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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 浙貝母生物堿合成與環(huán)境微生物的相關(guān)性研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目將探索性證明浙貝母環(huán)境微生物的形成與浙貝母生物堿的含量有關(guān)，并提出根際特異微生物、內(nèi)生菌與浙貝母的生物堿合成具有相關(guān)性的科學(xué)假設(shè)，從而試圖闡明浙貝母道地性藥材生物堿合成的微生物作用機(jī)制
- 詳細(xì)介紹：
- 利用PCR-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）檢測(cè)根際細(xì)菌多樣性，利用組織印跡對(duì)照法分離并檢測(cè)浙貝母內(nèi)生真菌，利用高效液相-蒸發(fā)光散射儀（HPLC-ELSD）檢測(cè)生物堿含量。研究顯示，江蘇南通的根際土pH為7.45，而浙江三地的pH均呈酸性，為4.29-4.57。根際細(xì)菌多樣性指數(shù)在南通最高，為3.36，表明細(xì)菌適合生長(zhǎng)在弱堿性環(huán)境中；淳安次之，其次為磐安，寧波則最低。此外，根際土比非根際土的Shannon指數(shù)均要高，提示浙貝母根際周圍微生物更豐富。主成分分析結(jié)果將浙貝母的四個(gè)產(chǎn)地分為三大類群：寧波、淳安和磐安三大類，其中南通根際土與淳安樣品聚在一起，而南通非根際土與寧波土樣聚為一類。生物堿檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4個(gè)產(chǎn)地的南通貝母甲素和乙素含量總和均達(dá)到了國(guó)家的最低標(biāo)準(zhǔn)0.08%，其中南通最高，為0.1882%，其次為淳安0.1461%，磐安緊隨其后為0.1365%，而道地產(chǎn)區(qū)寧波的生物堿含量最低，只有0.1068%，與四產(chǎn)地的根際細(xì)菌多樣性排序結(jié)果完全相同，提示根際細(xì)菌與浙貝母的生物堿合成密切相關(guān)。此外，從浙貝母地上莖、鱗莖和葉中分離到36種內(nèi)生真菌，從鱗莖中分離到一菌株有顯著的抑菌活性，經(jīng)分子生物學(xué)及形態(tài)學(xué)鑒定為Aspergillus sp.BJ7，并發(fā)現(xiàn)該菌有產(chǎn)浙貝母的生物堿能力。
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作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 本項(xiàng)目將藥用植物的道地性與環(huán)境微生物如根際土壤微生物、植物內(nèi)生菌有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，以根際土壤微生物的多樣性與浙貝母生物堿含量和內(nèi)生菌產(chǎn)生物堿能力研究為核心，從功能微生物分子生態(tài)和多樣性的的角度研究浙貝母道地性藥材形成的微生物作用機(jī)制。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1.研究思路上有特色：本項(xiàng)目將藥用植物的道地性與環(huán)境微生物如根際土壤微生物、植物內(nèi)生菌有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，從功能微生物分子生態(tài)和多樣性的的角度研究浙貝母道地性藥材形成的微生物作用機(jī)制。 2.研究?jī)?nèi)容上有新意：本項(xiàng)目將探索性證明浙貝母環(huán)境微生物的形成與浙貝母生物堿的含量有關(guān)，從而試圖闡明浙貝母道地性藥材生物堿合成的微生物作用機(jī)制。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 環(huán)境微生物如根際微生物和內(nèi)生菌在藥材道地性形成中扮演著十分重要的角色，而目前浙貝母道地性形成的微生物作用機(jī)制尚不清楚。浙貝母為“浙八味”之一，其有效成分主要是生物堿。本研究通過(guò)分析根際微生物與內(nèi)生菌與浙貝母生物堿合成的關(guān)系，結(jié)果可以為揭示浙貝母道地性形成的分子機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也可健全浙貝母的道地性評(píng)價(jià)的多元化指標(biāo)體系。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 利用PCR-DGGE檢測(cè)根際細(xì)菌多樣性，分離并檢測(cè)浙貝母內(nèi)生真菌，利用HPLC-ELSD檢測(cè)生物堿含量。研究顯示，江蘇南通的根際土pH為7.45，而浙江三地的pH均呈酸性，為4.29-4.57。根際細(xì)菌多樣性指數(shù)在南通最高，為3.36，表明細(xì)菌適合生長(zhǎng)在弱堿性環(huán)境中。此外，根際土比非根際土的Shannon指數(shù)均要高，提示浙貝母根際周圍微生物更豐富。主成分分析結(jié)果將浙貝母的四個(gè)產(chǎn)地分為三大類群：寧波、淳安和磐安三大類，其中南通根際土與淳安樣品聚在一起，而南通非根際土與寧波土樣聚為一類。生物堿檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4個(gè)產(chǎn)地的南通貝母甲素和乙素含量總和均達(dá)到了國(guó)家的最低標(biāo)準(zhǔn)0.08%，其中南通最高，為0.1882%，其次為淳安0.1461%，磐安緊隨其后為0.1365%，而道地產(chǎn)區(qū)寧波的生物堿含量最低，只有0.1068%，與四產(chǎn)地的根際細(xì)菌多樣性排序結(jié)果完全相同，提示根際細(xì)菌與浙貝母的生物堿合成密切相關(guān)。此外，從浙貝母地上莖、鱗莖和葉中分離到36種內(nèi)生真菌，從鱗莖中分離到一菌株有顯著的抑菌活性，經(jīng)分子生物學(xué)及形態(tài)學(xué)鑒定為Aspergillus sp.BJ7，并發(fā)現(xiàn)該菌有產(chǎn)浙貝母的生物堿能力。
獲獎(jiǎng)情況
- 1.本課題獲2009年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃資助； 2.部分研究結(jié)果發(fā)表在2010年“Journal of Medicinal Plants Research”上，題目為“Differences of rhizo-bacterial diversity and the content of peimine and peiminine of Fritillaria thunbergii among different habits”，本課題組成員主要在其中承擔(dān)DNA提取以及PCR擴(kuò)增。 3.論文：“浙貝母內(nèi)生真菌的分離篩選及抑菌活性菌株Aspergillus sp. BJ7性質(zhì)的初步研究”已投稿至“中國(guó)中醫(yī)藥科技”，目前審稿中。
鑒定結(jié)果
- 審核通過(guò)
參考文獻(xiàn)
- 1.Raaijmakers JM, Paulitz CT, Steinberg C, et al. The rhizosphere: a playground and battlefield for soilborne pathogens and beneficial microorganisms. Plant Soil, 2009, 321(1-2): 341-361. 2.Gazis R, Chaverri P. Diversity of fungal endophytes in leaves and stems of wild rubber trees (Hevea brasiliensis) in Peru. Fungal Ecology. 2010, 3(3): 240-254. 3.Bernardi-Wenzel J, Garcia A, Filho CJR et al. Evaluation of foliar fungal endophyte diversity and colonization of medicinal plant Luehea divaricata (Martius et Zuccarini). Biological Research. 2010, 43(4): 375-384. 4.Yu HS, Zhang L, Li L, et al. Recent developments and future prospects of antimicrobial metabolites produced by endophytes. Microbiological Research. 2010, 165(6): 437-449. 5.Aly AH, Debbab A, Kjer J et al. Fungal endophytes from higher plants: a prolific source of phytochemicals and other bioactive natural products. Fungal Diversity. 2010, 41(1): 1-16.
同類課題研究水平概述
- 蔡朝暉等研究發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地的浙貝母單體生物堿的含量差別較大，測(cè)序結(jié)果表明它們具有相同的基因型，由此推測(cè)該差異可能是由局部環(huán)境因素引起。鄭堅(jiān)等研究發(fā)現(xiàn)江蘇南通種莖較浙江產(chǎn)區(qū)種莖高產(chǎn)，究其原因主要是土壤和氣候環(huán)境的影響。任德權(quán)等研究認(rèn)為土壤因素對(duì)道地藥材內(nèi)在成分的質(zhì)和量影響最大。Khan發(fā)現(xiàn)微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的核心，它們直接或間接參與了土壤中幾乎所有的物理、化學(xué)、生物學(xué)反應(yīng)，對(duì)土壤肥力及植物生長(zhǎng)代謝非常重要。江曙等研究發(fā)現(xiàn)以土壤為載體，植物根系與微生物相互作用而形成的微生態(tài)系統(tǒng)中，根際微生物在物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換中扮演著十分重要的角色。根際微生物的存在可改變藥用植物土壤酸堿度和氧化還原狀況等理化特性，加快根際土壤有效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存，促進(jìn)植物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，控制藥用植物的土傳病害，從而提高藥材的品質(zhì)，形成道地藥材。Raaijmakers et al.的研究表明根際微生物會(huì)影響植物的生長(zhǎng)，反過(guò)來(lái)植物也通過(guò)根分泌物質(zhì)影響根際微生物群落。根分泌物作用使植物根部具有典型的根際效應(yīng)，表現(xiàn)出比非根際更高的生物量和微生物活性。Marschner et al.的研究表明根際微生物群落多樣性與根分泌物的組成和量密切相關(guān)，不同根區(qū)微生物群落差異與其根分泌物的空間變異有關(guān)，如白羽扁豆根際細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)與簇根有機(jī)酸分泌的空間差異性關(guān)系密切。Bernardi-Wenzel et al.發(fā)現(xiàn)藥用植物所含的內(nèi)生真菌很有可能會(huì)產(chǎn)生與植物相同或相似的抗菌物質(zhì)，或者產(chǎn)生抗菌活性物質(zhì)參與藥用植物的抗菌過(guò)程。自從1993年Strobel等從短葉紅豆杉的韌皮部分離分離得到一株能夠產(chǎn)生紫杉醇的內(nèi)生真菌Taxomyces andreanae 以來(lái)，經(jīng)過(guò)許多學(xué)者的努力，目前已經(jīng)從植物中發(fā)現(xiàn)了許多活性很好的內(nèi)生真菌，并且從這些內(nèi)生真菌的發(fā)酵物中得到了成百上千的天然化合物。PCR-變性梯度凝膠電泳（DGGE）技術(shù)是隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)發(fā)展起來(lái)的一種很重要的分析手段，與傳統(tǒng)的種群鑒定方法相比具有快速和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于不可培養(yǎng)的微生物也能達(dá)到分離的效果，因而在微生物生態(tài)學(xué)得到了極大的應(yīng)用。
