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党参(Codonopsis pilosula)是中国传统大宗补益药材,兼作食品和医药。《中医药发展战略规划纲要(2016-2030年)》建议进一步加强中药资源保护和利用、规范化种植和产业发展水平。人工栽培技术已成为保护野生党参和解决其供需矛盾的有效途径。现代研究表明,多糖和炔苷是党参的主要活性成分,其生物合成受药材基因型和环境的影响和调控。随着微生物多样性分析和功能基因组学的发展,进一步表明内生真菌对宿主植物的生长和代谢产物的合成有着重要的影响。因此,通过探究内生真菌对药材活性成分生物合成的影响,不仅可以了解药用植物内生真菌与药材活性成分生物合成的相关性,还可能进一步完善药材品质形成的关键机制,实现外部因素与内部因素的高度统一。本研究从党参内外生态角度入手,通过纯培养方式研究了不同时空生境条件下甘肃道地药材党参根部内生真菌多样性;通过共培养策略研究了促生长菌株对宿主中多糖积累的分子机制。主要结果如下:(1)通过对甘肃省定西党参主产区六个样地四个季节的土壤理化性质测定表明:根区土壤p H值均为中性偏碱,含水率保持在9.53%以上,随季节变化差异不显著;电导率变化显著,在秋季和冬季时骤降;有机质含量除在陇西春季所采土样以外,都保持在5.65%以上;全氮含量在春季时最低,其它三个季节的全氮含量均保持在239.33-600.6 mg/kg,春季和夏季的全磷含量显著高于秋季和冬季的;全钾含量在春季显著高于其它季节,春季和夏季的速效氮和速效磷含量低于秋季和冬季的;而有效钾的含量在四个季节中处于动态变化;除蛋白酶活性时高时低以外,过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶的活性均呈现季节性变化;秋季和冬季的过氧化氢酶和蔗糖酶活性显著高于春季和夏季的;秋季和冬季的脲酶活性低于春季和夏季。对甘肃省定西党参主产区六个样地四个季节的14个土壤理化因子以及温度与海拔进行相关性分析发现:六个党参主产区分别在春季和夏季时的土壤理化因子存在相似性;全钾与其它15个环境因子均呈负相关;全钾、过氧化氢酶、蔗糖酶、速效氮、有机质、速效磷、全氮、p H、脲酶、全磷和电导率的贡献率大,故可将这个11个环境因子认为是影响甘肃省定西党参主产区六个样地土壤肥力的主要环境因子。(2)采用纯培养技术对党参根部内生真菌进行分离和纯化,共分离得到706株,分属于3门,7纲,8目,14科,20属,其中优势菌门Deuteromycotina(半知菌亚门)占分离总菌株数的53.83%;Fusarium sp.(镰孢菌属)、Aspergillus sp.(曲霉属)、Alternaria sp.(链格孢属)、Penicillum sp.(青霉属)和Plectosphaerella sp.(小不整球壳菌属)为优势属,相对频率分别为29.04%、27.76%、10.34%、8.22%和7.93%;就季节而言:春季,岷县的内生真菌菌群丰富度最高,会川和陇西最低;夏季,临洮内生真菌的丰富度最高,会川和漳县次之,渭源最低;秋季,会川地区内生真菌的丰富度最高,临洮最低;冬季,会川和渭源内生真菌的丰富度最高,临洮最低。随着季节变化,党参根部内生真菌种群结构出现明显的动态变化。总体上从秋季分离出的菌株最多,分离率最高。根据内生真菌种类组成相似性系数计算可知,岷县与临洮的内生真菌群落相似性最高,会川和临洮的内生真菌群落相似性最低。通过内生真菌与环境因子关联性分析发现:春季和夏季,速效钾是驱动内生真菌群落变化的主要因子;秋季,全氮是驱动群落变化的主要因子;冬季,海拔是驱动群落变化的主要因子。(3)党参内生真菌木霉属(Trichoderma sp.)菌株RHTA01特性研究表明:菌株RHTA01是长枝木霉(Trichoderma Longibrachiatum),对党参没有致病性,能在霍格兰液体培养基中生长;具有固氮、解磷、产铁载体、产吲哚乙酸(IAA)和产纤溶酶、接触酶、纤维素酶、壳聚糖酶、复合酶和碱性蛋白酶的能力;对葡萄糖(碳源)、尿素(氮源)的利用率最高;培养5天后无机磷培养基(PVK)中的速效磷含量达到12.1429mg/L;在霍格兰培养基和阿须贝培养基中产IAA,产量分别为0.001 mg/m L和0.0242mg/m L;在察氏培养基、阿须贝培养基和无机磷培养基(NBRIP)中铁载体的产量分别为2.27%、33.99%和72.27%;1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶活力为3.24μmolα-丁酮酸(ketobutyrate)mg-1protein h-1。通过菌株RHTA01与党参苗共培养,发现该菌株具有良好的促生能力。(4)通过外源施加四种外源信号分子(一氧化氮(NO)、过氧化氢(H2O2)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA))及其对应抑制剂(一氧化氮淬灭剂(c PTIO)、过氧化氢酶(CAT)、反式肉桂酸(trans-CA)和水杨苷异羟肟酸(SHAM)至党参幼苗中,发现与党参苗多糖(CPP)含量相关的主导信号分子是SA,与党参生长特性相关的主导信号分子是NO、H2O2和JA;根鲜重(RW)与根长(RL)、整株鲜重(TW)、株高(p H)、叶片数(LN)呈正相关,与根部CPP含量、茎叶部CPP含量呈负相关。施加菌株RHTA01时,党参苗的RW、RL和LN增加;NO增加了党参的根直径(RD)、PH和LN;JA降低了党参的TW、RW、RL、RD、PH;NO和H2O2共同影响党参苗的RD和RL;NO和SA共同影响党参苗的TW、RW、RD、PH和LN;NO和JA共同影响党参苗的RW和RL;H2O2和SA共同影响党参苗的TW;SA和JA共同影响党参苗的PH和LN。NO是党参信号转导系统的上游信号分子。(5)进一步研究了上述外源信号在该菌株对党参苗生长和多糖积累中的作用。结果表明,施加菌株RHTA01后,NO和H2O2是影响党参苗根部生长特性的主要因子;而影响党参苗地上部分生长特性的因子是多方面相互作用的结果。党参苗6个生长特征之间呈正相关关系。施加菌株RHTA01,提高了党参苗总叶绿素含量、根系活力、可溶性蛋白含量、SA含量、JA含量、蔗糖合成酶活性、酸性转化酶活性;根部的过氧化氢酶活性;茎部的丙二醛含量、脯氨酸含量、多酚氧化酶活性、谷氨酰胺合成酶活性、硝酸还原酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性;叶部位的过氧化物酶活性、NO含量;根和茎部位的过氧化氢含量;茎和叶部位的超氧化物歧化酶活性、多糖含量;降低了党参苗还原糖含量、蔗糖磷酸合成酶活性;根部的超氧化物歧化酶活性、多糖含量;叶部位的过氧化氢含量;根和茎部位的过氧化物酶活性、NO含量;茎和叶部位的过氧化氢酶活性;根和叶部位的丙二醛含量、脯氨酸含量、多酚氧化酶活性、谷氨酰胺合成酶活性、硝酸还原酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性,说明菌株RHTA01有防止党参苗氧化损伤和促进多糖积累的作用。施加菌株RHTA01、四种信号分子及其抑制剂以及信号分子组合得到四种信号分子相互作用关系:NO是H2O2、SA和JA这三种信号分子的上游信号,且H2O2、SA和JA对NO具有反向调节作用;H2O2与SA、JA之间即存在协同作用又存在拮抗作用,SA和JA即存在协同作用又存在拮抗作用,推测H2O2、SA、JA之间没有上下游之分,处于平行关系。综合分析显示,菌株RHTA01对党参苗多糖的积累的诱导效应是由NO和H2O2依赖于SA和JA此信号途径所介导的,而这可能只是党参多糖积累信号网络其中的一条信号通路。