全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (4): 476~480　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.0560476
收稿 2014-12-11　　修定 2015-03-10
资助 山西省回国留学人员科研资助项目(2013-021)、山西省
科技厅基础研究面上项目(2014011047-3)和教育部第48批
“留学回国人员科研启动基金”。
* 通讯作者(E-mail: haifeng@sxu.edu.cn; Tel: 0351-7019178)。
正己醛对黄芪不定根生长及次生代谢产物积累的影响
高彦云1,2, 孙海峰1,2,*, 张春芬3, 曹秋芬3,4, 秦雪梅2
1山西大学化学化工学院, 太原030006; 2山西大学中医药现代研究中心, 太原030006; 3山西省农业科学院果树研究所, 太谷
030815; 4山西省农业科学院生物技术研究中心, 太原030031
摘要: 本文以黄芪不定根为实验材料, 通过在培养基中添加正己醛的方式, 以生物量、多糖和总皂苷含量为评价指标, 研究
了正己醛对黄芪生长和次生代谢的影响。结果表明: (1)正己醛显著影响黄芪不定根固体培养物的生长, 10 μmol·L-1正己醛
具抑制作用, 而50 μmol·L-1有促进作用; (2)除添加50 μmol·L-1的处理外, 黄芪不定根液体培养物中的多糖含量普遍高于固体
培养物中的; (3) 50 μmol·L-1正己醛对多糖合成的影响与不定根培养方法有关, 在液体悬浮培养体系中具抑制作用, 但在固
体培养体系中起促进作用; (4)固体培养物中皂苷含量普遍较高且正己醛的影响较小, 而液体培养体系中50 μmol·L-1正己醛
能促进黄芪不定根合成皂苷类物质。由此可见, 正己醛对黄芪不定根生长和次生代谢的影响不仅与正己醛浓度有关, 还与
不定根培养方法有关, 固体培养体系中添加50 μmol·L-1正己醛对于多糖和皂苷类物质的合成效果最佳。
关键词: 蒙古黄芪; 绿叶挥发物; 剂量效益; 生物量; 活性成分
Effects of Hexanal on Growth and Accumulation of Secondary Metabolites in
Astragalus membranaceus var. mongholicus Adventitious Roots
GAO Yan-Yun1,2, SUN Hai-Feng1,2,*, ZHANG Chun-Fen3, CAO Qiu-Fen3,4, QIN Xue-Mei2
1College of Chemistry and Chemical Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, China; 2Modern Research Center for
Traditional Chinese Medicine, Shanxi University, Taiyuan 030006, China; 3Pomology Institute, Shanxi Academy of Agricultural
Sciences, Taigu, Shanxi 030815, China; 4Agricultural Biotechnology Research Centre, Shanxi Academy of Agricultural Sciences,
Taiyuan 030031, China
Abstract: In this study, effects of hexanal on growth and secondary metabolism of Astragalus membranaceus var.
mongholicus adventitious roots was investigated by adding it into the medium before culture. The culture had been
continued for 4 weeks. After that, biomass and contents of polysaccharide and total saponins in the cultures were
determined and used to evaluate its effects. The results showed that hexanal obviously affected the growth of the
solid cultures. Specifically, 10 μmol·L-1 of hexanal resulted in a significant decrease in the biomass of the solid
cultures while 50 μmol·L-1 of hexanal led to a significant increase. With respect to the polysaccharide content, its
value in the liquid cultures was generally higher than that in the solid cultures excluding these supplied with 50
μmol·L-1 of hexanal. It is of interest that the supplement of 50 μmol·L-1 of hexanal in liquid medium exerted a neg-
ative role on the accumulation of polysaccharide but in solid medium a positive one. Although no significant dif-
ference in the content of total saponins in the solid cultures was observed between the control and the supplement
of hexanal, their levels were generally higher than that in the liquid cultures. Meanwhile, supplemental 50
μmol·L-1 of hexanal in liquid medium resulted in a significant increase in the level of total saponins. Altogether,
hexanal was involved in the growth and accumulation of secondary metabolites of A. membranaceus var. mong-
holicus adventitious roots in a dose- and culture method-dependent way, and adding 50 μmol·L-1 of hexanal into
the solid medium is preferred for the production of both polysaccharide and total saponins.
Key words: Astragalus membranaceus var. mongholicus; green leaf volatiles; dose-dependent effect; biomass;
bioactive component
绿叶挥发物(green leaf volatiles, GLVs)是植物
在虫害或机械损伤后, 由细胞膜组分亚油酸和亚
麻酸等在脂肪氧合酶(lipoxygenase, LOX)、氢过氧
化物裂解酶(hydroperoxide lyase, HPL)催化生成的
一类小分子化合物, 如正己醛、己烯醛等(Matsui
高彦云等: 正己醛对黄芪不定根生长及次生代谢产物积累的影响 477
剂对照CK2)。每组5个平行, 培养4周后收集根培
养物。
色谱纯正己醛购于Labor Dr. Ehrenstorfer-
Schafers (Augsburg, 德国), 其他试剂为国产分析
纯。将适量正己醛溶解于甲醇并定容, 配制得浓
度为10、50、100 mmol·L-1的溶液, 过滤除菌, −20 ℃
保存备用。
2 测定方法
用蒸馏水洗涤黄芪不定根培养物2次, 滤纸吸
干水分, 105 ℃杀青15 min, 60 ℃烘干至恒重后称
重, 即为生物量。参照谢道生(2010)的方法, 测定
多糖和总皂苷含量。
3 数据处理与分析
实验结果为5次重复的平均值±标准偏差。采
用GraphPad Prism (5.01)进行数据处理与方差分析,
P<0.05时, 认为组别间存在显著性差异。
实验结果
1 正己醛对黄芪不定根生长的影响
由图1可见, 液体悬浮培养体系中添加正己醛
导致黄芪不定根生物量趋于减少, 但处理与CK1和
CK2间均无显著差异, 即正己醛对液体悬浮培养
黄芪不定根的生长影响较小。固体培养体系中,
除50 μmol·L-1正己醛处理导致生物量明显增加、
高于10 μmol·L-1处理外, 其余均无显著差异, 表明
图1 正己醛对黄芪不定根生长的影响
Fig.1 Effect of hexanal on the growth of A. membranaceus
var. mongholicus adventitious roots
不同小写字母表示相同类型培养物差异显著(P<0.05); 图2~4
同此。
2006)。GLVs不仅可以通过影响昆虫行为发挥抗
虫作用, 而且能抑制微生物的繁殖(孙海峰等2013),
此外, GLVs还具有抑制种子萌发、诱导植物防御
应答、促进花青苷积累、参与植物-植物交流等作
用(Gardner等1990; Bate和Rothstein 1998; Yan和
Wang 2006)。这些研究对于我们认识GLVs在植物
界的作用具有重要意义。但是, 由于现有研究多
围绕玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)等经济作
物和模式植物鼠耳芥(Arabidopsis thaliana)展开,
GLVs在药用植物中的作用, 特别是对药用植物生
长和活性成分积累的影响, 目前尚未见报道。
黄芪为豆科植物蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥
根, 属常用补益类中药, 目前主产于我国黑龙江、
甘肃、内蒙古、山西、陕西等地(秦雪梅等2013)。
不同产地的黄芪药材中均含有正己醛, 正己醛含
量与药材产地、生长年限有关(Sun等2010)。此
外, 黄芪药材中正己醛含量与黄芪多糖、总皂苷
和黄芪甲苷等活性成分显著正相关, 且也属于鲜
黄芪主要挥发性组分之一(徐怀德等2011)。然而,
正己醛在药用植物黄芪中的作用目前还不清楚。
本研究以蒙古黄芪不定根为研究材料, 通过在培
养基中添加正己醛的方式, 探讨以正己醛为代表
的GLVs在黄芪生长和次生代谢中的作用。
材料与方法
1 材料及处理
供试用蒙古黄芪[Astragalus membranaceus
(Fisch.) Bge. var. mongholicus (Bge.) Hsiao]种子由
山西浑源万生黄芪开发有限公司提供。经消毒处
理后点种于MS固体培养基上, 垂直放置于25 ℃光
照培养箱中, 光周期为16 h (光)/8 h (暗), 1周后将
黄芪根外植体接种于含0.5 mg·L-1 IBA的1/2MS固
体培养基中, 25 ℃下暗培养4周, 继代2次, 作为实
验用材料。
外植体的培养采用固体琼脂培养法和液体悬
浮培养法2种方法。固体培养前在培养基灭菌冷
却至60 ℃时加入正己醛, 液体悬浮培养则在接种
前加入。将不定根切成1.5 cm左右小段后进行培
养, 固体培养法的条件见上, 液体培养在转速为80
r·min-1的恒温摇床上进行。设2组对照: (1)不进行
任何处理(CK1); (2)添加0.1%培养基体积甲醇(即溶
植物生理学报478
固体培养时10 μmol·L-1正己醛抑制黄芪不定根的
生长, 而50 μmol·L-1正己醛有促进作用。另外, 从
图1还可看出, 培养方式对黄芪生长有影响。就
CK1和CK2而言, 黄芪不定根在液体悬浮培养体系
中生长较好, 生物量明显高于固体培养物, P值分
别为0.007和0.003, 即液体悬浮培养更有利于黄芪
不定根的生长。除添加10 μmol·L-1正己醛导致黄
芪不定根液体悬浮培养物明显多于固体培养物
(P=0.015)外, 其余无明显差异, 进一步肯定了固体
培养基中10 μmol·L -1正己醛对黄芪生长的抑制
作用。
2 正己醛对黄芪根培养物中多糖含量的影响
从图2可以看出, 添加10、100 μmol·L-1正己醛
的液体悬浮培养物中多糖含量与CK1和CK2间均无
显著差异, 而添加50 μmol·L-1正己醛导致不定根中
多糖含量降低。固体培养物中, 虽然添加10、100
μmol·L-1正己醛的多糖含量与CK1和CK2间无显著
差异, 但添加100 μmol·L-1的多糖含量明显高于添
加10 μmol·L-1者; 此外, 添加50 μmol·L-1的多糖含
量明显高于CK1、CK2和其余处理, 表现出对黄芪
多糖合成的明显促进作用。另外, 比较两类培养
物中多糖含量的结果显示, 就CK1和CK2而言, 固体
培养物中的多糖含量明显少于液体悬浮培养物, P
值分别为0.005和0.002, 表明液体悬浮培养更有利
于正常状态下黄芪根中多糖的合成与积累。正己
醛浓度为10和50 μmol·L-1时, 不定根培养方法显著
影响培养物中的多糖含量, 添加10 μmol·L-1正己醛
的液体悬浮培养物中多糖含量明显高于固体培养
物中的(P=0.0008), 而50 μmol·L -1则相反(P=
0.0003)。因此, 固体培养体系中添加50 μmol·L-1正
己醛有利于不定根培养物中多糖的合成与积累。
3 正己醛对黄芪根培养物中皂苷含量的影响
从图3可以看出, 液体悬浮培养时, 0.1%甲醇
和50 μmol·L-1正己醛引起不定根中皂苷含量明显
增加(即CK2、50 μmol·L
-1处理与CK1间差异显著),
表明甲醇和中等浓度的正己醛促进液体悬浮培养
物中皂苷类物质合成与积累。固体培养时, 尽管
添加正己醛的根培养物中皂苷含量趋于增加, 但
CK1、CK2和处理间均无统计学意义, 即正己醛添
加对黄芪根固体培养物中皂苷类物质合成的影响
较小。比较两类培养物中皂苷含量的结果表明,
不管是对照还是正己醛处理的液体培养物中皂苷
含量都低于相应的固体培养物, P值分别为0.015、
0.0005、0.048、0.016和0.024。也就是说, 黄芪不
定根培养方法是影响皂苷类物质合成的重要因素,
固体培养更有利于该类物质的合成与积累。
4 黄芪不定根培养方法对多糖和皂苷合成量的影响
上述研究表明, 正己醛对黄芪不定根生长、
不定根中多糖与皂苷类物质含量的影响不仅与正
己醛浓度有关, 还与不定根培养方法有关。为了
综合评价正己醛对黄芪次生代谢产物积累的影响,
为采用植物细胞/组织培养的方法生产黄芪活性物
质提供依据(谷荣辉等2013), 我们对两类黄芪根培
养物合成的多糖和皂苷类物质总量进行了比较,
图2 正己醛对黄芪不定根中多糖含量的影响
Fig.2 Effect of hexanal on polysaccharide content in
A. membranaceus var. mongholicus adventitious roots
图3 正己醛对黄芪不定根中总皂苷含量的影响
Fig.3 Effect of hexanal on the content of total saponins in
A. membranaceus var. mongholicus adventitious roots
高彦云等: 正己醛对黄芪不定根生长及次生代谢产物积累的影响 479
结果显示, 液体悬浮培养体系中添加50 μmol·L-1正
己醛导致多糖合成减少, 与CK1差异显著, 表明液
体悬浮培养中添加正己醛不利于多糖类物质的合
成与积累。采用固体培养时, 添加50 μmol·L-1正己
醛使多糖合成增加, 与CK1、CK2和其余处理间差
异显著, 即50 μmol·L-1正己醛具有促进多糖类物质
合成与积累的作用(图4-A)。
另外, 由图4-B可见, CK1、CK2和添加正己醛
的液体培养物中皂苷类物质合成量均无显著差异,
即正己醛对黄芪根液体悬浮培养物中皂苷类物
质合成的影响较小。固体培养体系中添加5 0
μmol·L-1正己醛引起皂苷合成量增加, 与CK1、CK2
和10 μmol·L-1处理间差异显著; 此外, 100 μmol·L-1
处理的皂苷合成量也明显高于CK2和10 μmol·L
-1处
理, 即固体培养体系中添加50~100 μmol·L-1的正己
醛可促进皂苷类物质合成与积累, 但最适添加量
还有待进一步筛选。尽管固体培养基中添加10
μmol·L-1正己醛导致皂苷合成量减少, 与50、100
μmol·L-1处理间差异显著, 但由于该处理与CK2间
无显著差异, 所以添加低浓度正己醛引起的皂苷
合成量降低是溶剂还是正己醛引起的, 或者是二
者的叠加效应, 也有待进一步实验确证。
图4 正己醛对黄芪多糖(A)和总皂苷(B)合成量的影响
Fig.4 Effect of hexanal on the production of polysaccharide (A) and total saponins (B) in
A. membranaceus var. mongholicus adventitious roots
讨　　论
在鼠耳芥中, 外源喷施GLVs能诱导查尔酮合
成酶基因表达、促进花青素积累(Bate和Rothstein
1998; Kishimoto等2005); 外源喷施GLVs诱使玉米
释放出更多的倍半萜烯化合物, C6~C10烯醛亦具有
诱导发育中棉铃合成多种植保素的作用 ( Vo n
Mérey等2011; Zeringue 1992)。在模式牧草Lolium
temulentum中, GLVs可激活促分裂原激活蛋白激
酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK) (Dom-
browski和Martin 2014)。本研究通过组织培养的
方法, 表明正己醛具有促进或抑制黄芪不定根生
长、促进或抑制多糖和皂苷类物质合成与积累的
作用, 具体作用类型与不定根培养方法和正己醛
添加量有关。因此, 本研究拓展了研究者对GLVs
在植物中生态生理作用的认识。本研究结果还表
明, 在药用植物黄芪中, 正己醛是除水杨酸、茉莉
酸甲酯、硝酸银外, 影响黄芪次生代谢的一种新
的化学诱导子(杨静和孙皓2014)。
在黄芪中 , 毛霉、木霉和青霉等真菌诱导
子、内生菌发酵液具有促进总皂苷积累的作用,
光照强度和土质也影响黄芪药材中多糖和皂苷
等活性成分的含量(刘秀波2013; 曹建军2006)。基
于牧豆树(Prosopis veluntina)、鼠耳芥、菜豆
(Phaseolus vulgaris)等的研究发现: 光照、微生物
感染等可诱导包括正己醛在内的GLVs合成(Croft
等1993)。在黄芪药材中, 上述环境因素对药材品
质的影响是否由以正己醛为代表的GLVs所介导
的, 还有待进一步研究。
此外, 本研究还发现: 黄芪不定根液体悬浮体
系中添加0.1%甲醇(即CK2)导致皂苷含量增加, 与
CK1差异显著, 表明甲醇在黄芪中具有一定的生理
植物生理学报480
活性, 属化学诱导子。武孔焕等(2012)研究发现,
叶面喷施5%甲醇可以显著促进黄壤中大豆的生
长; 于雪松(2013)以生长在红壤上的云南蚕豆为试
验材料, 发现叶面喷施甲醇可促进光合作用, 增加
叶片可溶性总蛋白、可溶性总糖及氧化胁迫水平
等。甲醇作为植物内部、植物-植物间交流的信号
分子作用亦受到越来越多国外学者的关注(Dorok-
hov等2012)。那么, 在涉及挥发物的研究中, 多数
研究者采用甲醇作为溶剂对照, 参照本实验结果
及国内外同行工作, 该物质是否适合作为溶剂对
照, 有待商榷。
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