植物光合作用的主要产物是碳水化合物。碳水化合物是细胞骨架的一种主要成分,并且是植物生长过程中重要的营养物质,植物生长时经常需要淀粉、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖或半乳糖等作为碳源。同时,碳水化合物也是一类合适的溶质,一些小分子的碳水化合物极易溶于水中并且在浓度很高时也是无毒性的,这样就提高了很多植物对冷冻胁迫的抗性。小分子碳水化合物,如蔗糖和一些寡糖被证明是种有效的冷冻保护剂。可溶性碳水化合物对细胞无毒,对代谢没有抑制作用,所以可溶性碳水化合物的积累在一定范围内可以维持盐胁迫下细胞正常的膨压和细胞正常的代谢功能。此外,有些开花植物储存果聚糖作为储藏性碳水化合物,在逆境条件下,这些储存的碳水化合物可以确保植物体生长所需要的碳和能量的供应,在环境变好时,又可以促进植物快速发芽和生长生殖。碳水化合物在植物体的生长发育过程中起着重要的作用。羊草(Leymus chinensis (Trin.) Tzvel)是禾本科赖草属多年生根茎型禾草。羊草具有生产力高、耐干旱、耐贫瘠、耐盐碱、适口性强等生物生态学特性,是欧亚大陆草原带东缘的优势种,也是我国北方主要的优质牧草之一。羊草所含营养物质丰富,在夏秋季节是家畜抓膘牧草,为内蒙古草原的主要牧草资源。根据叶片颜色的不同,天然生境中的羊草可以分为灰绿型和黄绿型两种生态型。灰绿型羊草的分布范围较广,可以在森林棕色土、黑钙土、草地和pH值大于12的重度盐化土壤中生长;而黄绿型羊草只能在栗钙土和盐化程度较轻的土壤中生长。近年来这两种生态型羊草的种间差异性研究引起了广泛的关注,两种生态型羊草的气体交换,遗传多样性和种群地理统计都已进行了研究。然而关于羊草体内水溶性多糖的结构及其与羊草抗逆性的关系未见报道,所以比较研究灰绿型羊草多糖和黄绿型羊草多糖的理化性质,如单糖组成、分子量分布、分支度和侧链取代范围等,对探讨天然生境中两种生态型羊草的盐碱耐受机制具有重大意义。本研究的目的是从结构上特征性地阐述生长在同一草原上盐化程度不同的土壤中的两种生态型羊草的多糖的分子量分布、单糖组成和连接方式等,以探讨多糖结构的变化与盐碱耐受性的相关性;通过碳水化合物的比较分析,进一步增进对两种生态型羊草种间差异的盐碱耐受性的理解。本研究通过人工模拟条件下对羊草幼苗进行中性盐和碱性盐胁迫处理,取样后测量处理后羊草的株高、株数、含水量和各种糖含量变化,探讨中性盐和碱性盐胁迫处理对羊草生长发育的影响。为了深入理解糖代谢与羊草盐碱抗性之间的关系,对天然生境中两种生态型羊草的水溶性多糖的结构也进行了比较研究,获得以下研究成果:(1)利用总离子浓度相同的混合中性盐NaCl:Na2SO4 = 9:1(摩尔比)和混合碱性盐NaHCO3:Na2CO3 = 9:1(摩尔比),分别对羊草幼苗进行胁迫处理。每组内又各设有6个浓度,分别是60、120、180、240、300和360 mM。处理七天后收苗,测量羊草株高、株数、植株鲜重和干重,并计算含水量;分别取干燥后羊草植株地下部分和地上部分,通过HPLC技术检测其单糖、寡糖和多糖含量的变化。实验结果表明,与胁迫处理前相比,当中性盐浓度为120 mM和180 mM时,处理后羊草株高的涨幅要大于其在60 mM和240 mM时的涨幅;盐浓度为240 mM时,处理后的羊草株高的增长幅度很小;当浓度达到300 mM和360 mM时,与处理前相比,羊草的株高反而降低了,这是因为在此浓度下羊草的一些老叶片已经死亡,测量的是新生幼苗的高度。碱性盐处理后,在碱性盐浓度为60 mM时,处理后的羊草株高涨幅较大;用180 mM和240 mM碱性盐处理后,羊草株高涨幅极小或没有增加;300 mM和360 mM碱性盐处理后的羊草的株高都比未处理前低,也是因为在此浓度下羊草的老叶片已经枯萎和死亡。由此得出,碱性盐对羊草生长的毒害作用要大于中性盐。当中性盐浓度从60 mM增加到300 mM时,中性盐胁迫处理后羊草的株数都增加,但是增幅明显逐渐减小,在360 mM时受胁迫羊草的株数几乎没有变化。对于碱性盐处理后的羊草来说,在盐浓度从60 mM到180 mM时,羊草的株数也都增加,同样增幅是逐渐减小的;在240 mM时,碱性盐胁迫的羊草株数已经停止增加;在300 mM和360 mM的情况下,羊草的株数都较未处理前减少,这是因为在这两个浓度下,已经有部分羊草彻底死亡,死亡的植株没有计算在总株数内。此结果同样证明碱性盐胁迫对羊草生长的毒害作用要大于中性盐。对于中性盐胁迫,随着盐浓度从低到高(从60 mM到360 mM),羊草体内的含水量逐渐降低,但降幅较小。而对于碱性盐浓度从60 mM到300 mM时,碱性盐处理后的羊草体内的含水量也逐渐降低,但降低的幅度要远远大于中性盐胁迫;在碱性盐浓度为360 mM时,处理后的羊草体内的含水量达到最低值,此时很多羊草秧苗已经死亡。中性盐、碱性盐胁迫处理后,取干燥的羊草植株的地上和地下部分,分别使用HPLC技术测定其糖含量,并计算出各种糖的百分含量。结果表明,胁迫处理后,不论是中性盐处理还是碱性盐处理的羊草植株的地上、地下部分中,多糖的变化趋势都较为明显,而蔗糖、葡萄糖和果糖的变化很小,说明多糖在羊草的抗逆性中可能起着一定的作用。(2)提取了灰绿型羊草和黄绿型羊草中水溶性的多糖,分别将其分离为中性糖和酸性糖两部分,并对其进单糖组成分析。实验结果表明,灰绿型羊草中性糖和酸性糖中的甘露糖含量都要高于黄绿型羊草的中性糖和酸性糖,而葡萄糖含量则都要低于黄绿型羊草的中性糖和酸性糖,这说明甘露糖和葡萄糖与羊草的盐碱耐受性有关。(3)纯化了两种生态型羊草中性糖,并对纯化后的黄绿型羊草中性糖(Huang-N-6B)和灰绿型羊草中性糖(Hui-N-6B)进行13C-NMR分析。结果发现,这两种中性糖主要都是由五种单糖组成,分别是葡萄糖,半乳糖,阿拉伯糖,甘露糖和木糖。Huang-N-6B中的5种糖残基主要以4位连接为主,6位羟基没有取代,并且整个结构中有3～5个糖存在甲氧基结构,该糖中没有还原末端,末端的糖残基存在甲苷。其中,Glc以1,4连接为主,Gal为α-Gal,并且是3位连接,Xyl为2位连接。Hui-N-6B中的5种单糖残基的连接方式与Huang-N-6B的基本一致,但是Hui-N-6B中存在还原末端α-Gal和β-Glc,C-1归属为97.01 ppm,此糖中6位取代增加。与Huang-N-6B相比,此中性糖中增加了62.85、66.53和78.40 ppm三个峰,归属于α-Man的C-6,C-4和C-3,并且是1,4连接的α-Manp。本研究在人工模拟条件下对羊草幼苗进行混合盐、碱胁迫处理,发现碱性盐对羊草株高、株数和含水量的影响较大,说明碱性盐的毒害作用要大于中性盐。胁迫处理后的羊草也对其各种糖的含量进行了测定,结果表明,混合中性盐、碱性盐处理后,羊草植株地上、地下部分的多糖对胁迫的反应较为明显,而其它单寡糖的变化不大。对灰绿型羊草和黄绿型羊草可溶性多糖结构的比较分析结果显示,无论是在中性糖还是在酸性糖的单糖组成中,灰绿型羊草中的甘露糖含量都要高于黄绿型羊草,而灰绿型羊草中的葡萄糖含量则都要低于黄绿型羊草。进一步对纯化后的两种生态型羊草的中性糖结构进行比较分析,结果显示,13C-NMR谱图中灰绿型羊草中性糖较黄绿型羊草中性糖明显多出α-Manp的位移峰,与单糖组成的结果一致。这些结果表明羊草多糖中的葡糖糖和甘露糖与羊草的盐碱耐受性有一定的关系。本研究对羊草多糖结构与其盐碱耐受性的关系进行了分析,实验结果对羊草及其它耐盐植物的育种和推广有重要作用。糖苷生物碱是在茄科和百合科植物中发现的含氮的次生代谢产物,是由甙元和糖链两部分构成。关于糖苷生物碱的生物活性已经广泛的进行了研究。糖苷生物碱具有多种生物活性,如抗真菌作用、杀昆虫和软体动物、抑制乙酰胆碱酯酶、抗肿瘤的活性。研究者致力于揭示出糖苷生物碱的作用机理及其进化的原因。茄属植物茄子和土豆中都主要含有两种糖苷生物碱,而且关于来自于同种植物的成对的两种生物碱的协同作用虽有报道,但是关于这些生物碱协同的植物毒性作用研究较少。本论文通过抑制黄瓜幼根生长来研究四种糖苷生物碱chaconine(C)、solanine(S)、solamargine(SM)、solasonine(SS),和两种生物碱衍生物6-O-sulfated chaconine、6-O-sulfated solamargine的植物毒性作用。单独的生物碱和两种生物碱以等摩尔比例混合的化合物都进行了检测。实验结果表明,chaconine(C)、solanine(S)、solamargine(SM)和solasonine(SS)抑制黄瓜幼根生长的半数有效浓度(IC50)分别是260(C)、380(S)、530(SM)和610μM (SS)。四种生物碱单独的抑制作用呈浓度依赖性。两种生物碱衍生物6-O-sulfated chaconine和6-O-sulfated solamargine对黄瓜幼根生长没有抑制作用,这说明碳水化合部分在抑制黄瓜幼根生长时起着重要作用。成对糖苷生物碱等摩尔比例的混合物chaconine/solanine和solamargine/solasonine在抑制黄瓜幼根生长时都表现出了协同作用;相反,来源于不同植物的不成对糖苷生物碱等摩尔比例的混合物则没有明显的协同作用,受抑制的黄瓜幼根缺少根毛,此结果表明,抑制作用可能发生在根毛生长水平上。这些实验结果支持一种糖苷生物碱进化假说,即两种糖苷生物碱在植物体内同时合成,植物为了自保而使两者表现出协同的作用。