光周期、土壤水分及外源激素对黄芩中黄酮类成分累积的影响及其分子机制

论文摘要

黄芩(Scutellaria baicalensis Georgi.)是唇形科黄芩属多年生草本植物。其根入药,具有清热燥湿、凉血安胎和解毒等功效。黄芩根的主要活性成分为黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素等黄酮类化合物。研究发现,栽培黄芩根中黄酮类成分含量高达干重的25%以上。本论文综合利用分子生物学和植物化学分析技术,研究了光周期、土壤水分及外源激素对黄芩光合作用产物及黄酮类次生代谢产物的影响及其分子机制,初步揭示了光周期、土壤水分及外源激素对黄芩植物体碳源累积和分配的调控作用,研究成果如下:(1)从黄芩叶中克隆出苯丙素类代谢途径的11个相关基因片断,通过同源比较,证明它们分别与其他物种的同源基因具有很高的相似性。这为揭示黄芩中黄酮类成分生物合成相关基因的转录水平的调控因素和机制因素奠定了分子生物学基础。(2)光周期对黄芩中黄酮类成分的累积具有重要调控作用。短光照明显促进黄酮类的生物合成,而长光照则有不利影响。短光照对黄芩中黄酮类成分生物合成的促进作用主要是由于短光照更有利于光合作用产物的转化和利用的结果。(3)湿润土壤条件能确保黄芩根中黄酮类成分长期稳定地累积,而适度的干旱胁迫仅具有短期的促进效应。湿润环境有助于光合作用产物的累积,进而能促进黄酮类成分的合成;而干旱在短时间内会使得植物应激合成大量的黄酮类物质来抵抗细胞氧化损伤,但过度干旱则会导致植物病理状态的出现。(4)赤霉素及矮壮素均可促进黄芩地上部分生物量的增长,但对地下部分生物量的增长及黄酮类成分的累积均呈明显抑制作用。矮壮素和赤霉素均使植株地上部分生物量增加,木质素类成分含量增多;同时均使根重降低,黄酮类成分含量明显下降,说明两种激素均使黄芩中碳源的分配发生明显改变。本研究揭示了光周期、土壤水分及外源激素对黄芩植物体碳源累积和分配具有明显调控作用,研究结果对于阐明黄芩中黄酮类成分生物合成的调控机制,以及揭示黄芩苷等黄酮类成分的生理学和生态学功能,具有一定的理论意义。同时,研究结果对于黄芩GAP(Good Agricultural Practices)生产基地的选择及栽培技术的优化,具有一定的指导意义和应用价值,也对其他中药材的道地性及GAP生产研究提供指导和借鉴。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 一 环境因素对中药材质量的影响及其机制
• 二 黄酮类化合物及其生物合成和调控机制
• 1.黄酮类化合物的药用价值
• 2.黄酮类化合物的生物学和生态学功能
• 3.黄酮类化合物的生物合成途径
• 4.黄酮类化合物生物合成的调控机制
• 三 中药黄芩研究概况
• 1.中药黄芩原植物
• 2.化学成分研究
• 3.药理活性研究
• 4.黄芩药材质量研究
• 5.光照、水分及激素对黄芩产量和质量的影响
• 四 实时定量PCR技术及其应用
• 五 本课题研究的目的和意义
• 第二章 实验材料和方法
• 一 实验材料及栽培条件
• 1.实验一:光周期对黄芩根中黄酮类成分累积的影响及其分子机制
• 2.实验二:土壤水分对黄芩根中黄酮类成分累积的影响及其分子机制
• 3.实验三:矮壮素和赤霉素对黄芩生物量及根部黄酮类成分含量的影响及其分子机制
• 二 新基因克隆与测序
• 1.总RNA抽提
• 2.总RNA逆转录
• 3.基因克隆
• 三 基因表达水平研究
• 1.总RNA抽提
• 2.cDNA模板制备与扩增
• 3.目的基因的荧光定量PCR分析
• 四 黄酮类成分含量测定
• 1.实验仪器与色谱条件
• 2.标准曲线的建立与方法学考察
• 3.样品测定
• 五 糖类成分的测定
• 1.实验仪器与色谱条件
• 2.标准曲线的建立与方法学考察
• 3.样品测定
• 六 木质素成分含量测定
• 1.索式提取
• 2.Klason木质素的分离
• 3.乙酰溴法测定木质素含量
• 七 数据处理与统计分析
• 八 仪器、耗材和试剂
• 1.实验仪器和耗材
• 2.试剂
• 第三章 实验结果
• 一 新基因的克隆和测序结果
• 1.PCR扩增结果
• 2.序列测定结果
• 3.同源性检索和序列比对
• 二 光周期对黄芩中黄酮类成分累积及相关基因表达的影响
• 1.不同光周期实验组黄芩根中黄酮类成分累积动态测定结果
• 2.不同光周期实验组黄芩叶中糖类成分累积动态测定结果
• 3.光周期对相关基因转录水平的影响
• 三 土壤水分对黄芩中黄酮类成分累积及相关基因表达的影响
• 1.不同土壤水分实验组黄芩根中黄酮类成分累积动态测定结果
• 2.不同土壤水分实验组黄芩叶中糖类成分的累积动态测定结果
• 3.土壤水分对相关基因转录水平的影响
• 四 外源激素对黄芩中黄酮类成分累积的影响
• 1.外源激素处理后植株形态变化
• 2.外源激素处理后植株高度测定结果
• 3.外源激素处理后植株地上和地下部分重量测定结果
• 4.外源激素对根中黄酮类成分含量及株累积量的影响
• 5.外源激素对地上部分木质素含量及株累积量的影响
• 6.外源激素对苯丙氨酸次生代谢支路碳素累积和分配的影响
• 7.外源激素对相关基因转录水平的影响
• 第四章 讨论
• 一 光周期对黄芩根中黄酮类成分累积的影响及其分子机制
• 1.不同实验组黄芩根中黄酮类成分变化趋势
• 2.不同实验组黄芩叶中糖类成分变化趋势
• 3.相关基因表达与叶中糖类及根中黄酮类成分含量的相关性
• 4.综合分析与讨论
• 二 土壤水分对黄芩根中黄酮类成分累积的影响及其分子机制
• 1.不同实验组黄芩根中黄酮类成分变化趋势
• 2.不同实验组黄芩叶中糖类成分变化趋势
• 3.叶和根中黄酮类成分生物合成相关基因的表达水平变化趋势
• 4.综合分析与讨论
• 三 赤霉素和矮壮素对黄芩生物量和根中黄酮类成分含量的影响及其分子机制
• 1.植株形态及生物量变化
• 2.根中黄酮类成分及地上部分木质素成分含量变化
• 3.叶和根中黄酮类成分合成相关基因的表达水平趋势
• 4.综合分析与讨论
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录