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研究生:黃逸擎
研究生(外文):Yi-Ching Huang
論文名稱:利用菸草細胞培養生產輔酵素Q10之研究
論文名稱(外文):Production of Coenzyme Q10 from Tobacco Cell Culture
指導教授:黃世佑黃世佑引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:化學工程學研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:輔酵素煙草懸浮培養
外文關鍵詞:Coenzyme Q10W38
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中文摘要

由菸草植株誘導癒合組織,將所得細胞以懸浮培養生產輔酵素Q10。選擇菸草(Nicotiana tabacum L. c.v. Wisconsin 38)葉片為培植體,使用MS培養基(加2,4-D 2.0 ppm, Kinetin 0.2 ppm, 蔗糖 3%)誘導癒合組織。建立懸浮培養系統後,使用篩析法(Mesh No.為 10, 18, 45)將細胞分成不同粒徑以達到同步化。進行生長曲線測定,求得最合適的繼代天數。Q10定量方法採用HPLC法,於275 nm下分析。細胞於第八天進入定常期(stationary phase),乾重 10.8 g/L,Q10 總量668 μg/L,Q10含量 61.9 μg/g。

針對培養基碳源、氮源、荷爾蒙不同條件作最適化探討,實驗結果顯示,蔗糖為3%時為最適濃度,甘露糖醇雖能提高Q10含量卻會抑制生質量,與控制組相比約降低五分之四。此外,NH4+/NO3-的比例為20/40時Q10產率最佳,但含量卻於30/30時最高。Q10產率則在2,4-D 2.0 ppm,Kinetin 0.2 ppm時可達 732 μg/L。培養環境方面,初始pH值為5.7、溫度26℃下,細胞生長及Q10的累積都較佳。而前驅物的添加,以L-Tyrosine較具效果,當濃度達1000 ppm時,可提升Q10產量,其餘如4-Hydroxybenzoic acid、p-Coumaric acid,Mevalonic acid的添加,對於Q10的增加並無助益。金屬離子Mg2+的添加則會造成Q10和生質量的減少。
Abstract

A callus from explant of tobacco was induced with MS medium (supplemented with 2.0 ppm of 2,4-D, 0.2 ppm of kinetin, 3 w/v% of sucrose). The leaf of Nicotiana tabacum L. cv. Wisconsin 38 were used for the callus development. Coenzyme Q10 was produced by suspension culture of induced callus. After suspension culture system was established, fractionated the cells into different sizes by using stainless steel sieves (mesh no. 10, 18, 45) for synchronizing the cells. The growth curve was obtained and the suitable subculture period was determined. Q10 was determined by HPLC with Nacalai Cosmosil 5C18-AR column by UV detector under 275 nm. Cells entered stationary phase on the eighth day. Dry cell weight, total Q10 and Q10 content reached 10.8 g/L, 668 μg/L, 61.9 μg/g dry wt, respectively.
The optimum concentrations of carbon source (sucrose, glucose ,fructose and mannitol), nitrogen source (peptone, yeast extract, casein, casamino acid, (NH4)2SO4 and KNO3) and hormones were found. The results showed that the optimum concentration of sucrose was 3 w/v %. Mannitol (7%) favored the accumulation of Q10 content, but suppressed the cell growth. The NH4+/NO3- ratio of 20/40 maximized the total Q10 productivity and the ratio of 30/30 maximized the Q10 content.
Under pH 5.7 and temperature 26℃, both cell growth and Q10 formation were high. 1000 ppm of L-tyrosine dosed as a precursor enhanced Q10 productivity. The other precursor, 4-hydroxybenzoic acid, p-coumaric acid and mevalonic acid did not enhance the productivity of Q10. It was found that the Mg2+ repressed Q10 formation and cell growth.
目錄

中文摘要…………………………………………………………………I
Abstract………………………………………………………………….III
目錄……………………………………………………………………...V圖表目錄………………………………………………………………...X

第一章 前言……………………………………………………………..1
1.1 緒論……………………………………………………………...1
1.2. 實驗目的………………………………………………………..2

第二章 文獻回顧………………………………………………………..3
2.1 植物組織培養…………………………………………………...3
2.1.1 培養技術發展簡史………………………………………..3
2.1.2 癒合組織的形成…………………………………………..4
2.2 菸草簡介………………………………………………………...6
2.3 Coenzyme Q10之介紹……………………………………………7
2.3.1 Coenzyme Q10的結構……………………………………...7
2.3.2 Coenzyme Q10的發現……………………………………...8
2.3.3 導致Coenzyme Q10缺乏的原因…………………………..9
2.3.4 Coenzyme Q10的生理作用……………………………….10
2.3.5 Coenzyme Q10的主要作用……………………………….12
2.4 Coenzyme Q10的生產方式及影響因素………………………..14
2.4.1 Coenzyme Q10的生產方式……………………………….14
2.4.2 影響Coenzyme Q10生成的因素…………………………20
2.5 電子傳遞……………………………………………………….21
2.6 合成路徑……………………………………………………….24
2.6.1 Coenzyme Q10生物合成之概述………………………….24
2.6.2 苯環結構之前驅物-4-HB……………………………...25
2.6.3 側鏈合成…………………………………………………27

第三章 實驗材料與方法………………………………………………29
3.1 植物材料………………………...……………………………..29
3.1.1 材料來源…………………………...…………………….29
3.1.2 癒合組織誘導與培養………...………………………….29
3.1.3 懸浮培養系統之建立……………………………………30
3.1.4 直接萃取菸草葉片之Q10………………………………..30
3.1.5 懸浮培養實驗流程………………..…………………......31
3.1.6 實驗流程圖........................................................................31
3.2 藥品與儀器…………………...………………………………..32
3.2.1 實驗藥品………………………………………………....32
3.2.2 實驗儀器………………………………………………....35
3.3 實驗方法…………………………………………………….…36
3.3.1 生長曲線測定…………………………………………....36
3.3.2 從細胞萃取Coenzyme Q10的方法………………………37
3.3.3 Coenzyme Q10的分析方法……………………………….37
3.3.4 糖類分析方法……………………………………………38
3.3.5 不同培養基條件對細胞生長和Q10形成的影響….........38
3.3.6 不同培養環境下對細胞生長和Q10形成的影響………..40
3.3.7 前驅物與誘導劑添加對細胞生長和Q10形成的影響…..41

第四章 結果與討論……………………………………………………43
4.1 癒合組織培養………………………………………………….43
4.1.1 以HPLC分析及確定樣品之Q10....................................43
4.1.2 分析菸草葉片的Q10...................................................….46
4.1.3 癒合組織的同步化……………………………………..46
4.1.4 懸浮細胞生長曲線………………...…………………...47
4.1.5 糖利用率………………………………………………..49
4.2 不同培養基組成對細胞生長和Q10產量的影響……………..51
4.2.1 蔗糖濃度………………………………………………..51
4.2.2 不同碳源………………………………………………..53
4.2.3 合併使用甘露糖醇及蔗糖……………………………..55
4.2.4 2,4-D濃度……………………………………………….56
4.2.5 Kinetin濃度……………………………………………...57
4.2.6 不同NH4+/NO3-比例…………………………………...59
4.2.7 不同氮源添加物………………………………………..61
4.3 不同培養環境條件對細胞生長和Q10產量的影響…………...62
4.3.1 初始pH值………………………………………………62
4.3.2 培養溫度………………………………………………..65
4.3.3 不同錐形瓶……………………………………………..66
4.3.4 光照條件………………………………………………..67
4.3.5 細胞生長和累積Q10之最佳培養條件...........................68
4.4 前驅物及誘導劑對細胞生長和Q10產量的影響……………..69
4.4.1 4-Hydroxybenzoic acid………………………………….69
4.4.2 p-Coumaric acid…………………………………………70
4.4.3 Tyrosine……………………………………………….....71
4.4.4 Mevalonic acid…………………………………………..73
4.4.5 不同濃度鎂離子的添加………………………………..74

第五章 結論……………………………………………………………76

參考文獻………………………………………………………………..78

附錄……………………………………………………………………..86
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