温光调控桃儿七生长和鬼臼毒素生物合成的机制研究

发布时间：2020-11-08 15:58

　　 桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum Royle)为小檗科多年生草本植物,根茎中主要化学成分鬼臼毒素(podophyllotoxin,PPT)及其派生物具有显著的抗癌、抗病毒和抗氧化等多种生物学活性。独特的药理学作用使得需求量日益增加,导致野生资源面临濒危,因此,急需加快桃儿七种植栽培和细胞培养来提高PPT产量。本实验室和其他学者研究证实,高海拔可显著促进PPT生物合成,而低温和强紫外线是构成高海拔环境的主要生态因子。为了进一步揭示高海拔促进PPT生物合成的分子机制,本研究在前期转录组测序的基础上,以桃儿七组培植株为实验材料,采用扫描电镜、透射电镜、HPLC和qRT-PCR等技术,探明了低温和UV-B对细胞/亚细胞结构、生长特性、活性物质积累及关键基因表达等方面的影响,具体结果如下:1)通过研究温度对无菌苗诱导、植物生长特性及显微结构的影响,结果发现:15~oC下种胚成苗率(61.9%)分别为22和30~oC的1.2和1.5倍;15~oC相对22~oC而言,生物量、叶绿素含量、叶面积、株高、茎和根直径、鳞茎和根数、根长均显著增加。叶片显微和超微结构电镜观察结果发现,低温15°C显著促进气孔开放率、叶绿体、线粒体、淀粉粒、嗜锇颗粒和类囊体基粒数量等。2)通过研究温度对代谢产物积累及相关基因表达的影响,结果发现:以单株计算,15°C下PPT积累量相对22°C增加了2.3倍,总黄酮、总酚含量和抗氧化能力分别增加了1.8、1.4和1.3倍;与光合作用相关基因(ShMENG、ShmatK和ShndhF等)、PPT生物合成相关基因(ShPAL~Sh2-ODD)、总黄酮生物合成相关基因(ShCHS1和ShDTX41)以及逆境响应相关基因(ShAPX3、ShEX2和ShMYB等)表达水平均呈现增加。3)通过研究温光协同对植物生长、代谢产物积累及相关基因表达的影响,结果发现:UV-B+15°C处理与15°C相比,UV-B+15°C对生物量、根长和根数有促进作用,而其他生长指标(叶绿素含量、叶面积、株高和叶柄数等)则相反;尽管UV-B+15°C可促进可溶性糖、总黄酮和总酚的积累及其抗氧化能力,诱导相关基因的高表达,但不利于PPT的积累及其生物合成相关基因的表达,以单株计算,UV-B+15°C下PPT积累量相对15°C降低了0.9倍,PPT生物合成下游关键基因表达量下降了0.3(ShCCoAMT)~0.8倍(ShCYP71CU1)。以上研究结果表明,适宜低温15~oC更有利于植物的生长、代谢产物的积累以及相关基因的高表达;UV-B尽管在一定程度上有助于15°C促进植株生物量、总黄酮、总酚含量和抗氧化能力及相关基因的表达,但抑制了PPT的积累及生物合成相关基因的表达。该研究结果将为指导桃儿七种植栽培、调控细胞培养提高PPT产量提供直接的理论依据。
【学位单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S567.239
【部分图文】：

甘肃农业大学2020届硕士学位论文2图1桃儿七植株生长发育特性图A和B分别为未结果和结果的植株Fig.1GrowthanddevelopmentalcharacteristicsofS.hexandrum.ImagesAandBrespectivelyrepresentunyielding-fruitandfruitplants.图2桃儿七根茎及抱窝鳞茎Fig.2RhizomeandbulbofS.hexandrum.

甘肃农业大学2020届硕士学位论文2图1桃儿七植株生长发育特性图A和B分别为未结果和结果的植株Fig.1GrowthanddevelopmentalcharacteristicsofS.hexandrum.ImagesAandBrespectivelyrepresentunyielding-fruitandfruitplants.图2桃儿七根茎及抱窝鳞茎Fig.2RhizomeandbulbofS.hexandrum.

温光调控桃儿七生长和鬼臼毒素生物合成的机制研究3叶片数量和形状根据生长年限不同而异。对于一年生植株，种子萌发的植株具有两片子叶(图3A)，子叶枯萎后，由基部着一个茎秆，每个茎秆一个叶柄、每个叶柄一片叶，且叶片3裂至叶片基部，每个裂片又有开裂，但较浅(图3B)；两年生植株与一年生植株基本相同，不同之处在于：一个裂片无开裂，另外两个裂片又有一个开裂，且较深，约为叶片的1/3(图3C)。三年生植株与一、两年生植株基本相同，不同之处在于：一个裂片有一个开裂，另外两个裂片又有两个开裂，且裂片均较深，约为叶片的1/3～1/2(图3D)。四年及以上植株，茎秆开始分枝，大多分两个叶柄，每个叶柄也为一片叶，叶片开裂数图3不同年限桃儿七叶片生长发育特性图中A/B、C、D、E/F和G/H分别为1、2、3、4年以上和二分叉植株。Fig.3GrowthanddevelopmentalcharacteristicsofS.hexandrumleavesatdifferentyears.ImagesA/B、C、D、E/FandG/Hrepresent1-,2-,3-,over4-year-oldandtwobifurcateplants.
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 郭生虎;朱永兴;关雅静;;桃儿七不同外植体愈伤组织诱导研究[J];中国农学通报;2015年36期

2 伍奥林;李敏;张寿文;赵纪峰;刘翔;王昌华;王晓云;钟国跃;;地形因子对桃儿七鬼臼毒素含量的影响与生态适宜度研究[J];中国中药杂志;2015年12期

3 郭彦龙;卫海燕;顾蔚;张海龙;;基于模糊物元模型的桃儿七潜在地理分布研究[J];生态学报;2015年03期

4 郁文彬;;桃儿七属的命名学考订(英文)[J];植物分类与资源学报;2014年01期

5 陈大霞;赵纪峰;刘翔;王昌华;张植伟;秦松云;钟国跃;;濒危药用植物桃儿七野生居群遗传多样性与遗传结构的SCoT分析[J];中国中药杂志;2013年02期

6 杨涛;张军;武小龙;王沛雅;郭琪;梁世君;周剑平;杨晖;;野生濒危中藏药桃儿七人工育苗技术[J];中药材;2012年12期

7 刘世巍;丁建海;;HPLC法测定桃儿七中鬼臼毒素的含量[J];宁夏师范学院学报;2012年06期

8 王国骄;唐亮;范淑秀;王嘉宇;;抗氧化机制在作物对非生物胁迫耐性中的作用[J];沈阳农业大学学报;2012年06期

9 刘世巍;丁建海;张守宗;;不同氮与磷配比施用对桃儿七产量的影响[J];湖北农业科学;2012年18期

10 郭琪;杨晖;张军;杨涛;赵小峰;张建军;;桃儿七组织培养苗炼苗移栽技术[J];林业实用技术;2012年09期

相关硕士学位论文 前4条

1 尚海琳;桃儿七形态与生理特征的地理变异及种子萌发生理[D];西北大学;2009年

2 郑敏娜;15种禾草的生态生理特性和叶片超微结构对水分胁迫的响应[D];中国农业科学院;2009年

3 张海丽;过量表达Lsil增强水稻抗UV-B辐射机制的初步研究[D];福建农林大学;2009年

4 栗孟飞;桃儿七种子休眠特性及其种胚组织培养研究[D];甘肃农业大学;2008年

本文编号：2875003