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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 重茬地黃自毒物質(zhì)和病原微生物的分離鑒定
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 地黃(Rehmannia glutinosa Libosch.)為玄參科多年生草本植物，以干燥塊根入藥，是我國(guó)著名的“四大懷藥”之一(丁自勉，2001)。地黃是連作障礙最嚴(yán)重的植物，種植后須間隔8～10年才能再次種植(郭巧生, 2004)。地黃連作障礙發(fā)生時(shí)沒有明顯的病害現(xiàn)象，地黃連作障礙特征非常明顯，主要表現(xiàn)為塊根不膨大，幾乎全為須根，病害嚴(yán)重，可導(dǎo)致減產(chǎn)80%左右。植物通過分泌、淋溶等途徑產(chǎn)生的自毒物質(zhì)影響植株代謝產(chǎn)生自毒作用和病菌引起的病害是地黃連作障礙的主要原因，本研究分離鑒定了地黃的化感自毒物質(zhì)黃酮A和病原菌尖孢鐮刀菌。
- 詳細(xì)介紹：
- 地黃(Rehmannia glutinosa Libosch.)為玄參科多年生草本植物，以干燥塊根入藥，是我國(guó)著名的“四大懷藥”之一(丁自勉，2001)?，F(xiàn)代藥理研究證明，地黃具有降血糖、保肝、止血、利尿、抗炎、抗真菌等作用。此外，地黃中的多糖RPS-b是具有增強(qiáng)免疫力與抑制腫瘤活性的有效成分(郭巧生,2004)。懷地黃為我國(guó)傳統(tǒng)的大宗道地中藥材，一直被視為藥材中的上品(丁自勉，2001)，它自明代后，因主產(chǎn)于古“懷慶府”（今河南焦作）一帶而得名(王太霞,2005)，2007-2008年份在河南省焦作地區(qū)種植面積已達(dá)20萬(wàn)畝，年總產(chǎn)值在數(shù)十億元。 連作障礙指在同一塊土壤連續(xù)栽培同種或同科的作物時(shí)，即使在正常的栽培管理措施下，也會(huì)發(fā)生長(zhǎng)勢(shì)變?nèi)?、產(chǎn)量和品質(zhì)下降的現(xiàn)象(吳鳳芝等，2000)。 地黃是連作障礙最嚴(yán)重的植物，種植后須間隔8～10年才能再次種植(郭巧生, 2004)。地黃連作障礙發(fā)生時(shí)沒有明顯的病害現(xiàn)象，地黃連作障礙特征非常明顯，主要表現(xiàn)為塊根不膨大，幾乎全為須根，病害嚴(yán)重，可導(dǎo)致減產(chǎn)80%左右，從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，發(fā)生連作障礙的地黃塊根過小，已經(jīng)沒有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。受市場(chǎng)需求及經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，藥農(nóng)不得不在焦作以外地區(qū)種植。但由于土壤，田間小氣候等環(huán)境條件與道地產(chǎn)區(qū)不同，它們雖然還被稱為懷地黃，但其主要有效成分的含量會(huì)發(fā)生改變。如，為主要有效成分之一的梓醇會(huì)因地黃種植地域不同，其含量有較大差異（劉長(zhǎng)河等,2001），嚴(yán)重影響了懷地黃的產(chǎn)量和質(zhì)量，地黃的藥效也大打折扣。所以地黃連作障礙研究成為規(guī)范化生產(chǎn)地黃迫切需要解決的問題。 化感作用是指“植物（包括微生物）之間相互抑制或促進(jìn)的生物化學(xué)作用”（Rice,1984）。植物化感作用的本質(zhì)是植物通過向體外釋放化學(xué)物質(zhì)而影響鄰近植物，其釋放的化學(xué)物質(zhì)稱為化感物質(zhì)，當(dāng)供體與受體屬于同一植物種時(shí)，就稱其為自毒作用，又稱自身化感作用或自體中毒。自毒作用往往是植物通過地上部淋溶、根系分泌和植株殘茬腐解等途徑來釋放一些物質(zhì)對(duì)同茬或下茬同種或同科植物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，它是化感作用的重要形式之一(Singh等，1999)，具自毒作用的化感物質(zhì)稱為自毒物質(zhì)。自毒物質(zhì)影響植株代謝產(chǎn)生自毒作用在連作障礙成因上具有十分重要的作用，是植物連作障礙的主要因子之一（張曉玲，2007）。 同一種作物長(zhǎng)期連作，作物與微生物相互選擇的結(jié)果造成了土壤微生物區(qū)系變化，有益微生物減少和某些病原菌數(shù)量的增加，從而影響植物的正常生長(zhǎng)和生命活動(dòng)，病原微生物數(shù)量增加(Chang和Juma,1996; Baca等,2003)也是作物發(fā)生連作障礙的主要原因。 從地黃化感自毒物質(zhì)的角度考慮需要做的試驗(yàn)工作是：對(duì)地黃組織進(jìn)行水浸提，對(duì)浸提液進(jìn)行萃取分成不同組分并生物測(cè)定跟蹤自毒物質(zhì)的去向，然后進(jìn)一步對(duì)含有自毒成分的有機(jī)相或水相進(jìn)行柱層析，柱層析分離后進(jìn)行生物測(cè)定驗(yàn)證自毒效果，具有自毒作用的組分再進(jìn)行通過GC-MS或HPLC-MS以及紅外光譜、核磁共振鑒定。 從病原微生物的角度需要做的工作是：采用組織分離的方法分離造成地黃根腐爛引起“死棵”的病原菌。 本研究最終分離鑒定了地黃的自毒物質(zhì)為黃酮A，病原微生物為尖孢鐮刀菌。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：本研究的目的是分離鑒定出造成地黃連作障礙的自毒物質(zhì)；分離鑒定出造成重茬地黃嚴(yán)重病害的病原菌。 基本思路：對(duì)地黃組織進(jìn)行水浸提，對(duì)浸提液進(jìn)行萃取分成不同組分，含有自毒成分的有機(jī)相再進(jìn)行柱層析分離，整個(gè)分離過程通過生物測(cè)定跟蹤，具有自毒作用的組分再進(jìn)行GC-MS、核磁共振等技術(shù)鑒定。病原菌的分離則采取組織分離再回接至地黃苗進(jìn)行病原菌致病性測(cè)定的方法進(jìn)行。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 很多植物的自毒作用已有研究報(bào)道，如大豆、苜蓿等。本試驗(yàn)采用浸提、萃取、硅膠柱層析分離、制備液相分部收集、紅外技術(shù)鑒定了地黃的自毒物質(zhì)黃酮A，利用組織分離技術(shù)分離鑒定了地黃的病原菌尖孢鐮刀菌，本研究采用的這些方法技術(shù)是成熟的、科學(xué)的，也獲得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。地黃連作障礙特征非常明顯直觀：塊根不膨大，這是連作障礙研究的好材料，地黃必將成為研究連作障礙理論的模式作物，本研究處于化感作用研究領(lǐng)域的前沿。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 地黃有幾千年的種植歷史，連作障礙問題比較嚴(yán)重，但屬于傳統(tǒng)中藥而被栽培方面的科研所忽視，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)另辟奇徑，針對(duì)地黃開展研究，實(shí)踐意義大。該創(chuàng)新課題立足于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，采取科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法分離鑒定了地黃的自毒物質(zhì)和病原菌，試驗(yàn)結(jié)果非常好。如果能夠開發(fā)防治地黃根腐病的殺菌劑及消減黃酮A的菌肥，市場(chǎng)前景及經(jīng)濟(jì)效益都非常好。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 地黃為玄參科多年生草本植物，存在著嚴(yán)重的連作障礙現(xiàn)象。本研究對(duì)地黃不同組織的浸提液進(jìn)行生物測(cè)定表明地黃塊根含有影響種子發(fā)芽率及幼苗根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)的自毒物質(zhì)，地黃塊根浸提后萃取相中乙酸乙酯相自毒活性強(qiáng)，乙酯乙酯相旋蒸后通過兩次硅膠柱層析及制備液相分離獲得自毒活性最強(qiáng)的組分3，利用紅外技術(shù)鑒定地黃化感自毒物質(zhì)為黃酮A。利用組織分離法分離鑒定重茬地黃根腐病病原菌為尖孢鐮刀菌。本研究為進(jìn)一步探索地黃化感物質(zhì)與土壤的相互作用、轉(zhuǎn)化以及消減地黃連作障礙奠定了良好的基礎(chǔ)。
獲獎(jiǎng)情況
- 2009年5月,獲第七屆“挑戰(zhàn)杯”河南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽河南省一等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- 吳宗偉,王明道,劉新育,陳紅歌,賈新成. 重茬地黃土壤酚酸的動(dòng)態(tài)積累及酚酸對(duì)地黃生理生化的影響.生態(tài)學(xué)雜志, 2009,28?(4):?520-524?. ?? 王明道,吳宗偉,原增艷,陳紅歌,吳坤,賈新成.外源阿魏酸對(duì)水培地黃生理生化影響. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,43(1):337-341. 杜家方,尹文佳,張重義,等.不同間隔年限地黃土壤的自毒作用和酚酸類物質(zhì)含量.生態(tài)學(xué)雜志，2009,28(3):445-450 朱廣軍，王明道，吳宗偉，等．地黃根區(qū)土壤潛在化感物質(zhì)的 GC-MS分析[J]．河南科學(xué)．2007，25(2).255-257
同類課題研究水平概述
- 化感作用是指“植物（包括微生物）之間相互抑制或促進(jìn)的生物化學(xué)作用”。當(dāng)供體與受體屬于同一植物種時(shí)，就稱其為自毒作用。具自毒作用的化感物質(zhì)稱為自毒物質(zhì)。自毒物質(zhì)影響植株代謝產(chǎn)生自毒作用是植物連作障礙的主要因子之一。很多植物的自毒作用已有研究報(bào)道，如大豆、苜蓿、水稻、番茄、甘蔗、豌豆、西瓜等。 對(duì)于自毒作用的研究主要化感自毒物質(zhì)的提取、分離、鑒定，整個(gè)提取分離流程通過生物檢測(cè)進(jìn)行跟蹤?；形镔|(zhì)的分離常采用水或有機(jī)溶劑浸提，再經(jīng)萃取分成不同組分或旋蒸成浸膏后用不同有機(jī)相進(jìn)行萃取，用GC-MS鑒定不同相或用柱層析進(jìn)一步分離后進(jìn)行鑒定。鑒定化感物質(zhì)往往采用質(zhì)譜（MS）、核磁共振（NMR）等來鑒定。侯永俠等（2007）用XAD-4樹脂柱吸附收集和氣相色譜／質(zhì)譜(GC／MS)鑒定技術(shù)分離鑒定辣椒根系分泌物的化感物質(zhì)烯酸酯、芳香酸酯等。鄧思娟等（2008)用95%乙醇浸提青蒿粉碎物，制成浸膏后硅膠柱層析分離，然后用熔點(diǎn)、紅外、質(zhì)譜鑒定了青蒿的化感物質(zhì)青蒿酸、青蒿素等。 對(duì)地黃連作障礙的研究主要是反相高效液相色譜(HPLC)檢測(cè)地黃種植后土壤中香草酸、阿魏酸、對(duì)羥基苯甲酸、香草醛等化感物質(zhì)明顯升高（吳宗偉，2009），并進(jìn)一步研究酚酸類化感物質(zhì)對(duì)水培地黃生理生化指標(biāo)的影響（王明道，2009），杜家方（2009）發(fā)現(xiàn)種植地黃后間隔不同年限的土壤對(duì)地黃塊根膨大有影響，酚酸類化感物質(zhì)與地黃塊根產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，因此推測(cè)酚酸可能是導(dǎo)致地黃連作障礙的自毒物質(zhì)，但目前未見田間試驗(yàn)外源添加酸酸的報(bào)道。而本研究則從地黃組織塊根分離到了影響地黃種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的自毒物質(zhì)，以生物測(cè)定以指導(dǎo)分離鑒定了地黃的自毒物質(zhì)黃酮A。 三七、人參、西洋參連年大面積單一種植，為病蟲害的發(fā)生和流行創(chuàng)造了有利條件，特別是根部病害已成為限制三七、人參和西洋參種植業(yè)發(fā)展的嚴(yán)重障礙。據(jù)王朝梁等人（1991年）調(diào)查，三七根腐病在文山州各年生三七均可受害，其發(fā)病率一般為5-20%，嚴(yán)重的達(dá)50%。白容霖報(bào)道，1982年人參僅因銹腐病造成減產(chǎn)30%以上。繆作清等人（2006年）證實(shí)三七根病大多是以Cylindrocarpon spp.為主的病原物復(fù)合侵染所致；西洋參根腐病嚴(yán)重時(shí)可引起產(chǎn)量損失達(dá)50%～70%，病害引起的連作障礙已成為影響人參屬植物產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要因素。地黃根腐病病原微生物的分離目前尚未見報(bào)道。
