基本信息
- 项目名称：
- 浙贝母生物碱合成与环境微生物的相关性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目将探索性证明浙贝母环境微生物的形成与浙贝母生物碱的含量有关，并提出根际特异微生物、内生菌与浙贝母的生物碱合成具有相关性的科学假设，从而试图阐明浙贝母道地性药材生物碱合成的微生物作用机制
- 详细介绍：
- 利用PCR-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）检测根际细菌多样性，利用组织印迹对照法分离并检测浙贝母内生真菌，利用高效液相-蒸发光散射仪（HPLC-ELSD）检测生物碱含量。研究显示，江苏南通的根际土pH为7.45，而浙江三地的pH均呈酸性，为4.29-4.57。根际细菌多样性指数在南通最高，为3.36，表明细菌适合生长在弱碱性环境中；淳安次之，其次为磐安，宁波则最低。此外，根际土比非根际土的Shannon指数均要高，提示浙贝母根际周围微生物更丰富。主成分分析结果将浙贝母的四个产地分为三大类群：宁波、淳安和磐安三大类，其中南通根际土与淳安样品聚在一起，而南通非根际土与宁波土样聚为一类。生物碱检测结果发现，4个产地的南通贝母甲素和乙素含量总和均达到了国家的最低标准0.08%，其中南通最高，为0.1882%，其次为淳安0.1461%，磐安紧随其后为0.1365%，而道地产区宁波的生物碱含量最低，只有0.1068%，与四产地的根际细菌多样性排序结果完全相同，提示根际细菌与浙贝母的生物碱合成密切相关。此外，从浙贝母地上茎、鳞茎和叶中分离到36种内生真菌，从鳞茎中分离到一菌株有显著的抑菌活性，经分子生物学及形态学鉴定为Aspergillus sp.BJ7，并发现该菌有产浙贝母的生物碱能力。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本项目将药用植物的道地性与环境微生物如根际土壤微生物、植物内生菌有机联系起来，以根际土壤微生物的多样性与浙贝母生物碱含量和内生菌产生物碱能力研究为核心，从功能微生物分子生态和多样性的的角度研究浙贝母道地性药材形成的微生物作用机制。
科学性、先进性及独特之处
- 1.研究思路上有特色：本项目将药用植物的道地性与环境微生物如根际土壤微生物、植物内生菌有机联系起来，从功能微生物分子生态和多样性的的角度研究浙贝母道地性药材形成的微生物作用机制。 2.研究内容上有新意：本项目将探索性证明浙贝母环境微生物的形成与浙贝母生物碱的含量有关，从而试图阐明浙贝母道地性药材生物碱合成的微生物作用机制。
应用价值和现实意义
- 环境微生物如根际微生物和内生菌在药材道地性形成中扮演着十分重要的角色，而目前浙贝母道地性形成的微生物作用机制尚不清楚。浙贝母为“浙八味”之一，其有效成分主要是生物碱。本研究通过分析根际微生物与内生菌与浙贝母生物碱合成的关系，结果可以为揭示浙贝母道地性形成的分子机制提供科学依据，同时也可健全浙贝母的道地性评价的多元化指标体系。
学术论文摘要
- 利用PCR-DGGE检测根际细菌多样性，分离并检测浙贝母内生真菌，利用HPLC-ELSD检测生物碱含量。研究显示，江苏南通的根际土pH为7.45，而浙江三地的pH均呈酸性，为4.29-4.57。根际细菌多样性指数在南通最高，为3.36，表明细菌适合生长在弱碱性环境中。此外，根际土比非根际土的Shannon指数均要高，提示浙贝母根际周围微生物更丰富。主成分分析结果将浙贝母的四个产地分为三大类群：宁波、淳安和磐安三大类，其中南通根际土与淳安样品聚在一起，而南通非根际土与宁波土样聚为一类。生物碱检测结果发现，4个产地的南通贝母甲素和乙素含量总和均达到了国家的最低标准0.08%，其中南通最高，为0.1882%，其次为淳安0.1461%，磐安紧随其后为0.1365%，而道地产区宁波的生物碱含量最低，只有0.1068%，与四产地的根际细菌多样性排序结果完全相同，提示根际细菌与浙贝母的生物碱合成密切相关。此外，从浙贝母地上茎、鳞茎和叶中分离到36种内生真菌，从鳞茎中分离到一菌株有显著的抑菌活性，经分子生物学及形态学鉴定为Aspergillus sp.BJ7，并发现该菌有产浙贝母的生物碱能力。
获奖情况
- 1.本课题获2009年浙江省大学生科技创新活动计划资助； 2.部分研究结果发表在2010年“Journal of Medicinal Plants Research”上，题目为“Differences of rhizo-bacterial diversity and the content of peimine and peiminine of Fritillaria thunbergii among different habits”，本课题组成员主要在其中承担DNA提取以及PCR扩增。 3.论文：“浙贝母内生真菌的分离筛选及抑菌活性菌株Aspergillus sp. BJ7性质的初步研究”已投稿至“中国中医药科技”，目前审稿中。
鉴定结果
- 审核通过
参考文献
- 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.
同类课题研究水平概述
- 蔡朝晖等研究发现不同产地的浙贝母单体生物碱的含量差别较大，测序结果表明它们具有相同的基因型，由此推测该差异可能是由局部环境因素引起。郑坚等研究发现江苏南通种茎较浙江产区种茎高产，究其原因主要是土壤和气候环境的影响。任德权等研究认为土壤因素对道地药材内在成分的质和量影响最大。Khan发现微生物是土壤生态系统的核心，它们直接或间接参与了土壤中几乎所有的物理、化学、生物学反应，对土壤肥力及植物生长代谢非常重要。江曙等研究发现以土壤为载体，植物根系与微生物相互作用而形成的微生态系统中，根际微生物在物质循环和能量转换中扮演着十分重要的角色。根际微生物的存在可改变药用植物土壤酸碱度和氧化还原状况等理化特性，加快根际土壤有效养分的转化与储存，促进植物根系对养分的吸收，控制药用植物的土传病害，从而提高药材的品质，形成道地药材。Raaijmakers et al.的研究表明根际微生物会影响植物的生长，反过来植物也通过根分泌物质影响根际微生物群落。根分泌物作用使植物根部具有典型的根际效应，表现出比非根际更高的生物量和微生物活性。Marschner et al.的研究表明根际微生物群落多样性与根分泌物的组成和量密切相关，不同根区微生物群落差异与其根分泌物的空间变异有关，如白羽扁豆根际细菌和真菌群落结构与簇根有机酸分泌的空间差异性关系密切。Bernardi-Wenzel et al.发现药用植物所含的内生真菌很有可能会产生与植物相同或相似的抗菌物质，或者产生抗菌活性物质参与药用植物的抗菌过程。自从1993年Strobel等从短叶红豆杉的韧皮部分离分离得到一株能够产生紫杉醇的内生真菌Taxomyces andreanae 以来，经过许多学者的努力，目前已经从植物中发现了许多活性很好的内生真菌，并且从这些内生真菌的发酵物中得到了成百上千的天然化合物。PCR-变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术是随着现代分子生物学发展起来的一种很重要的分析手段，与传统的种群鉴定方法相比具有快速和操作简便等优点，对于不可培养的微生物也能达到分离的效果，因而在微生物生态学得到了极大的应用。
