膜荚黄芪营养特性及次生代谢调控的研究

论文摘要

膜荚黄芪Astragalus membranaceus（Fisch．）为豆科紫云英属多年生草本植物，以根入药，为传统的大宗药材。随着对黄芪药理作用及保健作用认识的不断深入，黄芪除供药用外，还广泛用于饮料、补品、化妆品、茶等工业生产中，市场需求用量逐年增加。人工栽培黄芪已成为主要的药材来源途径，但由于对黄芪矿质营养理论方面缺乏研究，黄芪的施肥技术尚无系统的资料，导致栽培黄芪的产量和质量偏低，严重制约了黄芪产业的发展。本论文采用田间试验和毛状根培养试验，系统研究了膜荚黄芪矿质营养特性、优化施肥模式、不同营养元素条件下黄芪多糖及黄芪皂苷的积累动态变化、毛状根培养系统的建立及毛状根的生长及次生代谢的调控。这些研究结果不仅具有重要的科学意义，也将为黄芪高产优质人工栽培技术的建立、对保护野生黄芪资源、对减轻生态环境破坏、实现中药现代化和中药国际化具有重要意义。主要研究结果如下：1．膜荚黄芪干物质累积规律通过对黄芪干物质累积动态分析，得出黄芪干物质累积的Logistic方程为：W1=（33170）/(（1+298126e）-0.1087x)，R2=-0．9939**，相关性达到极显著水平，因此可用此模型计算黄芪生长期间的干物质积累量。黄芪植株不同部位干物质累积与分配随生长季节而变化，出苗后100～132d是地上部分干物质积累最快的时期，占总积累量的88．22％；根系干物质累积晚于地上部分，出现在出苗后163d～185d。全株干物质的累积率在出苗后100～132d，快速增加，是植株干物质累积最快的时期，主要是茎叶干物质组分。出苗后132～163d，全株干物质累积量最多，主要是根部干物质组分。2．黄芪植株N、P、K、Fe、Mn、Zn、Cu的吸收、分配特性与最大效率期黄芪植株对NPK的吸收量为N＞K＞P。不同部位的含量为茎叶＞根系。N、P、K含量苗期最高，随生育进程而下降。不同生育时期黄芪的养分积累状况是不均衡的，整株养分的积累量前期少，中期增加迅速，后期缓慢增加。地上N、P、K的积累量从苗期持续增加到出苗后163d左右达到高峰后，随后积累量增加缓慢。根系中N、P、K的积累量一直呈上升趋势，到收获期达到最大值。各个生育时期的地上部分和根系中，N的积累量最大，K次之，P最小。临界期和最大效率期以养分相对积累速率(RARN，g·g-1·d-1)分析养分累积高峰期，N、P的最大相对积累强度在100d左右，K的最大相对强度在100～132d之间。出苗后70～100d是N、P、K营养临界期；出苗后100～132d，N、P、K相对吸收强度基本都维持在最高值，是黄芪N、P、K养分最大效率期。黄芪植株Fe、Zn、Cu、和Mn的吸收与累积特性为：Fe、Mn、Zn、Cu元素的含量呈前期逐渐增加后期逐渐下降的趋势。黄芪根系中元素含量为Fe＞Zn＞Cu＞Mn。植株中元素的累积量均为Fe＞Zn＞Mn＞Cu。3．N、P、K对黄芪生长及次生代谢物累积的影响与优化施肥模式研究黄芪的生长及产量形成因子明显受N、P、K肥的供应水平所影响，影响程度由大到小依次为NPK配合＞单施N＞单施K＞单施P。N、P、K各元素及其配比明显影响了黄芪多糖、黄酮和总皂苷的累积，P、K促进了黄芪多糖、黄酮的累积，N、K促进了总皂苷的累积。对黄芪的需肥特性研究表明，黄芪根系中不同元素吸收积累总量顺序为：N＞K＞P＞Fe＞Zn＞Mn＞Cu。每生产100kg黄芪药材需要从土壤和肥料中吸收2．32kgN；0．323kg P2O5；1．62kg K2O；37．77gFe；2．24g Zn；0．66g Mn；0．65gCu。N：P2O5：K2O为7．18：1：5．02。建立了黄芪产量、黄芪根总皂苷与N、P、K三因素的回归模型，采用频率分析法对模型寻优，目标产量为6300～7300 kg／hm2及目标总皂苷含量为12．0～13．5mg／g时，优化施肥方案为N138～156Kg／hm2，P2O579～85 Kg／hm2，K2O122～43Kg／hm2，配比为1：0．5：0．87。4．黄芪毛状根培养体系的建立及次生代谢的调控用发根农杆菌R1601感染，以下胚轴作为的外植体，菌液A600 nm为0．55～0．60，侵染时间15min，外植体与发根农杆菌共培养3 d，MS培养基附加NAA 0．5mg／L，IBA0．2mg／L及以羧苄青霉素为除菌剂。黄芪毛状根生长可分为延迟期（0～5 d）、恒速生长期（5～25d）和衰亡期（25～40 d）。培养25d毛状根的生长量到达最大值。恒速生长期中毛状根干重的平均增长速率符合方程：（dx）/（dt）=（3．37g）/（F．d） R2=0．841**相关性达极显著水平。IAA、IBA及NAA在0．1-0．5mg／L浓度范围时促进毛状根生长；2．4-D浓度时抑制黄芪毛状根生长。IAA和NA A促进黄芪毛状根多糖和总皂苷的累积，IBA和2．4-D对黄芪毛状根多糖和总皂苷的积累有负作用。茉莉酸甲酯和水杨酸对黄芪毛状根生长及多糖和总皂苷累积具有促进作用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 药用植物营养特性研究
• 1.1.1 药用植物的营养生理特性
• 1.1.2 矿质元素与药用植物产量及有效成分的关系
• 1.1.3 药用植物的施肥技术研究
• 1.1.4 药用植物矿质营养特性及施肥研究展望
• 1.2 药用植物次生代谢及其调控的研究
• 1.2.1 药用植物主要次生代谢物合成途径
• 1.2.2 植物次生代谢物的细胞培养生产及调控
• 1.2.3 生长环境条件及栽培方法对次生代谢产物合成累积的诱导
• 1.3 药用植物毛状根培养生产次生代谢物
• 1.3.1 毛状根的培养和应用
• 1.3.2 发根农杆菌转化药用植物产生毛状根的技术体系
• 1.3.3 次生代谢产物的产生
• 1.3.4 毛状根生长及其次生代谢产物的调控
• 1.3.5 问题及展望
• 1.4 药用植物黄芪的研究现状
• 1.4.1 本草考证
• 1.4.2 资源与自然分布状况
• 1.4.3 生物学特性
• 1.4.4 化学成分研究
• 1.4.5 黄芪栽培技术的研究
• 1.4.6 药理学研究
• 1.5 立项依据
• 1.5.1 选题的背景及意义
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 技术路线
• 第二章 黄芪营养特性及其干物质累积规律研究
• 前言
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验区概况
• 2.1.2 试验材料
• 2.1.3 试验设计
• 2.1.4 取样与样品制备方法
• 2.1.5 测定项目及方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 黄芪的干物质积累变化动态
• 2.2.2 黄芪不同时期各器官N、P、K含量变化
• 2.2.3 黄芪植株不同部位N、P、K养分累积量
• 2.2.4 黄芪植株N、P、K积累特点
• 2.2.5 黄芪植株不同部位Fe、Mn、Cu、Zn含量动态变化
• 2.2.6 黄芪对Fe、Mn、Cu、Zn元素的累积特点
• 2.3 讨论
• 2.4 结论
• 第三章 N、P、K对膜荚黄芪生长发育的影响
• 前言
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试区概况
• 3.1.2 试验设计与布置
• 3.1.3 样品采集
• 3.1.4 测定项目和方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 不同施肥处理黄芪株高的变化
• 3.2.2 不同施肥处理对黄芪根长、根直径的影响
• 3.2.3 不同施肥处理对黄芪干物质积累和分配的影响
• 3.2.4 不同施肥处理对黄芪根冠比的影响
• 3.2.5 不同施肥对叶绿素含量的影响
• 3.2.6 不同施肥对黄芪产量的影响
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 N、P、K对黄芪多糖总黄酮及总皂苷累积的影响
• 前言
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试区概况
• 4.1.2 材料与试验方法
• 4.1.3 测定项目和方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 N、P、K对黄芪多糖含量的影响
• 4.2.2 N、P、K单元素对黄芪黄酮累积含量的影响
• 4.2.3 N、P、K及其配合对黄芪对总皂苷含量的影响
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 黄芪高产优质优化施肥模式研究
• 前言
• 5.1 试验材料与方法
• 5.1.1 试区概况
• 5.1.2 试验材料与设计
• 5.1.3 测定项目和方法
• 5.1.4 数据分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 N、P、K优化施肥对生长的影响
• 5.2.2 黄芪产量肥效反应函数
• 5.2.3 黄芪总皂苷含量肥效反应函数
• 5.2.4 黄芪产量肥效效应模式的解析
• 5.2.5 施肥模式寻优结果
• 5.3 讨论
• 5.4 结论
• 第六章 不同理化因子对膜荚黄芪毛状根转化的影响
• 前言
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 外植体材料的培养
• 6.1.2 发根农杆菌菌株的活化与培养
• 6.1.3 外植体预培养、转化及毛状根的诱导
• 6.1.4 发根农杆菌感染黄芪外植体
• 6.2 结果分析
• 6.2.1 黄芪毛状根的诱导产生过程观察
• 6.2.2 不同器官外植体对转化效率的影响
• 6.2.3 浸染时间对转化效率的影响
• 6.2.4 乙酰丁香酮对转化效率的影响
• 6.2.5 外植体预培养时间对转化效率的影响
• 6.2.6 菌液浓度对转化效率的影响
• 6.2.7 外植体与农杆菌共培养时间对转化效率的影响
• 6.2.8 不同种类外源生长调节剂对转化效率的影响
• 6.2.9 不同抑菌剂的选择
• 6.3 讨论
• 6.4 结论
• 第七章 激素与诱导子对黄芪毛状根生长及次生代谢物质含量的影响
• 前言
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 毛状根材料
• 7.1.2 基本培养基
• 7.1.3 毛状悬浮培养
• 7.1.4 不同种类外源生长调节剂的培养基
• 7.1.5 不同种类诱导子的培养基
• 7.1.6 毛状根生长动力学考察
• 7.1.7 毛状根多糖含量的测定
• 7.1.8 毛状根总皂苷含量的测定
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 黄芪毛状根的生长曲线
• 7.2.2 激素对毛状根生长及对多糖和总皂苷合成的影响
• 7.2.3 不同诱导子对毛状根生长及对多糖和总皂苷合成的影响
• 7.3 讨论
• 7.4 小结
• 7.4.1 黄芪毛状根的生长曲线
• 7.4.2 不同种类外源生长调节剂对黄芪毛状根生长及次生代谢的影响
• 7.4.3 诱导子对黄芪毛状根生长及次生代谢的影响
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.1.1 研究了膜荚黄芪干物质累积规律，建立了干物质累积的Logistic方程
• 8.1.2 系统研究黄芪植株N、P、K、Fe、Mn、Zn、Cu的吸收与累积特性
• 8.1.3 研究了N、P、K元素对黄芪生长及次生代谢物累积的影响
• 8.1.4 明确了黄芪的需肥特性，并建立了黄芪优质高产的优化施肥模式
• 8.1.5 建立黄芪毛状根培养体系并研究了诱导子对毛状根及次生代谢的调控
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介