題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 葡萄生產(chǎn)廢棄葉片中白藜蘆醇的誘導(dǎo)及誘導(dǎo)機(jī)制研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品通過(guò)誘導(dǎo)葡萄葉片氧應(yīng)激反應(yīng)升高其藥用活性成分白藜蘆醇并研究了相應(yīng)機(jī)制，篩選出了高誘導(dǎo)率的誘導(dǎo)劑，并尋找合適的提取分離方法。為從葡萄生產(chǎn)廢棄廢棄葉中獲取高價(jià)值藥物提供了合理的解決方案。
- 詳細(xì)介紹：
- 一 研究背景 白藜蘆醇是作為一種重要的植保素而被發(fā)現(xiàn)并得以深入研究。白藜蘆醇有抗腫瘤、抗炎、抗氧化、抗自由基、肝臟保護(hù)、神經(jīng)保護(hù)、心血管保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)等藥理作用。白藜蘆醇的誘導(dǎo)劑有UV、CO2、病原菌、臭氧、氯化鋁、乙磷鋁、水楊酸等。針對(duì)現(xiàn)有白藜蘆醇獲取材料、方法及誘導(dǎo)方式的不足，我們進(jìn)行了有針對(duì)性的研究。 二 主要研究?jī)?nèi)容 （1）誘導(dǎo)劑對(duì)葡萄葉片中白藜蘆醇誘導(dǎo)與氧應(yīng)激關(guān)系的研究。 （2）葉片白藜蘆醇合成途徑相關(guān)限速酶表達(dá)差異分析。 （3）葉片中白藜蘆醇提取方法的研究。 三 研究的目的及意義 白藜蘆醇有抗腫瘤 、抗炎、抗氧化、抗自由基、肝臟保護(hù)、神經(jīng)保護(hù)、心血管保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)、拮抗慶大霉素耳毒性、抗病毒、輻射防護(hù)等作用。隨著對(duì)白藜蘆醇研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇還具有抗愛(ài)滋病的作用。最引人注目的是其抗氧化和清除自由基的作用,這涉及到與人體健康密切相關(guān)的許多生理疾病如動(dòng)脈粥樣硬化，凝血過(guò)程，炎癥與過(guò)敏反應(yīng)，腫瘤與癌變等，由于白黎蘆醇對(duì)人體這些指標(biāo)具有重要調(diào)節(jié)作用，而被認(rèn)為是最有希望的天然化學(xué)防癌劑之一。 白藜蘆醇是作為一種重要的植物抗毒素（植保素）而被發(fā)現(xiàn)并得以深入研究，它在植物體內(nèi)的合成、積累和變化都同植物抗逆、抗病性有著直接的聯(lián)系，是植物系統(tǒng)獲得性抗性的主要指標(biāo)之一。葡萄葉片在缺少誘導(dǎo)因素的情況下，白藜蘆醇含量很低，但在受到非生物脅迫時(shí)，白藜蘆醇等次生代謝物質(zhì)的合成會(huì)急劇增加。白藜蘆醇的誘導(dǎo)劑有UV、CO2、病原菌、臭氧、氯化鋁、乙磷鋁、水楊酸等。目前已有許多針對(duì)白藜蘆醇合成誘導(dǎo)及其機(jī)制的研究，從這些誘導(dǎo)及其機(jī)制中發(fā)現(xiàn)其機(jī)理有可能是通過(guò)上調(diào)葉片內(nèi)的氧化狀態(tài)而誘導(dǎo)白藜蘆醇積累，遺憾的是，相關(guān)證據(jù)不足，難以作出正確的判斷。 白藜蘆醇現(xiàn)可從植物虎杖的根莖提取、分離、純化而得。但是，目前虎杖的主要來(lái)源于有限野生資源，長(zhǎng)期采挖勢(shì)必將造成野生資源過(guò)度短缺，植被和生態(tài)環(huán)境遭到破壞。目前尚無(wú)虎杖規(guī)范化栽培，加之國(guó)家實(shí)行中藥材GAP 管理 ，因此需要從其它一些優(yōu)勢(shì)植物資源中去提取。葡萄中也含有茋類物質(zhì)白藜蘆醇，葡萄皮、籽中富含白藜蘆醇，是具有重要開(kāi)發(fā)價(jià)值的潛在天然產(chǎn)物。新疆葡萄產(chǎn)業(yè)極為豐富，每年秋季丟棄的葉子多達(dá)幾百萬(wàn)噸，目前國(guó)內(nèi)對(duì)葡萄葉開(kāi)發(fā)利用尚不多，若將其作為另一種白藜蘆醇的提取新來(lái)源，便可以變廢為寶。然而葡萄中白藜蘆醇含量過(guò)低，不易提取。藉此，我們期待采用生物技術(shù)等方法進(jìn)行誘導(dǎo)，提高白藜蘆醇的含量，并摸索出一種便于提取的方法。該作品的實(shí)施可充分利用地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物進(jìn)行藥物開(kāi)發(fā)、具有潛在的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 本研究在前期研究基礎(chǔ)上，通過(guò)不同的誘導(dǎo)劑及組合，直接或間接測(cè)定其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄葡萄葉片中白藜蘆醇積累的影響及相關(guān)機(jī)制，為葡萄廢棄葉片的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。 四 結(jié)果及討論 我們的前期工作發(fā)現(xiàn)：通過(guò)所篩選誘導(dǎo)劑處理葡萄葉片后，會(huì)引起白藜蘆醇物質(zhì)的快速積累，苯丙氨酸生物代謝途徑發(fā)生開(kāi)啟；發(fā)現(xiàn)葡萄葉片過(guò)氧化物酶活性顯著提高，同時(shí)葉片內(nèi)源過(guò)氧化氫含量迅速升高。這說(shuō)明，白藜蘆醇的積累可能是一種氧化脅迫直接或間接的結(jié)果。通過(guò)限定氧化劑處理葡萄葉片，并觀察其對(duì)葉片的氧應(yīng)激作用與白藜蘆醇積累的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，氧化型誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)白藜蘆醇積累呈現(xiàn)顯著的時(shí)效與量效關(guān)系，這初步證實(shí)了我們的猜測(cè)。為了進(jìn)一步確認(rèn)氧化型誘導(dǎo)劑對(duì)白藜蘆醇積累的調(diào)控作用，我們分析了白藜蘆醇合成途徑相關(guān)所有限速酶的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氧化型誘導(dǎo)劑對(duì)茋類物質(zhì)合成途徑相關(guān)酶基因表達(dá)有明顯上調(diào)作用。結(jié)合以前工作基礎(chǔ)其它部分內(nèi)容，我們認(rèn)為葡萄白藜蘆醇積累依賴于細(xì)胞內(nèi)氧化還原態(tài)某種程度的失衡。藉此，我們建立了一種可以調(diào)控葡萄葉片氧化還原態(tài)改變的方法及技術(shù)方案，并成功篩選了部分誘導(dǎo)劑，對(duì)葡萄生產(chǎn)廢棄葉片白藜蘆醇誘導(dǎo)效果顯著。 新疆是我國(guó)第一大葡萄產(chǎn)區(qū)，2009年葡萄種植面積達(dá)到150萬(wàn)畝。預(yù)計(jì)到2011年葡萄總種植面積達(dá)到200萬(wàn)畝。石河子、瑪納斯、昌吉、阜康產(chǎn)區(qū)位于北疆天山北麓與準(zhǔn)噶爾盆地南緣庫(kù)爾班通古特沙漠之間形成的山前沖積扇平原，是重要的釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)。通過(guò)研究葡萄生產(chǎn)廢棄葉片白藜蘆醇的誘導(dǎo)及誘導(dǎo)機(jī)制，可以在理論上深入探討氧應(yīng)激反應(yīng)與植物防衛(wèi)系統(tǒng)互作關(guān)系，增加氧應(yīng)激與植物抗氧化次生代謝方面關(guān)系的直接證據(jù)。值得一提的是，誘導(dǎo)葡萄白藜蘆醇的積累是與葡萄的抗病性緊密聯(lián)系的，這樣在誘導(dǎo)葡萄白藜蘆醇產(chǎn)生同時(shí)，能提高受試葡萄對(duì)病原的抗性，對(duì)研究葡萄的病害防治有著重要理論指導(dǎo)價(jià)值。另外，葡萄種植過(guò)程中，每畝地可產(chǎn)生數(shù)噸的廢棄葉片，價(jià)格低廉，可以作為一種潛在的藥用資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)。本研究的現(xiàn)實(shí)意義在于可以為新疆的葡萄產(chǎn)業(yè)提供一種變廢為寶的方法。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1、作品設(shè)計(jì)思路： 2009年新疆維吾爾自治區(qū)葡萄種植面積就高達(dá)150萬(wàn)畝。為了保證果實(shí)的質(zhì)量，葡萄種植期間需要多次除去植株外周葉片。以1983年Maurice Gallay推薦的采摘前期除葉方式計(jì)算，1/3的葡萄葉片會(huì)被除去，加上葡萄采摘后田間管理需要打葉壓藤越冬等操作，這樣每畝地可產(chǎn)生數(shù)噸的廢棄葉片。本作品擬利用白藜蘆醇代謝受葡萄抗病防衛(wèi)系統(tǒng)控制這一規(guī)律，通過(guò)模擬激發(fā)子誘導(dǎo)反應(yīng)研究此過(guò)程中葡萄葉藥用活性成分白藜蘆醇的積累規(guī)律，篩選高誘導(dǎo)率的誘導(dǎo)劑；研究誘導(dǎo)劑量、誘導(dǎo)方式及與葉片處理方式對(duì)葡萄葉片中白藜蘆醇含量的影響并尋找合適的提取分離方法。 2、發(fā)明目的： 為將葡萄生產(chǎn)廢棄物作為白藜蘆醇提取原料尋找合適的誘導(dǎo)劑及研究相應(yīng)誘導(dǎo)機(jī)制，指導(dǎo)葡萄葉白藜蘆醇的獲取。 3、創(chuàng)新點(diǎn)與技術(shù)關(guān)鍵： ①通過(guò)模擬病原氧應(yīng)激方式誘導(dǎo)葡萄離體葉片超量積累植保素—白藜蘆醇（本作品關(guān)鍵技術(shù)）。 ②利用葡萄廢棄葉片替代虎杖等原料提取高價(jià)值原料藥白藜蘆醇。 4、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： ①篩選出誘導(dǎo)率高的激發(fā)子（使受試葉片白藜蘆醇含量升高5倍以上）。 ②掌握一套能夠穩(wěn)定誘導(dǎo)葉片白藜蘆醇含量升高并進(jìn)行提取的小試實(shí)驗(yàn)方法。 ③相關(guān)研究?jī)?nèi)容申請(qǐng)發(fā)明專利1-2項(xiàng)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品科學(xué)先進(jìn)性在于以下： ①有益特征在于所使用方法能夠穩(wěn)定的誘導(dǎo)在體及離體葡萄葉片、葡萄莖干及果實(shí)中白藜蘆醇含量升高。誘導(dǎo)效果不會(huì)由于白藜蘆醇提取前不可避免的光照，蟲(chóng)害，采摘，溫度等生物及環(huán)境因素變化而發(fā)生明顯下降，保障了葡萄材料誘導(dǎo)白藜蘆醇含量的穩(wěn)定性。 ②本項(xiàng)目技術(shù)的有益效果在于所使用誘導(dǎo)方法操作簡(jiǎn)單、安全。本作品技術(shù)僅涉及單一誘導(dǎo)物，僅涉及噴灑一個(gè)操作環(huán)節(jié)，無(wú)論是液態(tài)誘導(dǎo)劑還是干粉誘導(dǎo)劑均便于進(jìn)行噴灑操作，噴灑后不用洗脫，誘導(dǎo)劑操作噴灑過(guò)程不會(huì)對(duì)操作人員造成人身毒害。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該作品已于2010年10月19日以會(huì)議形式進(jìn)行鑒定，鑒定結(jié)論：專家組一致認(rèn)為研究成果達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。 成果鑒定登記號(hào)：鑒字校[2010]04 批準(zhǔn)日期2010.12.10
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利權(quán)轉(zhuǎn)讓或?qū)＠麑?shí)施許可
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖片、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品的創(chuàng)造性在于首次發(fā)現(xiàn)離體葉片誘導(dǎo)的規(guī)律和最佳誘導(dǎo)劑。本作品的先進(jìn)性在于研究了葡萄葉白藜蘆醇的誘導(dǎo)規(guī)律及積累機(jī)制；研究了誘導(dǎo)劑量、誘導(dǎo)方式及與葉片處理方式對(duì)葡萄葉片中白藜蘆醇含量的影響，為將葡萄葉作為白藜蘆醇提取原料提供合理的處理方案。本作品適合推廣應(yīng)用于葡萄種植及加工等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，也適合推廣生物技術(shù)制藥領(lǐng)域；新疆是葡萄種植大省，2009年新疆葡萄種植面積就高達(dá)150萬(wàn)畝。本作品前景在于利用這一有利條件和資源基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)施，提供一種增加葡萄品質(zhì)、提高葡萄營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值及葡萄生產(chǎn)相關(guān)副產(chǎn)品綜合利用的方法，可以緩解白藜蘆醇需求增加與生產(chǎn)原料虎杖資源日益緊張的矛盾。
同類課題研究水平概述
- 白藜蘆醇存在于一些藥用植物和食用植物中。在白藜蘆醇獲取途徑方面，選擇合適的植物材料成為該領(lǐng)域熱點(diǎn)問(wèn)題。目前市售白藜蘆醇的來(lái)源主要是從蓼科植物虎杖根莖中提取。譬如公開(kāi)號(hào)為CN1321961C、CN 101698634A、CN1566349A、CN1341587A、CN101709024A的中國(guó)專利采用了從虎杖中提取白藜蘆醇的方法。 在正常情況下，新生葡萄葉的白藜蘆醇含量保持在較低水平。Hart JH在1979、1981年發(fā)表的 “Role of stilbene in resistance of wood to decay”（Phytopathology，1979，69：1138-1143）和“Role of phytostilbenes in decay and disease resistance”（phytopathology，1981，19：437-458）兩篇文章中均提出當(dāng)葡萄受到生物因素影響時(shí)，白藜蘆醇含量會(huì)有明顯增加，且較不穩(wěn)定。 在通過(guò)各種化學(xué)誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)葡萄白藜蘆醇升高的操作中，誘導(dǎo)材料及處理方式的選擇成為誘導(dǎo)的關(guān)鍵。譬如法國(guó)Adrian與Jeandet等人于1996年發(fā)表“Induction of phytoalexin (resveratrol) synthesis in grapevine leaves treated with Aluminum chloride”（J. Agric. Food Chem.,1996，44：1979-1981）一文中采用7月齡材料，其特征在于對(duì)葡萄葉離體扦插入氯化鋁水溶液中進(jìn)行誘導(dǎo)處理，其操作費(fèi)力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模誘導(dǎo)。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上酸性鋁的植物毒性已被成為定論，譬如Foy CD等人于1978年（Annu. Rev. Plant Physiol.，29：511-566）發(fā)表“The physiology of metal toxicity in plant”一文發(fā)現(xiàn)即便是微量的可溶鋁（20μM）也能對(duì)植物產(chǎn)生明顯的毒害作用如抑制生長(zhǎng)、損傷葉片。 本作品技術(shù)的有益效果在于所選擇使用的誘導(dǎo)劑的用量在保障穩(wěn)定誘導(dǎo)的同時(shí)，具有較高的誘導(dǎo)率；本技術(shù)所使用方法在葉片水平誘導(dǎo)白藜蘆醇含量最大升高30倍；本技術(shù)所使用方法對(duì)離體葉片也有較明顯的誘導(dǎo)作用，離體葉片白藜蘆醇含量平均升高6倍。
