基本信息
- 項目名稱：
- 葡萄生產(chǎn)廢棄葉片中白藜蘆醇的誘導(dǎo)及誘導(dǎo)機制研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品通過誘導(dǎo)葡萄葉片氧應(yīng)激反應(yīng)升高其藥用活性成分白藜蘆醇并研究了相應(yīng)機制，篩選出了高誘導(dǎo)率的誘導(dǎo)劑，并尋找合適的提取分離方法。為從葡萄生產(chǎn)廢棄廢棄葉中獲取高價值藥物提供了合理的解決方案。
- 詳細介紹：
- 一 研究背景 白藜蘆醇是作為一種重要的植保素而被發(fā)現(xiàn)并得以深入研究。白藜蘆醇有抗腫瘤、抗炎、抗氧化、抗自由基、肝臟保護、神經(jīng)保護、心血管保護、免疫調(diào)節(jié)等藥理作用。白藜蘆醇的誘導(dǎo)劑有UV、CO2、病原菌、臭氧、氯化鋁、乙磷鋁、水楊酸等。針對現(xiàn)有白藜蘆醇獲取材料、方法及誘導(dǎo)方式的不足，我們進行了有針對性的研究。 二 主要研究內(nèi)容 （1）誘導(dǎo)劑對葡萄葉片中白藜蘆醇誘導(dǎo)與氧應(yīng)激關(guān)系的研究。 （2）葉片白藜蘆醇合成途徑相關(guān)限速酶表達差異分析。 （3）葉片中白藜蘆醇提取方法的研究。 三 研究的目的及意義 白藜蘆醇有抗腫瘤 、抗炎、抗氧化、抗自由基、肝臟保護、神經(jīng)保護、心血管保護、免疫調(diào)節(jié)、拮抗慶大霉素耳毒性、抗病毒、輻射防護等作用。隨著對白藜蘆醇研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇還具有抗愛滋病的作用。最引人注目的是其抗氧化和清除自由基的作用,這涉及到與人體健康密切相關(guān)的許多生理疾病如動脈粥樣硬化，凝血過程，炎癥與過敏反應(yīng)，腫瘤與癌變等，由于白黎蘆醇對人體這些指標具有重要調(diào)節(jié)作用，而被認為是最有希望的天然化學(xué)防癌劑之一。 白藜蘆醇是作為一種重要的植物抗毒素（植保素）而被發(fā)現(xiàn)并得以深入研究，它在植物體內(nèi)的合成、積累和變化都同植物抗逆、抗病性有著直接的聯(lián)系，是植物系統(tǒng)獲得性抗性的主要指標之一。葡萄葉片在缺少誘導(dǎo)因素的情況下，白藜蘆醇含量很低，但在受到非生物脅迫時，白藜蘆醇等次生代謝物質(zhì)的合成會急劇增加。白藜蘆醇的誘導(dǎo)劑有UV、CO2、病原菌、臭氧、氯化鋁、乙磷鋁、水楊酸等。目前已有許多針對白藜蘆醇合成誘導(dǎo)及其機制的研究，從這些誘導(dǎo)及其機制中發(fā)現(xiàn)其機理有可能是通過上調(diào)葉片內(nèi)的氧化狀態(tài)而誘導(dǎo)白藜蘆醇積累，遺憾的是，相關(guān)證據(jù)不足，難以作出正確的判斷。 白藜蘆醇現(xiàn)可從植物虎杖的根莖提取、分離、純化而得。但是，目前虎杖的主要來源于有限野生資源，長期采挖勢必將造成野生資源過度短缺，植被和生態(tài)環(huán)境遭到破壞。目前尚無虎杖規(guī)范化栽培，加之國家實行中藥材GAP 管理 ，因此需要從其它一些優(yōu)勢植物資源中去提取。葡萄中也含有茋類物質(zhì)白藜蘆醇，葡萄皮、籽中富含白藜蘆醇，是具有重要開發(fā)價值的潛在天然產(chǎn)物。新疆葡萄產(chǎn)業(yè)極為豐富，每年秋季丟棄的葉子多達幾百萬噸，目前國內(nèi)對葡萄葉開發(fā)利用尚不多，若將其作為另一種白藜蘆醇的提取新來源，便可以變廢為寶。然而葡萄中白藜蘆醇含量過低，不易提取。藉此，我們期待采用生物技術(shù)等方法進行誘導(dǎo)，提高白藜蘆醇的含量，并摸索出一種便于提取的方法。該作品的實施可充分利用地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物進行藥物開發(fā)、具有潛在的社會效益和經(jīng)濟效益。 本研究在前期研究基礎(chǔ)上，通過不同的誘導(dǎo)劑及組合，直接或間接測定其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄葡萄葉片中白藜蘆醇積累的影響及相關(guān)機制，為葡萄廢棄葉片的開發(fā)利用提供依據(jù)。 四 結(jié)果及討論 我們的前期工作發(fā)現(xiàn)：通過所篩選誘導(dǎo)劑處理葡萄葉片后，會引起白藜蘆醇物質(zhì)的快速積累，苯丙氨酸生物代謝途徑發(fā)生開啟；發(fā)現(xiàn)葡萄葉片過氧化物酶活性顯著提高，同時葉片內(nèi)源過氧化氫含量迅速升高。這說明，白藜蘆醇的積累可能是一種氧化脅迫直接或間接的結(jié)果。通過限定氧化劑處理葡萄葉片，并觀察其對葉片的氧應(yīng)激作用與白藜蘆醇積累的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，氧化型誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)白藜蘆醇積累呈現(xiàn)顯著的時效與量效關(guān)系，這初步證實了我們的猜測。為了進一步確認氧化型誘導(dǎo)劑對白藜蘆醇積累的調(diào)控作用，我們分析了白藜蘆醇合成途徑相關(guān)所有限速酶的表達情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氧化型誘導(dǎo)劑對茋類物質(zhì)合成途徑相關(guān)酶基因表達有明顯上調(diào)作用。結(jié)合以前工作基礎(chǔ)其它部分內(nèi)容，我們認為葡萄白藜蘆醇積累依賴于細胞內(nèi)氧化還原態(tài)某種程度的失衡。藉此，我們建立了一種可以調(diào)控葡萄葉片氧化還原態(tài)改變的方法及技術(shù)方案，并成功篩選了部分誘導(dǎo)劑，對葡萄生產(chǎn)廢棄葉片白藜蘆醇誘導(dǎo)效果顯著。 新疆是我國第一大葡萄產(chǎn)區(qū)，2009年葡萄種植面積達到150萬畝。預(yù)計到2011年葡萄總種植面積達到200萬畝。石河子、瑪納斯、昌吉、阜康產(chǎn)區(qū)位于北疆天山北麓與準噶爾盆地南緣庫爾班通古特沙漠之間形成的山前沖積扇平原，是重要的釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)。通過研究葡萄生產(chǎn)廢棄葉片白藜蘆醇的誘導(dǎo)及誘導(dǎo)機制，可以在理論上深入探討氧應(yīng)激反應(yīng)與植物防衛(wèi)系統(tǒng)互作關(guān)系，增加氧應(yīng)激與植物抗氧化次生代謝方面關(guān)系的直接證據(jù)。值得一提的是，誘導(dǎo)葡萄白藜蘆醇的積累是與葡萄的抗病性緊密聯(lián)系的，這樣在誘導(dǎo)葡萄白藜蘆醇產(chǎn)生同時，能提高受試葡萄對病原的抗性，對研究葡萄的病害防治有著重要理論指導(dǎo)價值。另外，葡萄種植過程中，每畝地可產(chǎn)生數(shù)噸的廢棄葉片，價格低廉，可以作為一種潛在的藥用資源進行開發(fā)。本研究的現(xiàn)實意義在于可以為新疆的葡萄產(chǎn)業(yè)提供一種變廢為寶的方法。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1、作品設(shè)計思路： 2009年新疆維吾爾自治區(qū)葡萄種植面積就高達150萬畝。為了保證果實的質(zhì)量，葡萄種植期間需要多次除去植株外周葉片。以1983年Maurice Gallay推薦的采摘前期除葉方式計算，1/3的葡萄葉片會被除去，加上葡萄采摘后田間管理需要打葉壓藤越冬等操作，這樣每畝地可產(chǎn)生數(shù)噸的廢棄葉片。本作品擬利用白藜蘆醇代謝受葡萄抗病防衛(wèi)系統(tǒng)控制這一規(guī)律，通過模擬激發(fā)子誘導(dǎo)反應(yīng)研究此過程中葡萄葉藥用活性成分白藜蘆醇的積累規(guī)律，篩選高誘導(dǎo)率的誘導(dǎo)劑；研究誘導(dǎo)劑量、誘導(dǎo)方式及與葉片處理方式對葡萄葉片中白藜蘆醇含量的影響并尋找合適的提取分離方法。 2、發(fā)明目的： 為將葡萄生產(chǎn)廢棄物作為白藜蘆醇提取原料尋找合適的誘導(dǎo)劑及研究相應(yīng)誘導(dǎo)機制，指導(dǎo)葡萄葉白藜蘆醇的獲取。 3、創(chuàng)新點與技術(shù)關(guān)鍵： ①通過模擬病原氧應(yīng)激方式誘導(dǎo)葡萄離體葉片超量積累植保素—白藜蘆醇（本作品關(guān)鍵技術(shù)）。 ②利用葡萄廢棄葉片替代虎杖等原料提取高價值原料藥白藜蘆醇。 4、主要技術(shù)經(jīng)濟指標： ①篩選出誘導(dǎo)率高的激發(fā)子（使受試葉片白藜蘆醇含量升高5倍以上）。 ②掌握一套能夠穩(wěn)定誘導(dǎo)葉片白藜蘆醇含量升高并進行提取的小試實驗方法。 ③相關(guān)研究內(nèi)容申請發(fā)明專利1-2項。
科學(xué)性、先進性
- 本作品科學(xué)先進性在于以下： ①有益特征在于所使用方法能夠穩(wěn)定的誘導(dǎo)在體及離體葡萄葉片、葡萄莖干及果實中白藜蘆醇含量升高。誘導(dǎo)效果不會由于白藜蘆醇提取前不可避免的光照，蟲害，采摘，溫度等生物及環(huán)境因素變化而發(fā)生明顯下降，保障了葡萄材料誘導(dǎo)白藜蘆醇含量的穩(wěn)定性。 ②本項目技術(shù)的有益效果在于所使用誘導(dǎo)方法操作簡單、安全。本作品技術(shù)僅涉及單一誘導(dǎo)物，僅涉及噴灑一個操作環(huán)節(jié)，無論是液態(tài)誘導(dǎo)劑還是干粉誘導(dǎo)劑均便于進行噴灑操作，噴灑后不用洗脫，誘導(dǎo)劑操作噴灑過程不會對操作人員造成人身毒害。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品已于2010年10月19日以會議形式進行鑒定，鑒定結(jié)論：專家組一致認為研究成果達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。 成果鑒定登記號：鑒字校[2010]04 批準日期2010.12.10
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利權(quán)轉(zhuǎn)讓或?qū)＠麑嵤┰S可
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本作品的創(chuàng)造性在于首次發(fā)現(xiàn)離體葉片誘導(dǎo)的規(guī)律和最佳誘導(dǎo)劑。本作品的先進性在于研究了葡萄葉白藜蘆醇的誘導(dǎo)規(guī)律及積累機制；研究了誘導(dǎo)劑量、誘導(dǎo)方式及與葉片處理方式對葡萄葉片中白藜蘆醇含量的影響，為將葡萄葉作為白藜蘆醇提取原料提供合理的處理方案。本作品適合推廣應(yīng)用于葡萄種植及加工等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，也適合推廣生物技術(shù)制藥領(lǐng)域；新疆是葡萄種植大省，2009年新疆葡萄種植面積就高達150萬畝。本作品前景在于利用這一有利條件和資源基礎(chǔ)進行實施，提供一種增加葡萄品質(zhì)、提高葡萄營養(yǎng)保健價值及葡萄生產(chǎn)相關(guān)副產(chǎn)品綜合利用的方法，可以緩解白藜蘆醇需求增加與生產(chǎn)原料虎杖資源日益緊張的矛盾。
同類課題研究水平概述
- 白藜蘆醇存在于一些藥用植物和食用植物中。在白藜蘆醇獲取途徑方面，選擇合適的植物材料成為該領(lǐng)域熱點問題。目前市售白藜蘆醇的來源主要是從蓼科植物虎杖根莖中提取。譬如公開號為CN1321961C、CN 101698634A、CN1566349A、CN1341587A、CN101709024A的中國專利采用了從虎杖中提取白藜蘆醇的方法。 在正常情況下，新生葡萄葉的白藜蘆醇含量保持在較低水平。Hart JH在1979、1981年發(fā)表的 “Role of stilbene in resistance of wood to decay”（Phytopathology，1979，69：1138-1143）和“Role of phytostilbenes in decay and disease resistance”（phytopathology，1981，19：437-458）兩篇文章中均提出當葡萄受到生物因素影響時，白藜蘆醇含量會有明顯增加，且較不穩(wěn)定。 在通過各種化學(xué)誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)葡萄白藜蘆醇升高的操作中，誘導(dǎo)材料及處理方式的選擇成為誘導(dǎo)的關(guān)鍵。譬如法國Adrian與Jeandet等人于1996年發(fā)表“Induction of phytoalexin (resveratrol) synthesis in grapevine leaves treated with Aluminum chloride”（J. Agric. Food Chem.,1996，44：1979-1981）一文中采用7月齡材料，其特征在于對葡萄葉離體扦插入氯化鋁水溶液中進行誘導(dǎo)處理，其操作費力，無法實現(xiàn)大規(guī)模誘導(dǎo)。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上酸性鋁的植物毒性已被成為定論，譬如Foy CD等人于1978年（Annu. Rev. Plant Physiol.，29：511-566）發(fā)表“The physiology of metal toxicity in plant”一文發(fā)現(xiàn)即便是微量的可溶鋁（20μM）也能對植物產(chǎn)生明顯的毒害作用如抑制生長、損傷葉片。 本作品技術(shù)的有益效果在于所選擇使用的誘導(dǎo)劑的用量在保障穩(wěn)定誘導(dǎo)的同時，具有較高的誘導(dǎo)率；本技術(shù)所使用方法在葉片水平誘導(dǎo)白藜蘆醇含量最大升高30倍；本技術(shù)所使用方法對離體葉片也有較明顯的誘導(dǎo)作用，離體葉片白藜蘆醇含量平均升高6倍。
