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参地土壤pH值与连作障碍问题初探
从土壤酸化角度入手,总结对人参生产实践具有实际意义的规律;植参土壤pH值下降主要原因,是无机肥大量施用;利用老参地栽培西洋参也是一条可以探讨的方向.
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连作地黄cDNA消减文库的构建及分析
目的:通过构建连作地黄cDNA消减文库,探讨地黄连作障碍的分子机制.方法:利用抑制性消减杂交(SSH)技术构建连作地黄的正反消减文库,通过蓝白斑筛选、PCR的方法鉴定出阳性克隆,并对其进行测序和生物信息学分析.结果:连作地黄cDNA消减文库构建成功,正向和反向消减文库均筛选了300个阳性克隆.测序结果表明:正库、反库分别获得232条、214条特异的EST序列;经NCBI数据库分析,正库、反库中分别有200,195条EST序列的基因具有蛋白功能注释;COG基因功能预测结果表明,正库、反库中分别有60,61条EST序列具有相应的的基因功能分类,涉及21个代谢途径.结论:差异表达基因的功能注释表明,连作对地黄体内的基因表达具有深刻的影响.本研究筛选地黄响应连作的关键基因,为揭示地黄连作障碍的分子机制奠定了基础.
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连作地黄根际土壤中酚酸类物质的动态变化
目的:通过对正茬和重茬地黄进行大田生物测试,并检测土壤中的一元酚酸类物质,为缓解地黄化感自毒作用和消减连作障碍提供理论依据.方法:采用HPLC检测不同生育时期的正茬和重茬地黄根际土壤中与化感现象密切相关的5种酚酸(阿魏酸、对羟基苯甲酸、香草酸、香豆酸和丁香酸).结果:正茬地黄生长健壮.收获时,正茬地黄的块根干重和体积分别为重茬地黄的6.02,7.71倍.结论:苗期和伸长期是连作地黄自毒作用发生的关键时期,此时期,重茬地黄土壤中阿魏酸、香豆酸、丁香酸和对羟基苯甲酸的含量和重茬地黄叶片、块根的生长有较强的反比关系,其中阿魏酸对重茬地黄的抑制作用占主要方面.
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连作对地黄生长的障碍效应及机制研究
目的:通过研究连作地黄的生理生化效应,探讨地黄的连作障碍机制.方法:测定分析地黄的生长指标、块根ATP酶活性、根系活力及营养吸收等生理生化指标的变化.结果:连作地黄的生长速度降低,叶片面积下降,造成源能力不足,光合产物减少;抑制了块根ATP酶活性及地黄的根系活力,抑制了对钾和氮的吸收,造成植株钾和氮素营养胁迫.结论:连作地黄源能力的不足是限制地黄块根膨大的重要因素;连作地黄根系活力、三磷酸腺苷酶(ATP酶)活性的下降及地黄植株的钾和氮素营养胁迫是影响连作地黄生长及块根膨大的原因之一.
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中药三七质量评价半微量方法及在三七连作障碍样品分析中的应用
该研究旨在建立三七质量评价半微量方法并应用于三七连作障碍样品分析.采用100倍量水饱和正丁醇超声提取0.1g三七样品,所建立的半微量提取方法相比于甲醇常量提取法对5个主要皂苷类成分及三七皂苷K和Fa提取效率高9.6％～20.6％,且重复性良好,RSD＜2.5％.LC-MS-IT-TOF技术指认指纹图谱16个皂苷类成分特征峰,包括8个人参二醇型皂苷和8个人参三醇型皂苷.利用HPLC指纹图谱相似度评价及对特征峰峰面积提取可进行三七的质量分析.应用所建立的方法对人工干预克服连作障碍三七样品质量评价的结果表明:指纹图谱相似度、三七皂苷Fa的相对含量及三七皂苷K与三七皂苷Fa的比值(N-K/Fa值)均可作为评价连作地三七质量恢复程度的指标,其中N-K/Fa值同样适用于不同生长年限三七样品的区分.正常(无连作栽培)组样品三七皂苷K与三七皂苷Fa的峰面积比值为0.45～1.33;连作组样品个头小于正常组,指纹图谱与正常组相似度均低于0.87,三七皂苷Fa的峰面积显著低于正常组,N-K/Fa值显著高于正常组,为2.35 ～4.74,与正常组三七样品质量存在差异.人T干预一组的样品与正常组相似度均高于0.87,且16个特征峰的峰面积和分布模式均与正常组无显著差异,N-K/Fa值为0.42～2.06.人工干预二组的样品除重量较小的样品外,其余均与正常组指纹图谱相似度较高,三七皂苷K显著高于正常组,N-K/Fa值为0.96 ～6.16.连作障碍经人工干预后三七的质量均有不同程度的恢复和提高,其中人工干预一组的三七质量恢复情况优于人工干预二组.该研究建立的三七质量评价半微量方法,采用指纹图谱及峰面积比值作为评价指标可避免含量测定的繁琐及昂贵,为连作障碍三七样品的质量分析提供了简便、快速和准确的评价方法,且可应用于三七不同年限等样品的质量评价.
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地黄适生地分析及等级划分
地黄为常用中药材,道地产区为河南省的武陟、温县和孟县等,20世纪70年代引种到山西省南部的临纷、侯马等地,并大面积栽培.地黄年种植面积为0.4～0.7万hm2,年产量为100万kg.由于地黄种植存在连作障碍,一般种植一茬后15～20年才能再次种植,因此,河南和山西的道地产区已经无大面积的土地可以种植,为此,地黄的种植地不断地向周边地区发展,如近年来山西省中部地区也在发展地黄的种植.
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地黄主要成分水苏糖对土壤细菌的影响
地黄Rehmannia glutinosa Libosch.是我国栽培历史悠久的中药材之一,早在南北朝时期,贾思勰就在《齐民要术》中记载了"种地黄法"[1].明代卢之颐记载:"种植(地黄)之后,其土便苦……足十年,土味转甜,始可复种地黄.否则味苦形瘦,不堪入药也"[2].可见当时地黄种植区就已存在明显的连作障碍.据调查,目前地黄主产区普遍存在连作现象,致使地黄病害加重、块根细小、产量下滑、质量不稳、种植效益低下等,严重威胁着其规范化种植,但导致地黄连作障碍的原因至今不明.
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地黄植株体内miRNAs与其连作障碍关系的研究进展
MicroRNAs是一类内源性小分子的非编码RNA,它通过对其靶基 因的降解或抑制翻译来调控基因表达,进而调控植物的生理活动.植物在遇到逆境胁迫时,miRNAs 会作用于与逆境相关的基因,启动体内的抗逆机制抵抗不利因素.地黄的连作障碍也是一种胁迫,从miRNAs水平上研究,有利于解读地黄连作障碍的分子机制.该文对地黄体内miRNAs的功能及调控 机制进行了综述,并对miRNAs在地黄的研究中进行了展望.
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多元组学背景下地黄连作障碍形成的分子机制研究进展
连作障碍的研究虽然已经有多年的历史,但目前仍没有有效的治疗方法,其根本原因是其形成体系的复杂性.该文从连作植物根际土壤多元因子的互作关系入手,详细阐述了栽培植物连作障碍形成的生理生态机制,提出了栽培药用植物、自毒化感物质和根际微生物间复杂的多元互作是驱动连作障碍形成的根本原因,指出了植物功能基因组学和代谢组学以及微生物宏组学相结合的多元组学技术在深入理解特定生境多因子互作关系研究中的优势.同时,该文以地黄为例,从根际化感自毒物质累积效应、根际微生态的灾变及连作植株的分子响应等多元角度综述了地黄连作障碍形成的分子机制,并详细总结了多元组学技术在这些机制研究中的运用和进展.该文为从分子水平上系统地揭示栽培药用植物连作障碍形成的分子机制提供了新的思路.
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基于病虫害综合防治的人参连作障碍消减策略
连作障碍制约参地资源,严重威胁人参产业的可持续发展.栽培地土壤理化性状劣变、化感物质累积、农残及重金属增加、养分失衡、根际微生态系统失调和土传病害增加等是导致人参连作障碍的重要因子,其中病虫害是关键因素之一.人参栽培过程中病虫害种类较多,已报道的病害有40多种,连作参地土传病虫害尤为严重.该文综述近年来人参栽培中主要病虫害及其防治途径,试图从病虫害防治方面提出人参连作障碍的消减策略,为人参连作问题的解决提供参考.
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药用植物DNA标记辅助育种(一):三七抗病品种选育研究
药用植物DNA标记辅助育种以DNA多态性为基础,依据分子杂交、聚合酶链式反应、高通量测序等技术,筛选与高产、优质、抗逆等表型关联的DNA片段作为标记,辅助新品种的选育.该研究采用DNA标记辅助育种结合系统选育的技术,选育首个三七抗病新品种“苗乡抗七1号”.结果表明,基于RAD-Seq技术检测出抗病品种包含12个特异SNP位点,经验证record_519688位点与三七抗根腐病相关,包含此位点的基因片段可作为抗病品种的遗传标记辅助三七系统选育;与常规栽培种相比,抗病品种种苗根腐病及锈腐病的发病率分别下降83.6％,71.8％;二年生及三年生三七根腐病的发病率分别下降43.6％,62.9％.此外,依据与抗病关联的SNP筛选三七潜在的抗病群体,该模式扩大目标群体并提高选育效率.药用植物DNA标记辅助育种将加快药用植物新品种选育及推广的进程,保障中药材产业健康发展.
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不同条件下连作杭白菊内生菌群的T-RFLP分析
通过研究轮作以及有机肥处理对连作杭白菊各器官内生细菌多样性和优势菌属的影响,揭示轮作和有机肥在缓解杭白菊连作障碍中的作用,筛选能够增强连作白菊抗病能力的有益内生菌.实验共设4个处理组,分别为连作处理、轮作处理、连作后施自制蚕沙发酵有机肥处理以及连作后施市售菌肥处理,通过基于16S rDNA的末端标记限制性片段长度多态性技术(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)分析这些处理对杭白菊各器官内生细菌多样性及优势菌属的影响.结果显示,HaeⅢ内切酶能产生更多的TRFs数,比HinfI酶更适合用来分析杭白菊内生菌多样性.有机肥和菌肥处理组的内生菌Simpson指数与轮作组相近,均高于连作,说明土壤外源微生物的添加导致植物内生菌多样性提高.实验共筛选出18种优势菌属,包括3种厚壁菌、4种放线菌和11种变形菌,其中节杆菌属、链霉菌属、黄杆菌属和分支杆菌属等优势菌属均在轮作组和菌肥组中检测到,而连作组中缺乏,说明添加外源微生物与轮作处理对杭白菊的内生菌群的影响基本类似,同时也说明这些菌的增加可能会通过影响连作白术的生长来缓解连作障碍.此外,比较不同器官中的内生菌的多样性及优势菌数量发现,根中高,茎次之,叶中少,这与内生菌侵入植株方式有关.总之,连作导致杭白菊内生细菌多样性降低,而轮作和菌肥处理后均能通过增加土壤微生物的多样性水平从而使连作杭白菊内生细菌多样性提高,终达到缓解白菊连作障碍的目的.
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人参根际真菌群落多样性及组成的变化
连作障碍导致人参减产减收,影响人参产业的可持续发展.土壤真菌群落参与关键生态过程,其多样性及组成的变化与连作障碍相关.该研究采用高通量测序技术,分析人参根际土壤真菌群落多样性及组成的变化,阐述人参栽培模式对根际微生态的影响,为克服连作障碍提供策略.与森林土壤相比,人参根际土壤微生物多样性增加,且随着种植年限的增加,多样性增加趋势下降;真菌群落Sordariomycetes,Alatospora,Eurotiomycetes,Leotiomycetes,Saccharomycetes,Mucorales,Pezizomycetes的丰度增加.皮尔森相关分析表明,土壤理化指标影响人参根际真菌群落的丰度,pH与Dothideomycetes和Alatospora的丰度显著相关,有效钾含量与Dothideomycetes,Alatospora,Mucorales的丰度显著相关,土壤总氮含量与Sordariomycetes,Mucorales的丰度显著相关.结果表明,施肥是影响人参根际微生态的关键因素之一,优化施肥体系是克服人参连作障碍的有效途径之一.
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地黄中响应连作基因的时空表达与分析
目的:前期作者利用抑制性消减杂交技术( SSH)构建了连作地黄的正反消减cDNA文库.该研究从两库中各选5个可能引起地黄连作障碍的基因做时空表达分析,以探讨其在地黄连作障碍中的作用.方法:应用实时荧光定量PCR技术检测这10个基因在正茬、重茬地黄中不同时期不同组织的相对表达量.结果:正库中筛选的5个编码基因(钙依赖性蛋白激酶、SAM合成酶、ACC氧酶、甲基转移酶、钙蛋白酶)在重茬地黄中有较高的表达量,在正茬地黄中几乎无表达；反库中筛选的5个编码基因(RNA依赖的RNA聚合酶、RNA复制酶、依赖于DNA的RNA聚合酶Ⅱa、细胞周期蛋白D、RNA结合蛋白)在正茬地黄中均得到较高表达,而在重茬中却被下调或关闭.结论:参与核心生命过程的关键调控基因(如细胞周期蛋白D、依赖于DNA的RNA聚合酶Ⅱa)在重茬地黄中被抑制或关闭,扰乱了植株正常的基因表达程序,通过钙信号传导和乙烯合成信号,干扰了地黄生长发育的重要代谢过程,从而导致连作地黄植株矮小,发育不良,引起地黄的连作障碍现象.
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地黄连作障碍中钙信号系统的异常变化分析
目的:阐述钙信号系统相关基因在头茬、重茬地黄中不同时期、不同组织中的相对表达量；同时利用不同浓度的钙信号阻断剂(异搏定、肝素钠)处理重茬地黄,进一步验证钙信号系统在连作伤害中的作用方式.方法:在前期转录组和连作地黄数字差异表达谱文库构建基础上,筛选鉴定了在连作地黄中差异表达的钙信号体系相关蛋白基因,并利用实时荧光定量PCR技术对钙信号系统相关基因进行时空表达分析；利用不同浓度的钙信号阻断剂(异搏定、肝素钠)处理重茬地黄.结果:12个基因中2个背向细胞质的钙离子通道在重茬地黄中下调表达,10个朝向细胞质的钙离子通道在重茬地黄中上调表达；而施用钙信号阻断剂的重茬地黄中,钙信号响应元件的CBL,CBP,CIBP,PLC等关键基因表达均显著下调,植株的受害程度显著缓解,并接近头茬水平.结论:连作伤害引起了钙由内质网向细胞质中流动,钙信号系统参与了地黄连作毒害的感知、传导和放大过程.
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连作对当归生长的障碍效应及机制研究
目的:通过研究连作当归的生理生化效应,探讨当归的连作障碍机制.方法:测定分析当归的生长指标、叶片光合参数、保护酶活性等生理生化指标和产量、品质的变化.结果:连作导致当归生长发育受阻,药材产量、挥发油含量和浸出物含量下降.连作胁迫使叶片光合色素(Chla,Chlb,Chla/Chlb)含量降低,光合速率降低;叶片保护酶SOD,POD,CAT活性降低;叶片膜脂过氧化作用增强,MDA、脯氨酸和可溶性糖含量增加.结论:连作通过降低植株保护酶活性引起活性氧代谢失调,导致活性氧积累和膜脂过氧化损伤.这种影响的外在表现是植株光合色素含量降低,光合作用强度下降,干物质积累减少,可溶性糖含量升高,生长受抑,病害严重,产量和品质下降.
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不同连作年限对白花丹参生长及其活性成分含量的影响
对白花丹参的生物学特性进行田间统计,采用HPLC测定不同连作年限白花丹参中脂溶性成分(二氢丹参酮、隐丹参酮、丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA)及水溶性成分(丹酚酸B、迷迭香酸)含量.结果表明,连作2年后白花丹参地下部鲜重下降80.47％,干重下降79.42％;正常生长条件下的白花丹参根粗为0.3～0.5 cm,而连作2年后的丹参根粗为0.2 ～0.4 em,表明根粗是造成白花丹参产量下降的主要原因;连作2年后白花丹参中二氢丹参酮、隐丹参酮、丹参酮ⅡA、丹参新酮、丹酚酸B和迷迭香酸平均降幅分别为35.26％,32.26％,19.35％,3.39％,64.40％,66.93％.结果表明连作障碍对白花丹参生长和质量的大影响期为连作第2年.
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平衡施肥及土壤改良剂对连作条件下三七生长与产量的影响
目的:探求三七连作障碍的解决途径.方法:采用间隔3年的三七连作土进行盆栽试验,比较大、中、微量元素配合施用和施用甘蔗渣、粉煤灰、糖泥、牛粪、发酵烟杆、沸石、玉米杆等改良剂,对三七出苗率、存苗率、植株生长和产量影响.结果:间隔3年的三七连作土中全氮、全磷、碱解氮、有效磷等成分的含量较新土大幅度增加,速效钾含量及土壤钾素与氮素养分间比例则是大幅降低,有效铜、有效锌和有效硼等微量元素比较缺乏.三七连作土采用“低氮+钙镁磷+高钾+石灰+微肥”的平衡施肥方式可显著提高连作条件下三七的存苗率,促进三七植株生长,并显著提高三七单株生物量和总产量.使用甘蔗渣做土壤改良剂也可显著缓解三七连作土的连作障碍效应,提高连作三七的存苗率,促进三七植株生长,增加三七总产量；同对照相比(不施改良剂),其存苗率增加31.6％,三七地下部分总产量增加19.5％.使用粉煤灰做土壤改良剂对缓解三七连作土的连作障碍效应也有一定效果,其他土壤改良剂效果较差.结论:连作土连作三七时应采用“调酸(施用石灰)、减氮(低氮)、保磷(钙镁磷)、增钾(高钾)和补充微量元素”的平衡施肥方法,并增施甘蔗渣作为土壤改良剂.
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食用菌菌渣缓解地黄连作障碍的研究
前期研究认为酚酸类物质的积累可能导致地黄连作障碍.研究发现不同菌渣提取液对酚酸均具有降解效果,其中杏鲍菇菌渣提取液对5种酚酸(对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、香草醛和阿魏酸)的总降解率高,达75.3％.盆栽试验结果表明,施用杏鲍菇菌渣的地黄根际土壤中的对羟基苯甲酸和香草醛,相对含量低.进一步研究表明施用杏鲍菇菌渣使地黄冠幅、叶片数量、叶长、叶宽和株高等指标接近头茬地黄水平,使重茬地黄块根质量鲜重和干重分别提高2.70,3.66倍,单株梓醇总量提高2.25倍,同时提高了地黄根际土壤中细菌、真菌和放线菌的数量,也提高了地黄根际土壤中蔗糖酶、纤维素酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性.这些结果表明,施用杏鲍菇菌渣一定程度上有效地缓解了地黄的连作障碍.
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基于生态位理论的药用植物化感作用与连作障碍的探讨
通过对生态位概念及理论的研究,对药用植物栽培生产过程中的化感作用,连作障碍产生的原因进行了探讨,阐明了化感作用、连作障碍与生态位理论的内在联系.从理论上分析了解决这些问题的方法,提出充分利用化感作用的生态位构建,应用生态位理论克服连作障碍.
