长春花萜类吲哚生物碱含量测定及相关基因的表达分析

采用反相高效液相色谱法(RP-HPLC)对23个长春花品种中的重要萜类吲哚生物碱文多灵、长春质碱和长春碱含量进行了测定,发现这3种生物碱的含量在不同品种中存在较大差异。相关性分析表明,文多灵、长春质碱和长春碱这3种生物碱中,文多灵含量和长春碱含量有极显著的相关性(P0.01)。利用RT-PCR分析了香叶醇10-脱羧酶基因(g10h)和异胡豆苷合成酶基因(str)在萜类吲哚生物碱含量有显著差异的品种之间的表达水平差异,并结合生物碱含量数据结果,发现g10h和str的表达水平和文多灵和长春质碱的总含量有显著的正相关性(P0.05),说明g10h和str基因可以作为长春花中文多灵和长春质碱含量的参考基因标记。该研究对为选育高萜类吲哚生物碱含量长春花品种及长春花萜类吲哚生物碱代谢工程具有重要意义。     

人工种植长春花生物学性状和生物碱含量的季节动态

以人工种植的长春花（Catharanthus roseus（L.）G. Don）为材料,研究了一个生长季节内长春花的生物学性状和生物碱含量的季节动态。研究发现,长春花的株高、生物量和叶片数呈现相似的生长趋势,即前期（5~7月）缓慢增长、中期（7~9月）快速增长和后期（9~10月）增长缓慢3个明显的季节生长特征,而花总数在前期和中期也呈现相似的规律,但在后期（9~10月）快速下降。长春花叶片中3 种生物碱含量的季节变化规律明显,变化趋势相一致。3 种生物碱的含量在一个生长季节内均是先增加后降低再增加的趋势,且3 种生物碱含量均在7月下旬和10月下旬出现2个明显的高峰值。长春花叶片中长春碱含量与长春质碱和文多灵含量之间均有较强的正相关,且与文多灵含量呈显著的正相关（p<0.05）,长春花叶片中长春质碱含量与文多灵含量之间呈显著的正相关（p<0.05）。因此,生产实践中人工种植长春花的最佳采收期是10月末,并可通过改变环境因子进一步诱导长春花叶片中长春碱类物质的积累。     

弱光胁迫对大田长春花生物量分配及次生代谢的影响

以长春花（Catharanthus roseus(L.) Don.）为材料,研究了田间栽培长春花在全光和20%透光率下,经过一个生长季后生物量配置、抗氧化次生代谢产物和文朵灵、长春质碱、长春碱等目的活性物质含量的变化。研究结果表明,弱光条件显著抑制了长春花植株总生物量增长,特别是抑制了有性生殖的投入;弱光组叶片总酚和总黄酮含量显著降低,干重含量分别为对照组的62.50%和50.00%,原花青素含量则略有升高,但与全光组的差异不显著;弱光组叶片文朵灵和长春质碱含量显著高于对照组,长春碱含量略有上升但差异不显著,受生物量降低影响,3种生物碱的产量均显著下降。上述结果表明,长春花能够调控生理代谢以适应低光强环境,特别是文朵灵和长春质碱含量提升显著,林下低光强环境种植长春花可以满足土地资源充分利用和文朵灵、长春质碱优质原料的需求。     

外源乙烯对长春花生理水平和生物碱积累的影响

药用植物长春花中含有100多种萜类吲哚生物碱（TIAs）,其中具有抗肿瘤功效的长春碱和长春新碱受到关注。为了研究外源乙烯处理对长春花生长情况、生理状态和萜类吲哚生物碱合成的整体影响,本文以长春花幼苗为实验材料,使用外源乙烯处理后对比了不同生长条件下长春花的生物量积累、根茎伸长、光合参数以及生物碱含量等指标,分析了生物碱合成与其他指标之间的相关性。结果表明,外源乙烯处理使长春花乙稀释放量上升,乙烯信号响应因子erf基因表达量提高。乙烯利抑制长春花幼苗生物量积累、根纵向生长,促进茎秆横向加粗生长,由非气孔因素导致净光合速率（P_n）和气孔导度（G_s）下降。外源乙烯促进异胡豆苷（STR）、长春质碱（CAT）、文多灵（VIN）和长春碱（VINB）积累,并且促进长春碱合成途径中关键酶基因str和CrPRX上调表达。相关性分析结果表明,次生代谢产物的积累、生长指标、光合参数之间存在明显的相关性;长春质碱、文多灵、长春碱与茎秆直径（SD）显著正相关（P < 0.05）,与生物量（B）、株高（H）、根长（RL）、净光合速率（P_n）呈显著负相关（P < 0.05）。本文为研究外源乙烯调控长春花生物碱积累的机制提供理论基础。     

外源硝态氮水平对长春花生理代谢的影响

以长春花为实验材料,采用珍珠岩为培养基质,设置不同氮素浓度,对其各器官的初生和次生代谢进行了初步研究,结果如下:植株中3种主要生物碱含量均是随着外源氮水平的降低而降低,外源硝态氮水平对长春花文朵灵和长春质碱在不同叶位叶片中的积累特点影响较明显,而对长春碱的积累影响较小。在高氮条件下,植物体内合成和积累较高水平的游离氨基酸,可能为部分生物碱的合成提供了骨架,并能促进生物碱含量的提高。蔗糖含量在不同叶位叶片中也是随着叶龄的增加而缓慢增加。同时,高氮水平下,叶片中蔗糖含量明显高于正常供氮水平下的含量。本研究为提高长春花中具有重要药用价值生物碱的含量提供参考依据。     

色氨酸对海水处理下长春花生物碱含量的影响

以长春花为(Catharanthus roseus(L.)G.Don)材料进行温室实验,研究了不同浓度色氨酸对20%海水处理下长春花幼苗生物碱含量的影响,发现20%海水中加入色氨酸,长春花中色氨酸脱羧酶(TDC)活性提高,吲哚生物总碱以及长春碱、长春质碱、文多灵、长春新碱含量显著增加.其中加入500 mg/L的色氨酸最有利于生物碱含量的增加.     

刈割对栽培长春花(Catharanthus roseus)生活史型转变的影响

为了提高栽培长春花（Catharanthus roseus）的生物碱产量,应用植物生活史型的理论和方法,研究了刈割对栽培长春花生活史型转变及其生物碱代谢的影响。运用主成分分析法（Principal Component Analysis,PCA）对刈割后的长春花后生活史型变化进行定量和定性划分,发现在对照栽培环境下生长的长春花处于DE生境,定性划分结果为SV生活史型,定量划分结果为V0.3638,S0.6174C0.0187,属于SV型。刈割使长春花的生活史型转变为V0．2847S0.6544C0.0469,属于SC型。同时,对两种生活史型的长春花中长春碱及其前体文朵灵和长春质碱的含量进行了检测分析,发现刈割后的SC型长春花不同叶位叶片中的生物碱含量均显著提高（P〈O．05）,可以为提高栽培长春花生物碱含量提供科学指导,也进一步验证了生活史型理论。     

PEG6000胁迫下长春花叶片生物碱含量及相关基因表达的分析

以长春花(Catharanthus roseus(L.)G.Don)幼苗（45 d）为材料,采用温室水培法,设定不同浓度的聚乙二醇6000(Polyethyleneglycol,PEG6000)胁迫处理,通过分析叶片脯氨酸含量和相对含水量的变化,选定35%（V/V）浓度的PEG6000模拟干旱胁迫。结果显示,干旱处理12~24 h,叶片中碱性POD活性明显增强。高效液相色谱技术分析表明,干旱处理下,叶片中文多灵和长春质碱含量逐渐升高且高于对照,然后下降;处理12~24 h,长春碱含量逐渐升高,24 h达到峰值(0.17 mg·g^-1 FW±0.003 6)。半定量RT-PCR分析表明,在胁迫处理3 h,生物碱合成途径中3个基因(Tdc、Str、Dat)表达均相对升高,相关性分析表明,PEG6000干旱胁迫下,长春花叶片中Tdc基因表达与长春质碱含量变化正相关,POD的活性与长春碱含量变化正相关(P<0.05)。     

氯化钾对长春花盛花期盐胁迫效应和生物碱含量的影响

在温室土培条件下,研究了不同浓度KCl处理对长春花盛花期盐胁迫效应以及对文多灵、长春质碱、长春碱和长春新碱等生物碱含量的影响.结果现实:(1)3‰ NaCl胁迫下,施入一定量KCl,将Na+/K+调为20:1(K2)时可显著缓解盐胁迫对长春花的危害,与不施KCl(K1)相比,长春花的鲜质量、株高、根长和相对含水量均显著提高,而长春花叶片丙二醛含量显著下降,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性在Na+/K+为20:1(K2)时显著高于其它处理,但当Na+/K+为10:1(K3)与5:1(K4)时,盐胁迫的危害又显著加剧.(2)Na+/K+为20:1处理的长春花盛花期文多灵、长春质碱、长春碱和长春新碱含量显著高于其它处理,分别为20.88、30.18、2.53和5.12 mg·g-1.研究表明,Na+/K+为20:1比例施用钾肥可最大限度地降低NaCl胁迫对盛花期长春花生长造成的伤害,并显著促进其生物碱的代谢,显著提高长春花盛花期4种主要生物碱的含量.     

刈割对栽培长春花(Catharanthus roseus)生活史型转变的影响

为了提高栽培长春花（Catharanthus roseus）的生物碱产量,应用植物生活史型的理论和方法,研究了刈割对栽培长春花生活史型转变及其生物碱代谢的影响。运用主成分分析法（Principal Component Analysis, PCA）对刈割后的长春花后生活史型变化进行定量和定性划分,发现在对照栽培环境下生长的长春花处于DE生境,定性划分结果为SV生活史型,定量划分结果为V_0.3638S_0.6174C_0.0187,属于SV型。刈割使长春花的生活史型转变为V0.2847S0.6684C0.0469,属于SC型。同时,对两种生活史型的长春花中长春碱及其前体文朵灵和长春质碱的含量进行了检测分析,发现刈割后的SC型长春花不同叶位叶片中的生物碱含量均显著提高（p<0.05）,可以为提高栽培长春花生物碱含量提供科学指导,也进一步验证了生活史型理论。     

长春花(Catharanthus roseus)中吲哚类生物碱含量的比较

建立了反相高效液相法测定长春花中吲哚类生物碱文多灵、长春质碱和阿玛碱含量的方法,色谱柱为HiQ sil C18色谱柱（250 mm×4.6 mm,5 μm）;流动相为1%二乙胺水溶液(磷酸调pH=7.2)—甲醇—乙腈/2:1:1(V/V);流速为1 mL·min^-1;检测波长为215 nm;柱温为40℃。并采用此方法对长春花根、茎、叶、花和种子以及不同产地的长春花中的这3种生物碱进行了检测,结果表明文多灵和长春质碱主要存在于在根、茎、叶、花中,阿玛碱主要存在于种子中;并且随着地理位置的北移,长春花中的文多灵和长春质碱的含量逐渐降低,温室中人为控制长春花中的栽培条件能提高二者的含量。     

Production of indole alkaloids by selected hairy root lines of Catharanthus roseus

Hairy root cultures of Catharanthus roseus were established by infection of seedlings with Agrobacterium rhizogenes 15834. Approximately 150 transformants from four different. C. roseus cultivars were screened for desirable traits in growth and indole alkaloid production. Five hairy root clones grew well in liquid culture with doubling times similar to those reported for cell suspensions. Fast growing clones had similar morphologies, characterized by thin, straight, and regular branches with thin tips. The levels of key alkaloids, ajmalicine, serpentine, and catharanthine, in these five clones, also compared well with literature data from cell suspensions, yet HPLC and GC-MS data indicate the presence of vindoline in two clones at levels over three orders of magnitude greater than the minute amounts reported in cell culture. These results suggest that further optimization may result in hairy roots as a potential source of vindoline and catharanthine, the two monomers necessary to synthesize that antineoplastic drug, vinblastine. (c) 1993 John Wiley & Sons, Inc.     

Identification of a low vindoline accumulating cultivar of Catharanthus roseus (L.) G. Don by alkaloid and enzymatic profiling

The Madagascar periwinkle [Catharanthus roseus (L.) G. Don] is a commercially important horticultural flower species and is the only source of the monoterpenoid indole alkaloids (MIAs), vinblastine and vincristine, key pharmaceutical compounds used to combat a number of different cancers. The present study uses high performance liquid chromatography for metabolic profiling of the MIAs extracted from seedlings and young leaves of 50 different flowering cultivars of C. roseus to show that, except for a single low vindoline cultivar (Vinca Mediterranean DP Orchid), they accumulate similar levels of MIAs. Further enzymatic studies with extracts from young leaves and from developing seedlings show that the low vindoline cultivar has a 10-fold lower tabersonine-16-hydroxylase activity than those of C. roseus cv. Little Delicata. It is concluded that rapid metabolic and more selective enzymatic profiling of Catharanthus mutants could be useful for the identification of a range of altered MIA biosynthesis lines.     

Localization of tabersonine 16-hydroxylase and 16-OH tabersonine-16-O-methyltransferase to leaf epidermal cells defines them as a major site of precursor biosynthesis in the vindoline pathway in Catharanthus roseus

The Madagascar periwinkle (Catharanthus roseus) produces the well known and remarkably complex anticancer dimeric alkaloids vinblastine and vincristine, which are derived by the coupling of vindoline and catharanthine monomers. Recent data from in situ RNA hybridization and immunolocalization suggest that combinatorial cell factories within the leaf are involved in vindoline biosynthesis. In this study, the cell types responsible for vindoline biosynthesis were identified by laser-capture microdissection/RNA isolation/RT-PCR to show that geraniol hydroxylase, secologanin synthase, tryptophan decarboxylase, strictosidine synthase, strictosidine ss-glucosidase and tabersonine 16-hydroxylase can be detected preferentially in epidermal cells. A new and complementary application of the carborundum abrasion (CA) technique was developed to obtain epidermis-enriched leaf extracts that can be used to measure alkaloid metabolite levels, enzyme activities and gene expression. The CA technique showed that tabersonine and 16-methoxytabersonine, together with 16-hydroxytabersonine-16-O-methyltransferase, are found predominantly in Catharanthus leaf epidermis, in contrast to vindoline, catharanthine and later enzymatic steps in vindoline biosynthesis. The results show that leaf epidermal cells are biosynthetically competent to produce tryptamine and secologanin precursors that are converted via many enzymatic transformations to make 16-methoxytabersonine. This alkaloid or its 2,3 dihydro-derivative is then transported to cells (mesophyll/idioblast/laticifer) within Catharanthus leaves to complete the last three or four enzymatic transformations to make vindoline.