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不同盐渍化生境野生乌拉尔甘草土壤细菌群落结构及功能预测分析

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微生物学报 2024年第5期64卷 1550-1566页

作者：徐可陆嘉惠李新张迦得罗加粉郑雪荣石河子大学生命科学学院新疆石河子832003 绿洲城镇与山盆系统生态兵团重点实验室新疆石河子832003 石河子大学甘草研究所新疆石河子832003

【目的】探究典型盐生药用植物野生乌拉尔甘草在不同盐渍化生境下土壤细菌群落多样性、组成和功能特征,有助于建立土壤盐分与甘草生长发育、药材品质形成相关的微生物组之间的联系,对栽培甘草药材品质提高具有重要意义。【方法】从野生... 详细信息

【目的】探究典型盐生药用植物野生乌拉尔甘草在不同盐渍化生境下土壤细菌群落多样性、组成和功能特征,有助于建立土壤盐分与甘草生长发育、药材品质形成相关的微生物组之间的联系,对栽培甘草药材品质提高具有重要意义。【方法】从野生乌拉尔甘草的6个主分布区采集原生境土壤,采用高通量测序技术比较非盐渍(un-salinization,US)、轻度盐渍(light salinization,LS)、中度盐渍(moderate salinization,MS)以及重度盐渍(heavy salinization,HS)生境中土壤细菌群落多样性、组成及功能的差异,并挖掘不同生境中优势细菌。【结果】野生乌拉尔甘草原生境土壤细菌群落丰富度和多样性在轻度盐渍(LS)组和中度盐渍(MS)组中明显高于非盐渍(US)组、重度盐渍(HS)组,且重度盐渍(HS)组最低。主成分分析(principal component analysis,PCA)表明不同盐渍程度组间的野生乌拉尔甘草土壤细菌群落组成和功能具有显著差异(P乌拉尔甘草生长发育、品质形成具有重要影响。PICRUSt功能预测同时也强调了重度盐渍(HS)组在自我修复适应高盐环境以及参与野生乌拉尔甘草耐盐性提高方面具有潜能,表明重度盐渍生境中的嗜盐菌和耐盐菌对乌拉尔甘草抗盐能力具有重要作用。中度盐渍生境兼具以上二者优势菌群的特征,是值得关注的类型。【结论】野生乌拉尔甘草土壤细菌群落多样性和丰富度在轻度盐渍和中度盐渍生境中明显高于非盐渍和重度盐渍生境;细菌群落的组成和功能在非盐渍和轻度盐渍生境中具有相似性,并与重度盐渍生境存在显著差异,中度盐渍生境兼具以上二者的特征。

关键词：乌拉尔甘草盐碱土高通量测序群落组成功能预测

碱、旱胁迫对乌拉尔甘草种子萌发及幼苗生理特性的影响

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草原与草坪 2024年

作者：张奥张传领薛焱贾鑫曹阳王晓琴内蒙古医科大学药学院内蒙古医科大学药用植物资源开发与可持续利用重点实验室

【目的】探讨碱、旱胁迫对乌拉尔甘草种子萌发和幼苗生长特性的影响，找出乌拉尔甘草对碱、旱胁迫的耐受阈值，以利于逆境条件下保障种子萌发和幼苗生长。【方法】设置不同浓度的Na2CO3、NaHCO3两种碱性盐和PEG-6000处理乌拉尔甘草种子... 详细信息

【目的】探讨碱、旱胁迫对乌拉尔甘草种子萌发和幼苗生长特性的影响，找出乌拉尔甘草对碱、旱胁迫的耐受阈值，以利于逆境条件下保障种子萌发和幼苗生长。【方法】设置不同浓度的Na2CO3、NaHCO3两种碱性盐和PEG-6000处理乌拉尔甘草种子，测定发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、相对盐害率、萌发抗旱指数、胚根长、胚根宽及四种生理指标。【结果】30 mmol·L-1浓度的Na2CO3和NaHCO3处理对乌拉尔甘草种子萌发具有一定的促进作用，45 mmol·L-1浓度2种碱性盐处理开始表现出盐害，所有碱性盐对发芽势均表现为抑制作用。5%浓度的PEG-6000处理对五个种子萌发指标均具有显著的促进作用。Na2CO3处理对甘草胚根伸长生长没有显著的促进作用，并会显著抑制胚根宽的生长。NaHCO3处理对甘草胚根伸长生长和胚根宽生长均表现为显著的抑制作用。除14%和17%浓度的PEG-6000处理外，其它浓度对甘草幼苗的伸长生长均表现为显著的促进作用，所有浓度PEG-6000处理对甘草幼苗的胚根宽生长均无显著的促进作用，轻微的干旱胁迫有利于甘草种子萌发和幼苗生长。MDA含量与Na2CO3处理下甘草幼苗的胚轴长、胚根宽均具有极显著负相关关系，SOD活性与PEG-6000处理下甘草幼苗的胚轴长、胚根宽均具有极显著负相关关系。【结论】5%浓度的PEG-6000处理有利于乌拉尔甘草种子萌发和幼苗生长，乌拉尔甘草种子萌发和幼苗形态建成对Na2CO3、NaHCO3和PEG-6000胁迫的耐受阈值分别小于45 mmol·L-1、45 mmol·L-1和8%。乌拉尔甘草幼苗体内MDA含量可作为评价耐受Na2CO3处理的生理指标，SOD活性可作为评价耐受PEG-6000的生理指标。

关键词：乌拉尔甘草碱胁迫干旱胁迫种子萌发生理指标

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乌拉尔甘草TIFY基因家族鉴定及调控分析

世界科学技术-中医药现代化 2022年第5期24卷 1855-1864页

作者：秦振芬孟祥霄温东朱雪雯王艳 Botir Khaitov Atia tul Wahab 孙伟中国中医科学院中药研究所/中药鉴定与安全性评估北京市重点实验室北京100700 中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所北京100193 卡拉奇大学国际化学与生命科学研究院化学研究所卡拉奇75270 国际生物盐农业中心塔什干100084 卡拉奇大学国际化学与生命科学研究院分子医学与药物研究所卡拉奇75270

目的为了探索乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)TIFY基因家族的特征并预测其功能,本研究在全基因组层面,应用生物信息学方法对乌拉尔甘草TIFY基因家族进行鉴定和分析。方法在乌拉尔甘草全基因组数据基础上,利用NCBI、MEME及TB... 详细信息

目的为了探索乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)TIFY基因家族的特征并预测其功能,本研究在全基因组层面,应用生物信息学方法对乌拉尔甘草TIFY基因家族进行鉴定和分析。方法在乌拉尔甘草全基因组数据基础上,利用NCBI、MEME及TBtools等工具,结合基因保守结构域,对乌拉尔甘草TIFY基因家族的序列特征、分类、系统发育和基因表达模式进行分析。结果在乌拉尔甘草中鉴定到TIFY家族基因成员18个(GurTIFY1-GurTIFY18),分别属于TIFY、JAZ、PPD、ZML四个亚家族,编码的核苷酸长度为444-1266 bp,氨基酸长度在147-421 aa之间,等电点为4.57-9.68,分子质量为16741.11-44426.5 Da,含有10个保守基序和4个保守结构域。基因表达结果表明GurTIFY基因中GurTIFY15、GurTIFY4、GurTIFY1、GurTIFY11等在乌拉尔甘草叶和根中的表达水平具有显著差异性。结论本研究为深入理解TIFY基因响应非生物胁迫的调控机制和参与次生代谢物质累积的功能奠定基础,并为乌拉尔甘草优质品种选育提供科学参考。

关键词：生物信息学乌拉尔甘草 TIFY基因家族鉴定功能分析

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乌拉尔甘草CIPK基因家族鉴定与表达分析

生物学杂志 2022年第1期39卷 62-68页

作者：仙亚杰王斐谢双全陈喜凤沈海涛李鸿彬石河子大学生命科学学院新疆植物药资源利用教育部重点实验室石河子832003

为挖掘乌拉尔甘草钙调磷酸酶B互作蛋白激酶(Calcineurin B like protein interacting protein kinase,CIPK)家族成员特征并预测其功能,利用生物信息学方法鉴定乌拉尔甘草CIPK家族基因,并对其进行系统发育、基因结构、保守结构域及进化... 详细信息

为挖掘乌拉尔甘草钙调磷酸酶B互作蛋白激酶(Calcineurin B like protein interacting protein kinase,CIPK)家族成员特征并预测其功能,利用生物信息学方法鉴定乌拉尔甘草CIPK家族基因,并对其进行系统发育、基因结构、保守结构域及进化关系、表达特征等分析。从乌拉尔甘草基因组中鉴定获得22个GuCIPK基因,分布于19个不同的染色体位置;氨基酸序列比对分析发现多数GuCIPK都含有1个Ser/Thr结构域、1个NAF结构域以及PPI结构域;进化树分析结果显示,22个GuCIPK基因可分为5个亚组。GuCIPK基因的上游启动子中存在一些非生物胁迫和激素应答元件,推测GuCIPK基因的功能发挥可能受不同信号的调控。根据组织特异性表达特征可将GuCIPK分为Ⅰ~Ⅳ4个组,其中Ⅱ组中6个GuCIPK成员在根、茎和叶片中的表达量较高,Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组的GuCIPK成员在根、茎、叶组织中的表达相对较低。利用qRT-PCR分析GuCIPK响应不同非生物胁迫的表达特征,结果表明:在盐、氧化、干旱、高温和低温胁迫下,GuCIPK基因受到不同胁迫的诱导表达。结果为进一步探究GuCIPK的功能和可能的调控机制提供了一定参考。

关键词：乌拉尔甘草 CIPK 基因家族鉴定基因表达分析非生物胁迫

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乌拉尔甘草化感自毒活性的研究

石河子大学学报（自然科学版） 2022年第5期40卷 564-570页

作者：赵智龙马淼新疆植物药资源利用教育部重点实验室石河子大学生命科学学院新疆石河子832003

本研究以乌拉尔甘草作为试验对象,探究其各器官(根、茎、叶和根状茎)是否存在化感自毒作用。利用乌拉尔甘草各器官不同浓度(0、0.025、0.1 g/mL)的水浸提液开展种子萌发试验,以模拟研究甘草根系分泌物及茎叶淋溶物对自身种子的化感自毒... 详细信息

本研究以乌拉尔甘草作为试验对象,探究其各器官(根、茎、叶和根状茎)是否存在化感自毒作用。利用乌拉尔甘草各器官不同浓度(0、0.025、0.1 g/mL)的水浸提液开展种子萌发试验,以模拟研究甘草根系分泌物及茎叶淋溶物对自身种子的化感自毒潜力,并将各器官粉末与土壤混合作为栽培基质开展盆栽试验,以评价甘草残茬和凋落物对幼苗生长的化感自毒效应。结果表明:所有器官的水浸提液均显著地降低了甘草种子的萌发指数,并表现出显著的浓度依赖效应,即水浸提液浓度越高,则对种子萌发指数的抑制效果越明显;茎、叶和根状茎高浓度水浸提液(0.1 g/mL)处理下的甘草种子最终萌发率显著低于对照组,与对照组相比分别降低11.1%、17.3%和11.1%;所有处理组的种子均存在延迟萌发现象,并且随着水浸提液浓度的提高,种子萌发的延迟效应愈加显著。在幼苗盆栽试验中,所有处理组均对乌拉尔甘草幼苗的生长具有不同程度的抑制作用,其中添加甘草根、茎和根状茎粉末的处理完全抑制了幼苗根状茎的发育。与对照组相比,添加根、茎、叶和根状茎粉末处理的幼苗地下器官甘草酸含量分别降低70.9%、21.5%、49.3%、62.5%,总黄酮含量分别降低46.4%、34.9%、30.7%和35.1%。因此,乌拉尔甘草根系分泌物、茎叶雨水淋溶物、根系残茬以及地上凋落物对其自身种子的萌发和幼苗生长均具有显著的自毒作用。

关键词：乌拉尔甘草化感自毒作用种子萌发幼苗生长

乌拉尔甘草细胞培养过程中酶促褐化发生的机理初探

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乌拉尔甘草细胞培养过程中酶促褐化发生的机理初探

作者：李雪霜内蒙古科技大学

学位级别：硕士

甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)的根和茎是一种补脾益气、清热解毒、祛痰止咳的药材,随着临床用量的增加及开发利用范围的扩大,甘草的需求量急剧增长,利用细胞大规模培养进行药用植物有效成分的生产是目前最有发展前景的生物技术... 详细信息

甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)的根和茎是一种补脾益气、清热解毒、祛痰止咳的药材,随着临床用量的增加及开发利用范围的扩大,甘草的需求量急剧增长,利用细胞大规模培养进行药用植物有效成分的生产是目前最有发展前景的生物技术手段之一,但仍有一些问题在该技术产业化过程中没有解决,在培养期间最常出现的是细胞褐化问题。褐化严重影响细胞生长,导致细胞生物量积累和次级代谢物产量下降。目前对于悬浮体系中褐化发生的机理没有清晰地认识,也没有针对有效的措施提出。本研究以乌拉尔甘草细胞为研究对象,通过改变渗透压、溶氧、流体剪切力等因素探析固-液转化后悬浮体系特有的环境对细胞褐化发生的影响,确定主要影响因素;同时对不同褐化程度的细胞进行代谢组学和转录组学分析,确定参与酶促褐化发生的主要底物及关键基因,并进行相关基因的克隆等实验,初步探析植物细胞培养过程中酶促褐化发生的机理,主要结果如下:(1)通过调节甘草细胞悬浮体系的渗透压、流体剪切力、溶氧等条件分别检测其对细胞褐化的影响(胞内总酚,PPO活性,褐化程度)。结果发现这些悬浮培养特有的环境因素均对褐化发生有一定影响,高渗透压,高流体剪切力及溶氧都会使褐化程度增加。可通过调控悬浮培养初期培养基中蔗糖的浓度和摇床的转速来控制细胞褐化的发生。(2)采用LC-MS技术对不同褐化程度的细胞进行代谢组学分析,结果发现随细胞褐化程度的增加,作为酶促褐化底物的酚类物质中,含量显著变化的主要是黄酮类与异黄酮类,这两类化合物可能作为主要底物参与细胞酶促褐化的发生。植物细胞内黄酮类与异黄酮类的合成均来自于苯丙烷途径,上游分别为莽草酸途径与糖酵解途径,其生物合成的变化必然受到这三条途径的多重调控。(3)采用RNA-seq技术对不同褐化程度的细胞进行转录组测序分析,结果发现,有75个差异表达基因在苯丙烷途径、莽草酸途径及糖酵解途径上,其中直接参与黄酮与异黄酮合成分支途径的有23个,经q PCR验证发现Gl PK、Gl PAL、Gl24CL、Gl1PDT、Gl3CHI、Gl C4H、Gl2F3’H、Gl2CCR等8个基因在褐化细胞中表达水平高于正常细胞,与转录组测序结果一致,为参与细胞褐化发生的关键基因。同时筛选到11个与细胞褐化发生相关的MYB转录因子。(4)克隆到筛选出的细胞褐化发生的关键基因Gl PK、Gl3CHI、Gl2CCR、Gl MYB1,并进行了相关生物信息学分析,为进一步通过调控这些基因的表达控制植物细胞悬浮培养过程中褐化的发生提供基础。

关键词：细胞褐化 RNA-seq LC-MSn 黄酮合成乌拉尔甘草

乌拉尔甘草单粒种子硬实特性的近红外光谱分析

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光谱学与光谱分析 2009年第10期29卷 2669-2672页

作者：孙群李军会王建华孙宝启中国农业大学农学与生物技术学院植物遗传育种系农业部基因组学与遗传改良重点实验室北京市作物遗传改良重点实验室北京100193 中国农业大学信息与电气工程学院北京100193

以乌拉尔甘草种子为材料,采用近红外光谱结合定性偏最小二乘法对244粒种子(硬实种子和非硬实种子比例为1∶1)的硬实性进行了鉴别研究,并特制一样品杯用于单粒种子的光谱采集,以降低人为误差。研究结果表明,4次重复平均光谱所建模型鉴别... 详细信息

以乌拉尔甘草种子为材料,采用近红外光谱结合定性偏最小二乘法对244粒种子(硬实种子和非硬实种子比例为1∶1)的硬实性进行了鉴别研究,并特制一样品杯用于单粒种子的光谱采集,以降低人为误差。研究结果表明,4次重复平均光谱所建模型鉴别率显著高于单次光谱所建模型,光谱范围采用4000～8000cm-1时模型效果较好,校正集、检验集、预测集样本的鉴别率分别为95.53%,95.94%和94.53%,采用不同建模样品所建模型其预测准确率均在90%以上,硬实种子和非硬实种子的预测准确率分别为92.50%和96.56%。种子大小和颜色均会影响模型的鉴别率,种子颜色的影响相对更大。

关键词：近红外光谱硬实单粒种子乌拉尔甘草

乌拉尔甘草中甘草酸、甘草苷和甘草多糖的提取分离研究

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乌拉尔甘草中甘草酸、甘草苷和甘草多糖的提取分离研究

作者：李晴陕西师范大学

学位级别：硕士

甘草酸(glycyrrhizic acid,GA)、甘草苷(liquiritin,LQ)和甘草多糖(glycyrrhiza polysaccharide,GP)为乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)中三种主要成分,具有多种生物活性,在诸多领域都有应用,如医药、食品加工和养殖业等。目前,乌拉尔甘草活性成分的提取多是单一成分(GA)或单类成分(皂苷或黄酮),在提取过程中往往产生残留,将残留物丢弃不仅浪费甘草资源,也污染生态环境。此外,在乌拉尔甘草活性成分的工业生产中,提取工艺一般采用传统的回流提取法,存在溶剂消耗大、间歇性生产和热敏性成分易被破坏等问题;或使用水提酸沉法(硫酸法),该方法存在硫酸用量大、产生酸性废液和环境污染等问题。分离单体活性成分普遍采用传统的溶剂萃取法和复杂的柱层析法,存在分离效率低、产品回收率低和排污量大等问题。因此,本研究的目的是建立同时提取乌拉尔甘草中GA、LQ和GP的高效提取工艺和梯次分离三种成分的分离工艺,建立节能环保的乌拉尔甘草深加工生产工艺,实现资源综合利用。主要研究内容与结果如下:1.建立了超声同时提取GA、LQ和GP的实验室提取工艺。基于单因素实验结果,采用响应面法(Response surface methodology,RSM)优化超声提取(Ultrasound-assisted extraction,UAE)乌拉尔甘草中GA、LQ和GP。得到最适UAE工艺为:药材粉碎80目,提取溶剂为56%的乙醇水溶液,料液比为1:20 g/m L,超声功率240W,超声温度44℃,超声时间22 min。采用此提取工艺,测得GA、LQ和GP的提取得率分别为2.38±0.03%、1.10±0.01%和32.13±0.02%;GA、LQ和GP的提取率分别为101.71±0.03%、99.10±0.01%和97.93±0.02%。使用UAE所得三种成分提取率显著高于浸提法(74.27±1.79%、66.27±1.78%和81.28±0.46%),UAE所得GA和LQ提取率显著高于回流提取法(92.62±1.22%和95.43±0.55%)。2.形成了高压喷雾逆流提取乌拉尔甘草中三种成分的生产工艺。本实验在超声提取法同时提取GA、LQ和GP工艺基础上,研究高压喷雾逆流提取GA、LQ和GP的生产工艺。工艺流程如下:60目药材10 kg,6倍量56%乙醇,以60 r/min的速率搅拌30 min,高压柱塞泵将物料混悬液喷雾到6倍量56%乙醇中,工作压力为3.0 Mpa,室温提取1次,400目板框压滤,用2倍量56%乙醇洗渣,最后将提取液过滤浓缩,干燥得到乌拉尔甘草粗提取物。采用上述工艺,GA、LQ和GP的提取率分别大于97%、95%和99%。该工艺具有的显著优点是常温提取、瞬时连续、节约能源和高效环保等,可用于GA、LQ和GP的工业化生产。3.建立了GP与GA和LQ分离的双水相萃取工艺。本研究在单因素实验基础上,采用响应面法优化了乙醇-KHPO双水相萃取分离GP,实现了GP与GA和LQ的高效分离。最佳萃取工艺为:样品质量分数为0.1%,乙醇质量分数为32%,KHPO质量分数为37%,离心时间15 min。在此工艺参数下,GP集中分配在下相,其萃取率为98.56±1.51%,GA和LQ分配在上相,其萃取率分别为99.68±0.02%和100%。4.建立了用一种大孔吸附树脂梯次分离GA和LQ的分离工艺。最适分离工艺为:选用HPD600大孔树脂,上样溶液为经过乙醇-KHPO双水相体系萃取分离除去GP后的溶液,稀释一定倍数(GA浓度为2.60 mg/mL,LQ浓度为1.26 mg/m L),上样流速为1 BV/h,上样量为8 BV,先用蒸馏水洗脱GA,流速为5 BV/h,洗脱至12 BV时,再用50%乙醇洗脱LQ,流速为5 BV/h,洗脱至8 BV。采用此分离工艺,所得GA的含量为39.74%,回收率为65.73%;LQ的含量为11.09%,回收率为54.34%。乙酸乙酯和正丁醇萃取后,GA含量可提高至50.75%,LQ含量可提高至48.75%。将GA精制为GA单铵盐,含量为78.14%。本研究建立了环保、高效、资源利用率高和产品质量高的乌拉尔甘草活性成分的提取分离技术体系,技术的提升达到了产业升级对绿水青山和高质量发展的要求,能够促进乌拉尔甘草活性成分研究、开发和工业化方面的应用。

关键词：乌拉尔甘草甘草酸甘草苷甘草多糖提取分离

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乌拉尔甘草中黄酮和萜类的结构及其活性研究

乌拉尔甘草中黄酮和萜类的结构及其活性研究

作者：王柳笛兰州大学

学位级别：硕士

乌拉尔甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）是豆科（Leguminosae）蝶形花亚科（Faboideae）甘草属（Glycyrrhiza L.）的一种多年生草本植物,多生长于干旱、半干旱地区,具有悠久的药食两用历史,以干燥根及根茎入药,是被《中国药典》收... 详细信息

乌拉尔甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）是豆科（Leguminosae）蝶形花亚科（Faboideae）甘草属（Glycyrrhiza L.）的一种多年生草本植物,多生长于干旱、半干旱地区,具有悠久的药食两用历史,以干燥根及根茎入药,是被《中国药典》收录的三种药用甘草之一。甘草属于甘肃省道地药材“陇药”之一,除医药领域外,其在日化、食品等行业也有广泛应用,同时可保水固沙,具有天然的环保价值。但长期的不合理采挖,导致国内野生甘草濒危,无法满足市场需求与环境需要。因此,可预见人工种植甘草具有潜在的社会效益、经济效益和生态效益。本研究目的是在前人工作的基础上进一步探索甘肃省人工种植乌拉尔甘草中结构新颖或生物活性良好的次生代谢产物,为深入发掘“陇药”资源提供理论依据。本论文首先综述了甘草属异戊烯黄酮类成分的结构,以及2011年至2020年间,甘草属异戊烯黄酮类成分抗肿瘤及抗炎活性的研究进展。本论文重点研究了乌拉尔甘草干燥根及根茎部分,采用各种现代色谱分离技术与方法,共得到60个化合物,包括39个黄酮、5个黄酮苷、8个三萜、1个二萜苷、2个香豆素、2个甾体及3个苯环衍生物;利用各种波谱鉴定方法或与文献数据比对确定了这些化合物的结构,其中包括4个结构新颖的紫檀烷类化合物（GF-1-GF-4）和7个结构新颖的异黄烷类化合物（GF-5-GF-11）,创新之处在于,首次从乌拉尔甘草中发现了1个结构新颖的二萜苷类化合物（GF-55）。此外,对部分化合物进行了生物活性测试,涉及抗炎活性、免疫活性以及抗衣原体活性。其中,化合物GF-22具有抑制LPS诱导小鼠巨噬细胞生成NO的抗炎作用,其IC为11.27μM;化合物GF-5、GF-14、GF-17、GF-23、GF-36、GF-41和GF-58表现出较好的免疫活性;化合物GF-16和GF-26在20μM下表现出优异的抗流产衣原体活性。

关键词：乌拉尔甘草陇药黄酮萜类生物活性