黑龙江省帽儿山林区早春开花植物的生理代谢特性研究
早春开花植物是在寒冷的早春季节开花并快速完成其生命周期的一类特殊植物，它们在冬雪初融就迅速散叶并在短暂的营养生长后于早春开花，因此它们高度适应森林中潮湿寒冷的生境。为了更好地认识和开发利用这类特殊植物，了解其对外部环境的适应性，我们自黑龙江省帽儿山实验林场采集了五种早春开花植物（冰凌花、黑水银莲花、平贝母、鹿药、顶冰花）和五种未开花植物（升麻、乌药、耧斗菜、藜芦、东北百合）进行该研究，基于GC-MS非靶向和LC/MS靶向代谢组学技术平台，结合生理生态学指标，对早春开花植物的生理机制和代谢特性进行了综合分析，得到以下结论： （1）早春开花植物的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素均低于未开花植物；同时早春开花植物的可溶性糖含量均高于未开花植物，而早春开花植物的可溶性蛋白含量均低于未开花植物；两类植物的内源激素ABA、GA3、IAA、ZT之间的比值显示早春开花植物中的IAA含量较低，而GA3和ABA含量在早春开花植物中显著增加。 （2）利用GC-MS非靶向代谢组学技术测定两类植物叶片中的初级代谢产物，并采用了主成分分析（PCA）、偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）分析筛选出18种氨基酸、18种糖、50种有机酸差异代谢物，丙氨酸、苯丙氨酸和色氨酸、木糖、核糖和D-乳糖以及苹果酸和富马酸等在早春开花植物中含量较高，同时通过代谢富集确定了氨酰-tRNA生物合成等5个关键的潜在差异代谢途径。结合两类植物叶片中初级代谢产物的结果，我们发现早春开花植物的碳代谢增强，而氮代谢降低。 （3）通过LC-MS靶向代谢组学技术平台测定两类植物叶片中的31种酚类化合物，通过聚类发现L-苯丙氨酸和C6C1型碳骨架的酚类化合物香草酸、丁香酸、原儿茶酸以及C6C3型酚类化合物阿魏酸、绿原酸和咖啡酸在早春开花植物中的相对含量较低，而龙胆酸、苯甲酸、对羟基肉桂酸、肉桂酸和迷迭香酸在开花植物中显著积累，C6C3C6型碳骨架的黄酮类化合物芦丁、柚皮苷、甘草素、大豆苷元和异檞皮苷也在早春开花植物中分布较多。 （4）对采集的早春植物中测定的4种内源激素含量、初级差异代谢物以及酚类化合物进行了相关性分析。结果显示，在两类植物中四种内源激素ABA、GA3、IAA、ZT之间具有显著正相关性；同时，四种内源激素与大部分酚类代谢物显著正相关，而只与几种初级差异代谢物具正相关性。 本研究将非靶向GC-MS和靶向LC-MS技术结合起来研究早春开花植物的代谢特异性，并讨论了早春开花植物和未开花植物中初级代谢产物和酚类代谢产物相互作用的组织特异分布，我们发现两种植物的碳氮代谢分配的差异以及酚类化合物的水平不同，同时这些也是区分两类植物的关键基础，这些研究结果有助于对早春开花植物的认识，并为早春开花植物的开发利用奠定了理论基础。
早春开花植物;代谢组学;气相色谱-质谱联用;酚类化合物
东北林业大学
硕士
植物学
唐中华
2021
中文
S68
2022-01-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）