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。     

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.     

菘蓝IiEMF基因的克隆与功能分析

该研究以菘蓝(Isatis indigotica Fort.)转录组数据为基础,克隆得到菘蓝EMF基因的cDNA全长,命名为IiEMF。(1)序列分析表明,IiEMF基因开放阅读框长度为1896 bp,编码631个氨基酸。进化树分析表明,菘蓝IiEMF蛋白与甘蓝(Brassica oleracea)EMF蛋白亲缘关系最为接近。(2)实时定量PCR结果显示,IiEMF在菘蓝不同器官中均有表达,且在叶中表达量最高,果实中表达量最低;IiEMF基因在菘蓝抽薹开花过程中叶内的表达量呈先升后降的趋势,并于初花期表达量达到最高后逐渐降低回落;在花/果期IiEMF基因表达量较花蕾中明显降低。(3)成功构建了超表达载体pCAMBIA1300-EMF,经农杆菌介导侵染拟南芥,PCR鉴定表明,有7株为超表达转IiEMF基因植株。(4)表型观察发现,在长日照和短日照条件下,与野生型相比2个转IiEMF基因拟南芥株系的开花时间都明显较早(提前6~10 d),且转IiEMF基因株系的莲座叶数比野生型多10片以上,叶片也比野生型大而肥厚。(5)qRT-PCR检测结果显示,在拟南芥营养生长过程中,过表达IiEMF显著抑制了拟南芥AtAP1、AtCO和AtLFY的表达,而促进了AtFLC的表达;当拟南芥开花时,转基因株系中的AtAP1和AtFLC表达量均高于野生型,AtCO和AtLFY的表达量显著低于野生型。研究表明,过量表达IiEMF基因能够促使拟南芥提前开花,且IiEMF可能是通过影响多种开花途径来共同调节促进拟南芥的早花。     

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。     

宽翅菘蓝系统发育关系和分类地位研究

宽翅菘蓝(Isatis violascens)是分布于新疆准噶尔盆地的一种早春短命植物。基于形态的相似性,有人建议将宽翅菘蓝作为Isatis emarginata同义体。目前宽翅菘蓝尚未得到分子水平的研究,其系统发育地位也不清楚。该研究对宽翅菘蓝的ITS区进行测序,结合GenBank数据库中菘蓝属物种的ITS序列对宽翅菘蓝的系统关系和分类地位进行研究。最大简约法,最大似然法和贝叶斯法3种方法分析表明:菘蓝属物种聚为两个分支;宽翅菘蓝与I.emarginata和小果菘蓝具有较近的亲缘关系;基于形态相似性和较近的遗传距离,支持将宽翅菘蓝与I.emarginata合并为一个物种,并把宽翅菘蓝作为I.emarginata的同义种。     

菘蓝不同器官脂溶性成分的GC-MS分析

采用索氏提取法对菘蓝根、茎、叶、花和幼果等不同器官的脂溶性成分进行提取,利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对其脂溶性成分进行鉴定,并运用面积归一化法确定相对含量,以明确菘蓝的化学物质基础,为综合开发利用菘蓝资源提供依据。结果显示:从菘蓝的根、茎、叶、花和幼果中分别鉴定出24、23、21、18和23种脂溶性成分;其中,十二烷、十三烷、十四烷、2,4-二叔丁基苯酚和棕榈酸为各器官的共有成分;不同器官中脂肪酸含量依次为:花(80.91%)>根(60.56%)>幼果(21.93%)>茎(17.45%)>叶(11.28%)。除花中的饱和脂肪酸含量高于不饱和脂肪酸外,其他器官中不饱和脂肪酸的含量均较高,表明菘蓝不同器官中脂溶性成分的组成及含量存在一定差异。     

不同氮素形态和配比对菘蓝根的生长及含氮成分含量和总量的影响

以来源于安徽亳州、甘肃张掖、安徽阜阳、山西运城和陕西商洛的5个种源菘蓝( Isatis indigotica Fort.)为实验材料,采用田间试验法对不施氮素(对照),仅施用NO3--N(T1)或NH4+-N(T2),混合施用氮素也n(NH4+-N)：n(NO3--N)=75：25(T3)、n(NH4+-N)：n(NO3--N)=50：50(T4)和n(NH4+-N)：n(NO3--N)=25：75(T5)页以及仅施用CO(NH2)2(T6)条件下各种源菘蓝的单株根鲜质量和干质量,根折干率,根中游离总氨基酸、可溶性蛋白质和总氮含量,以及单株根中游离总氨基酸、可溶性蛋白质和总氮总量的差异进行了比较分析。结果表明：在同一施氮条件下不同种源间菘蓝根的各项指标均有一定差异;而与各自的对照相比,不同施氮条件下同一种源菘蓝根的各项指标也有一定差异。总体来看,安徽亳州和山西运城种源菘蓝根的生长指标均在T6组中较高,甘肃张掖种源根的生长指标则在T2组中相对较高,安徽阜阳种源根的生长指标在T5组中最高,陕西商洛种源根的生长指标在T4组中较高。各施氮条件下安徽亳州种源菘蓝的单株根中游离总氨基酸、可溶性蛋白质和总氮总量均低于其对照,并在T6组中相对较高;甘肃张掖和陕西商洛种源根的上述3项指标分别在T2和T3组中最高,而安徽阜阳和山西运城种源根的上述3项指标则分别在T5和T1组中较高。研究结果显示：不同氮素形态和配比对菘蓝根生长和根中含氮成分积累的影响效应存在种源间的差异,并且对同一种源根生长和根中含氮成分积累有益的氮素形态和配比也不同。因此,为了获得高产优质的板蓝根药材,建议在菘蓝的栽培过程中针对不同种源采取适宜的施氮措施,并兼顾生长量和有效成分含量。     

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。     

氮素形态及配比对5个种源菘蓝的生物碱类成分和多糖的影响

以5份不同种源的菘蓝为材料,采用田间小区试验,设置不施氮(CK)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、NH4+-N/NO3--N=75/25、NH4+-N/NO3--N=50/50、NH4+-N/NO3--N=25/75和酰胺态氮等7个处理,分析比较了不同种源植株的靛蓝、靛玉红和总生物碱含量、(R,S)-告依春及多糖含量等指标的差异,为菘蓝栽培生产中氮素的高效利用提供理论参考。结果表明:氮素处理有利于提高山西运城菘蓝和陕西商洛菘蓝叶内靛蓝含量,以及安徽亳州菘蓝和陕西商洛菘蓝叶内的总生物碱含量;NH4+-N/NO3--N=50/50处理对山西运城菘蓝,以及酰胺态氮处理对山西运城菘蓝和陕西商洛菘蓝叶内生物碱类成分的积累均有促进作用;与对照相比,氮素处理亦能有效地提高甘肃张掖菘蓝和陕西商洛菘蓝根内的(R,S)-告依春及安徽亳州菘蓝根内的多糖含量;安徽阜阳菘蓝(R,S)-告依春含量在任一氮处理下均远远高于其他种质菘蓝。研究表明,不同种源菘蓝对氮素处理的响应存在较大的差异,建议生产中综合考虑菘蓝的来源和需肥规律,采用经济有效的施氮组合,以提高其活性成分含量。     

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。     

根肿菌侵染下菘蓝生物碱合成机制

为探究根肿菌胁迫对菘蓝生物碱及其合成关键酶基因表达的影响,该研究对根肿菌侵染后0、7、14、21 d的菘蓝进行病情形态分级、组织学观察、生理生化指标测定以及转录组学和代谢组学分析。结果表明:(1)接菌后0、7、14、21 d菘蓝根部分别发展为0级、1级、3级、5级的肿根,并且7 d是皮层入侵的关键时间点。(2)接种根肿菌14 d后,菘蓝叶内可溶性蛋白、丙二醛的含量,超氧化物歧化酶、过氧化物酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶的活性与同时间对照组比较显著提高,并随着接菌时间的延长呈增加的趋势。(3)代谢组学一共检测到161种生物碱,其中吲哚类生物碱数量较多; 与未接菌相比,菘蓝接菌后7、14、21 d分别存在16种、17种、39种差异代谢物且各组差异代谢物多富集在生物碱和氨基酸代谢通路。(4)转录组测序结果显示,与未接菌相比,菘蓝接菌后7、14、21 d分别存在2 439个、256个、6 437个差异表达基因,这3组共同富集到11个生物碱相关的代谢通路; 与未接菌相比,接菌后7、14、21 d有9个基因(编码4种酶THS、TAT、YUCCA、ALDH)表达量均上升。该研究结果揭示了芸薹根肿菌与菘蓝之间的互作机制,探究了芸薹根肿菌对吲哚生物碱合成及其关键酶基因的影响,为后期菘蓝根肿病抗性基因及生物碱次生代谢途径的研究奠定了基础。     

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。     

不同染色技术和双色荧光原位杂交技术对宽翅菘蓝 （Isatis violascens Bunge）的细胞遗传学分析

为了解十字花科菘蓝属植物宽翅菘蓝(宽翅菘蓝,Isatis violascens Bunge)的染色体结构,本文利用45SrDNA和5SrDNA双色荧光原位杂交、银染技术和CMA3对宽翅菘蓝进行分子细胞遗传学研究。45SrDNA和5SrDNA荧光原位杂交结果显示宽翅菘蓝染色体上有1对45SrDNA信号和1对5SrDNA信号;银染结果显示其中期染色体有1对银染点;CMA3染色结果发现宽翅菘蓝中期染色体存在1对CMA3信号。     

菘蓝MYB34基因的克隆及其表达分析

该研究以菘蓝新鲜嫩叶为材料,采用RT-PCR方法,克隆了菘蓝IiMYB34基因(GenBank登录号为MF373610),并对其进行生物信息学和表达模式分析。结果表明:(1)IiMYB34基因组DNA全长为1 854bp,包含3个外显子和2个内含子;ORF全长为951bp,编码316个氨基酸;IiMYB34蛋白二级结构中无规则卷曲和α-螺旋所占比例最多,延伸链较少,与其三级结构的预测结果相一致;IiMYB34基因序列还存在2个保守的MYB DNA-binding结构域,属于典型的R2R3-MYB蛋白;IiMYB34氨基酸序列与欧洲油菜、甘蓝等植物的亲缘关系较近。(2)qRT-PCR分析显示,IiMYB34基因呈组织特异性表达,并在叶中表达量最高;茉莉酸甲酯、水杨酸及葡萄糖均显著诱导该基因的表达,而低温(4℃)和机械伤害处理对其表达具有一定的抑制效应。该研究结果为进一步揭示IiMYB34基因的功能奠定了基础。     

缺氮和复氮对菘蓝幼苗生长及氮代谢的影响

对基质育苗后水培的菘蓝进行缺氮与复氮处理,分析其生长情况及氮代谢产物含量的变化,探讨缺氮和复氮对菘蓝幼苗生长及氮代谢的影响,以提高菘蓝产量和品质以及栽培过程中的氮素利用效率。结果显示:(1)正常供氮条件下,菘蓝幼苗的叶绿素含量、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、硝态氮含量、靛玉红含量为最高,而其株高、主根直径、根的鲜重与干重、叶的鲜重与干重、根系活力均最小。(2)缺氮处理增加了菘蓝幼苗的主根直径和根干重,提高其根系活力和硝酸还原酶(NR)活性,促进游离氨基酸在叶中的积累;但降低了GS的活性,也降低了叶中硝态氮、可溶性蛋白、靛玉红及根中游离氨基酸的含量;缺氮对叶中靛蓝的含量无明显影响。(3)复氮处理增加了菘蓝幼苗的株高、主根长、根鲜重、叶鲜重、叶干重,提高了其根系活力,降低了NR和GS的活性;与对照相比,复氮降低了叶中硝态氮含量,提高了叶中可溶性蛋白、靛蓝及根中游离氨基酸的含量,但对叶中游离氨基酸和靛玉红含量影响较小。研究表明,缺氮后再复氮有利于菘蓝幼苗叶的生长,同时有利于增加其叶内靛蓝含量,从而提高其产量和品质。     

生长素和生长激素

初中《植物学》“茎生长的向光性”一节里提到:“幼苗弯向光源生长的原因是由于生长素的作用”。在初中《生理卫生》“垂体”一节里提到:“生长素能调节人体的生长发育”。这二者实际上并非同一种物质,后者应称“生长激素”生长素是一种植物激素,化学名称为吲哚乙酸(简称IAA)。它没有专门的分泌器官,是由植物生长旺盛的部位——茎尖、根尖、幼叶以及其他分生组织等产生的。因为它对植物的生长有促进作用,故取名为生长素。生长素具有二重性,即在低浓度时促进植物的生长,高浓度时抑制植物的生长。自从发现吲哚乙酸以后,已     

封面植物介绍——裸茎碎米荠

正裸茎碎米荠(Cardamine scaposa Franch.)隶属于十字花科(Brassicaceae)碎米荠属。多年生草本,高4~18cm,花葶状,全株无毛。根状茎纤细,匍匐生长。茎单一直立,无叶。基生叶单一;叶柄长1~12cm;叶近于圆形或肾状圆形,长0.3~2.0cm,宽0.5~3.0cm,基部心形,边缘波状或全缘。无茎生叶。总状花序顶生,具2~10朵花。果期花梗直立或上升,长1~4cm,基部的最长。萼片卵圆形或椭圆形,长3~4mm,     

封面植物介绍——裸茎碎米荠

正裸茎碎米荠(Cardamine scaposa Franch.)隶属于十字花科(Brassicaceae)碎米荠属。多年生草本,高4~18cm,花葶状,全株无毛。根状茎纤细,匍匐生长。茎单一直立,无叶。基生叶单一;叶柄长1~12cm;叶近于圆形或肾状圆形,长0.3~2.0cm,宽0.5~3.0cm,基部心形,边缘波状或全缘。无茎生叶。总状花序顶生,具2~10朵花。果期花梗直立或上升,长1~4cm,基部的最长。萼片卵圆形或椭圆形,长3~4mm,     

氮素形态及配比对夏播菘蓝生长及活性成分含量的影响

以来自山西的菘蓝(Isatis indigotica Fort.)为实验对象,采用盆栽法研究铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和酰胺态氮〔CO(NH2)2〕的不同配比对夏播菘蓝生长,叶和根中的可溶性蛋白质及总氮含量,根中多糖含量,叶中叶绿素相对含量,以及叶中靛玉红和靛蓝、根中(R,S)-告依春的含量和积累量的影响.结果表明:各施氮处理组的单株叶干质量均高于对照(不施用氮素)组,但单株根干质量或高于或低于对照组,其中,T4〔n(铵态氮):n(硝态氮):n(酰胺态氮)=25:75:0〕处理组的单株叶和根干质量均最大,且总体上显著高于对照组及其他施氮处理组(P<005);而施氮处理组的根冠比均显著低于对照组.各施氮处理组叶中的可溶性蛋白质含量与对照均无显著差异,但各施氮处理组根中的可溶性蛋白质含量、叶和根中的总氮含量以及叶中的叶绿素相对含量总体上显著高于对照组,而根中的多糖含量或高于或低于对照组,其中,T6〔n(铵态氮):n(硝态氮):n(酰胺态氮)=0:75:25〕处理组根中的多糖含量和叶中的叶绿素相对含量均最高,T3〔n(铵态氮):n(硝态氮):n(酰胺态氮)=50:50:0〕处理组叶和根中的可溶性蛋白质含量均较高.各施氮处理组叶中靛玉红含量总体上显著高于对照组,多数施氮处理组叶中靛蓝含量则显著低于对照组,但各施氮处理组的单株叶中靛蓝和靛玉红积累量总体上高于对照组;其中,T2〔n(铵态氮):n(硝态氮):n(酰胺态氮)=75:25:0〕处理组叶中靛玉红含量及其单株积累量均最高,T6处理组叶中靛蓝含量最高,而单株叶中靛蓝积累量则以T3处理组最高.各施氮处理组根中(R,S)-告依春含量总体上显著低于对照组,其中,以T1〔n(铵态氮):n(硝态氮):n(酰胺态氮)=100:0:0〕处理组根中(R,S)-告依春含量最高,T4处理组单株根中(R,S)-告依春积累量最高.综合分析结果表明:按不同配比施用不同形态氮素,夏播菘蓝的生长及活性成分含量有明显差异,因此,若以收获叶为目的,结合叶中靛玉红含量,建议施用铵态氮和硝态氮物质的量比为75:25的复合氮肥;若以收获根为目的,结合根中(R,S)-告依春含量,建议施用铵态氮和硝态氮物质的量比为25:75的复合氮肥.     

封面植物介绍——裸茎碎米荠

正裸茎碎米荠(Cardamine scaposa Franch.)隶属于十字花科(Brassicaceae)碎米荠属。多年生草本,高4~18cm,花葶状,全株无毛。根状茎纤细,匍匐生长。茎单一直立,无叶。基生叶单一;叶柄长1~12cm;叶近于圆形或肾状圆形,长0.3~2.0cm,宽0.5~3.0cm,基部心形,边缘波状或全缘。无茎生叶。总状花序顶生,具2~10朵花。果期花梗直立或上升,长1~4cm,基部的最长。萼片卵圆形或椭圆形,长3~4mm,宽1.5~2.2mm,边缘膜质,白色透明。花瓣白色,倒卵形,长8~13mm,宽5~7mm,顶端圆或微凹,基部