發(fā)布時間：2020-11-19 00:27

　　 黃芪作為一種享譽國際的中藥材,傳統(tǒng)的來源是蒙古黃芪(Astragalusmembranaceus Bge.var.mongholicus Hsiao)或膜莢黃芪(Astragalus membranaceus(Fisch.)Bge.)的干燥根。長期以來,這兩種源植物都被作為同一種原料通用,但目前對于蒙古黃芪和膜莢黃芪在化合物水平上的廣泛研究尚不詳盡,從代謝水平上綜合尋找兩者之間的差異有利于原料應用的區(qū)分,為黃芪藥材的充分利用可以提供可靠的數(shù)據(jù)鑒定。全球當前的環(huán)境現(xiàn)狀,降臨到地球表面的UV-B輻射(280-320nm)可能會逐年增加,UV-B輻射可以誘導植物的光生物脅迫,激活植物防御系統(tǒng)并誘導代謝的變化,進而影響黃芪藥材的代謝產(chǎn)物和化學成分。在這個前提下,對于這兩種黃芪植物的UV-B脅迫代謝響應的比較研究值得深入。與此同時,蒙古黃芪作為一種旱中生植物,有比中生植物膜莢黃芪更優(yōu)秀的干旱耐受性,這是植物與生長環(huán)境相互作用的結果。這種耐受性差異的原因與植物代謝是否有關,兩種黃芪生長環(huán)境的差異是否會對植物代謝產(chǎn)生不同的影響,進而影響黃芪藥材的成分和質(zhì)量?本研究以傳統(tǒng)黃芪藥材的源植物蒙古黃芪和膜莢黃芪植株為材料,基于非靶向GC-MS和靶向UPLC-q/tof-MS代謝組學技術平臺,結合生理生態(tài)學指標,主要從以下幾個方面對兩種黃芪的品種及組織特異性代謝特征、二者響應UV-B脅迫和干旱脅迫的生理和代謝差異進行了探索研究:(1)利用GC-MS非靶向代謝組學技術對蒙古黃芪和膜莢黃芪根和葉片進行全面的分析,最終鑒定出144種初級代謝產(chǎn)物。運用多元統(tǒng)計分析方法,建立偏最小二乘法(PLS-DA)模型,對蒙古黃芪和膜莢黃芪品種特異性及組織特異性進行分析,最終共鑒定15種顯著差異化合物,其分別為VIP1和p0.05。通過LC-MS對樣品進行酚類化合物的靶向分析,根據(jù)標準對照物質(zhì)的質(zhì)譜信息和保留時間進行目標化合物的鑒定,最終共鑒定了 28種酚類代謝物。以及1種關鍵化合物L-苯丙氨酸。這些酚類代謝物參與黃酮和黃酮醇,類黃酮,苯丙素,泛醌,其他萜類醌和植物激素的生物合成以及苯丙氨酸的代謝。為了更詳細地了解蒙古黃芪和膜莢黃芪每個組織中己鑒定代謝物的相似性或差異,我們建立了一個初級代謝和酚類代謝互作網(wǎng)絡。無論初級代謝還是酚類代謝在蒙古黃芪和膜莢黃芪的組織中均存在顯著的差異。因此,蒙古黃芪和膜莢黃芪在藥材方面應該做好區(qū)分,而不能作為同一種藥材通用。(2)考察了兩種黃芪在UV-B脅迫下的葉綠素、過氧化氫含量及四種抗氧化酶的酶活性,發(fā)現(xiàn)蒙古黃芪中四種抗氧化酶活性都有顯著上升,而膜莢黃芪中部分抗氧化酶活性有所下降,得知同等的UV-B輻射脅迫條件下,蒙古黃芪抵抗和防御UV-B損傷的能力優(yōu)于膜莢黃芪。通過GC-MS非靶向代謝組分析,根據(jù)較多糖類化合物在兩種黃芪根部組織顯著增加積累的現(xiàn)象,得知兩種黃芪在UV-B脅迫下都表現(xiàn)出了生長能量從地上組織向地下組織的轉(zhuǎn)移。通過LC-MS靶向代謝組分析,發(fā)現(xiàn)蒙古黃芪中,C6C3C6碳骨架化合物以C6C3化合物為代價在UV-B脅迫下更多的積累;而膜莢黃芪中的代謝模式與此相反。我們認為這種相反的代謝模式可能也是導致兩種黃芪UV-B抵抗力差異的原因之一。(3)通過代謝物與抗氧化酶的相關性分析,發(fā)現(xiàn)初級代謝物:α-D-吡喃葡萄糖苷(α-D-Glucopyranoside)、L-蘇糖酸(L-Threonic acid)、丁酸(Butanoic acid)和酚類代謝物:毛蕊異黃酮苷(Calycosin-7-glucoside)、毛蕊異黃酮(Calycosin)、芒柄花苷(Ononin)都與過氧化物酶呈顯著正相關。有趣的是,UV-B脅迫下,這些化合物在蒙古黃芪中增加而在膜莢黃芪中減少,由此認為蒙古黃芪中的這些化合物對抗氧化系統(tǒng)的貢獻和補充更大,這些化合物的代謝差異也因此成為兩種黃芪UV-B抵抗力差異的重要原因之一。(4)通過考察光合特性,抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié),在葉和根中研究了干旱適應特征,結果表明,在漸進式的干旱脅迫下,蒙古黃芪在維持光合作用和激活抗氧化酶系統(tǒng)方面優(yōu)于膜莢黃芪。由此證明,作為旱中生植物的蒙古黃芪確實比中生植物的膜莢黃芪有更好的干旱耐受性。通過非靶向氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用GC-MS代謝組學技術,發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下,蔗糖,果糖和蘋果酸僅在蒙古黃芪的葉片中作為顯著差異代謝物出現(xiàn);蘋果酸和甘露糖僅在膜莢黃芪的葉片中顯著增加,僅在蒙古黃芪中出現(xiàn)明顯增強的蔗糖和肌醇(參與滲透調(diào)節(jié)和能量代謝)積累。這些響應于干旱的初級代謝物差異積累,可能是兩種黃芪在干旱條件下的耐受性。運用靶向液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用LC-MS技術,發(fā)現(xiàn)在干旱進程中,異黃酮僅在兩個黃芪品種的根中表現(xiàn)出顯著的增加;酚酸類物質(zhì)僅在蒙古黃芪的葉片中有顯著的增加,而膜莢黃芪中黃酮醇類物質(zhì)含量增加。這些酚類化合物和初級代謝物的差異代謝,可能也是兩種黃芪干旱耐受性差異的原因之一。(5)通過代謝物與滲透調(diào)節(jié)劑和抗氧化酶的相關性分析,發(fā)現(xiàn)蔗糖和肌醇等部分初級代謝物與滲透調(diào)節(jié)劑顯著正相關,而部分酚類化合物與抗氧化酶顯著正相關,這意味著初級代謝產(chǎn)物和酚類化合物分別對植物干旱條件下的滲透調(diào)節(jié)和抗氧化能力有所貢獻。這兩種干旱耐受性不同的黃芪,在干旱脅迫下有非常明顯的代謝差異,我們認為品種和組織特異性的代謝可能影響著蒙古黃芪和膜莢黃芪的干旱耐受性。
【學位單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S567.239
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 黃芪的研究進展
        1.1.1 黃芪的本草考證
        1.1.2 黃芪屬植物簡介
        1.1.3 黃芪的生物學特性
        1.1.4 黃芪的化學成分研究
        1.1.5 黃芪的藥理作用
        1.1.6 黃芪對逆境脅迫的響應
    1.2 UV-B輻射對植物的影響
        1.2.1 UV-B輻射研究方法
        1.2.2 UV-B輻射對植物形態(tài)學特征的影響
        1.2.3 UV-B輻射對植物光合作用的影響
        1.2.4 UV-B輻射對植物代謝的影響和植物保護機制
    1.3 干旱對植物的影響
        1.3.1 干旱脅迫的研究方法
        1.3.2 干旱脅迫對植物形態(tài)學特征的影響
        1.3.3 干旱脅迫對植物光合作用的影響
        1.3.4 干旱脅迫對植物代謝的影響和植物保護機制
    1.4 代謝組學的國內(nèi)外研究進展及應用
        1.4.1 代謝組學的發(fā)展
        1.4.2 代謝組學分析方法及路線
        1.4.3 代謝組學在藥用植物及物種鑒定中的應用
    1.5 初級代謝物在植物中的分布及其生物學功能
        1.5.1 初級代謝物在植物中的分布
        1.5.2 初級代謝物的生物學功能
    1.6 酚類在植物中的積累及其生物學功能
        1.6.1 酚類在植物中的分布
        1.6.2 酚類在植物中的積累模式
        1.6.3 酚類的生物學功能
    1.7 本課題研究目的與意義
2 蒙古黃芪和膜莢黃芪組織代謝多樣性
    2.1 引言
    2.2 植物來源
    2.3 材料與方法
        2.3.1 儀器與材料
        2.3.2 實驗方法
        2.3.3 數(shù)據(jù)分析
    2.4 結果與分析
        2.4.1 GC-MS鑒定的初級代謝物在蒙古黃芪和膜莢黃芪中的綜合分布
        2.4.2 比較蒙古黃芪和膜莢黃芪差異代謝分析
        2.4.3 基于LC-MS靶向分析蒙古黃芪和膜莢黃芪中的酚類代謝物
        2.4.4 GC-MS和LC-MS構建兩品種及組織特異性代謝網(wǎng)絡的整合視圖
    2.5 討論
    2.6 本章小結
3 蒙古黃芪和膜莢黃芪對UV-B脅迫的代謝響應研究
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 儀器與材料
        3.2.2 實驗方法
        3.2.3 數(shù)據(jù)分析
    3.3 結果與分析
        3.3.1 UV-B誘導的兩種黃芪的形態(tài)變化和光合作用的比較分析
2O₂含量變化的比較分析'>        3.3.2 UV-B誘導的兩種黃芪中抗氧化酶活性與H₂O₂含量變化的比較分析
        3.3.3 兩種黃芪的初級代謝對UV-B響應的比較分析
        3.3.4 兩種黃芪的酚類代謝物對UV-B響應的比較分析
        3.3.5 代謝物與抗氧化指標之間的相關性分析
    3.4 討論
        3.4.1 兩種黃芪在UV-B處理下的生理響應比較分析
        3.4.2 兩種黃芪在UV-B處理下的代謝組學比較分析
    3.5 本章小結
4 蒙古黃芪和膜莢黃芪對干旱脅迫的代謝響應研究
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 儀器與材料
        4.2.2 實驗方法
        4.2.3 數(shù)據(jù)分析
    4.3 結果與分析
        4.3.1 干旱脅迫誘導的兩種黃芪的光合作用和脂質(zhì)過氧化作用的比較分析
2O₂含量變化的比較分析'>        4.3.2 干旱脅迫下兩種黃芪中抗氧化酶活性與H₂O₂含量變化的比較分析
        4.3.3 兩種黃芪的初級代謝對干旱脅迫響應的比較分析
        4.3.4 兩種黃芪的酚類代謝物對干旱脅迫響應的比較分析
        4.3.5 代謝物與耐受性指標之間的相關性分析
    4.4 討論
        4.4.1 兩種黃芪在干旱脅迫下的生理響應分析
        4.4.2 兩種黃芪在干旱脅迫下的代謝比較分析
    4.5 本章小結
結論
參考文獻
附錄
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文
致謝
附件

【參考文獻】

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本文編號：2889425