穿心莲为我国重要的南药之一,用于清热解毒、凉血消肿,其主要活性成分穿心莲内酯具有抗癌、抗HIV病毒、抗炎、保肝等功效.然而,穿心莲内酯人工合成难度较大,主要从人工栽培的植物原料中提取,栽培植物原料的质量因受土壤、气候、水肥管理等各种因素的影响而参差不齐,穿心莲生长周期长且占用土地资源.植物离体培养技术在种苗快繁及活性成分积累等方面都具有显著优势,是实现穿心莲活性成分快速、高效生产的重要途径之一.穿心莲组织离体再生技术体系日益完善,从外植体到完整植株的组织离体再生技术日渐成熟,已在种苗繁育、倍性育种等方面有了一定的应用.同时,在穿心莲愈伤组织培养、细胞悬浮培养、不定根培养、毛状根培养过程中,通过优化培养条件和使用适宜的诱导子可大幅增加培养物中穿心莲内酯等活性成分的积累.该文分别从穿心莲组织、细胞、不定根及毛状根培养等方面,全面系统地综述了近年来国内外关于穿心莲离体培养技术以及其生产穿心莲内酯的研究进展,以期促进穿心莲离体培养技术的发展与应用,为离体生产穿心莲内酯的研究提供参考.此外,还提出了未来在穿心莲离体培养技术及通过该技术生产穿心莲内酯的研究中需重点关注的 3 个方面:(1)熟化完善穿心莲组织离体再生技术体系,建立全面系统的评价体系;(2)优化培养条件和高效诱导子联用,进一步提高穿心莲内酯等重要活性成分产量;(3)开展通过细胞悬浮培养技术生产穿心莲内酯的生物反应器培养研究.

目的 探讨人参不定根对心肌缺血(myocardial ischemia,MI)诱导的心肌细胞凋亡和心肌纤维化的影响及作用机制.方法 采用高效液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法检测人参不定根的主要成分.雄性C57BL/6小鼠sc异丙肾上腺素建立心肌缺血模型,心电图用于心肌缺血的诊断;采用苏木素-伊红(HE)染色和Masson染色评估心脏组织病理变化;ELISA检测血清中炎症因子水平;qRT-PCR和 Western blotting检测心脏组织凋亡、纤维化和核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白 3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor pyrin domain containing 3,NLRP3)炎症小体、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)相关因子表达.结果 人参不定根能明显缓解心肌缺血导致的心肌形态的病理变化,减少心肌纤维化面积,改善ST段抬高,抑制过度炎症.此外,人参不定根能明显抑制转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、NF-κB和NLRP3炎症小体通路相关蛋白的表达水平(P＜0.05、0.01、0.001).结论 人参不定根可通过抑制TGF-β1、NF-κB通路和NLRP3炎症小体的激活,缓解心肌缺血诱发的损伤.人参不定根具有缓解心肌缺血损伤的潜力.

人参Panax ginseng为五加科人参属多年生草本植物,其主要活性成分为人参皂苷.在已报道的单体皂苷中,人参皂苷Rg1不仅药用功能广泛、含量丰富,且是《中国药典》中用于鉴定人参品质的主要单体皂苷种类之一.人参皂苷Rg1的生物合成主要催化途径目前已较为明晰,这为解析人参皂苷Rg1的生物合成与调控机制奠定了基础.但是人参皂苷Rg1的合成涉及其他复杂过程,可能还有许多调控基因及催化酶基因,需要进行更加深入、全面的研究.因此,该研究基于前期所得的344份四年生人参根样本的转录组数据库及其对应的人参皂苷Rg1含量表型,利用R语言中的DEseq2分析获得了随人参皂苷Rg,含量变化的217条显著差异表达基因,并在此基础上通过WGCNA获得其中的40条hub基因,进一步利用Pearson相关分析得到其中20条与人参皂苷Rg1含量显著相关的候选基因群,以上基因可注释到初级代谢、次生代谢等多个代谢过程中.随后通过在MeJA诱导的人参不定根中的表达分析,初步验证了其中16条基因响应MeJA诱导对人参皂苷Rg1生物合成的影响.最后从16条基因中随机抽取1条,通过遗传转化和荧光定量的方法进一步验证基因的功能,并确认该研究方法的合理性.以上所得结果将为人参皂苷Rg1的合成调控机制深入研究奠定基础,并为人参皂苷Rg1的工厂化生产提供基因资源.

[目的]为了解黑果腺肋花楸扦插不定根起源及发育过程,揭示其扦插生根机理.[方法]以'福康源1号'当年生半木质化插穗为研究材料,利用水培扦插技术和石蜡切片法对不定根形成过程中插穗内部组织结构及外部形态的变化规律进行观察.[结果]在水培条件下,IBA处理扦插生根期为30～40 d,扦插过程中皮孔处在10～15 d出现不定根,插穗切口处在15～20 d出现不定根,生根速度、不定根数量及根长均优于对照,外源诱导可显著提高生根率和生根质量.扦插前的插穗内无潜伏根原基存在,不定根原基在插后形成;不定根形成为愈伤组织生根型和内部分生组织生根型.皮部产生的不定根起源于维管形成层、韧皮薄壁细胞或皮层;愈伤组织产生的不定根是由愈伤组织内的薄壁细胞团特化而成;叶隙或枝隙是形成不定根原基和产生愈伤组织的主要区域.[结论]扦插生根属于多位点发生模式,属于诱导生根型.

为建立银扇草(Lunaria annua)体外再生体系,以其真叶为外植体,探讨消毒条件、植物生长调节剂组合及浓度对愈伤组织诱导、不定芽和不定根分化的影响;进一步分析了生根方式对成苗和幼苗生长的影响.结果表明,用75％乙醇消毒45秒配合0.1％升汞溶液消毒6分钟为银扇草叶片外植体最佳消毒处理;真叶愈伤组织诱导及不定芽分化的最适培养基为MS+0.5 mg·L-1 6-BA+2.0 mg·L-1 2,4-D,愈伤组织诱导率达93.37％,不定芽分化率达84.08％;最佳生根培养基为MS+0.1 mg·L-1 NAA,从接种叶片外植体到获得再生植株约90天.该研究建立了银扇草稳定的再生体系,为开发利用银扇草资源及挖掘功能基因奠定了基础.

目的 通过权重基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)挖掘人参皂苷Rh1生物合成相关基因.方法 以种植于吉林省人参主产区304个农家品种的转录组测序数据为基础,以人参皂苷Rh1含量为表型进行差异表达基因的挖掘.结果 通过WGCNA获得6个与人参皂苷Rh1含量密切相关的基因共表达模块,根据关联分析结果确定Green模块为与人参皂苷Rh1含量显著相关的关键模块.功能注释结果显示Green模块内的基因富集到mRNA结合、蛋白修饰等多个相关途径.通过构建基因互作网络筛选获得7个核心基因,功能预测表明这些基因可能在人参皂苷Rh1的生物合成途径中起着重要作用.对7个候选基因进行茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)体外调控分析.对人参不定根进行MeJA诱导处理,随MeJA的诱导,comp9517_c0_seq1、comp10896_c0_seq1、comp43180_c0_seq2、comp64014_c0_seq8 的表达量与人参皂苷Rh1的含量同时呈现显著变化,但只有comp64014_c0_seq8的表达趋势与人参皂苷Rh1在MeJA诱导下的表达趋势相同,表明这条候选基因可能与人参皂苷Rh1的合成密切相关.结论 为人参皂苷Rh1生物合成途径的解析提供了理论基础.

[目的]结合薇甘菊较强的节节生根能力的生物学特性,研发利用RNAi技术抑制薇甘菊根系生长基因表达的生物防治技术,为进一步开发薇甘菊靶向防控技术奠定基础.[方法]利用同源比对方法,鉴定出调控薇甘菊根系发育的关键基因(MmEXPA4),体外合成该基因的双链RNA(dsMmEXPA4),利用dsMmEXPA4注射薇甘菊根部,研究其对薇甘菊根系生长的作用.[结果]与对照组相比,dsMmEXPA4处理30 d后,所有不定根的数量、鲜重和最长不定根的长度均显著降低.qRT-PCR检测结果表明,在dsMmEXPA4处理后第4和第5天,MmEXPA4基因的表达量显著下调,沉默效率分别为43.96％和52.11％.此外,通过Fluorescent Stereo Microscope Leica M165 FC发现,被荧光标记的dsMmEXPA4能在根系中测检到较强的绿色荧光信号.[结论]MmEXPA4基因可作为抑制薇甘菊根系发育及快速生长的潜在靶点,为利用RNA干扰技术生物防治薇甘菊提供理论基础.

建立高效的大豆(Glycine max)转基因毛状根嵌合植株体系对于推动大豆功能基因组学研究具有重要意义.该研究利用3种大豆基因型材料比较了不同共培养条件下毛状根诱导率及成活率.结果显示,用发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)侵染外植体并在黑暗条件下共培养1天是诱导毛状根形成的有效策略.研究发现清除下胚轴处不定根可显著增加毛状根的数目并促进根系生长,进而提高转基因毛状根的阳性率.毛状根诱导14天接种根瘤菌,可增强生长初期转基因毛状根与根瘤菌的接触,从而提高大豆的结瘤效率.该研究成功建立了一种高效培育大豆转基因毛状根嵌合植株的方法,可广泛应用于大豆基因功能研究.

三峡水库消落带是由于周期性水位涨落在长江干支流形成的大面积"冬水夏陆"区域,周期性的水淹胁迫导致消落带植被群落发生剧烈变化,对三峡大坝的正常运行和库区生态安全造成严重影响.研究三峡库区消落带植物适应水淹的机制,对库区消落带植被群落恢复和保护具有重要意义.文章通过对比蓄水前后消落带的植被群落变化,总结了库区一年生和多年生植物耐水淹机制.一年生草本植物主要依靠种子休眠的方式来度过漫长的水淹期,而多年生草本植物则可能采取"静止"策略,减缓能量消耗,待水退后迅速恢复生长.此外,对于高高程区域的多年生木本植物,在不完全水淹的情况下,可能通过产生大量不定根缓解根部缺氧胁迫,降低水淹胁迫的伤害.最后,文章总结了消落带植被恢复的现状,并针对现有的问题探讨了重建消落带植被群落的可能途径,以期为三峡水库消落带植被生态修复提供参考.

目的:建立浙麦冬组织培养快繁体系,为其规模化生产提供技术支撑.方法:以'浙麦冬 1 号'嫩叶基部为外植体,研究植物生长调节剂对诱导愈伤组织、不定芽分化和不定根形成的影响,并进行了炼苗与移栽.结果:'浙麦冬 1 号'愈伤组织诱导最适培养基为MS+KT 2.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L+蔗糖30.0 g/L+琼脂2.5 g/L+活性炭2.0 g/L,诱导率为 92.22%;愈伤组织分化不定芽最适培养基为MS+KT 4.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L+蔗糖 30.0 g/L+琼脂 2.5 g/L+活性炭 2.0 g/L,不定芽分化率达88.89%;最适生根培养基为1/2 MS+NAA 0.5 mg/L+蔗糖 30.0 g/L +琼脂 2.5 g/L,生根率为 96.67%;组培苗经驯化,2 周后移栽成活率为 89.00%.结论:建立了'浙麦冬 1 号'组织培养快繁体系.