没有哪位化学家或遗传工程学家能够制造出玫瑰色的长春花在日常生长中所产生的那些东西。这种微小的有花植物（长春花）是马达加斯地区的一个本地种，通过机械力的作用，它们可产生75种不同的生物碱——一些结构复杂、通常带有苦味的化合物，包括咖啡碱、烟碱以及两种被用于治疗白血病和其他儿童癌症患者的物质。

为了使某些生物碱生产快速并且高产，研究人员可在生物反应器中培养长春花细胞。而目前许多药物公司却必须从植物本身获得抗癌物长春花碱和长春花新碱。

与其他植物药品一样，这些化合物通常也是由涉及数种酶的复杂的化学过程产生的。这样通过遗传工程改造细菌以生产出这些物质可能会需要许多基因的转移，这些基因随后必须按适当的顺序来启动。休斯敦赖斯大学的化学工程学家杰奎琳 · V. 香克斯（Jacqueline V. Shanks）认为，在这一点上，如此重任超出了生物技术的范围。并且由于这些化合物的化学复杂性，使得它们在实验室里合成相当困难。

因而科学家们设计了一种不同的方法来获取这些以及其他重要的化学药品。一通过用特定的细菌对无菌苗进行感染，研究人员可使受感染部位的细胞转变为持续生长的状态。这些细胞将形成细小的根，并不断生长分支形成“毛状根”，之所以称之为“毛状根”是因为它们是一些沿着小根的全长伸出的非常细小的毛状物，而不像一般根仅在端部长出。

大约60年前，科学家首次成功地进行了取自剪下了根尖的根培养。但在过去的十年里，他们发现可以利用细菌感染来产生比根插生长快得多的毛状根系，为了建立一个培养体系，研究人员剪下一根毛状根，消毒后放入一种液体生长培养基中。宾夕法尼亚州立大学的植物生理学家赫克托 · 见弗洛里斯（Hector E. Flores）说，由于这些切割的根内仍含有由细菌转入的诱发根的遗传物质，因此它们的生物量能在一个月内增加数千倍。然后研究人员就可抽取从这些根分泌到培养基或者在根本身内累积的化学药品。

香克斯认为，该项技术在实际运用时并非真的那么便利。仅有大约2/3的植物会转化并长出根，而且并非所有这些根都能在液体培养基中很好地生长。即使那些旺盛生长的毛状根来自同一长春花品种，它们所产生的所需化合物的量也各不相同。她接着补充道：“由此看来，用于起始培养的材料相当重要。”

作为化学工程学家，香克斯和她的学生们希望能最大限度地增加有价值化合物的产量。他们选定了4个长春花栽培品种为毛状根诱导的原始材料，然后感染了200株植物，其中有60%产生了细小的毛状物。通过分析这些毛状根以及培养基样品的化学内含物，赖斯研究组测定了这些无性繁殖系的产率。

在今年4月于旧金山召开的美国化学学会春季会议上，香克斯报道，分析结果表明有3个栽培品种——雪毯（Snow Carpet），小亮眼（Little Bright Eye）及小琳达（Little Linda）可产生vindolin——一种在其他类型的植物细胞培养物中不会出现的化学药品。化学家能够方便地将vindolin转变为长春花碱及长春花新碱，因此香克斯希望毛状根将成为这些抗癌化合物的新来源。香克斯及其合作者目前正在试验新的培养基以及生长条件以提高这些化合物的产量。

香克斯研究小组的成功R仅显示了一种充满希望的开端。香克斯说：“最大的问题之一是如何使其大批量生产。”这些根形成如此致密的、互相连结的簇，以至溶于液体生长培养基中的养分很难到达所有的毛状根。同样，研究人员还有必要弄清为改善营养成分的运输而搅拌培养基是如何影响这些根的生长以及化学生产能力的。最后，与正常根一样，毛状根的生长途径多种多样，可能通过阻塞口及生长室的抑制探测器或敏感元件。

弗洛里斯预期，一旦研究人员弄清了这些技术的细节，毛状根作为化学工厂的应用将会迅速增长。其他类型的植物培养物将会失去商业化生产的意义，因为这些细胞最终会产生变异。_这些遗传变异将改变这类细胞的生化基础，其结果是改变了所产生的化学药品的数量及种类。弗洛里斯说：“毛状根在遗传学和生物化学上来说相对更稳定一些。”例如，他所在的研究小组从培养了9年的莨菪中仍能得到hyscyamine和莨菪胺｛scopolamine）运动疾病及神经毒气中毒的解毒药。

弗洛里斯及其合作者也已建立了来自复合品系和瓠果家系的发状根培养体系，这扩展了通过该项技术生产出可在药学及农业上有潜在应用价值的化学药品的范围。在美国化学学会召开的会议上，弗洛里斯报道了他们的新发现：将真菌细胞壁片段加到某些培养物中可以促使毛状根提高产量，并且有时还能制造出以前它们没有的化学药品。此外，他们小组还发现，在光照条件下，少数毛状根系将变绿，利用光合作用成为自体供养并开始生产出更多的有用物质。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员利用各种毛状根培养体系，已开始逐步解开产生这些化合物的复杂的生物化学途径。他们目前正在弄清哪一种酶在万寿菊的聚乙炔生产中起作用。聚乙炔在抗农作物真菌及线虫纲菌感染中具有潜在的用途。弗洛里斯说，这一认识已帮助他们构想出修饰万寿菊的生化机制以获得更多聚乙炔的方法。

其他科学家集中精力研究了产量为什么会随着时间变化?菲利普 · L. 戈梅斯（Phillip L. Gomez Ⅲ）说：“我们认为这可能是反馈抑制造成的。”戈梅斯是伯利恒（Bethlehem）利哈伊大学的一位化学工程研究生。他们研究小组建立了一种烟草的毛状根实验体系并利用它监测烟碱的释放。他们发现，最初这些根释放出大量的烟碱，然后随着时间的推移而越来越少。这一观测结果使他们猜想，最初烟碱从细小的毛状根中分泌出来，然后从根本身内部的贮藏囊中极慢地渗出。

香克斯说，日本科学家正将遗传工程用于毛状根培养研究。他们希望通过将基因插入毛状根细胞来修改其代谢途径以增加所需化合物的产量。

同样，宾夕法尼亚州立大学研究小组及其他研究人员也一直在寻找利用这些根的新途径。直到最近，大多数毛状根产物分子尽管复杂却相对很小。然而目前弗洛里斯及其合作者已从中国黄瓜建立了能产生更多更大分子的毛状根体系，这种大得多的分子是已被其他科学家在实验室试验中证实的可抑制HIV病毒复制的使核糖体失活的蛋白质。研究人员通常是从完整植株的种子和根中提取这些蛋白质的。

弗洛里斯也已着手进行两个中国黄瓜的亲缘品种的毛状根培养，他发现每种培养物能产生一种特异的完整蛋白质。其中一个品种可制造出两种似乎能特异性地起抗真菌化合物作用的蛋白质。他说：“我们的研究结果表明根培养可能会产生更广范围的具有潜在药学用途的生物活性蛋白质。”

香克斯接着补充道：“这种方法虽然不是一种类似哺乳动物或细菌细胞培养的主要技术，但它却有自己的长处。”

[Science News，1992年5月30 日]