干旱胁迫影响药用植物品质的分子机制研究

干旱是影响植物生长的重要因素,适度干旱胁迫可有效提高药用植物品质。本草基因组学的发展推动逆境胁迫影响药用植物品质分子机制的创新性研究。本文综述了干旱胁迫对药用植物生物碱、黄酮、萜类、酚类和皂苷等药效活性成分和生物量的影响,基于本草基因组学的干旱胁迫影响药用植物品质的分子机制研究进展,以及包括活性氧代谢途径和ABA信号转导在内的药用植物响应干旱胁迫的分子机制。提出以药用模式植物为研究对象,以本草基因组学为理论指导,揭示干旱胁迫影响药用植物品质的分子机制,挖掘与药用植物耐旱性状密切关联的分子标记,为提升药用植物品质,选育耐旱药用植物优良种质,指导中药农业生产提供参考。     

丛枝菌根真菌在药用植物中的作用及机制研究进展

丛枝菌根真菌(AMF)可与绝大部分陆生植物建立菌根共生体系,并在其生长发育过程中发挥着重要作用,但目前对其在药用植物生长、活性物质生物合成、积累中的作用和抗逆胁迫中的角色及相关机制尚无系统分析和梳理。该文首先对常见的AMF研究方法进行了整理,主要包括AMF孢子的分离、形态学鉴定、化学染色、分子鉴定等方法,并将常见AMF属种形态结构列表详述。在促生长方面,AMF通过菌丝体的延长,分泌磷酸酶、有机酸等物质活化土壤矿质营养元素,提高药用植物吸收效率,从而促进药用植物的生长;在提高药用植物活性物质合成和积累方面,AMF通过调控次级产物代谢通路相关信号分子及关键酶活性,从而促进黄酮类、萜类化合物的合成与积累,进而改善药用植物的品质和质量。此外,AMF还可通过提高抗氧化酶活性、提高植物自身清除自由基的能力、络合有毒重金属、稀释高盐浓度、诱导相关胁迫基因的表达等机制,缓解干旱、重金属、高盐及高温或低温胁迫。最后,对AMF在药用植物生态种植中的的应用前景和深入研究进行了展望,为推进相关研究提供借鉴和参考。     

复合胁迫对药用植物次生代谢的影响及机制

大量研究显示药用植物在其道地产区的生长同时受到多种环境胁迫的共同作用。与单一胁迫相比,植物对2种或2种以上的复合胁迫具有独特的反应,不能直接从植物对每种单独的胁迫反应中推断出来。复合胁迫对植物的作用通常有协同、拮抗或独立3种类型。次生代谢在药用植物响应复合胁迫的过程中也起到了至关重要的作用,环境胁迫可以促使次生代谢产物积累,而在复合胁迫下,植物通过特异性的诱导次生代谢途径上关键酶基因的表达进而诱导次生代谢产物积累以抵御胁迫的侵害。植物在遭受复合胁迫的作用时,多种信号通路途径的相互作用,使得植物响应复合胁迫具有高度的复杂性。该文总结了复合胁迫对药用植物生理及次生代谢的影响,并探讨了相关的生理生化及分子作用机制,以期为提高药用植物的逆境适应能力、提升中药材质量提供理论依据,进一步优化药用植物的栽培。     

形制之变(一)——新旧中医国家标准疾病部分异同解读

植物来源中药材的品质与药用植物的生长及次生代谢密切相关。bZIP转录因子作为基因表达的关键调控因子,在植物生长发育、生物及非生物胁迫应答、次生代谢过程中发挥重要作用,对提高药用植物抗性、促进有效成分积累具有重要意义和价值。已证实通过调控bZIP转录因子的表达可有效提高青蒿、人参、丹参等中药材的品质。在阐明bZIP转录因子生物学功能的基础上,探讨其对药用植物品质(形态特征、抗逆反应、次生代谢)的影响,展望其在中药材品质改良中的应用前景,为深入探究bZIP转录因子在药用植物生长发育及有效成分积累中的作用提供参考,为优质中药材的培育和生产提供依据。     

药用植物根形态建成低磷响应策略及其分子机制北大核心CSCD

低磷供应成为全球土壤共性问题,磷是植物生长必需大量元素之一,在细胞组成、物质与能量代谢以及信号转导等关键细胞功能发挥中起着重要作用。磷酸盐转运蛋白(phosphate transporter, PHT)编码基因在调节植物生长发育、根形态建成、次生代谢、激素响应以及调节磷素平衡方面起着重要作用。药用植物活性成分大多为次生代谢产物,因此揭示磷素调控与药用植物有效成分积累关系是药用植物关注焦点,特别是低磷胁迫对根类药材的根形态建成影响及其与激素响应的偶联调控作用密切相关。随着分子生物学的不断深入研究,药用植物也逐渐开始关注PHT对药用植物次生代谢的调控机制。通过对植物长期进化过程中适应低磷环境形成的一系列策略:改变根形态建成、抑制主根生长、形成簇根系并改变体内生理代谢等、低磷胁迫响应蛋白PHT及其调控网络;药用植物响应磷饥饿的表型生物学特征、关键基因及其响应机制进行综述,以期为药用植物“优质优形优价”的生态栽培提供理论依据。     

地黄植株体内miRNAs与其连作障碍关系的研究进展

MicroRNAs是一类内源性小分子的非编码RNA,它通过对其靶基因的降解或抑制翻译来调控基因表达,进而调控植物的生理活动。植物在遇到逆境胁迫时,miRNAs会作用于与逆境相关的基因,启动体内的抗逆机制抵抗不利因素。地黄的连作障碍也是一种胁迫,从miRNAs水平上研究,有利于解读地黄连作障碍的分子机制。该文对地黄体内miRNAs的功能及调控机制进行了综述,并对miRNAs在地黄的研究中进行了展望。     

ATP结合盒转运蛋白与药用植物次级代谢物转运的研究进展

三磷酸腺苷结合盒(ATP-binding cassette,ABC)转运蛋白是生物体内分布最为广泛的蛋白家族之一。在调控植物生长发育、根系形态、次级代谢物转运、抗逆胁迫上发挥重要作用。在逆境中产生和累积的次级代谢物往往决定着药用植物的品质。因此,如何提高次级代谢物累积一直作为药用植物品质形成的研究领域热点。研究表明,次级代谢物的累积与ABC转运蛋白密切相关。近年来,随着基因组和转录组测序技术的不断发展,药用植物研究领域也开始关注ABC转运蛋白对次级代谢物的调控机制。该文根据近年来在植物研究领域中ABC转运蛋白的研究进展,系统概述了ABC转运蛋白参与次级代谢物的跨膜转运,以期为研究药用植物ABC转运蛋白的调控机制、增加次级代谢物累积、提升药用植物品质提供重要的理论依据和技术支持。     

施氮对中药材抗逆性影响及机制

研究表明氮肥对植物的抗逆性具有重要的调控作用。该文总结分析了施氮对中药材非生物胁迫及生物胁迫抗性的影响。结果表明适量施氮能提高中药材的非生物胁迫抗性及抗杂草能力,但过量施氮会对抗性产生不利影响,并且施氮通常降低中药材抗虫性,对不同种病害的抗性调控作用呈现一定差异。在此基础上,从物理结构、生理生化、分子水平抗性3个方面分析了施氮对中药材抗逆性的调控机制:(1)物理结构水平,施氮通常会引起植物地上部分生长加快,降低木质素、纤维素以及硅含量,影响气孔关闭;(2)生理生化水平,施氮会提高中药材中营养物质含量、多种抗氧化酶及抗性相关蛋白活性,提高含氮次生代谢物水平,降低非含氮次生代谢物水平;(3)分子水平,施氮主要通过影响激素、NO等信号分子的合成,调控抗性有关的基因表达水平。降低SA,ABA水平及相关抗性基因表达,提高JA/ETH水平及NO信号分子的表达。需要注意的是,对于不同中药材品种及环境,施氮对抗逆性的调控作用可能存在较大差异,该文旨在为通过科学施氮提高中药材抗逆性的理论研究及实践提供参考。     

生物炭在农业及中药材栽培中的应用研究进展

生物炭是生物质在缺氧或者低氧状态下经高温(250～700℃)热解形成的一种高度芳香化、富含碳素的固态物质,具有比表面积大、孔隙丰富等特征。近年来,生物炭作为一种良好的土壤改良剂,在改善土壤根际微生态环境、促进植物生长发育、提高植物抗逆性等方面的优势逐渐凸显。研究表明,生物炭通过改良土壤理化性质、调整微生物群落结构、参与植物体内代谢过程、诱导植物增强抗性等方面来影响植物的生长发育过程。该文总结了生物炭在农业中应用的研究进展,介绍了生物炭在植物种子萌发、幼苗生长、作物产量及抗逆性等方面的生态学效应及其作用机制。结合中药材自身的特点,重点分析了生物炭在提高中药材次生代谢产物的含量及缓解连作障碍等方面的应用潜力。提出未来还需加强生物炭在药用植物次生代谢生物合成、化感作用以及重金属胁迫等方面的研究,深入揭示生物炭调控药用植物的次生代谢、缓解中药连作障碍及降低重金属含量的作用机制,以期为生物炭在中药材栽培中的应用研究提供参考。     

欧洲花楸悬浮细胞对生物胁迫的记忆功能初探

植物对其所遭受的环境胁迫存在记忆功能,当再次受到重复的环境胁迫时能更快更好地启动对环境胁迫的应答和适应机制,从而实现长期稳定的繁衍生存。但是这类研究大都体现在农作物以及模式植物拟南芥中,在药用植物中少有研究这种记忆功能对植物生长状态的作用以及对植保素生物合成的影响。该研究采用酵母提取物(YE)作为模拟生物胁迫的诱导子,通过对欧洲花楸悬浮细胞给予重复生物胁迫,测定了重复胁迫及单次胁迫下生物量以及部分次生代谢产物含量的变化。结果表明,与第一次受到环境胁迫的欧洲花楸悬浮细胞相比,受到重复胁迫的欧洲花楸悬浮细胞在再次受到环境胁迫后生物量积累水平在部分时间点下显著提高,次生代谢产物在部分时间点下积累水平也显著升高。上述工作确定了欧洲花楸悬浮细胞存在记忆环境胁迫的现象,以及这种记忆环境胁迫的现象对欧洲花楸悬浮细胞部分次生代谢产物合成与积累的影响,为进一步研究药用植物的胁迫记忆功能及其代际遗传机制奠定了基础。