| 羌活、云木香化感物质及作用机理研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 刘景坤 | |
| Thesis Advisor | 秦波 |
| 2019-05-27 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Degree Discipline | 分析化学 |
| Keyword | 羌活 云木香 化感作用 抗氧化系统 能量代谢 N. incisum S. lappa Allelopathy Antioxidation System Energy Metabolism |
| Abstract | 药用植物体内富含活性次代谢产物，在植物的生命活动过程中释放到环境中的次生代谢物作为化感物质对生境中其它生物产生化感作用，并且对药用植物自身产生明显的自毒效应，影响植物的生长发育。此外，由于化感物质的释放，影响了药用植物土壤环境中微生物区系及群落结构，导致植物病虫害发生严重，因此药用植物的自毒化感作用被认为是导致其连作障碍发生的根本原因之一。本文以西北特色栽培中药材羌活和云木香为研究对象，在明确其自毒化感物质及其作用机理的基础上，揭示栽培中药材连作障碍形成的化学机制，为中药材连作障碍消减技术研发及栽培中药材种植业的可持续发展奠定理论基础。论文的主要结论如下： （1）根际土壤是植物化感物质富集的主要区域，本文以羌活根际土壤中化感物质为研究对象，采用多种分离手段结合活性跟踪的方法从羌活根际土壤的甲醇提取物中分离得到7种单体化合物，分别鉴定为：油酸甲酯、β-谷甾醇、阿魏酸、莨菪亭、补骨酯素、羌活醇、秦皮苷。以莴苣和羌活幼苗为活性试验受体，结果发现四种香豆素类化合物对羌活具有明显自毒作用，其中莨菪亭和补骨酯素对两种幼苗均具有较强的生长抑制作用，不同浓度下抑制率可达20%-80%；羌活醇、秦皮苷作用次之，油酸甲酯、β-谷甾醇作用最弱；阿魏酸对莴苣幼苗抑制作用明显强于羌活，四种香豆素类化合物对受体幼苗根的抑制作用明显强于对茎的生长抑制作用。采用HPLC分析，结果表明，四种香豆素类化合物均存在于羌活种植土壤，其中羌活醇、秦皮苷含量占90.70%。莨菪亭、补骨酯素、羌活醇在羌活全株中均有检出，而秦皮苷只在其根中可以检测到，四种化合物均为羌活的活性次生代谢物。 （2）用气-质联用技术对羌活地上部位挥发性化感物质进行了分析，结果表明芳香性的烯、酮、醛、酰胺类化合物丰富，其中很多物质具有良好的驱虫抑菌作用。将地上部位粗提物作用于农业中三种常见的病原真菌（灰葡萄孢菌、根腐镰刀菌、早疫病菌），结果表明抑制活性明显，EC50值分别为7.29、4.97、14.14mg/mL。将（1）中分离得到的四种主要化感物质作用于三种真菌和茎腐线虫，也表现出明显的抑制作用。这一研究结果显示了羌活化感作用及其生态效应，同时对于羌活植物资源的开发利用具有重要意义。 （3）采用多种分离技术结合活性跟踪的方法，从云木香根际土壤的甲醇提取物中分离得到7种单体化合物，并用波谱学方法鉴定为棕榈酸甲酯、木香烃内酯、去氢木香内酯、东莨菪内酯、丁香醛、5-羟甲基糠醛、绿原酸；其中，木香烃内酯、去氢木香内酯、东莨菪内酯对云木香幼苗具有较强的自毒作用，200μg/mL浓度下抑制率可达50%-70%；木香烃内酯、东莨菪内酯、绿原酸对莴苣幼苗生长表现出较强的抑制作用，抑制率可达25%-65%；其它化合物对两种幼苗未表现出明显的抑制作用。检测生理指标发现，生长受抑制的幼苗，根系活力和叶绿素的含量也明显下降，结果与生长指标一致。HPLC检测发现，云木香化感物质主要源自其根系分泌。 （4）抗氧化系统是植物应对胁迫的重要基础，为明确云木香化感物质对抗氧化系统的影响，本文将主要化感物质作用于幼苗，发现化感物质浓度较低或作用时间较短时，抗氧化酶（SOD、POD、APX等）活性在处理浓度较低或作用时间较短时，出现逐渐升高的趋势，抗坏血酸-谷胱甘肽还原系统中的抗氧化物质逐渐增多，系统抗氧化能力逐渐增强，活性氧含量变化不明显；随着化感物质浓度增高及作用时间延长，抗氧化酶活下降，抗氧化物质减少，系统抗氧化能力下降，活性氧产生和消除的平衡机制被打破，导致活性氧迅速积累。荧光标记显微观察发现，细胞内活性氧变化过程与抗氧化系统变化相吻合。经测定，MDA含量迅速增加，说明细胞出现过氧化现象，质膜被破坏。上述研究结果表明，化感物质通过对细胞抗氧化系统的损坏表现出明显的自毒效应。 （5）能量供应是植物生命活动的基础，本文研究了化感物质对云木香细胞线粒体结构、氧化呼吸、能量生成以及典型的耗能生理过程的影响，并进一步研究了其作用机理。结果表明，化感物质导致线粒体耗氧量减少，P/O比及能荷值下降，说明线粒体呼吸受到抑制，能量供应不足。进一步研究表明，辅酶Q到氧气的电子传递受到抑制，是化感物质抑制线粒体呼吸作用的机制。在此情况下，实验发现根系离子吸收、激素合成等典型的耗能生理活动受到明显抑制，营养元素供应不足，激素（生长素、赤霉素、细胞分裂素）含量下降。同时，透射电镜观察到线粒体出现畸形、破损、消融等现象。本研究说明化感物质导致线粒体结构和功能受损，影响了细胞能量代谢，导致能量供应不足，是化感物质自毒作用的重要机制。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/26341 |
| Collection | 中科院西北特色植物资源化学重点实验室/甘肃省天然药物重点实验室 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 刘景坤. 羌活、云木香化感物质及作用机理研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2019. |
| Files in This Item: | ||||||
| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| 201914刘景坤.pdf（8256KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Edit Comment