论文部分内容阅读
颠茄(Atropa belladonna L.)是茄科颠茄属的多年生草本植物,是我国药典规定的托品烷类生物碱(TAs)唯一药源植物,其主要药用成分为莨菪碱和东莨菪碱。但生物碱在颠茄中的含量通常很低,且东莨菪碱含量又远远少于莨菪碱,这导致人们关注颠茄莨菪碱与东莨菪碱的合成、积累与环境条件的关系,并期望找到适宜的培育条件以提高莨菪碱与东莨菪碱的产率。氮素是植物生长和代谢重要影响因子之一,不同形态的氮素对植物有不同的影响,氮素形态与生物碱的合成与积累也有着重要的联系。本文以颠茄实生苗为材料,结合砂培、浇灌营养液培养方法,设置不同铵硝配比(0︰100、25︰75、50︰50、75︰25、100︰0),分析不同形态氮素在不同处理时间对颠茄生长和氮代谢相关生理指标以及生物碱含量的变化规律,研究不同形态氮素对颠茄次生代谢上游产物、信号分子以及关键酶基因表达量的影响,从细胞和基因水平探索氮素形态调控颠茄生长、氮素利用以及生物碱合成的机制,以期为颠茄次生代谢与环境要素的相关性研究提供基础资料,对颠茄种植过程中氮肥的合理配施、高效利用提供理论依据。主要研究结果如下:1.整个处理期内,随着硝态氮比例的增加,颠茄茎叶和根部干质量都逐渐升高,其中茎叶干质量在全硝营养下最高,根部干质量在铵硝比25︰75时最高。测定植株叶绿素含量发现,铵态氮比例较高时植株的叶绿素含量也更高。以上结果表明,颠茄具有喜硝特性,在全硝营养下其地上部和地下部均能积累较多的干物质,少量铵态氮(NH4+≤25%)存在不影响其生长并能增加叶绿素的合成,因此铵硝结合供氮且铵硝配比为25︰75更有利于颠茄的生长。2.研究不同形态氮素营养下颠茄主要含氮化合物和氮代谢关键酶随处理时间的变化发现,处理初期全铵营养增加了可溶性蛋白的含量,但随处理时间延长铵硝比50︰50更有利于可溶性蛋白的积累;游离氨基酸含量随处理液中铵态氮比例增加总体上表现为升高,在铵硝比75︰25时最高;叶片中硝酸盐含量随处理液中硝态氮比例增加而增加,整个处理期内硝态氮比例大于50%时叶片硝酸盐含量呈下降趋势;NR活性随着处理液中硝态氮比例的增加而上升,但随处理时间增加全硝处理下NR活性有下降趋势;GS活性随铵态氮比例的增加呈现先减小后升高的趋势,并且随着处理时间的增加单一硝态氮处理降低了GS活性,单一铵态氮处理则增加了GS活性。表明随营养液中硝态氮比例的增加,颠茄能积累更多的硝酸盐,从而促进NR活性,而铵态氮的加入则能增加GS活性,促进了GS/GOGAT循环,从而提高叶片可溶性蛋白和游离氨基酸含量,因此铵硝结合供氮且铵硝配比为25︰75更有利于颠茄的氮代谢。3.对颠茄叶片莨菪碱和东莨菪碱的在不同形态氮素处理不同时间下的变化研究发现,虽然处理初期铵硝等量供氮组莨菪碱和东莨菪碱含量都不高,但随着处理时间的延长铵硝等量供氮使生物碱持续上升,尤其是东莨菪碱增加明显。整个处理期内,全硝处理组东莨菪碱含量都较少。说明氮素形态显著影响了颠茄TAs的积累,同时也影响了莨菪碱向东莨菪碱的转化,铵硝比为50︰50时更有利于颠茄生物碱的积累和莨菪碱向东莨菪碱的转化。4.为明确氮素形态对颠茄生物碱合成调控的机制,以处理28 d时的颠茄苗为材料研究不同形态氮素对TAs合成前体腐胺(Put)、信号分子一氧化氮(NO)以及TAs合成途径关键酶基因PMT、TRⅠ和H6H表达量的影响。对Put及其合成关键酶的检测发现,腐胺的含量与腐胺合成的关键酶活性变化基本一致,它们都随铵态氮比例的增加而升高,在铵硝比75︰25达到最高;对信号分子NO的检测发现,NO浓度随处理液中硝态氮比例的减小而减小;对PMT、TRⅠ和H6H表达量的检测发现,少量铵态氮增加了根部PMT与H6H基因表达量,铵硝比为50︰50时叶片和根部PMT、TRⅠ和H6H基因都有较高的表达水平。由此可以推测,氮素形态对颠茄莨菪碱和东莨菪碱合成的调控主要通过影响关键酶基因的表达量起作用,铵硝等比供氮条件提高了颠茄叶片中TRⅠ和根部PMT与H6H表达量,促进了腐胺向莨菪碱的合成以及莨菪碱向东莨菪碱的转化。综上所述,硝态氮有利于颠茄的初生生长,一定比例的铵态氮则能促进颠茄的次生代谢。氮素形态的变化对颠茄氮代谢和叶绿素含量有直接的影响,从而造成颠茄初生生长的差异。而氮素形态对颠茄次生代谢的调控,则通过改变次生代谢产物合成途径关键酶基因表达量起作用。