红皮病人参酚类化合物代谢分析及其发病机理解析

【摘要】人参（PanaxGinseng）是五加科人参属多年生宿根草本植物，是我国重要的名贵的中药材，在我国有悠久的历史。人参产业是吉林省的优势特色资源产业，更是长白山地区重要的经济支柱产业之一。人参忌连作，老参地栽参一般3年后的存苗率在25％以下，甚至绝收，所以我国长期以来采用毁林栽参方式栽培人参，导致了森林资源遭到极大损失，森林生态平衡遭到破坏，水土流失严重。人参红皮病普遍发生于栽培过程中，是连作障碍中最普遍的生理性病害。本实验室前期工作发现：人参红皮病的发生与人参连年栽培导致土壤酸化，土壤中活性铝含量增加形成铝毒等土壤性质有关。铝毒会刺激人参合成酚类化合物，酚类化合物在人参表皮堆积氧化形成红色沉淀，同时人参也会激活自身抗氧化系统来缓解酚的氧化。鉴于人参红皮病与酚类化合物累积和氧化的紧密相关性，本研究重点针对人参红皮病酚类化合物的成分、代谢以及人参氧化和抗氧化系统进行生理生化和分子水平上的研究，从而进一步解析人参红皮病的发病机理，主要结果如下：对人参红皮病病皮组织化学成分的分析发现红皮病人参表皮总酚含量显著增加，但木质素和花青素含量无显著差异。对病皮组织化学成分的分离纯化没有鉴定到酚类化合物，可能在分离的步骤中酚类化合物流失，需要重新优化分离条件。对健康人参和红皮病人参酚类化合物生物合成相关酶活性及其编码基因转录水平的研究发现红皮病人参表皮具有较高的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）、莽草酸脱氢酶（SKDH）、苯丙氨酸裂解酶（PAL）、肉桂酸-4-羟化酶（C4H）等酚类化合物合成酶活性及编码相关酶基因的转录水平，咖啡酸-O-甲基转移酶（COMT）、咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶（CCOMT）、4-香豆酸：辅酶A连接酶（4CL）、花青素合成酶（ANS）、黄酮-3’,5’-羟化酶（F35H）、查尔酮异构酶（CHI）、黄烷酮醇-4-还原酶（DFR）、UDP-黄酮葡萄糖基转移酶（UFGT）等涉及花菁素合成和木质素合成的酶活性水平及基因转录水平也有提高，而黄酮醇合成酶(FLS)、异黄酮-O-甲基转移酶（IOMT）、异黄酮-2-羟化酶（I2H）等涉及黄酮和异黄酮合成的酶的活性及转录水平下降。对健康人参和红皮病人参氧化和抗氧化系统相关酶活性及其基因转录水平的研究发现红皮病刺激了人参根部表皮编码多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）的基因的表达，提高了PPO和POD酶活性，同时人参自身编码抗氧化酶类超氧化物歧化酶（SOD）、超氧化物酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、谷胱甘肽合成酶（GS）、谷胱甘肽还原酶（GR）等基因转录水平上调，以及相关酶活性水平也有提高。通过外源施用抗坏血酸（AsA）和Ca2+的田间实验发现，外源AsA和Ca2+的田间施用可缓解和改善人参红皮病症状。Ca2+可缓解土壤中Al3+对植物的毒害作用，AsA是抗氧化剂，可减轻因铝胁迫而导致的氧化胁迫。这一结果进一步说明了铝胁迫和酚类化合物的氧化是红皮病发病的重要原因。合成和分泌酚类化合物是植物抵抗外界环境胁迫的一种手段。从实验结果我们推测红皮病是人参长期处于铝毒胁迫下的一种自发的自我保护机制。为了抵抗铝毒，人参会向外分泌大量酚酸、花青素等酚类化合物。同时，铝胁迫会刺激人参体内活性氧的生成。于是长时间的铝胁迫导致酚类化合物在人参表皮堆积、氧化形成红色病皮组织。
【作者】张博；
【导师】尤江峰；
【作者基本信息】吉林大学，植物营养学，2014，硕士
【关键词】人参；红皮病；酚类化合物；抗氧化酶；抗坏血酸；

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