连作怀地黄根系提物抑制拟南芥根发育的机制.pdf

摘要

怀地黄（Rehmanniaglutinosaf.HueichingensisHsiao）是传统道地药材，以块根入

药。国家标准化管理委员会把怀地黄认定为国家地理标志保护产品,其保护范围是北纬

34°48′-35°30′、东经112°02′-113°38′，即古“怀庆府”地域，包括现在焦作市管辖的孟州、

沁阳、修武等县市区域，此地出产的药材称为怀药。由于怀地黄栽培地域所限，药农需

要在同一耕地反复种植怀地黄。但是，连作栽培的怀地黄块根生长发育受阻，严重影响

怀地黄药材的产量和质量。研究发现残留在土壤中的怀地黄根系分泌物是引起怀地黄连

作障碍的关键因素。在此之前存在许多有关怀地黄连作障碍的研究，但是，由于缺乏完

整的怀地黄基因组学信息，怀地黄连作障碍的机制尚不明确。本文另辟途径，利用基因

组信息完整的模式植物拟南芥（Arabidopsisthaliana(L.)Heynh.）为实验材料，研究怀

地黄根系浸提物对拟南芥根生长发育的影响，探讨怀地黄根系浸提物抑制拟南芥根生长

发育的分子机制，以期为研究怀地黄连作障碍提供参考。实验分析了怀地黄根系浸提物

的化学成分、观察了怀地黄根系浸提物对拟南芥根生长发育形态特征影响、研究了怀地

黄根系浸提物对拟南芥根转录组影响，获得如下研究结果：

1.怀地黄根系浸提物主要化学成分

连作怀地黄块根浸提物的主要次生代谢物化学成分包括环烯醚萜苷类化合物梓醇

（Catalpol，CHO）、酚酸类化合物阿魏酸（CHO）、丁香酸（Syringate，CHO）、

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香草酸（CHO）、香豆酸（CHO）和对羟基苯甲酸（CHO）等。其中5种酚酸类

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次生代谢产物与拟南芥根生长抑制呈正相关，而梓醇与拟南芥根生长抑制没有显著关

联。据此分析怀地黄根系酚酸类次生代谢产物可能是导致其连作障碍的关键成分。

2.怀地黄根系浸提物对拟南芥根形态发育的抑制

怀地黄根系浸提物对拟南芥根生长发育有显著抑制作用。主要表现为根生长速度减

慢，根长变短。解剖学研究发现根维管形成层发育和形成层细胞分裂活动受到怀地黄根

系浸提物的抑制。本发现与连作怀地黄根膨大受阻，不能形成正常块根相符合。

3.怀地黄根系浸提物干扰下，拟南芥根生长发育过程中转录组学特征

转录组学分析发现，怀地黄根系浸提物对拟南芥根尖细胞基因转录水平调控有显著

影响。怀地黄根系浸提物处理拟南芥根尖后7227个差异表达基因中，有3414个差异基

因表达上调，3813个差异基因表达下调。相关性基因功能分析表明，表达下调的差异基

因多与细胞分裂相关，由此分析怀地黄根系浸提物通过抑制根尖分生区和维管形成层细

胞分裂从而抑制拟南芥根生长。

根据上述本实验结果分析，怀地黄根系中阿魏酸、丁香酸、香草酸、香豆酸和对羟

基苯甲酸等酚酸类次生代谢产物可能是导致怀地黄连作障碍的关键成分。残留在土壤中

的酚酸类次生代谢产物通过抑制根尖分生区和维管形成层细胞分裂从而抑制根的正常

生长发育和块根形成，导致形成怀地黄连作障碍。

关键词：怀地黄，连作障碍，根系，浸提物，拟南芥

ABSTRACT

Rehmanniaglutinosaf.HueichingensisHsiaoisatraditionalgenuinemedicinalmaterial,

whichisusedasmedicinebyroottubers,andisanationalrecognizedgeographicalindicationproduct.

AccordingtotheGeographicIndicationsProducts:Rehmanniaglutinosa(GB/T20350-2006)issuedbythe

NationalStandardizationAdm