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氢水提高中药三叶崖爬藤冷胁迫抗逆性研究

发布时间:2022-11-14本文来源: 氢思语

三叶崖爬藤,中药名又名三叶青和实附子等。为葡萄科植物台湾崖爬藤Tetrastigma formosanum]的茎叶。三叶青又名实附子,石老鼠,金线吊葫芦。是葡萄科崖爬藤属植物。性平,味苦。归脾经和胃经。具有清热解毒,祛风化痰,活血止痛的功效。对于扁桃体炎,淋巴结结核,小儿高热惊厥,毒蛇咬伤,跌打损伤等症有治疗的作用。对急性支气管炎,咽喉炎,肠炎,肺炎等感染性疾病,也有很好的治疗作用。另外,三青叶还有治疗和预防癌症的作用。

对低温胁迫的抗逆性差已成为三叶崖爬藤种植业的瓶颈问题。氢气(H2)在提高植物抗逆性中起着重要作用。 然而,植物响应环境胁迫下富氢水(HRW)处理的关键因素和调控网络尚不清楚。 本研究通过代谢组和转录组的综合分析,揭示了富氢水调控的三叶崖爬藤冷胁迫应答的防御机制。 75%富氢水处理可通过降低冷胁迫条件下的气孔密度,显著提高光合效率,缓解PnCondMDASOD等抗逆性生理指标,从而缓解胁迫损伤。 共鉴定出7,883个差异表达基因DEGs439DEM 差异表达基因DEGs与苯丙素、异黄酮、单萜类和类黄酮生物合成途径的相关性最高。 通过基因共表达分析(WGCNA),我们发现一个基因模块显示总抗氧化能力和蒸腾速率之间有很强的相关性。 趋势分析表明,苯丙素生物合成途径在冷胁迫下氢水处理的转录和代谢过程中发挥重要作用。 综合基因和代谢产物分析结果表明,冷胁迫上调了血毒杆菌PALCHSCOMTCCRAtBG1等基因的表达,导致血毒杆菌针叶醇和eriodictyol含量的积累,但75% 氢水处理可减弱这种增强作用。 本研究不仅确定了氢水是抵御低温胁迫的主要策略,而且提供了类黄酮生物合成的候选基因,以便通过分子育种技术更好地提高其抗寒性。 

Liu Y, Pan J, Ni S, Xing B, Cheng K, Peng X. Transcriptome and Metabonomics Combined Analysis Revealed the Defense Mechanism Involved in Hydrogen-Rich Water-Regulated Cold Stress Response of Tetrastigma hemsleyanum. Front Plant Sci. 2022 Jun 23;13:889726.

三叶崖爬藤是维他科植物,主要分布在中国西南地区。 被列入“浙江八大名药”新批正品药材 先前的研究表明,三叶崖爬藤含有类黄酮、萜类、氨基酸和挥发油。 其中黄酮类化合物是重要的生理活性物质,与血毒杆菌的抗病毒、保肝、抗炎和免疫调节潜能直接相关。 最近,由于过度开发,野生三叶崖爬藤植物濒临灭绝。 因此,加强三叶崖爬藤的驯化和人工栽培,减少对野生资源的依赖势在必行。 然而,三叶崖爬藤的人工栽培明显受到抗寒性差的限制。 冷害已成为影响三叶崖爬藤生长和地理分布的主要环境因子。 另一方面,低温下细胞会发生渗透胁迫,自由基爆发,物质代谢紊乱,严重影响药材质量。 提高三叶崖爬藤抗寒新品种的另一种简单有效的方法是利用外源物质。  
氢一直被认为是一种生理惰性气体。 2007年,《自然医学》杂志首次报道氢气通过选择性清除羟基自由基减轻大鼠大脑动脉缺血再灌注引起的氧化损伤,引起了研究者的广泛兴趣。 目前,氢气的植物效应研究起步相对较晚,也取得了一定进展。 许多研究者认为,氢可能是除一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和硫化氢外,另一种重要的生物活性信号转导气体分子。由于氢气无色、无味,且具有渗透性强、扩散快的潜在优点,有人推测经过处理后不会造成环境污染。 
研究表明,非生物胁迫可以导致植物内源氢气的释放,外源富氢水处理也可以刺激内源氢气的产生,可以缓解非生物胁迫的不利影响。 XieDai等人的研究表明,氢水处理增强了植物对盐和重金属的抗性。 Zhao等人(2017)发现,外源氢水(25-75%浓度)处理提高了玉米幼苗的铝耐受性,其中75% 氢水处理效果最显著。 75%的氢水处理使干旱条件下活性氧的合成有很大程度的逆转,拟南芥的耐旱性得到很大程度的提高。 我们之前的实验也证实了75%的氢水是提高三叶崖爬藤抗寒性的最适宜浓度。  
然而,关于氢水的研究还处于起步阶段,研究主要集中在对其生物学效应的探索上。 氢气缓解胁迫作用仅在少数模式植物和作物上进行。 大多数指标与初级代谢有关,如生长、发育和器官分化。 此外,植物次生代谢产物被广泛发现与其抗逆性密切相关,是决定药用植物质量的关键因素。 但外源氢气对植物次生代谢影响的研究较少。 本研究通过生理生化指标分析,分析了外源氢气对冷胁迫下三叶崖爬藤冻害和品质变化的影响,并通过比较转录组学和代谢组学的方法探讨了氢水缓解冷害的可能分子机制。 为丰富植物气体信号分子代谢及功能的理论研究,拓展氢水在药用植物人工种植中的应用提供理论依据。