CN117481124B - 秦皮甲素在提高水曲柳抗旱能力中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及秦皮甲素在提高水曲柳抗旱能力中的应用，涉及林木培育技术领域。本发明提供了化合物秦皮甲素在提高水曲柳抗旱能力方面的新用途，为进一步解析水曲柳耐旱机制奠定了基础，同时对筛选抗旱能力较强的水曲柳家系具有重要意义。

Description

秦皮甲素在提高水曲柳抗旱能力中的应用

技术领域

本发明涉及林木培育技术领域，特别是涉及秦皮甲素在提高水曲柳抗旱能力中的应用。

背景技术

水曲柳（Fraximus mandschurica Rupr.）是木犀科白蜡属落叶乔木，与胡桃楸、黄菠萝被称为中国东北珍贵的“三大硬阔树种”。水曲柳树高可达30 m，胸径可达1m，主要分布于海拔700-2100米的山坡疏林中或河谷平缓山地。

水曲柳除了具有较高的观赏价值和生态价值外，还具有较高的经济价值，是制作家具、乐器、运动器材的良好材料。近些年来，由于全球变暖、极端天气的发生，水曲柳在很大程度上被破坏，加之社会需求量不断增加，过度开发以及大量砍伐导致水曲柳资源日益匮乏。

干旱胁迫是一种较为常见的非生物胁迫，会使植物含水量降低、光合作用受损、生物量减少，严重抑制植物的生长。水曲柳在生长过程中会遭受阶段性干旱胁迫，现在更多的研究集中于其种子萌发、遗传改良、繁殖技术开发及基因功能分析等方面，对于水曲柳耐旱方面的研究仍然有待深入探索。

发明内容

本发明的目的是提供秦皮甲素在提高水曲柳抗旱能力中的应用，以解决上述现有技术存在的问题，实现水曲柳抗旱能力的提升。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供秦皮甲素在提高水曲柳抗旱能力中的应用。

作为本发明的进一步优选，应用对象为水曲柳幼苗。

作为本发明的更进一步优选，应用部位为水曲柳幼苗叶片和/或根。

本发明还提供一种通过外源施加秦皮甲素提高水曲柳抗旱能力的方法。

作为本发明的进一步优选，秦皮甲素的施加对象为水曲柳幼苗。

作为本发明的更进一步优选，秦皮甲素的施加部位为水曲柳幼苗叶片和/或根。

作为本发明的进一步优选，秦皮甲素的施加浓度为20μg/mL-100μg/mL。

作为本发明的更进一步优选，秦皮甲素的施加浓度为50μg/mL。

本发明外源施加秦皮甲素，可以通过提高水曲柳叶片的保水力而提高水曲柳幼苗的抗旱能力。

本发明公开了以下技术效果：

次生代谢产物是由植物自身产生的，具有器官特异性，主要分为酚类化合物、萜类化合物和含氮有机碱三大类。香豆素属于黄酮类化合物，对病虫害的防治具有一定作用，且是水曲柳所特有的次生代谢产物。本发明提供了香豆素类化合物秦皮甲素在提高水曲柳抗旱能力方面的应用，为进一步解析水曲柳耐旱机制奠定了基础，同时对筛选抗旱能力较强的水曲柳家系具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1干旱处理对水曲柳叶片和主根中秦皮甲素含量的影响；其中，A为秦皮甲素标准品和干旱下水曲柳主根（样品）秦皮甲素的HPLC色谱峰图；B为各组水曲柳叶片中秦皮甲素的含量；C为各组水曲柳主根中秦皮甲素的含量；

图2为本发明实施例2中不同浓度秦皮甲素处理对水曲柳叶片失水率的影响；

图3为本发明实施例3中外源秦皮甲素对干旱条件下水曲柳幼苗鲜重的影响；

图4为本发明实施例3中外源秦皮甲素对干旱条件下水曲柳幼苗单位质量叶片含水量的影响。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

1.实验材料

所用植物材料为长势一致的普通两年生水曲柳幼苗。

2.实验方法

实验分组：将长势一致的水曲柳幼苗随机分为两组，即对照组（正常供水组）和干旱处理组（断水处理组），每组3个重复，每个重复5株水曲柳幼苗。

实验处理：对各组盆栽植物进行灌水至饱和状态；对照组生长过程中正常供水；干旱处理组断水20d后复水300毫升，之后每隔9 d复水300毫升。处理53d后，对各组水曲柳进行取样，样品于115 ℃烘箱杀青15 min，并于65 ℃烘干至恒重，以干样形式保存备用。

采用广靶LC-MS对水曲柳叶片进行代谢组测定。

干旱胁迫会导致植物水分供应不足，影响植物的水分分配，引起植物叶片气孔关闭以减少水分散失，长期水分供应不足会对植物叶片造成氧化损伤，光系统被破坏导致光合作用进一步下降。通过广靶LC-MS对干旱处理的水曲柳叶片进行代谢组分析，共鉴定出了542种代谢物，其中黄酮类、萜类、酚类和生物碱等分别占所鉴定代谢物的18.63%、11.99%、9.41%和8.67%（表1），是所鉴定代谢物的主要类别。代谢组数据分析显示，水曲柳叶片响应干旱胁迫的差异代谢物共13种（表2），上调和下调代谢物分别为7种和6种，其中，秦皮甲素含量显著上升，说明其在水曲柳抵抗干旱方面可能发挥着重要作用。代谢组数据分析表明，秦皮甲素是干旱下的上调差异代谢物，而秦皮甲素作为水曲柳中特有的次生代谢物，对于评判不同家系水曲柳抗旱能力具有重要意义。

表1

表2

3.液相色谱测定水曲柳叶片和主根中秦皮甲素的含量

为了进一步确定干旱胁迫下水曲柳叶片中秦皮甲素含量的变化，通过高效液相色谱对水曲柳叶片和主根中的秦皮甲素含量进行测定：

对照组和干旱处理组均分别精密称取3份0.2 g水曲柳叶片和主根的干燥粉末，并分别采用20 mL甲醇回流提取1h，重复提取2次，使用蒸发皿在60℃下浓缩提取物，之后加入2mL甲醇溶解并离心，收集上清液，用甲醇定容至2 mL。使用经过验证的反相高效液相色谱（HPLC）系统（Waters 1525；Waters公司），采用Waters公司的C18色谱柱（250 nm×4.6 mm），以流动相A（乙腈）和B（纯水）进行等度洗脱（A：B为0.13：0.87），流速为1.0 mL/min，洗脱时间为20min，紫外波长为348nm，进样量为20 μL。

图1为干旱处理对水曲柳叶片和主根中秦皮甲素含量的影响：A为秦皮甲素标准品和干旱下水曲柳主根（样品）秦皮甲素的HPLC色谱峰图；B为各组叶片中秦皮甲素的含量；C为各组主根中秦皮甲素的含量。

由图中可以看出，秦皮甲素标准品在5.75 min时出现色谱峰，进行测定的经干旱处理的水曲柳主根在相同时间出现色谱峰。根据峰面积计算秦皮甲素的含量，在水曲柳叶片中（图1中B），对照组的秦皮甲素含量为1.60 mg/g，干旱处理组的秦皮甲素含量为4.48mg/g，比对照组高1805.93%。另外，在水曲柳主根中（图1中C），对照组的秦皮甲素含量为0.23mg/g，干旱处理组的秦皮甲素含量为1.65mg/g，比对照组高616.62%。说明干旱处理不仅使水曲柳叶片中积累了秦皮甲素，也使水曲柳根系中积累了秦皮甲素。

实施例2

外源秦皮甲素对水曲柳离体叶片失水率的影响：

植物叶片保水能力是衡量植物抗旱能力的重要指示之一，于是通过对叶片水分散失的情况统计，来判断外源秦皮甲素对水曲柳抗旱性是否有影响：

选取同一部位大小一致的离体水曲柳叶片，将其分为5组，每组10个叶片；在0-100μg/mL秦皮甲素设置浓度梯度：分别用蒸馏水（CK）、20 μg/mL秦皮甲素、50 μg/mL 秦皮甲素、80 μg/mL秦皮甲素和100 μg/mL秦皮甲素进行浸泡处理，处理24 h后，吸干叶片表面多余水分，对每片叶片称重，并每隔1 h对其称重。

图2为不同浓度秦皮甲素处理对水曲柳叶片失水率的影响。

在使用不同浓度秦皮甲素浸泡后的叶片中，1 h-5 h的5个时间点，20 μg/mL秦皮甲素处理的水曲柳叶片失水率一直略低于对照组，但未达到显著差异；50 μg/mL秦皮甲素处理的叶片失水率始终低于对照组；80 μg/mL和100 μg/mL秦皮甲素处理的叶片失水率与对照相比无显著差异。其中，50 μg/mL秦皮甲素处理的叶片失水率相对于对照而言，叶片失水率在1 h、2 h、3 h、4 h和5 h后分别降低了11.57%、8.20%、8.67%、9.75%和11.07%，除在2h外，均达到显著差异。说明秦皮甲素能够减缓水曲柳叶片的水分散失，进而提高其保水能力。

综上，本发明代谢组数据分析表明，秦皮甲素是干旱下的上调差异代谢物，在水曲柳抗旱过程中可能发挥重要功能，进一步探究水曲柳叶片和主根中秦皮甲素的含量发现，在叶片和主根中，干旱处理组与对照组相比均显著升高；选用相同部位离体的水曲柳幼苗叶片进行失水率测定，结果表明，秦皮甲素能够提高水曲柳幼苗叶片的保水力，进而促进水曲柳幼苗的抗旱能力。

实施例3

外源秦皮甲素对水曲柳抗旱能力的影响：

将长势一致的一年生水曲柳盆栽幼苗全部灌水至饱和状态后分成三组，即对照组（正常供水组）、干旱处理组和干旱+50 μg/mL秦皮甲素组，每组3次重复，每次重复5株水曲柳幼苗。其中，对照组生长过程中正常供水；干旱+50 μg/mL秦皮甲素组为：在盆栽幼苗进行灌水至饱和状态后断水处理，当盆栽幼苗中土壤相对含水量为20%时进行秦皮甲素补充处理，秦皮甲素补充浓度为50 μg/mL，补充2天，总体积为40 mL（2次/天，10 mL/次）；为了保证干旱处理组与干旱+50 μg/mL秦皮甲素组含水量一致，干旱处理组也相应补充相同体积的水（2次/天，10 mL/次；共补充2天，总体积为40 mL）。之后将上述干旱+50 μg/mL秦皮甲素处理的盆栽苗以及干旱处理组的盆栽苗再次断水处理，当盆栽幼苗中的土壤相对含水量第二次达到20%时（二次断水后第15天）进行取样测定其鲜重和叶片含水量。

外源秦皮甲素对干旱条件下水曲柳幼苗鲜重的影响见图3；外源秦皮甲素对干旱条件下水曲柳幼苗单位质量叶片含水量的影响见图4。

如图3所示，干旱处理的水曲柳叶片鲜重比对照组降低了51.64%，而干旱+50 μg/mL秦皮甲素处理下的水曲柳叶片鲜重比单独干旱处理组增加了55.07%。干旱处理、干旱+秦皮甲素处理对水曲柳幼苗茎和根的鲜重无显著影响。与对照组相比，干旱处理组单株鲜重降低了26.14%；与干旱处理组相比，干旱+50 μg/mL秦皮甲素组单株鲜重增加了13.86%，但未达到显著差异。

由图4可以看出，与对照组相比，干旱处理组单位质量叶片含水量降低了16.09%；与干旱处理组相比，干旱+50 μg/mL秦皮甲素组单位质量叶片含水量增加了13.15%，显著高于干旱处理组。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.秦皮甲素在提高水曲柳抗旱能力中的应用，其特征在于，应用部位为水曲柳幼苗叶片和/或根；秦皮甲素的应用浓度为20μg/mL-50μg/mL。

2.一种通过外源施加秦皮甲素提高水曲柳抗旱能力的方法，其特征在于，秦皮甲素的施加部位为水曲柳幼苗叶片和/或根；秦皮甲素的施加浓度为20μg/mL-50μg/mL。