两种形态氮素及其配比对颠茄生长和氮代谢的影响

本研究采用砂培、浇灌营养液方法种植颠茄(Atropa belladonna),研究不同铵硝配比(0∶100、25∶75、50∶50、75∶25、100∶0)在不同处理时间(7、14、21、28d)对颠茄干重、叶绿素和主要含氮化合物含量以及氮代谢关键酶活性的影响,为颠茄的合理施肥、科学种植提供理论依据。结果表明,颠茄叶片叶绿素、游离氨基酸(FAA)及可溶性蛋白(SP)含量随铵态氮比例增加而升高,其中叶绿素、FAA含量在铵硝比75∶25时最高,SP含量在铵硝比50∶50时最高,但这种影响在不同处理时间表现并不相同;整个处理期内,全硝营养下颠茄地上部和地下部干重明显高于铵硝混合处理及全铵处理,且叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性较高,硝态氮含量也最高。综上,增加硝态氮含量能够促进颠茄干物质的积累以及NR和GS活性,合理补充铵态氮则能提高叶片叶绿素、FAA及SP含量,因此铵硝结合供氮且铵硝配比为25∶75更有利于颠茄的生长和氮素代谢。

3种常用培养基对颠茄毛状根生长与次生代谢产物积累的影响

研究了B5,MS,N6 3种培养基对颠茄毛状根的生长及托品烷类生物碱质量分数和产量的影响.结果表明:B5,MS培养基中颠茄毛状根的生物量明显高于N6培养基,两者之间差异无统计学意义,但B5培养基中东莨菪碱和莨菪碱质量分数与产量均显著高于MS培养基.因此,比较3种培养基,B5培养基作为基本培养基不仅有利于颠茄毛状根的生长,也对托品烷类生物碱的合成有促进作用,为建立适合其生长和次生代谢产物产生的离体培养体系提供了理论依据.

UV-B胁迫下Ca^(2+)对颠茄生理特性与次生代谢产物的调控研究

有害中波紫外线(Ultraviolet B, UV-B; 280~320 nm)辐射影响植物的生长和发育, Ca^(2+)是植物生长发育所必须的大量元素之一,外源Ca^(2+)不但可以提高植物抗胁迫能力,还对次生代谢具有调控作用。以颠茄(AtropabelladonnaL.)实生苗为材料,在UV-B辐射(10μW cm^(–2))背景下,研究不同浓度外源Ca^(2+)、不同处理时间对颠茄生理特性、氮代谢、次生代谢产物含量以及托品烷类生物碱代谢途径中3个关键酶基因表达量的影响。结果表明,随着UV-B辐射时间的延长(4~12 d),对颠茄的光合作用、氮代谢以及生物碱的积累产生抑制作用,加剧了膜脂氧化程度;经外源Ca^(2+)处理,叶片初始荧光(Fo)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量呈下降趋势,叶片最大光化学效率(F_v/F_m)、光合色素(总叶绿素、类胡萝卜素)含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性均呈上升趋势,说明Ca^(2+)有利于缓解UV-B辐射的抑制,加强对UV-B胁迫的抗性;在Ca^(2+)处理下,叶片中硝态氮含量显著降低,游离氨基酸、可溶性蛋白含量和氮代谢关键酶(NR、GS、GDH)的活性显著提高,叶片中莨菪碱含量和东莨菪碱含量显著提高;qRT-PCR分析显示,在外源Ca^(2+)的诱导下,托品烷类生物碱合成途径中3个关键酶基因(PMT、TR I、H6H)表达量均有不同程度上调趋势。本研究结果可为田间种植提供理论参考。

UV-B辐射对颠茄氮代谢及次生代谢产物含量的影响

有害的中波紫外线(ultraviolet B,UV-B;280~320 nm)辐射影响植物的生长与发育。但也有研究证明,UV-B辐射可诱导生物碱合成。然而,UV-B辐射能否提高颠茄(Atropa belladonna L.)中托品烷类生物碱(tropane alkaloids,TAs)的含量尚未见报道。本研究以颠茄实生苗为材料,研究UV-B不同照射度强、时间(d数)对颠茄的氮代谢、生物碱含量及TAs代谢途径中的几个关键酶基因表达量的影响。结果表明,随着辐射天数的增加(5~30 d),低强度(LU,5μW/cm^2)UV-B处理与对照(无辐射)比较,硝态氮、莨菪碱、东莨菪碱含量无显著差异。然而,中等强度(MU,10μW/cm^2)和高强度(HU,15μW/cm^2)UV-B辐射,明显增加硝态氮含量,谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS)、谷氨酸脱氢酶(glutamine dehydrogenase,GDH)活性明显高于对照。重要的是,中、高强度UV-B辐射显著降低了颠茄的叶片与茎中莨菪碱和东莨菪碱含量。荧光定量PCR揭示,莨菪碱合成的关键酶腐胺N-甲基转移酶(putrescine N-methyltransferase,PMT)编码基因、莨菪碱-6-β-羟化酶(hyoscyamine-6-β-hydroxylase,H6H)基因表达呈高度组织特异性,主要是在根部表达。与对照比较,低强度照射25 d引起pmt在根部的表达量显著上调,而中、高强度照射导致其下调;h6h在根部的相对表达量随着处理强度的增加逐渐降低;托品酮还原酶Ⅰ(tropinone reductaseⅠ,TRⅠ)编码基因在叶片中的表达量较高,随照射强度的增加而升高。上述结果表明,低强度UV-B辐射促进氮代谢,有利于莨菪碱合成;而长期中、高强度UV-B辐射,尽管促进了谷氨酸代谢,但却使pmt和h6h表达降低,不利于莨菪碱和东莨菪碱的积累。总之,本研究结果显示,不同UV-B辐射强度和时间,对颠茄合成TAs的影响不同,可为大田试验生产莨菪碱提供有益的参考。

外源性5-氨基乙酰丙酸对盐胁迫下颠茄生理特性及次生代谢产物含量的影响

通过对颠茄幼苗生理特性及生物碱含量的研究,寻找提高颠茄在盐胁迫条件下的抗性能力以及提高生物碱含量的途径.采用100 mmol/L NaCl溶液和不同质量浓度5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)溶液处理颠茄幼苗,对颠茄叶片的叶绿素含量、叶绿素荧光参数、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶(SOD,POD)活性及莨菪碱、东莨菪碱含量进行测定.结果表明:叶面喷施5-ALA可显著(p>0.05)提高抗氧化酶活性及叶绿素含量、渗透调剂物质含量,降低盐胁迫对细胞质膜过氧化程度和PSⅡ的损伤程度,同时可提高盐胁迫下颠茄中东莨菪碱的产量,但是对莨菪碱产量的作用不明显.外源5-ALA可有效缓解盐胁迫对颠茄生长的抑制,提高其抗盐能力.

表面活性剂产生菌的筛选与优化及其产物性质的分析

从被石油污染的土壤中用蓝色凝胶培养基分离筛选出1株产糖脂类生物表面活性剂的菌株B2。经生理生化试验与16S r DNA序列分析将该菌株鉴定为沙雷氏菌属(Serratia sp.)。经红外光谱与薄层层析分析,结果表明该菌株产生的表面活性剂是一种鼠李糖脂。以发酵液的表面张力为指标,通过正交试验确定最佳发酵条件,即以20 g/L豆油为碳源、5 g/L尿素为氮源、温度34℃、p H 7.0、发酵时间96 h。在此最佳条件下测得表面活性剂的产量为3.746 1 g/L。该菌株所产表面活性剂水溶液在其浓度为临界胶束浓度时的表面张力为180 m N/m。

外源亚精胺对盐胁迫下颠茄生理特性和生物碱积累的影响

以颠茄为试验材料,在盐胁迫下对叶片喷施不同浓度的亚精胺(Spd)溶液,研究Spd对颠茄相关生理特性和叶片干物质中莨菪碱和东莨菪碱质量分数的影响.试验结果表明:喷施较低浓度(0.1mmol/L,0.3mmol/L)的Spd溶液,可使颠茄的抗盐能力增强,叶绿素质量分数上升,丙二醛(MDA)、可溶性糖、可溶性蛋白(SP)、脯氨酸(Pro)质量分数降低,过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性均降低,莨菪碱质量分数上升,并且经0.1mmol/L的Spd溶液处理的颠茄叶片东莨菪碱质量分数是对照组的3.44倍.因此,叶片喷施适宜浓度的Spd溶液能够有效缓解盐胁迫对颠茄的伤害,使植株恢复正常生长,提高颠茄莨菪碱和东莨菪碱的质量分数,这表明亚精胺能够增强颠茄的抗盐能力,提高其有效药用成分产量.

诱导子对颠茄毛状根生长及托品烷类生物碱质量分数的影响

目的:研究不同浓度茉莉酸甲酯(MJ)、硝酸银(AgNO_3)、水杨酸(SA)、酵母提取物(YE)4种诱导子对颠茄毛状根生长及托品烷类生物碱合成的影响.方法:将0.5g新鲜颠茄毛状根接种于B5液体培养基中,黑暗培养12d后,将原有培养基换成加有不同浓度诱导子的4种新培养基,同样条件下再培养2d,收集颠茄毛状根材料,测定其鲜质量与干质量及托品烷类生物碱的含量.结果:MJ抑制了毛状根生长与托品烷类生物碱的积累,而AgNO_3虽然抑制了颠茄毛状根的生长,但却显著提高了托品烷类生物碱的积累,托品烷类生物碱的产量在100μmol/L AgNO_3处理下达到26.191mg,是对照的219.9%.在SA处理下,较小程度地抑制了毛状根的生长,对东莨菪碱的积累有促进作用.在YE处理下,随试验浓度升高,对毛状根生长及托品烷类生物碱的积累的促进作用也逐渐增强.结论:AgNO_3是提高毛状根中托品烷类生物碱的最佳诱导子,而YE是对颠茄毛状根生长的最佳诱导子.

氮素形态对颠茄生物碱积累及相关基因表达的影响

莨菪碱和东莨菪碱是颠茄含有的2种主要生物碱,具有重要的药用价值。该研究以颠茄实生苗为材料,设置不同铵硝配比处理,分析不同形态氮素对颠茄莨菪碱和东莨菪碱的含量和生物碱合成的上游产物、信号分子以及关键酶基因表达量的影响。结果显示,铵硝比50∶50更有利于颠茄生物碱的积累和莨菪碱向东莨菪碱的转化。对Put及其合成关键酶的检测发现,腐胺的含量与腐胺合成的关键酶活性变化基本一致,它们都随铵态氮比例的增加而升高,在铵硝比75∶25达到最高;对信号分子NO的检测发现,NO浓度随处理液中硝态氮比例的减小而减小;对PMT,TRⅠ,H6H表达量的检测发现,少量铵态氮增加了根部PMT,H6H基因表达量,铵硝比为50∶50时叶片和根部PMT,TRⅠ,H6H基因都有较高的表达水平。以上结果表明,氮素形态对颠茄莨菪碱和东莨菪碱合成的调控主要通过影响关键酶基因的表达量起作用,铵硝等比供氮条件提高了颠茄叶片中TRⅠ和根部PMT与H6H表达量,因此促进了腐胺向莨菪碱的合成以及莨菪碱向东莨菪碱的转化,使颠茄能够积累更多的莨菪碱和东莨菪碱。

诱导子对颠茄毛状根有效成分及代谢关键酶基因表达的影响

目的提高药用植物颠茄Atropa belladonna有效成分的产量,为颠茄在实际生产中提供经济高效的处理方法,为相关药用植物次生代谢的机制研究提供基础性参考。方法通过向培养基中添加4种不同诱导子,包括茉莉酸甲酯(MJ)、硝酸银(AgNO_3)、水杨酸(SA)、酵母提取物(YE),研究诱导子对颠茄毛状根有效成分的积累及代谢途径中的关键酶基因1,4-丁二氨-氮-甲基转移酶(putrescine N-methyl transferase,pmt)基因、托品酮还原酶-I(tropinone reductase-I,tr I)基因和莨菪碱6-β-羟化酶(hyoscyamine-6-β-hydroxylase,h6h)基因表达的影响。实验将0.5 g新鲜颠茄毛状根接种于盛有B5液体培养基的三角瓶中,暗培养12 d后,将培养基更换为含有诱导子的4种新培养基,相同条件下再培养2 d后采集毛状根样品,测定每瓶毛状根的鲜质量、干质量、部分生理指标、托品烷类生物碱的量及3种关键酶基因的表达量。结果 MJ抑制了颠茄毛状根的生长及托品烷类生物碱的产生,pmt、trI基因的表达量与对照组相比也有所下降;AgNO_3虽然抑制了毛状根的生长,但却显著提高了托品烷类生物碱的含量,同时pmt、trI、h6h基因的表达量均升高;SA对颠茄毛状根的生长影响不显著,但使东莨菪碱的含量提高;YE对颠茄毛状根的生长及托品烷类生物碱的含量均有促进作用,pmt、trI、h6h基因的表达量也相应升高。结论 AgNO_3是提高颠茄毛状根中托品烷类生物碱含量的最佳诱导子,YE在促进颠茄毛状根生长的同时也可促进其次生代谢。推断诱导子通过调控某种或某几种关键酶基因的表达来影响生物碱的代谢合成,为生产中提高颠茄毛状根药用成分含量提供了可参考的方法。