xuequanhong的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/xuequanhong

博文

农用放线菌研究(25):放线菌调节植物次级代谢功能发现

已有 734 次阅读 2021-4-20 17:52 |个人分类:科研进展|系统分类:科研笔记

 首先说明,这个发现应归功于阎岩博士。本科阶段,阎岩的大学生科技创新课题是关于丹参连作障碍发生机制研究,我为指导教师。大学毕业,阎岩硕博连读,从事微生物对丹参次级代谢产物合成的影响研究,其中部分内容是利用我们研究室分离筛选出的密旋链霉菌完成的。博士论文的研究重点是放线菌对丹参药用有效成分合成的调节作用。研究对象为丹参毛状根,在生物反应器中进行毛状根人工培养。供试材料为密旋链霉菌液体培养物和密旋链霉菌无细胞发酵滤液,前者,既含有该链霉菌的次级代谢产物,也有活的菌丝体。后者,仅含有该链霉菌的次级代谢产物。丹参毛状根液体培养基成分清楚,培养条件易控制,便于进行放线菌对丹参次级代谢产物合成研究。

 对丹参毛状根培养发现,纯密旋链霉菌代谢产物,或含有活菌丝体的代谢产物,均对丹参次级代谢产物合成有显著促进作用,能大幅度提高丹参药用有效成分含量,提高幅度出人意料:

 在培养21天的毛状根培养体系中,接种6%密旋链霉菌无细胞发酵滤液,培养14天,毛状根中隐丹参酮含量为对照的34倍,二氢丹参酮Ⅰ含量为对照的29倍,丹参酮Ⅰ含量为对照的5倍;接种4%密旋链霉菌液体培养物,培养14天时,隐丹参酮含量最高达到对照的34倍,总丹参酮含量最多为对照的13倍。若在毛状根培养开始就接种3%密旋链霉菌液体培养物,培养35天,毛状根中二氢丹参酮含量为对照的79倍;培养45天时,毛状根中隐丹参酮含量为对照的84倍。

 密旋链霉菌为何具有上述作用?其机制是什么?

 丹参药用次级代谢产物的植物合成途径是基本清楚的,其合成的关键酶也是已知的。丹参的药用次级代谢产物合成量大幅度增高,其合成途径的关键酶活性必然有所改变,在合成途径上必然会留下密旋链霉菌作用的“蛛丝马迹

 阎岩的深入研究果然如此:密旋链霉菌液体培养物及其无细胞发酵滤液,均能使丹参毛状根中与丹参有效成分合成相关的4种酶在转录水平大幅度上调。这4种酶的名称很长,读起来十分吃力,但也十分重要,不得不提。其中,上调最为显著的两种酶分别为HMGR(3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶)和GGPPS(牻牛儿牻牛儿基焦磷酸合成酶)。

 研究显示,向丹参毛状根培养体系中加入4%的密旋链霉菌液体培养物和无细胞发酵滤液,在培养7天时,丹参毛状根中GGPPS基因的相对表达量分别为对照的60倍和10倍;在培养14天时,丹参毛状根中HMGR基因的相对表达量分别为对照的27倍和34倍。即丹参毛状根中药用有效次级代谢产物合成量的大幅度增加不是偶然的,是其合成作用增强的结果。该结果从基因水平上揭示了丹参几种药用有效成分含量大幅度增加的分子机制。

 上述结果是在纯人工培养体系中利用丹参毛状根完成的。人工培养体系环境因素单一可控。在土壤中,在正常的栽培条件下,土壤中生物和非生物因素复杂多样,相互作用,密旋链霉菌对丹参根系中药用有效成分是否仍有无影响?

 博士研究生段佳丽在2012年完成的田间试验中回答了这个问题:

 向丹参根区土壤中施用放线菌活菌,能显著提高丹参根系中药用有效成分含量。

 该研究发现:放线菌剂用有机肥稀释100倍,商洛丹参单株药用根干重增加63%,丹参酮ⅡA含量增加175%,丹酚酸B含量增加103%,丹参素含量增加110%。丹参苗移栽时,仅用放线菌粉蘸根接种,丹参根系中丹酚酸B含量增加19%,丹参素含量增加21%。

 植物的次级代谢相当稳定,环境因素对植物药用器官中的次级代谢产物含量影响有限。

 放线菌能显著调节植物次级代谢产物合成,增加有效成分含量,是非常有意义的发现,不仅对深入研究植物次级代谢调控机理有科学价值,对利用放线菌提高中药品质也有重要的应用价值。

 放线菌制剂已实现工业化生产,利用放线菌肥提高中药材中有效成分含量简单易行,成本低,技术成熟,在中药栽培中引入该技术,对有效提高中药品质有重要的经济价值。

 

主要参考文献

1.阎岩.微生物对丹参毛状根生长和次生代谢的影响及其机理【D】.陕西杨陵,西北农林科技大学,2013.

2.段佳丽,舒志明,孙群,魏良柱,傅亮亮,薛泉宏(通讯作者),于妍华.放线菌剂对丹参生长及有效成分的影响.

西北农林科技大学学报(自然科学版), 2012,40(2):195-200

 




http://wap.sciencenet.cn/blog-3194740-1282939.html

上一篇:用双手能有效延缓衰老
下一篇:求索回眸(12):硅酸钾能提高农作物的抗病性吗?

2 李剑超 宁利中

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-6-20 15:39

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部