论文部分内容阅读
高良姜为姜科多年生植物高良姜（AlpiniaofficinarumHance）的干燥根茎，是我国大宗药材，“十大南药”之一，在医药、食品、化妆品及蔬果保鲜上有广泛的应用。目前高良姜人工栽培资源成为药材主要的商品来源，但其种植标准化程度低，农家栽培类型多样，高良姜种苗质量及栽培类型关系到大田生产的产量和质量。因此规范高良姜种苗质量并通过转录组分析4种不同栽培类型高良姜差异表达的基因，为后续开展分子标记辅助育种、基因工程技术选育创制新的药用高良姜优良品种、改善高良姜品质以及指导栽培育种奠定基础。
本论文开展高良姜种苗质量分级标准以及对4个不同栽培类型高良姜形态差异、化学成分含量差异和转录组差异分析的研究，主要研究方法及结果如下：
1、高良姜种苗分级标准：在高良姜道地产区广东省徐闻县，随机选择8个高良姜种植样地，每样地随机抽取10株种苗，观察种苗外观性状，测量种苗的长度、直径和重量，统计芽的个数和残留的茎秆个数等指标。通过对高良姜种苗性状特征与发芽率的相关性分析，研究高良姜种苗分级性状指标，采用K均值聚类方法划分高良姜种苗等级：高良姜种苗应质地充实，无萎蔫，表皮有光泽，无损伤、霉烂和病斑点；芽饱满、无破损；无检疫性病虫害。Ⅰ级种苗芽个数为4~7个，根茎长度为11.4~16.0cm；Ⅱ级种苗芽个数为8~9个，根茎长度为16.1~19.4cm；Ⅲ级种苗芽个数为10~14个，根茎长度为19.5~24.1cm。该分级标准简便易用，可为高良姜种苗繁育及标准化生产提供参考依据。
2、4种高良姜栽培类型的生物学性状及生药学显微特征进行比较：蜂窝姜、牛姜、竹头姜及鸡姜4种高良姜栽培类型的粉末显微结构无明显差异，但在植株外观形态及根茎方面存在一定的差异，牛姜和竹头姜叶宽为2.2~4.0cm相较于蜂窝姜（1.2~2.5cm）和鸡姜（1.5~3.0cm）略宽；蜂窝姜和竹头姜株高为80~120cm略高于牛姜（70~110cm）和鸡姜（50~90cm）；牛姜、竹头姜根茎粗壮直径为1.5~2.5cm，蜂窝姜根茎直径为1.1~2.5cm次之，鸡姜根茎最为瘦小1.0~2.0cm。根茎中柱比例鸡姜最小1：4.08，蜂窝姜1：3.18次之，牛姜及竹头姜分别为1：2.68、1：2.75；鸡姜外韧型叶迹维管束远远低于其他3种栽培类型。
3、4种栽培类型高良姜根茎中高良姜素和挥发油含量比较：采用高效液相色谱法测定高良姜素含量，加热回流提取法测定挥发油含量。结果显示，鸡姜高良姜素含量最高（9.39mg/g），其次是蜂窝姜（7.25mg/g），而牛姜、竹头姜的高良姜素含量较低。蜂窝姜、竹头姜及牛姜的挥发油含量差异不显著，为1.12~1.37%。鸡姜挥发油含量显著较低，仅0.81%。因此，高良姜栽培类型的选育可以就高良姜的不同用途进行考虑。
4、4种高良姜栽培类型根茎转录组结构的比较：采用IlluminaHiseqTM2000二代测序平台与PacbioSequel三代测序平台相结合，对4种不同栽培类型高良姜的根茎进行转录组测序和功能注释，利用生物信息学方法对基因表达和功能进行研究。样品分组间比较差异基因数量发现竹头姜与鸡姜差异表达基因数量仅为18个，而蜂窝姜和牛姜之间的差异基因数相差较高达到4043个。通过差异表达基因GO功能富集分析，表明蜂窝姜-鸡姜，蜂窝姜-牛姜，蜂窝姜-竹头姜，牛姜-鸡姜，牛姜-竹头姜，这5个组间差异基因主要集中在生物调节、细胞过程、代谢过程等生物过程方面，细胞组分方面次之，分子功能方面最少。而竹头姜-鸡姜的组间对比则主要集中在于细胞组分方面，生物过程和分子功能方面的差异基因接近为0。KEGGPathway显著性富集分析中，分别将两组间基因差异表达两两对比，蜂窝姜、鸡姜、竹头姜与牛姜相比均有果糖和甘露糖代谢途径的富集，鸡姜、牛姜、竹头姜与蜂窝姜相比均有酮体合成与降解途径、光合作用蛋白合成途径、氨基糖和核苷糖代谢途径的富集。
本论文开展高良姜种苗质量分级标准以及对4个不同栽培类型高良姜形态差异、化学成分含量差异和转录组差异分析的研究，主要研究方法及结果如下：
1、高良姜种苗分级标准：在高良姜道地产区广东省徐闻县，随机选择8个高良姜种植样地，每样地随机抽取10株种苗，观察种苗外观性状，测量种苗的长度、直径和重量，统计芽的个数和残留的茎秆个数等指标。通过对高良姜种苗性状特征与发芽率的相关性分析，研究高良姜种苗分级性状指标，采用K均值聚类方法划分高良姜种苗等级：高良姜种苗应质地充实，无萎蔫，表皮有光泽，无损伤、霉烂和病斑点；芽饱满、无破损；无检疫性病虫害。Ⅰ级种苗芽个数为4~7个，根茎长度为11.4~16.0cm；Ⅱ级种苗芽个数为8~9个，根茎长度为16.1~19.4cm；Ⅲ级种苗芽个数为10~14个，根茎长度为19.5~24.1cm。该分级标准简便易用，可为高良姜种苗繁育及标准化生产提供参考依据。
2、4种高良姜栽培类型的生物学性状及生药学显微特征进行比较：蜂窝姜、牛姜、竹头姜及鸡姜4种高良姜栽培类型的粉末显微结构无明显差异，但在植株外观形态及根茎方面存在一定的差异，牛姜和竹头姜叶宽为2.2~4.0cm相较于蜂窝姜（1.2~2.5cm）和鸡姜（1.5~3.0cm）略宽；蜂窝姜和竹头姜株高为80~120cm略高于牛姜（70~110cm）和鸡姜（50~90cm）；牛姜、竹头姜根茎粗壮直径为1.5~2.5cm，蜂窝姜根茎直径为1.1~2.5cm次之，鸡姜根茎最为瘦小1.0~2.0cm。根茎中柱比例鸡姜最小1：4.08，蜂窝姜1：3.18次之，牛姜及竹头姜分别为1：2.68、1：2.75；鸡姜外韧型叶迹维管束远远低于其他3种栽培类型。
3、4种栽培类型高良姜根茎中高良姜素和挥发油含量比较：采用高效液相色谱法测定高良姜素含量，加热回流提取法测定挥发油含量。结果显示，鸡姜高良姜素含量最高（9.39mg/g），其次是蜂窝姜（7.25mg/g），而牛姜、竹头姜的高良姜素含量较低。蜂窝姜、竹头姜及牛姜的挥发油含量差异不显著，为1.12~1.37%。鸡姜挥发油含量显著较低，仅0.81%。因此，高良姜栽培类型的选育可以就高良姜的不同用途进行考虑。
4、4种高良姜栽培类型根茎转录组结构的比较：采用IlluminaHiseqTM2000二代测序平台与PacbioSequel三代测序平台相结合，对4种不同栽培类型高良姜的根茎进行转录组测序和功能注释，利用生物信息学方法对基因表达和功能进行研究。样品分组间比较差异基因数量发现竹头姜与鸡姜差异表达基因数量仅为18个，而蜂窝姜和牛姜之间的差异基因数相差较高达到4043个。通过差异表达基因GO功能富集分析，表明蜂窝姜-鸡姜，蜂窝姜-牛姜，蜂窝姜-竹头姜，牛姜-鸡姜，牛姜-竹头姜，这5个组间差异基因主要集中在生物调节、细胞过程、代谢过程等生物过程方面，细胞组分方面次之，分子功能方面最少。而竹头姜-鸡姜的组间对比则主要集中在于细胞组分方面，生物过程和分子功能方面的差异基因接近为0。KEGGPathway显著性富集分析中，分别将两组间基因差异表达两两对比，蜂窝姜、鸡姜、竹头姜与牛姜相比均有果糖和甘露糖代谢途径的富集，鸡姜、牛姜、竹头姜与蜂窝姜相比均有酮体合成与降解途径、光合作用蛋白合成途径、氨基糖和核苷糖代谢途径的富集。