白芷全基因组测序分析及BGLU基因家族分析

白芷为常用的药食同源物种,既是临床常用中药,又是香料,用途十分广泛。为获取白芷全基因组序列信息,该研究首次以杭白芷叶片DNA为材料,采用Nanopore测序技术构建杭白芷全基因组数据库,并利用生物信息学方法对获得的核苷酸序列进行组装、功能注释以及进化分析研究。结果表明:(1)原始测序数据过滤后获得662 Gb三代数据,Read N50约为32932 bp,经过组装得到杭白芷基因组大小为5.6 Gb,Contig N50约为806638 bp。(2)组装后的序列通过与KOG、GO、KEGG等功能数据库比对,得到了功能注释的基因占66.47%,KOG功能注释结果表明杭白芷的蛋白功能主要集中在一般功能预测、翻译后修饰、蛋白质转换、伴侣以及信号转导机制;GO功能分类表明杭白芷的基因集中在生物学过程及细胞组分;KEGG通路注释表明参与代谢途径的基因占主要地位。(3)杭白芷中鉴定到45个BGLU家族基因。该研究首次利用第三代测序技术对杭白芷全基因组进行解析,为杭白芷的系统生物学研究和BGLU在杭白芷生长发育中的后续功能研究提供了重要的理论参考。

氮磷钾配合施用提高白芷种子产量和质量

[目的]白芷留种繁育生产中缺乏施肥技术,造成白芷种子产量低,质量不稳定。为此,研究了用于白芷良种繁育及种子高效生产的施肥技术体系。[方法]以白芷品种‘川芷2号’为试验材料,于2021-2022年采用“3414”不完全正交回归设计,在四川省成都市进行了田间试验。试验三因素为氮(N)、磷(P_(2)O_(5))和钾(K_(2)O)肥,分别设4个施肥水平,共14个处理。于白芷收获期,测定种子产量、千粒重、长度、宽度、发芽率、发芽势、发芽指数和生活力;利用灰色关联度分析法,对各施肥处理下的白芷种子产量和质量进行综合评价;通过肥效模型拟合得出氮、磷和钾肥的推荐施肥量。[结果]当N、P_(2)O_(5)和K_(2)O用量分别为180.6、306.5和149.8 kg/hm^(2)(N_(2)P_2K_(2))时,白芷种子产量、千粒重、长度、宽度、生活力、发芽率、发芽势和发芽指数最高,与不施肥(N_0P_0K_0)相比分别提高了83.3%、27.3%、16.4%、18.9%、23.3个百分点、16.7个百分点、24.0个百分点和28.2%。灰色关联度分析表明,白芷种子产量对种子生活力的影响最大,其次是发芽率、发芽势、千粒重。N_(2)P_2K_(2)处理的加权关联度和等权关联度系数均最高,分别为0.825和0.824;其次是N_1P_2K_1处理(N 90.3、P_(2)O_(5) 306.5、K_(2)0 74.9 kg/hm^(2)),分别为0.745和0.751。在施肥区间内,白芷种子产量均随氮、磷和钾肥任一单种肥料施用量的增大呈先上升后下降的趋势,均在N_(2)P_(2)K_(2)处理下达到最大值;氮、磷和钾肥对白芷种子产量存在明显的互作效应,N_(2)P_(2)K_(2)处理下的施肥水平有利于提升氮、磷、钾的肥效。由拟合白芷种子产量的三元二次肥料效应方程可得出,当N、P_(2)O_(5)和K_(2)O养分用量分别为177.0、274.6和133.7 kg/hm^(2)时,白芷种子产量最高,为1766.6 kg/hm^(2)。[结论]适宜的氮、磷、钾肥配施显著提高白芷种子产量和质量,氮肥(N)、磷肥(P_(2)O_(5))和钾肥(K_(2)O)最优推荐施肥量分别为177.0、274.6和133.7 kg/hm^(2),适宜的氮、磷、钾施肥比例为1:1.55:0.75。

不同类型地膜覆盖对白芷生长发育、产量及主要有效成分的影响

为探究地膜覆盖技术对缓解白芷苗期春旱,促进其增产并保障品质的效果,本研究采用单因素试验设计,以不覆盖处理为对照(CK),分别采用白膜(厚度0.008 mm)、黑膜(厚度0.008 mm)、黑膜(厚度0.010 mm)、黑膜(厚度0.014 mm)和银黑膜(厚度0.012 mm)5种覆膜材料垄沟覆盖白芷,分析不同类型地膜覆盖对白芷生长发育动态、土壤养分、白芷养分、主要有效成分动态、产量及经济效益的影响。结果表明,地膜覆盖会显著提高白芷对土壤速效养分的吸收及地下部分(根)养分积累、产量、品质和经济效益。在白芷苗期时,地膜覆盖处理的白芷株高、根长、根直径、鲜重和干重均高于未覆盖(CK)。在白芷收获期时,白芷欧前胡素含量及积累量以黑膜(厚度0.010 mm)最高(0.31%,219.86 mg/株);异欧前胡素积累量以银黑膜最高,其次是黑膜(厚度0.010 mm),分别为75.25和71.75 mg/株;与CK相比,地膜覆盖处理使白芷产量和经济效益提升18.15%~22.80%和36.97%~54.12%。综上,地膜覆盖技术能缓解白芷苗期干旱现象,在提高白芷品质的基础上进一步提升产量。因此在兼顾白芷产量、主要有效成分和经济效益的前提下,以厚度为0.010 mm的黑膜垄沟覆盖为宜。本研究结果为地膜覆盖技术在白芷生产中的应用提供了理论参考。

白芷不同基原化学成分差异性研究

目的:对白芷(白芷和杭白芷)不同基原进行化学成分差异性研究。方法:对白芷和杭白芷饮片进行浸出物、总香豆素含量及特征指纹图谱研究,浸出物按照2020版《中国药典》四部2201项下方法测定,总香豆素含量采用紫外-分光光度法,特征指纹图谱采用HPLC法。结果:二者质量差异较大,白芷的浸出物含量和总香豆素的含量明显高于杭白芷,且特征指纹图谱成分差异明显。结论:白芷不同基原在所含化学成分方面存在一定的差异性,在制剂开发中应固定基原,以利于制剂的质量控制。

白芷中非香豆素类成分研究

为研究临床常用中药白芷中的化学成分,本实验利用各种色谱分离技术,结合核磁共振波谱对分离得到的单体化合物进行结构鉴定,结果从白芷乙醇提取物中共鉴定出18个非香豆素类化合物,分别为甘草素(1)、柚皮素(2)、橙皮素(3)、柚皮素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(4)、橙皮素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(5)、柚皮苷(6)、新橙皮苷(7)、柚皮芸香苷(8)、3-羟基-5,6,7,8,3′,4′-六甲氧基黄酮醇3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(9)、开环异落叶松脂醇(10)、松脂素单甲基醚-β-D-葡萄糖苷(11)、连翘苷(12)、牛蒡子苷(13)、(-)-松脂醇-4-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(14)、金钱草碱(15)、1-H-咪唑并[4,5-d]哒嗪-2-胺(16)、咖啡酸乙酯(17)、咖啡酸甲酯(18)。除化合物15外,其他17个化合物均为首次从白芷中分离得到,对所有化合物进行抗炎活性筛选,结果表明化合物3和18对zymosan诱导中性粒细胞释放超氧化物具有一定的抑制作用,IC_(50)分别为77.8±2.4μmol/L和44.7±13.5μmol/L;化合物1和18对LPS诱导的小鼠巨噬细胞RAW 264.7的NO产生有一定抑制活性,IC_(50)分别为44.7±4.1μmol/L和94.5±1.9μmol/L。

白芷根际促生菌的筛选及其促生效果研究

发掘与利用白芷根际细菌促生潜力,为白芷高产优质提供新途径。使用功能性培养基分离筛选白芷根际中具有较强促生潜力的植物根际促生菌(plant growth promoting rhizobacteria,PGPR),通过形态特征及16S rDNA序列对菌株进行综合鉴定,采用盆栽试验验证所筛PGPR菌株对BZA001和BZB003两个白芷品种(系)的促生效果。分离出白芷根际细菌共77株,23株具有固氮能力,20株具有溶解无机磷能力,4株具有产铁载体能力,7株具有产IAA能力,所有菌株均无解钾能力;31株促生潜力较强的PGPR多属于芽孢杆菌属(Bacillus),占64.52%;所有菌株以Klebsiella属XI-1菌株综合促生能力最强,在不施肥条件下该菌株对BZA001和BZB003两个白芷品种(系)的生长及产量均有显著促进作用,增产率分别为31.85%和64.59%,在一定程度上缓解了缺肥对白芷生长的限制。白芷根际促生菌中芽孢杆菌数量最多;但所筛克雷伯氏菌株XI-1综合促生潜力最强,可显著提高白芷产量,具有发展为白芷微生物菌剂的潜质。

白芷根际促生真菌筛选及其促生效果研究

化肥的过度施用已在白芷种植中造成产量下降、品质退化等诸多问题。为推动白芷绿色栽培模式,挖掘白芷根际真菌资源,该研究分别从道地及非道地产区白芷根际分离、筛选具有固氮、溶磷、解钾、产铁载体和产吲哚乙酸(IAA)促生特性的白芷根际真菌,结合形态特征及ITS rDNA序列对菌株进行综合鉴定,采用盆栽试验验证其促生效果。结果表明,通过各促生活性从道地和非道地白芷根际分离筛选获得了37株促生真菌,多为镰孢菌属Fusarium,且道地产区白芷根际可培养的促生真菌种类较非道地产区的更为丰富多样。所有菌株中以黑曲霉ZJ-17的综合促生潜力最强,在室外不施肥的条件下,接种ZJ-17对种植于道地和非道地产区土壤的白芷的生长、产量和有效成分积累均有显著的促进作用,增产率分别为73.59%、37.84%,一定程度上缓解了不额外施肥对白芷生长的限制。因此,黑曲霉ZJ-17在白芷增产保质、化肥减施上具有极大的应用前景,可实际应用于促进白芷生长,制备生物肥料上。

川白芷MYB-related家族的生物信息及表达模式分析

近年来,研究发现MYB-related家族基因在植物的生长发育过程中起着重要作用。该文以“川芷2号”为供试材料,运用转录组数据库检索和生物信息学的方法系统分析白芷MYB-related家族基因,并通过实时荧光定量PCR对其时空表达特性进行分析。研究表明,共鉴定出122个MYB-related家族蛋白,主要为热稳定性良好的不稳定性亲水蛋白;大部分蛋白定位于细胞核中;该家族蛋白无规卷曲和α-螺旋所占比例较大;5个白芷MYB-related家族蛋白具有膜结合结构域;通过对白芷MYB-related家族蛋白保守结构域分析,5个亚组基因的MYB结构域与2R-、3R-和4R-MYB蛋白类似,含有MYB重复序列中3个均匀分布的Trp(W)残基。通过白芷和拟南芥MYB-related家族蛋白的系统进化分析显示,二者的MYB-related成员在5个亚组中均有不均匀分布,且在CCA1-like亚组中拟南芥和白芷具有几乎相同的基因数量;122条编码蛋白所含基序数量、类型、分布上存在差异,分支相近的转录因子具有相似的结构域及基序;表达模式分析显示AdMYB53、AdMYB83、AdMYB89转录因子对激素均有不同程度响应,且均在叶中表达量较高,根部响应迅速。该研究为进一步研究白芷MYB-related转录因子的功能及解决白芷早抽薹等生物学问题奠定了基础。