碳离子辐照对菘蓝药性品质和分子水平的诱变效应

以野生菘蓝种子为材料,以不同剂量的碳离子(12 C6+)进行辐照处理(辐照剂量分别为30Gy、60Gy、90Gy、120Gy),分析12 C6+辐照对菘蓝种子萌发、幼苗生长、主要药用成分含量及其基因和蛋白质多态性变化的影响,为菘蓝品质育种、分子生物学研究和重离子辐照诱变的应用提供依据。结果显示:(1)12 C6+辐照处理后菘蓝的成苗率和根鲜重均随辐照剂量增加而逐步显著降低,其中30Gy处理对菘蓝生长抑制程度最小,但处理后菘蓝根中的主要药效成分4(3H)喹唑酮和靛玉红的含量增加幅度最大且最高,分别为野生型的2.2倍和2.3倍。(2)SRAP分子标记分析表明,菘蓝基因组的变异度随着辐照强度的增强而增大,其中30Gy处理的突变体与野生型相比有33.59%的多态性变异。(3)SDS-PAGE考马斯亮蓝染色和磷酸化染色分析表明,菘蓝的总蛋白和磷酸化蛋白表达水平均随辐照剂量变化出现了不同程度的改变,但并不与辐照强度呈正相关,说明植物在防御重离子辐照伤害时存在补偿机制。研究发现,30Gy的12 C6+辐照是菘蓝诱变的最佳剂量,能够显著提高其有效成分的含量,为优质菘蓝诱变育种奠定了基础。     

菘蓝铁型超氧化物歧化酶基因IiFeSOD的克隆与胁迫表达分析

超氧化物歧化酶(SOD)是生物体内超氧阴离子自由基的清除剂,可有效地防止它们对生物体的损害。从菘蓝中经RT-PCR方法扩增得到SOD基因,命名为IiFeSOD,其全长882 bp,包含一个834 bp的ORF,编码277个氨基酸,分析其编码的蛋白质序列显示其属于铁型超氧化物歧化酶,具有线粒体导肽,定位于线粒体中。实时荧光定量PCR技术分析结果表明,IiFeSOD在菘蓝各个组织中均有表达,但表达量高低不同,在叶中表达最高、茎次之、根中最低; 该基因受盐胁迫的诱导,随着盐胁迫强度的加强基因表达量迅速升高而后下降。同时SOD酶活性在盐胁迫处理下表现出类似的变化规律。说明SOD的大量积累与植物的耐逆性密切相关。     

菘蓝多倍体育种的研究

本文报道药用植物菘蓝(Isatis indigotica Foft.)同源四倍体的诱发、鉴定、选育的研究。用0.05-0.5％浓度的秋水仙碱水溶液处理萌发的种子,或用0.05-0.3％浓度的此溶液处理幼苗的生长点,均可以获得四倍体植株。最适宜的处理时间为6-12小时。除用直接的细胞学技术鉴定多倍体植株外,一些重要的间接鉴定特征,如叶表皮保卫细胞中叶绿体数,花粉沟数可作为鉴定本种多倍体植株的可靠指标。比较了四倍体植株和二倍体亲本的生物学特性。经过数代选育,获得了性状稳定、繁殖力正常、根与叶中活性成分均有较大幅度提高、生产性能良好的品系。     

调亏灌溉对菘蓝水分利用及产量的影响

通过探究水分调亏对河西地区膜下滴灌菘蓝(Isatis indigotica)各项生理指标、产量和水分利用的影响, 为菘蓝高效节水种植提供理论指导。于2016年在河西走廊中部张掖市民乐县益民灌溉试验站进行菘蓝水分调亏研究, 在保持苗期和肉质根成熟期充分灌溉的情况下, 在菘蓝营养生长期和肉质根生长期分别进行轻度、中度和重度的水分亏缺处理, 并测定各项光合生理指标、产量和水分利用率。结果表明, 营养生长期和肉质根生长期的中度与重度水分亏缺显著降低了菘蓝叶片净光合速率、叶面积指数、株高及主根长, 并且随水分亏缺程度加重降幅增大; 而轻度水分亏缺与对照组的差异不显著。营养生长期和肉质根生长期轻度水分亏缺处理的菘蓝产量与水分利用效率最高, 分别达到8 239.56 kg·hm^-2和24.11 kg·hm^-2·mm^-1; 其它水分亏缺处理组产量和水分利用效率均有所降低, 与对照组之间差异显著(P<0.05), 重度水分亏缺处理各项指标均最低。因此, 最优的菘蓝水分调控处理为营养生长期和肉质根生长期的轻度水分调亏, 能够降低菘蓝耗水量, 提高水分利用效率且其产量不会降低。     

微波辐射菘蓝种子的生物学效应研究

以菘蓝(Isatis indigotica Fort)为实验材料,研究了微波辐照中药菘蓝种子对幼苗光合色素含量、净光合速率、气孔导度与水分利用率、可溶性糖含量及幼苗生长发育的影响。研究结果表明：与对照相比,4种处理均能不同程度提高菘蓝幼苗光合色素含量、净光合速率水平、气孔导度与水分利用率,可溶性糖含量以及促进幼苗生长发育,比较而言8s微波预处理效果最好。并在此基础上讨论了微波的作用机理及影响幼苗光合作用的机理。     

菘蓝两种外植体愈伤组织诱导研究

为寻找菘蓝愈伤组织诱导的最佳外植体,最佳培养基及愈伤组织继代增殖的最佳培养基,选用叶片和叶柄两种外植体,在添加不同种类植物激素处理组合的培养基上,对不同外植体进行愈伤组织的诱导和继代增殖研究.结果表明叶片比叶柄愈伤组织的诱导能力强,表现为出愈时间早,诱导率高,出愈多且质量好.叶片愈伤组织诱导培养基:MS 6-BA1.0mg/L 2,4-D0.3～0.5mg/L;继代增殖培养基:MS 6-BA0.5mg/L 2,4-D0.3mg/L.因此,采用菘蓝叶片为外植体,能高效的诱导出愈伤组织并能快速增殖.     

菘蓝CYP83B1基因的克隆与表达分析

对菘蓝（Isatis indigotica Fort.）CYP83B1基因进行了克隆与表达模式分析。结果显示,IiCYP83B1基因全长为1652 bp,包含2个外显子和1个内含子;cDNA全长为1500 bp,编码499个氨基酸。IiCYP83B1编码的蛋白没有跨膜结构域和信号肽,主要定位于内质网膜,属于亲水性蛋白,二级结构主要由无规则卷曲螺旋和α-螺旋组成,与萝卜（Raphanus sativus Linn.）、欧洲油菜（Brassica napus L.）、甘蓝（Brassica oleracea L.）和芜菁（Brassica rapa L.）等植物的CYP83B1蛋白具有较高的同源性。qRT-PCR分析结果表明,IiCYP83B1基因在菘蓝的根、茎、叶、花和果中均有表达,且以叶中的表达量最高;在幼苗期、生长期和花期稳定表达且均显著高于萌芽期;茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,MeJA）和葡萄糖（glucose,Glu）能够显著促进该基因的表达,而低温（4℃）和水杨酸（salicylic acid,SA）处理对其表达具有一定的抑制效应。本研究结果可为进一步探讨IiCYP83B1基因的功能提供参考。     

两种药用植物生长和水分利用效率对干旱胁迫的响应

以田间持水量的30%、50%和75%为3个水分处理梯度,研究了决明子和菘蓝2种药用植物在不同水分处理和生长阶段的生长特性,并对稳定碳同位素分辨率(Δ¹³C)和水分利用效率(WUE)特征及二者之间的关系进行了分析．结果表明：与田间持水量的50%和30%相比,决明子和菘蓝在田间持水量75%的条件下具有较高的生长指标,说明这2种植物在充足或适当的水分条件下具有较高的生产力.随干旱胁迫程度的增加,决明子和菘蓝地上生物量和总生物量的Δ¹³C均逐渐减小,而地上生物量和总生物量的WUE均逐渐增加.决明子和菘蓝在不同水分处理之间各指标差异较小,说明这2种药用植物对干旱胁迫反应不敏感．菘蓝WUE与地上生物量和总生物量均呈显著负相关,决明子WUE与根冠比呈显著正相关.     

低剂量微波辐射对增强UV-B辐射损伤菘蓝幼苗抗氧化酶活性的影响

为了探讨低剂量微波对增强UV-B辐射损伤菘蓝(Isatis indigotica Fort.)的修复作用,将经过10.08 kJ·m-2·d-1辐射损伤(PAR=220 μmol·m-2·s-1)的菘蓝幼苗分别经0、3、6、9和12 s等不同时间的微波辐照(126 mW·cm-2,2 450 MHz),然后测定其幼苗MDA含量、紫外吸收物质含量、抗坏血酸含量以及3种抗氧化酶SOD、CAT和POD活性.结果表明,增强UV-B辐射损伤菘蓝在微波的作用下其菘蓝幼苗中SOD、CAT和POD活性及紫外吸收物质含量、抗坏血酸含量提高,MDA含量得到显著的降低,说明微波对增强UV-B辐射伤害菘蓝幼苗具有修复作用.但是,随着微波剂量的增加,这种修复效应减弱,甚至消失.上述参数的变化说明适量时间的微波处理可以提高菘蓝对增强UV-B辐射的抵抗能力,并在此基础上初步探讨了微波的修复机理.     

5-氨基乙酰丙酸(ALA)对遮光环境下菘蓝的生长、叶片气孔气体参数和生物碱含量的影响

研究了不同浓度的5-氨基乙酰丙酸(ALA)处理遮光环境对菘蓝(Isatisindigotica)生长和靛蓝、靛玉红含量的影响。结果表明:遮光显著降低菘蓝幼苗叶片叶绿素含量、光合气体交换参数、根长、根径、生物量以及靛蓝、靛玉红含量,而外源ALA处理可以缓解遮光对菘蓝营养生长、光合作用以及生物碱积累的抑制效应;其中,13.3～25mg·L-1的ALA对营养生长以及光合作用的促进效应最明显,而100mg·L-1的ALA对生物碱积累的促进效应最明显。作者建议,在弱光条件下,用低浓度ALA处理可以提高菘蓝生物学产量,而在生物碱积累期,用较高浓度ALA处理可以提高菘蓝的药用成分含量。