真菌诱导子对青蒿发根生长和青蒿素生物合成的影响及开花与青蒿素生物合成的相关性研究

本论文主要包括以下两部分内容： 一、真菌诱导子对青蒿发根生长和青蒿素生物合成的影响 用3种真菌诱导子[大丽花轮枝孢（Verticillium dahliae Kleb.）、葡枝根霉(Rhizopus stolonifer (Ehrenb. ex Fr.) Vuill)和束状刺盘孢(Colleto trichumdematium (Pers.) Grove)]分别处理青蒿(Ar temisia annuaL．)的发根，这3种真菌诱导子均能促进发根中青蒿素的合成，其中以大丽花轮枝孢的诱导效果最好;对细胞生长均没有明显影响。经大丽花轮枝孢处理的发根中青蒿素含量达1. 12 mg/gDW，比对照(0. 77 mg/g DW)提高45%。诱导子的作用效果与诱导子浓度、诱导子作用时间及发根的生长状态有关。对大丽花轮枝孢来说，诱导子作用的最适浓度为每毫升培养基含糖0.4 mg;发根在指数生长末期对诱导作用最敏感：在加入诱导子4d后收获发根，发根中的青蒿素含量最高。 二、早花基因FPF1、co对青蒿开花时间的影响及开花与青蒿素生物合成的相关性 1．将来源于拟南芥的早花基因Flowering Promoting Factorl (FPFl)插入到植物表达载体pBI121中，构建CaMV 35S启动子控制下含FPFl基因的植物表达载体pBI121FPF/，用含有pBI121FPF/质粒的根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404感染青蒿(Artemisia annua L.)叶片并诱导丛生芽，经卡那霉素筛选，获得转基因抗性植株。PCR、 PCR-Southem blot及Southern blot检测表明，外源基因FPFI已整合到青蒿基因组中：RT-PCR及RT-PCR Southern blot分析表明，外源基因在转录水平上已有表达。在短日照条件下，FPF1转基因植株的开花时间较对照提前20天左右，但提早开花的转基因植株与未开花的对照其青蒿素含量无明显差异，即提早开花并不能使开花植株的青蒿素含量有所提高，开花与青蒿素合成之间可能没有直接的关系。 2．将拟南芥的早花基因CONSTANS (CO)置于CaMV 35S启动子之下，通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404介导转入青蒿(Artemisia annuaL．)，使之在青蒿中表达，并得到了抗性植株。PCR、PCR-Southem blot及Southemblot检测表明，外源基因co已整合到青蒿基因组中;RT-PCR及RT-PCR Southemblot分析表明，外源基因在转录水平上已有表达。在短日照条件下，co转基因植株的开花时间较对照提前2周左右，但提早开花的转基因植株的青蒿素含量与未丌花的对照无明显差异，即植株开花前青蒿素含量的提高并不是由于开花本身引起的，再次证明，开花与青蒿素合成之间可能没有直接的关系。

诱导子对水母雪莲次生代谢的影响及雪莲查耳酮合成酶基因克隆

水母雪莲(Saussurea medusa Maxim)为菊科凤毛菊属植物,是名贵中药材。为解决雪莲资源匮乏，我们实验室通过植物组织培养技术，成功的建立起水母雪莲细胞和毛状根体系。通过对它的药理实验及化学成分分析，主要成分为黄酮类物质和紫丁香甙单体。为了进一步提高这些物质在水母雪莲培养物中的含量，本文开展通过添加外源诱导子手段来调控水母雪莲次生代谢合成途径。 利用水杨酸（SA）和酵母提取物（YE）作为外源诱导子，添加到水母雪莲细胞系和毛状根系培养基中，研究诱导子不同添加浓度和不同添加时间对水母莲细胞系和毛状根系的生长及次生物质合成的诱导效应。实验结果发现：对于细胞系来说，SA比YE的诱导效果要好，低浓度SA处理时，不仅能促进细胞的生长，还能提高水母雪莲细胞中黄酮化合物和紫丁香甙的含量。其中，在细胞生长周期的第6天添加终浓度为20 μM的SA，诱导效果表现最佳。在此条件下，细胞内总黄酮产量达到532 mg/l，紫丁香甙为630 mg/l，分别比对照提高了130%，和150%。对于毛状根体系来说，SA和YE生长早期添加会抑制毛状根生长。总体上，YE的诱导效果比SA明显。在第10天添加终浓度为40 μg/ml的YE，总黄酮达到741 mg/l，紫丁香甙达到303 mg/l，分别是对照的2.8和2.5倍。 同时研究了20 μM和100 μM SA诱导下，黄酮合成途径中相关酶的变化。发现，低浓度的SA能在短时间内诱导CHS和CHI表达，24h后PAL酶活性升高到对照的7.5倍，而48 h总黄酮的含量检测到最高值。因此可以初步断定，SA诱导苯基苯丙烷类物质的积累与CHS和CHI表达，PAL酶活性提高有关。 另外，从水母雪莲cDNA中克隆到雪莲黄酮合成途径的第一个关键酶—查耳酮合成酶基因（SmCHS）全长cDNA。此cDNA序列全长为1313bp，其编码的蛋白为389个氨基酸，推测的氨基酸序列与许多物种都高度同源，同源性高达88%。生物信息学分析，SmCHS具有CHS－like保守结构域，其二级结构与苜蓿的CHS十分相似，且苜蓿中的CHS酶活性中心的关键氨基酸位点在SmCHS也一致对应相同，没有突变。因此可以初步推测这个SmCHS应该具有查耳酮合成酶功能。并进一步构建SmCHS植物表达载体，转化拟南芥chs突变体，通过功能互补分析研究此基因的功能。由于时间关系这部分研究尚在进行中。

绞股蓝离体培养中影响皂甙产量的几个因素研究

绞股蓝(Gynostemma pentaphyllum)系葫芦科绞股蓝属植物，药用价值广泛，但其野生资源日趋减少，绞股蓝主要药效成分为绞股 蓝皂甙。利用组织和细胞培养生产绞股蓝皂甙是合理开发利用和保护绞股蓝资源的可能途径之一。本文对绞股蓝组织培养中培养基 的蔗糖和激素的组成以及各种胁迫条件：渗透压、重金属离子、真菌诱导物等对皂苷产量的影响进行了初步研究。其中，渗透压、 重金属离子、真菌诱导物对绞股蓝愈伤组织皂甙产量的影响尚未见报道。1. 蔗糖对绞股蓝愈伤组织之生长影响显著，2,4-D对绞股 蓝愈伤组织皂甙含量、产量影响显著。增加蔗糖用量，减少2，4-D的用量可提高皂甙产量。2. Mn++ 用量的提高抑制绞股蓝愈伤组 织的生长，但可促进皂甙含量、产量的提高。Mn++用量提高至MS培养基的20-30倍时可使皂甙产量增加近一倍，而提高Cu++浓度的 作用不明显。3. 甘露醇用量增加抑制绞股蓝愈伤组织的生长，但可使皂甙含量、产量提高。0.680mol·l-1甘露醇可使皂甙产量提 高83%，而Nacl较大抑制愈伤组织的生长并使皂甙产量降低。4. 米曲霉粗提物对绞股蓝愈伤组织生长先略微促进，然后抑制，而根 霉粗提物则使愈伤组织生长受抑制；两者对皂甙含量、产量的作用相似：在较低浓度范围内升高，然后下降。米曲霉粗提物可提高 产量一倍，根霉粗提物可提高42%。这些结果为高产细胞系的筛选和生长、生产培养条件的优化积累了资料。在综述部分，对植物 细胞培养中组织和器官分化、细胞结构变化、生化水平的变化与次生物合成和积累的关系作了讨论。Gynostemma pentaphyllum blongs to Gynostemma, Cucurbitaccae. It has a wide medical use, but its wild resource is threatened by people's excessive use. Its effective medical components are gypenosides. For reasonable use and protect its resource, it is a possible way to product gypenosides by plant tissue and cell culture. This paper has a primary study on the components of sucrose and hormones and a variety of stress conditions: osmostic pressure, heavy metal ion, fungal elicitors in the medium for the calli culture. The effects of osmostic pressure, heavy metal ion and fungal elicitors on the calli of Gynostemma pentaphyllum have not been reported. 1. Sucrose had a significant effect on the growth of the calli, 2,4 D had notable effects on the gypenosides content and production of the calli. Increased the concentration of sucrose and decreased the concentration of 2,4 D improved the production of gypenosides. 2. Increased the concentration of Mn++ inhibited the growth of the calli, but improved the content and production of gypenosides. The optimum concentration was 20-30 times as MS medium which improved the production 100%. Increased the concentration of Cu++ had not a notable effect. 3. Increased the concentration of mannitol inhibited the growth of the calli, but improved the content and production of gypenosides. The optimum concentration was 0.680mol·l-1 which improved the production 83%. Nacl apparently inhibited the growth of the calli and decreased the production of gypenosides. 4. The crude preparation of Aspergillus oryzae inhibited the growth of the calli that in low concentration. The crude praparation of Rhizopus formosensis inhibited the growth of the calli throughout. Their effects on the content and production of gypenosides are alike, but the former is higher than the latter. On the optimum concentration, each crude preparation improved the production 100% (Aspergillus oryzae), 42%(Rhizopus formosensis). These results has accumulated some informantion on the select of high yield cell strains and choose the best culture conditons for the growth and gypenosides product of the calli. In the review, it is discussed that the differentiation on tissue-organal, cellular and biochemical levels related to the synthesis and accumulation of secondary metabolites in plant culuture.