光质诱导钙信号对铁皮石斛原球茎生长及多糖积累的影响研究

发布时间：2020-10-31 23:16

　　 多功能型园林植物不仅具有良好的观赏价值,还兼有生态环境修复、药用保健等功能,对其资源的保护和开发逐渐成为园林界及生物保健品市场的新宠。铁皮石斛是我国特有的石斛品种,不仅花型优美,花色淡雅,具有较高的观赏价值,而且体内的多糖等次生代谢物质具有较强的抗肿瘤功能,是典型的多功能型园林植物。然而铁皮石斛自然繁殖率低、组培周期长,且不易存活,目前其野生资源及生物保健产品的市场价格高且供不应求。如何做到既保护这一被国家列入“重点濒危植物保护品种”的野生资源,又满足市场日益增长的需求?寻找高效、经济的新材料替代植株是开发多功能型园林植株种植资源、满足市场需求的一条新思路。原球茎作为铁皮石斛组培过程中的一种特殊的组织,不仅增殖快、生产周期短,而且具有与野生植株相同的药用物质和药理作用,可规模化生产替代铁皮石斛植株成为生物反应器。因此,利用原球茎作为生物反应器生产铁皮石斛多糖,代替原植株成为药源,是实现野生铁皮石斛资源可持续利用的有效方式之一。光质作为环境中的主要信号之一,能被植物感知并调节一系列初生代谢和次生代谢。生产中利用光质提高药用观赏型植物的品质已成为目前国内外的研究热点。钙是植物细胞传递环境信号的第二信使,不仅能介导植物对干旱、低温、热激以及强光等环境因子的响应,还能调控植物某些药用有效物质的合成,而目前关于钙信号在光质诱导植物药用成分积累中的介导作用还研究甚少。尽管前人在光质对植物生长与次生代谢合成与调控方面有所研究,但对铁皮石斛原球茎这种生物反应器而言,其多糖合成机制中,钙信号对不同光质的的介导作用仍然是一个需要深入探讨的问题。为此,本研究选择铁皮石斛原球茎为试验材料,采用不同光质及钙信号抑制剂调节的方法,探究光质对原球茎的生长及多糖是否有作用?哪种类型的光质及其配比对多糖积累最有效?钙在有效光质的诱导下是如何进行生物响应的?研究结果不仅可补充完善钙信号对植物生命活动的相关研究成果,且可为铁皮石斛原球茎多糖生产提供理论指导。其结果如下：1.不同光质对铁皮石斛原球茎生物量和多糖积累的作用不同,红蓝混合光对原球茎生物量和多糖积累的促进作用较好,其中以红／蓝1：3光质下的生物量和多糖产量最高；单蓝光与白光的生物量、多糖含量和多糖产量相近；单红光下的生物量最低,多糖含量比白光略高,多糖产量与白光相近。2.不同光质下原球茎光合特性的差异是生物量和多糖产量不同的主要原因,红蓝混合光对原球茎叶绿素合成和光合特性的促进作用较强,促进光合产物的增加,从而提高生物量积累和多糖合成前体,其中以红／蓝1：3光质的效果最佳；而单红光和单蓝光则不利于原球茎的光合机构发育。3.铁皮石斛原球茎的糖代谢对多糖积累的影响显著,且不同光质对糖代谢的作用不同,红蓝混合光下原球茎SS和SPS活性、蔗糖、果糖和葡萄糖含量均较高,其中葡萄糖的光响应趋势与多糖一致,葡萄糖可能是原球茎多糖的主要合成前体。因此,红／蓝1：3光质可通过提高光合能力和糖代谢水平,有效促进原球茎的生物量和多糖积累,且这种促进作用具有钙依赖性,其可能机制为：1)通过提高CaM含量和Ca2+-ATPase活性,增强Ca2+-CaM信号对光合机构的调控力,促进铁皮石斛原球茎的叶绿素含量和光合特性,增强光合生产力,从而提高生物量积累；2)增强Ca2+-CaM信号对糖代谢的调控力,促进SS和SPS活性,提高蔗糖、果糖和葡萄糖含量,为多糖提供充足的合成前体,从而促进多糖含量。综上所述,利用光质提高铁皮石斛原球茎的生产力是可行的。在现代农业规模化生产中,利用红/蓝光1：3配比的LED光源替代普通白光是提高铁皮石斛原球茎品质的可行途径。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S682.31
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩写符号说明
1 问题提出与研究目的意义
2 国内外相关研究现状与进展
    2.1 光质与植物生长的关系
        2.1.1 植物的光信号感应机制
        2.1.2 光质对植物生长发育的影响
        2.1.3 光质对植物多糖的影响
    2.2 钙信号对植物光响应及其生物合成的影响
        2.2.1 植物细胞钙信号的转导机制
        2.2.2 钙信号对植物光响应的影响
        2.2.3 钙信号对植物次生代谢物质的影响
    2.3 铁皮石斛原球茎的基本特征和研究现状
        2.3.1 铁皮石斛原球茎的基本特性
        2.3.2 铁皮石斛原球茎的研究现状
    2.4 小结
3 研究内容与技术路线
    3.1 研究内容
        3.1.1 不同光质对铁皮石斛原球茎生长和多糖积累的影响
        3.1.2 钙信号在光质促进铁皮石斛原球茎生长和多糖积累中的介导作用
    3.2 技术路线
4 试验材料与方法
    4.1 试验材料
    4.2 试验设计
        4.2.1 试验1—最佳光质的筛选
        4.2.2 试验2—探究光质与钙信号的关系
    4.3 测定指标与方法
        4.3.1 钙信号强度测定
        4.3.2 生物量及干鲜比测定
        4.3.3 多糖产量测定
        4.3.4 光合特性测定
        4.3.5 糖代谢相关指标测定
    4.4 数据统计与分析
5 结果分析与讨论
    5.1 光质对铁皮石斛原球茎生长及多糖积累的影响
        5.1.1 光质对铁皮石斛原球茎生长的影响
        5.1.2 光质对铁皮石斛原球茎多糖积累的影响
        5.1.3 光质对铁皮石斛原球茎光合特性的影响
        5.1.4 光质对铁皮石斛原球茎糖代谢的影响
        5.1.5 小结与讨论
    5.2 钙信号在光质促进铁皮石斛原球茎生长和多糖积累中的介导作用
        5.2.1 光质诱导的钙信号强度
        5.2.2 光质诱导的钙信号对铁皮石斛原球茎生长的影响
        5.2.3 光质诱导的钙信号对铁皮石斛原球茎多糖积累的影响
        5.2.4 光质诱导的钙信号对铁皮石斛原球茎光合特性的影响
        5.2.5 光质诱导的钙信号对铁皮石斛原球茎糖代谢的影响
        5.2.6 小结与讨论
6 结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文及科研成果

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本文编号：2864651