、土传病害等因素限制了当归产量和品质。

目前，当归组织细胞培养主要集中在愈伤组织诱导，在细胞悬浮培养、原生质体分离、多倍体诱导等方面也有一定研究，但离体再生和细胞悬浮培养体系尚未系统建立。学院“作物学-药用植物资源与利用”学科团队，在充分归纳总结前人研究的基础上，系统开展了当归胚性愈伤组织诱导、芽和根分化、悬浮细胞培养、活性物质生产等方面研究，首次建立了成熟完善的当归离体再生和细胞悬浮培养体系，成果于2023年发表在中科院一区期刊Industrial Crops and Products，该研究结果将为利用现代生物技术手段创制当归新种质、验证关键功能基因、发酵生产活性物质等提供关键材料和技术方法。

图1   当归离体再生(A)和细胞悬浮培养体系(B)

          通过对不同外植体和外源激素比较发现，无菌苗做外植体优于大田苗，且根的褐化率均显著低于叶柄和叶片；以无菌苗根为外植体，诱导胚性愈伤组织最适外源激素及浓度为2.0 mg/L IBA + 0.2 mg/L KT，诱导率达99%；以大田苗根尖为外植体，1.5 mg/L 2,4-D + 0.4 mg/L NAA + 0.4 mg/L 6-BA时，诱导非胚性愈伤组织的诱导率最高(97%)。

图2   无菌苗和大田苗根诱导的胚性(A)与非胚性(B)愈伤组织

    通过对再生体系培养条件优化发现，芽分化率在湿度60%、温度22/18℃和光周期16/8 h条件下最高(89%)，根诱导率在2.0 mg/L IBA+ 0.01 mg/L NAA激素配比下最高(89%)，幼苗移栽成活率在泥炭藓(有机质含量>98%)最高(96%)。

图3   胚性愈伤组织分化(A)、生根(B)和炼苗移栽(C)

    通过对悬浮细胞培养体系优化发现，在接种密度40 g/L、温度22℃和光周期16/8 h条件下，细胞增殖、可溶性糖、总黄酮和总酚类化合物含量、抗氧化能力在第9 d达到最大值，阿魏酸含量在第12 d达到最大值。

图4   悬浮细胞在0、3、9、18 d时的动态变化

学院教工第一党支部双带头人支部书记栗孟飞教授和中国医学科学院药用植物研究所魏建和研究员为论文的共同通讯作者，农艺与种业专业黄天苗硕士研究生为论文的第一作者。该研究得到干旱生境作物学国家重点实验室主任基金(GSCS-2021-Z03)、国家自然科学基金(32160083)、道地药材生态种植与质量保障项目(202103003)、财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系(CARS-21)等项目资助。

相关文章：

[1] 栗孟飞, 康天兰, 晋玲, 魏建和*. 当归抽薹开花及其调控途径研究进展. 中草药, 2020, 51(22):5894-5899.

[2] Huang Tianmiao, Liu Di, Cui Xiuwen, Li Meiling, Jin Ling, Paul W. Paré, Li Mengfei*, Wei Jianhe*. In vitro bioactive metabolite production and plant regeneration of Angelica sinensis. Industrial Crops and Products, 2023, 194: 116276. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.116276.