三七连作障碍的化学因子研究

	三七连作障碍的化学因子研究
	乔伊君
导师	张颖君
学位专业	药物化学
关键词	三七连作障碍化感作用化学物质
摘要	三七 [Panax notoginseng (Burk.) F. H. Chen]为五加科（Araliaceae）人参属（Panax L.）多年生草本植物，主要分布于云南文山和广西与文山交界处。其茎、叶、花均可入药，是云南省道地药材，也是发展中药、民族药和天然药物产业的重要原料，是非常珍贵的药用植物资源。然而由于品种单一，生长环境具有特殊局限性，三七连作障碍问题非常突出，远远大于其他中药材。三七连作导致植株坏死和枯萎，间隔15-20年尚难以消除，连作障碍是制约优质原料生产的最大挑战，克服连作障碍是三七产业发展的技术瓶颈，也在近年引起了研究者的广泛关注。本论文以植物化学和化学生态学为基础，以分析化学和生物技术为手段，研究了三七根际土壤的化学成分，对导致三七连作障碍产生的微生态因子及其之间的互作等作用机制进行了探讨。研究内容涉及天然产物化学、微生物学、土壤生态学、植物生理生态等多学科多水平的专业研究领域，从多个不同角度来研究和探讨三七连作障碍的发生机制。论文内容由四个部分组成。第一部分对研究的背景、意义、目的、方法以及本论文所开展的相关研究进行了简要的论述。第二部分研究了三七根际土壤化学成分与三七根际土壤微生物、三七自身以及多种农作物和模式植物拟南芥之间的相互作用，从化感作用的角度初步探讨了导致三七连作障碍产生的机制。第三部分通过多元统计分析对三七根区土壤的脂溶性成分进行了系统研究。第四部分对三七总皂苷在土壤中的降解转化过程进行了研究。最后，对三七连作障碍的研究进展进行了综述讨论。研究组前期发现三年生三七根际土壤提取物对三七种子萌发和幼苗生长均有显著的抑制作用，并对其进行了系统的化学成分研究，分离鉴定了一系列的化学成分。为进一步挖掘具有潜在化感活性的物质，本论文对从三七根际土壤中分离得到的单体化合物进行了一系列的生物测试，包括三七根际土壤化学成分对三七、拟南芥及多种农作物幼苗根尖细胞的影响，以及对三七根际土壤微生物生长的影响。研究结果显示从三七根际土壤提取物的乙酸乙酯萃取部分分离得到的六个乌苏烷型三萜酸以及一个蒽醌类化合物对拟南芥种子萌发以及三七根际土壤中的益生菌的生长具有一定的抑制作用，而对致病菌的生长具有一定的促进作用，并能引起三七、拟南芥及多种农作物幼苗根尖细胞凋亡，诱导根尖细胞不正常分化，具有化感效应，是潜在的化感物质。进一步，本论文对具有抑制三七种子萌发活性的三七根际土壤脂溶性成分进行了GC-MS分析，从三七不同的种植地区、种植年限、生长状态（生病或健康）的84个土壤样品中鉴定了298种脂溶性成分，对不同土壤中的独有成分进行了初步分析。为了寻找关键的差异性物质，对15个土壤样品中的47个主要差异性物质进行了多元统计分析，探讨了三七不同的种植地区、种植年限、生长状态（生病或健康）的土壤中脂溶性成分的差异。研究发现，三七栽培土壤中的主要甾醇类化合物 (3,22E,24S)-麦角甾-5,22-二烯-3-醇，(3,24 R)-麦角甾-5-烯-3-醇，豆甾-5,22-二烯-3-醇，豆甾-4-烯-3-酮和5-豆甾-3,6-二酮的含量均高于未种植过三七的土壤。这些成分是潜在的化感物质，为研究三七连作障碍产生的机制提供了理论依据和支持。在三七的采挖过程中，部分须根会不可避免地残留在土壤中，因此三七采收后仍可以在土壤中检测到三七根中的主要化学成分，即三七皂苷类成分，这类化学成分被报道为化感物质，并被认为参与了一系列导致三七连作障碍的微生态过程。本论文通过对加入三七总皂苷的土壤样品进行HPLC追踪分析，研究了三七总皂苷在土壤中的降解转化过程，研究发现，将三七总皂苷加入土壤中两个月后，其中的5个主要皂苷类成分已经不能被检测到，利用LC-MS分析对加入三七总皂苷一年后的土壤提取物进行了分析，从中鉴定了62个非三七皂苷类成分，同时分离鉴定了5个三萜类成分包含两个新化合物，和一个具有环戊烷并7H萘母核结构的骨架类型新颖的降三萜类成分，生物测试结果显示，这些三七的降解转化产物具有一定的抑制三七根际土壤益生真菌生长的作用，推测这些物质可能通过对三七根际土壤微生物产生影响来发挥化感效应。本论文最后综述了三七连作障碍相关的研究进展，从化感物质种类、对三七存在的化感效应，土壤酸化、养分失衡，以及微生物群落结构的改变、区系失衡等方面综合分析了三七连作障碍的成因，在此基础上探讨了三七连作障碍的防治途径。
	2019-06
学位授予单位	中国科学院昆明植物研究所
学位名称	博士
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/74076
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	乔伊君. 三七连作障碍的化学因子研究[D]. 中国科学院昆明植物研究所,2019.

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201418010642040+乔伊君+（6336KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-ND	请求全文