现有天然植化素生产系统的瓶颈

无论是红酒、咖啡或茶叶，我们都知道不一样年份或产地的农产品质量会有极大的差异，其实药用植物也是一样的。这是因为植物的植化素组成与含量、植物的产量，先天上非常容易受到生长环境条件影响，例如：气温、雨量、光照、土壤养分、病虫害…等。

但质量稳定的植物样品对于研究人员进行天然植化素分析、测试时非常重要。选定的天然植化素若要进入临床试验或商品化阶段时，工业级的生产规模与稳定的生产质量是绝对的关键。而植物质量、产量的批次间不稳定，是天然植化素研究与发展进展十分缓慢的主要原因。

下表为常见的天然植化素生产方式：

野外采集

野生植物提取是获得许多植物化学物质的典型策略。因为在极端环境中生长多年并且可能积累更多稀有和高生物活性的植物化学物质，所以野生品种的植物具有比人工栽种品种含有更多且更高含量的稀有植化素，从而更具有药物潜质。然而，许多稀有和高价值植物的野生种群正受到全球变暖和人类活动的影响和破坏。

在中国约1200种药材中，野生品种近70%，总产量占60%。在传统上，产地是评价中药材药效质量的重要参考。因环境气候条件，许多药材在特定的区域生长才能质优而高产，俗称“道地药材”。

然而，随着近年来市场对中草药需求的不断加大，野生中草药资源遭到严重破坏。据统计，中国已有近3000种植物处于濒危状态，其中具药用价值的濒危物种占60%－70%，被列入中国珍稀濒危保护植物记录的药用植物已超过168种，有些物种已经灭绝。

因此，野外采集的方法很难永恒的保证提供充足量的优质植物。

人工种植

对于一些需求量大的药材，人工栽种逐渐成为稳定且重要的供应方法，目前可成功人工种植的中药材约200多种。然而由于环境、地域、技术、生长周期等因素限制，大部分药材仍未能实现人工种植。此外，人工种植的条件需求（如：异地裁种、人工施肥、生长期缩短）会严重影响到药材质量及产量，使得很多药材失去野生药材的成分与药效。

此外，人工种植十分容易受到外在气候的影响，因此不同批次间的药用植物，其植化素的组成与含量可能会有巨大差异。而农药、重金属、病菌污染更是中草药最常见且为人诟病的缺点。

植物工厂

不同于传统温室栽培，植物工厂是在封闭甚至无尘的工厂化室内环境中，以人工控制光照强度与时间、温度、湿度和二氧化碳浓度，使用立体层架，并用人工培养液取代传统土地的栽培方式，生产出低生菌数、无农药、无重金属、质量稳定的药用植物。

但相较于土耕法，植物工厂生产出来的植物保质期短、易腐坏。加上设备、电力成本高，植物工厂目前仅合适生长周期短、采收周期多、生产过程单纯、易量化的高经济作物。

而药用植物中的某些珍稀成分必须在特定的条件下才能生产，比如人参中的稀有人参皂苷需要多年生长才能积累，雪莲中的营养成分也需要在极寒和缺氧的环境中才能产生。因此目前适用植物工厂栽种的药用植物数量仍然不多。

愈伤组织培养

即使树枝断掉，过不久伤口处又能长出新的树枝与树叶，这是因为伤口处的成熟老化组织会经过“脱分化”的过程，转变成不完全分化、不成熟的愈伤组织（callus）；该细胞功能类似干细胞，能重新分化、生成新的植物组织修复伤口，或在特定环境下能长成新的植株。

将愈伤组织细胞在液体培养液中进行悬浮培养，不但能加速细胞生长，且易扩增细胞产量。此法已应用于基因克隆植物与一些药用植物植化素的生产，例如紫杉醇与长春新碱。

但愈伤细胞就像伤口愈合后结痂脱落一样，随着培养次数的增加，愈伤组织的细胞活性逐渐降低，慢慢衰老死亡。同时，由于愈伤组织是由多种组织细胞经过脱分化过程后得到的细胞团，其细胞组成是异源性的，这种特性导致培养愈伤组织时会有很大的变异性，例如细胞团聚集。这些因素造成愈伤组织生长缓慢且植化素产量低，限制了以愈伤细胞悬浮培养系统进行商业级植化素大量生产的发展性。

毛状根培养

发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）感染植物后，能够诱导植物细胞产生毛状根。毛状根属于激素自养型，具有有效成分含量高、生理生化和遗传性稳定、易于进行操作控制等特点，可在离体培养条件下表现出次生代谢产物的合成能力，还能够合成许多悬浮细胞培养所不能合成的物质，某些产物的产量甚至高于正常植物及悬浮细胞培养。

毛状根培养系统无论在生物量的增加，药用有效成分的积累还是生产稳定性方面，都显示了其独特的优越性，使得利用毛状根培养生产植物次生代谢产物具有极大的生产潜力。到目前为止，国内外现已成功地培养出天仙子、黄芪、紫草、红花、青蒿、决明等药用植物的毛状根，人参皂甙、黄连素等已通过毛状根培养已应用于生产。

然而，仅有植化素主要合成器官是源植物的根，才适用毛状根系统。而如何实现药用植物毛状根的大规模培养，以及提高毛状根中有效次生代谢物的积累能力，并找到合适的生物反应器是当下商业级培养所面临的问题。

全新的天然植化素生产系统

植物干细胞（CMC）的成功分离，给天然植化素提供了一个全新的生产系统。由于植物干细胞具有以下特性：

1. 稳定的生产力：

植物干细胞（CMC）因为细胞内含有大量端粒酶，染色体端粒得以保护，可以让端粒不会因细胞分裂而有所损耗，从而植物干细胞（CMC）拥有永恒的生命力，即使是进行长期继代培养，植物干细胞（CMC）也不会老化和发生基因突变；例如：植慧研究院2005年分离出的野山参干细胞培养至今，10多年来依然没有发现任何变异）。因此，在适合的培养环境下，植物干细胞（CMC）能够作为一个长期稳定的平台去生产供应天然植化素。

2.很高的植化素生成能力：

由于植物干细胞（CMC）拥有更完整的基因信息及基因表达模式，在实验室里可以通过不同的环境培养，可获得不同的植物有效成分组分搭配或者更高含量，甚至是能够发现更多新的对人类有益的新有效成分。

从而能够突破过往所有植化素生产方式的限制，在Biomass增殖、次生代谢产物生产等领域远远优于现有的技术，可以很好地将植物干细胞（CMC）应用于目标有效成分的商业化大规模生产。不仅如此，利用植物干细胞（CMC）技术，我们可以将大自然中最为稀有、有效的组分进行纯天然的放大生产。完全打破时间和空间的局限，将之前“卡在实验室”的诸多研发成果付诸大量生产，从而为市场提供最为安全、有效、天然的各类组分。

同时，植慧研究院打造的全新植物干细胞（CMC）天然植化素生产系统还拥有以下4大优势：

CMC 细胞在天然植化素生产的应用发展性越来越受到重视