酵母提取物对颠茄毛状根碳氮代谢及托品烷类生物碱代谢的调控研究
颠茄（Atropa belladonna L.）是茄科颠茄属的一种药用植物，全草可入药。主要次生代谢产物为托品烷类生物碱（Tropane Alkaloids，TAs），其中莨菪碱和东莨菪碱是应用最为广泛的两种，多制成注射剂或片剂作为抗胆碱药物使用，药效包括止痉、镇痛、止吐、麻醉、治疗帕金森症、抗晕动症等，市场需求量巨大。但由于颠茄植株中莨菪碱和东莨菪碱的含量极低，提取方法复杂且纯度不高，使其产量远远低于市场需求。因此，提高颠茄次生代谢产物产量是颠茄研究的重点方向。其中，通过诱导子刺激颠茄毛状根加速合成次生代谢产物的方式效果良好且成本较低，所以又是颠茄次生代谢研究的热点。本试验以颠茄毛状根为研究材料，采用向其培养基中添加适宜浓度的真菌诱导子酵母提取物（Yeast extract，YE）的处理方式，测定了颠茄毛状根碳代谢、氮代谢、抗氧化代谢以及托品烷类生物碱代谢的相关指标，以分析YE对颠茄毛状根生长代谢的影响情况，并初步探究YE对颠茄毛状根托品烷类生物碱代谢的调控机制。 主要研究结果如下： 1.比较不同浓度YE对颠茄毛状根两种主要生物碱产量的影响，结果表明：YE浓度为100 mg·L-1时，莨菪碱和东莨菪碱能够在短期内高效积累，而添加更高YE浓度如300 mg·L-1，则会使颠茄毛状根莨菪碱和东莨菪碱产量降低，YE浓度为400 mg·L-1时甚至可导致颠茄毛状根死亡。 2.研究YE对颠茄毛状根碳代谢的影响，结果表明：对照组颠茄毛状根的碳代谢在整个培养过程中几乎处于相对稳定的状态，YE的添加使毛状根的淀粉酶活性显著增强，蔗糖合成酶活性先升后降，总碳含量显著升高，可溶性糖含量变化并不显著。这说明YE改变了颠茄毛状根原有的碳代谢调节方式，使整个碳代谢更加活跃。 3.研究YE对颠茄毛状根氮代谢的影响发现：较对照组而言，颠茄毛状根中硝态氮、铵态氮含量显著下降，其他含氮化合物可溶性蛋白、游离氨基酸含量显著升高，总氮含量同样也有显著的增多，硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性均显著升高，但谷氨酸脱氢酶（GDH）活性变化不显著。说明YE加速了毛状根的氮代谢，增强了氮同化，使更多的无机氮转变为有机氮提供给植物利用。 4.研究YE对颠茄毛状根抗氧化代谢的影响，结果显示：毛状根能通过增强各种抗氧化酶的活性来清除体内随衰老产生的多余活性氧，以维持正常的生长代谢。YE的添加可使过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性较对照组显著降低，说明毛状根中的活性氧含量降低，避免了活性氧对植物细胞产生伤害。 5.研究YE对颠茄毛状根托品烷类生物碱代谢的影响发现：YE处理颠茄毛状根可显著提高托品烷类生物碱代谢途径中的底物氨基酸（鸟氨酸和精氨酸）的含量以及腐胺的含量，代谢途径中的关键酶基因1,4-丁二氨-氮-甲基转移酶基因（ Putrescine N-methyl transferase ， PMT ）、托品酮还原酶-Ⅰ 基因（ Tropinone reductase-Ⅰ，TR Ⅰ）和莨菪碱6-β-羟化酶基因（hyoscyamine 6-β-hydroxylase，H6H）的相对表达量也呈现不同幅度的上升，最终使产物莨菪碱和东莨菪碱产量增多，本试验结果中，莨菪碱产量比东莨菪碱产量增幅更大，在处理16 d后分别是对照组的3.09倍和1.85倍。 综上所述，YE对颠茄毛状根的氮代谢和抗氧化代谢均产生了一定的影响，但主要是增强了颠茄毛状根氮代谢关键酶活性使氮代谢加速，生成的氨基酸可为次生代谢中托品烷类生物碱的合成提供更多原料，同时YE还通过调控托品烷类生物碱代谢途径中关键酶基因的表达，使莨菪碱和东莨菪碱产量提高。本研究为实际生产中提高颠茄有效药用成分产量提供了很好的参考，也为继续开展颠茄托品烷类生物碱代谢工程提供了一定的理论支持。
颠茄;毛状根;酵母提取物;托品烷类生物碱;代谢调控
西南大学
硕士
植物学
吴能表
2018
中文
S567.239
57
2018-12-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）