基本信息
- 项目名称：
- 合成喹诺里西啶生物碱的苦豆子内生真菌的分离与鉴定
- 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：
- 苦豆子的主要有效成分为喹诺里西啶类生物碱，具有多种药理活性，但其储量急剧下降，严重威胁苦豆子植物资源和干旱区草原生态环境。本研究拟从苦豆子中培养出能合成喹诺里西啶类生物碱的内生真菌，并确定其种属，为进一步对该类真菌进行遗传选育、生物合成喹诺里西啶生物碱药物等奠定基础，为苦豆子资源和西部生态的保护提供科学依据。
- 详细介绍：
- 苦豆子是豆科槐属多年生草本植物，广泛分布于我国新疆、宁夏、甘肃、内蒙古等西部省区，其分布面积可达180万公顷。苦豆子以全草、根、种子入药，被载入《美国药典》和《中国药典》。目前，已从苦豆子中分离出生物碱类、黄酮类、有机酸等，其中苦参碱、氧化苦参碱、槐果碱等喹诺里西啶生物碱是苦豆子的主要有效成分，具有抗肿瘤、抗炎、抗病毒、抗寄生虫、免疫调节等药理活性作用，已广泛用于乙型病毒性肝炎、慢性肠炎、阴道炎等临床疾病的治疗和抗肿瘤药物的开发，每年为国家创造巨大的经济效益。 苦豆子抗寒耐旱，耐盐碱，抵沙压，抗风蚀，广泛分布于海拔1000～2000 m的荒漠、半荒漠地区草地，是良好的防风固沙植物；苦豆子固氮作用强，还可有效改良土壤；苦豆子花期长，也是很好的蜜源植物；另据报道，提取生物碱后的苦豆子残渣，无毒，适口性好，蛋白质含量高，可用于生产高蛋白饲料，对于发展荒漠区的畜牧业生产也具有积极作用。因此，合理开发苦豆子资源，不仅对保障人类健康有重要作用，而且还会带来重大的社会、经济和环境效益。但近年来，随着临床医疗对苦豆子生物碱需求的不断增加，人为的滥采滥挖致使大批草场退化，水土流失，苦豆子储量急剧下降，严重威胁着苦豆子的可持续开发和利用以及西部草地的生态平衡。 多年来，我国学者围绕着苦豆子的资源调查、人工种植、植物组织培养、生物碱人工化学合成等方面进行了积极的探索，试图在保护现有植物资源的基础上，达到合理利用苦豆子的目的。但由于周期长、成本高、收效低等原因，仍然未能改变苦豆子植物资源日趋匮乏的局面。近年来，各种药用植物内生真菌的研究和开发，为苦豆子植物资源的保护和合理利用带来了福音。大量研究表明，诸多药用植物内生真菌在人工培养的条件下，可以合成宿主植物的生物活性物质。Stierle等（1993）从稀有植物短叶紫杉的树皮中分离出1株内生真菌，能产生抗肿瘤药物——紫杉醇，掀起了人类研究植物内生真菌生物活性物质的热潮。目前，各国学者从红豆杉、长春花、桃儿七、德国鸢尾、银杏、喜树等珍贵植物中分离出一些内生真菌，人工培养后能产生具有抗肿瘤、抗病毒作用的生物活性成分，广泛用于抗肿瘤、抗病毒药物的生物合成，有效降低了药物成本和人类对珍稀植物资源的破坏。 目前，人们主要对苦豆子内生细菌、内生放线菌进行了研究，但苦豆子内生真菌的研究较少。王兰等（2007）对苦豆子内生真菌进行研究，分离出1株对小麦赤霉等6种病原菌具有不同程度抑制作用的内生真菌，与苦豆子生物碱的作用相近；但苦豆子中合成喹诺里西啶类生物碱内生真菌的研究还未见报道。 本试验对宁夏永宁县和平罗县两个采集地点的苦豆子内生真菌进行了分离培养，并提取和分离了真菌菌丝的生物碱，应用薄层色谱法对真菌的生物碱成分进行了检测。与苦豆子植物生物碱的比较结果显示，菌株E3的菌丝中含有与苦豆子植物类似的喹诺里西啶类生物碱，可以初步确定该菌株在体外培养的环境中，能够产生与苦豆子植物类似的喹诺里西啶类生物碱。E3菌株在各种培养基上生长均不能产生分生孢子和分生孢子梗等无性繁殖结构，无法从形态上对E3菌株进行种属分类。本试验对E3菌株的ITS-5.8S rDNA片段进行了扩增和测序，根据序列信息对该菌株进行了遗传进化分析，确定E3菌株与镰刀属真菌的亲缘关系最为接近，初步确定该菌株为镰刀属真菌。但E3菌株不产生分生孢子和分生孢子梗等无性繁殖结构，要对其进行准确的种属划分还需要对E3菌株进行体外诱孢试验。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 苦豆子及其喹诺里西啶类生物碱成分具有较高药用价值和经济价值，但其储量急剧下降，严重威胁着该植物资源的可持续利用和生态平衡。本研究旨在开发苦豆子中能合成喹诺里西啶类生物碱的内生真菌，为苦豆子植物资源保护利用和该类生物碱的生物合成提供新的思路。本研究从苦豆子中分离筛选能够合成该类生物碱的苦豆子内生真菌并分类鉴定，为进一步对真菌进行遗传选育、生物合成生物碱药物奠定基础。
科学性、先进性及独特之处
- 1、科学性：植物中普遍存在能够产生其生物活性物质的内生真菌，苦豆子中产生喹诺里西啶生物碱内生真菌的开发可为苦豆子植物资源的保护提供依据，为喹诺里西啶生物碱药物的生产提供新的思路。 2、先进性及其独特之处：合成喹诺里西啶生物碱的苦豆子内生真菌的分类和鉴定，将为进一步人工菌种选育，工业化发酵合成喹诺里西啶生物碱药物奠定基础。
应用价值和现实意义
- 研究结果将为该类真菌的遗传选育、生物合成喹诺里西啶生物碱药物等奠定基础，为苦豆子资源和西部生态的保护提供科学依据。
学术论文摘要
- 【目的】确定苦豆子中是否存在产生喹诺里西啶生物碱的内生真菌。【方法】对苦豆子内生真菌进行分离，应用薄层色谱法对菌丝中喹诺里西啶生物碱进行检测，筛选可生成喹诺里西啶生物碱的内生真菌；通过形态学观察，应用聚合酶链反应对5.8S rDNA-ITS序列进行扩增，并对扩增序列进行分析，构建系统发育树，对其进行种属分类。【结果】筛选出1株可以产生喹诺里西啶生物碱的内生真菌E3，根据5.8S rDNA-ITS序列分析结果对E3进行种属分类，确定E3为镰刀属真菌。【结论】苦豆子中存在生成喹诺里西啶生物碱的内生真菌。
获奖情况
- 1、于2011年4月荣获宁夏大学大学生创新实验“一等奖” 2、于2011年5月荣第七届“挑战杯”宁夏大学大学生课外学术科技作品竞赛"一等奖"
鉴定结果
- 从苦豆子植物中共分离到27株真菌,初步确定27株真菌中有1株真菌能够产生与苦豆子植物喹诺里西啶生物碱成分相似的生物碱,并初步确定该菌株为镰刀属真菌。
参考文献
- [1] 龚明福,林世利,贺江舟, 孙晓棠,韦革宏.苦豆子内生细菌的分离及拮抗菌的筛选[J].塔里木大学学报,2006,18(4):68-70. [2] 顾沛雯.宁夏干旱荒漠区苦豆子内生颉颃细菌的筛选及其抑菌物质研究初报[J].中国植保导刊,2009, 29(1): 5-8. [3] 顾沛雯.苦豆子(Sophora alopecuroides)内生颉颃细菌的筛选及鉴定[J].农业科学研究,2010,31(1):1-3. [4] 曹鹏,朱永兴,韦革宏.宁夏野生苦豆子中内生菌的分离及拮抗细菌的筛选[J].安徽农业科学, 2010,38(24):13098-13099. [5] 王兰,王龙清,陈小飞.苦豆子内生真菌的分离和拮抗生防菌的筛选[J].塔里木大学学报,2007,19(6): 13-16. [6] 李晓莺,曹有龙,贝盏临,苦豆子组织培养初步研究[J].甘肃农业科技,2004,(12):12-14. [7] 顾宏霞,刘婧,何黎琴,王效山.氧化苦参碱的合成[J].化学世界,2009,(5):297-298. [8] 刘吉华,余伯阳.喜树内生真菌的分离及其抗肿瘤活性代谢产物的筛选方法[J].植物资源与环境学报,2004,13(4):6-10.
同类课题研究水平概述
- 多年来，我国学者围绕着苦豆子的资源调查、人工种植、植物组织培养、生物碱人工化学合成等方面进行了积极的探索，试图在保护现有植物资源的基础上，达到合理利用苦豆子的目的。但由于周期长、成本高、收效低等原因，仍然未能改变苦豆子植物资源日趋匮乏的局面。近年来，各种药用植物内生真菌的研究和开发，为苦豆子植物资源的保护和合理利用带来了福音。大量研究表明，诸多药用植物内生真菌在人工培养的条件下，可以合成宿主植物的生物活性物质。Stierle等（1993）从稀有植物短叶紫杉的树皮中分离出1株内生真菌，能产生抗肿瘤药物——紫杉醇，掀起了人类研究植物内生真菌生物活性物质的热潮。目前，各国学者从红豆杉、长春花、桃儿七、德国鸢尾、银杏、喜树等珍贵植物中分离出一些内生真菌，人工培养后能产生具有抗肿瘤、抗病毒作用的生物活性成分 ，广泛用于抗肿瘤、抗病毒药物的生物合成，有效降低了药物成本和人类对珍稀植物资源的破坏。 目前，人们主要对苦豆子内生细菌、内生放线菌进行了研究，但苦豆子内生真菌的研究较少。王兰等（2007）对苦豆子内生真菌进行研究，分离出1株对小麦赤霉等6种病原菌具有不同程度抑制作用的内生真菌，与苦豆子生物碱的作用相近；但苦豆子中合成喹诺里西啶类生物碱内生真菌的研究还未见报道。
