宁夏枸杞香豆素等9种物质分布规律及其对盐碱胁迫响应研究

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宁夏枸杞Lycium barbarum L.为茄科Solanaceae枸杞属Lycium落叶灌木,具有很高的药用和食用价值。《本草纲目》记载:“春采叶,名天精草;夏采花,名长生草;秋采子,名枸杞子;冬采根,名地骨皮”。现代药理研究证实宁夏枸杞中的香豆素类化合物(东莨菪内酯和东莨菪苷)具有抗肿瘤、抗炎、降血糖、降血压等多种药理活性,然而宁夏枸杞中香豆素等物质的含量、分布规律及其生态意义尚不明确。本文以宁夏枸杞为研究对象,建立同时测定宁夏枸杞中香豆素等9种物质含量的UPLC-MS/MS方法,研究香豆素等9种物质在宁夏枸杞不同成熟度果实、组织部位、栽培品种及种植模式中的分布规律,研究盐碱胁迫对宁夏枸杞生长、香豆素等物质积累及抑制枸杞瘿螨为害的作用,旨在明确香豆素类物质在宁夏枸杞中的分布及其在适应盐碱环境中的作用,为宁夏枸杞综合开发利用及高品质药材的定向培育提供参考。主要研究结果如下:1.建立了同时测定宁夏枸杞中香豆素及苯丙酸等9种物质含量的UPLC-MS/MS方法。该方法可在16 min内实现对9种物质的有效分离,9种物质在各自的质量浓度范围内线性关系良好,线性相关系数均大于0.99,稳定性RSD<5.22%,重复性RSD<7.11%,在25和250 μg.ml-1浓度下9种物质的精密度RSD<6.10%;平均加样回收率为96.67%~123.36%。2.初步明确了宁夏枸杞不同成熟度果实、组织部位、栽培品种及种植模式下香豆素等9种物质含量分布规律。(1)宁夏枸杞中香豆素等9种物质在不同成熟度果实及组织部位含量各异。5种香豆素类物质(东莨菪内酯、东莨菪苷、秦皮素、秦皮苷、秦皮甲素)和2种苯丙酸(咖啡酸和绿原酸)均在青果中含量最高,并随果实成熟而下降,青果中各物质含量是红果的1.9~33.4倍,而另2种苯丙酸(阿魏酸和对香豆酸)则在成熟果实中含量更高。东莨菪内酯在叶片中含量高于根皮,而东茛菪苷在根皮中含量高于叶片,推测东莨菪苷由宁夏枸杞根部合成运输至叶片转化为东莨菪内酯发挥抗性。(2)宁夏枸杞中东莨菪内酯及东莨菪苷在不同栽培品种中含量各异。常规种植模式下,东莨菪内酯在宁杞1号(叶片127.00·μg-1)和杞鑫10号(青果316.33μg·g-1)中含量较高,东莨菪苷在宁杞7号(叶片1 888.33 μg·g-1,青果96.97μg·g-1)中含量较高;有机种植模式下,东莨菪内酯在枸杞品系0909(叶片381.33μg·g-1,青果479.67 μg·g-1)中含量较高,东莨菪苷在枸杞品系0909(叶片602.67μg·g-1)和宁杞1号(青果183.33μg·g-1)中含量较高。(3)种植模式对宁夏枸杞中香豆素类物质含量的影响与环境胁迫强度有关。青海产区不同基地样品中,野生宁夏枸杞东莨菪内酯含量分别是栽培和荒弃宁夏枸杞的1.8和2.3倍。宁夏产区同一基地样品中,有机种植的宁夏枸杞东莨菪内酯含量是常规种植的1.4倍。3.证实了盐碱胁迫虽一定程度抑制宁夏枸杞生长,但促进香豆素类物质积累,并抑制枸杞瘿螨的为害。(1)宁夏枸杞耐盐碱,但重度盐碱胁迫明显抑制植株生长和生物量积累,促进根系发育使根冠比增大。宁夏枸杞生长指标(株高和茎粗)和生物量参数(地上鲜重和地下鲜重)均与盐胁迫和碱胁迫呈负相关关系,而根冠比与二者均呈正相关关系,根冠比与地下鲜重相关性(r=0.352)大于与地上鲜重的相关性(r=-0.313)。(2)盐碱胁迫会影响宁夏枸杞香豆素等物质积累,时间累积效应明显,且碱胁迫影响大于盐胁迫。碱胁迫可显著提高宁夏枸杞叶片中东莨菪内酯和东莨菪苷的积累,盐碱胁迫30d的宁夏枸杞叶片中,二者均呈现出随碱浓度增大含量升高的趋势。碱胁迫条件下东莨菪苷积累效应更强,250 mmol.L-1碳酸氢钠(NaHCO3)处理30d时,东莨菪内酯和东莨菪苷在宁夏枸杞叶片中积累量分别是对照组的5.3和20.6倍。(3)碱胁迫会诱导宁夏枸杞根系分泌蓝色荧光物质,还会抑制枸杞瘿螨在叶片的为害。田间盐碱地虫瘿直径显著小于常规地,比常规地虫瘿直径小19.42%。室内碱胁迫后,虫瘿直径显著小于对照,pH值为9.50和10.00时虫瘿直径分别比对照组(pH=8.50)小 27.47%和 18.33%。综上所述,本研究明确了宁夏枸杞中香豆素类物质主要分布于青果和叶片,且在胁迫较强的环境中积累量更高;碱胁迫会刺激宁夏枸杞积累香豆素等防御性次生代谢物质,且香豆素苷的积累效应强于香豆素;碱胁迫还会抑制枸杞瘿螨虫瘿生长。基于此,可初步推测香豆素类物质在宁夏枸杞环境适应中具有重要生态学意义,本发现可为宁夏枸杞高品质定向培育提供理论指导。研究发现宁夏枸杞青果和叶片中东莨菪内酯含量较高,根皮和叶片中东茛菪苷含量较高,对其资源开发利用具有指导意义。
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