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植物气味生物工程研究（Ⅱ）：植物挥发性萜类代谢分析及其调控

作　者: 邓晓军
导　师: 杜家纬
学　校: 中国科学院研究生院（上海生命科学研究院）
专　业: 动物学
关键词: 植物气味生物工程植物挥发性物质植物气味代谢工程单萜代谢植物-昆虫的相互关系
分类号: Q946
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

植物释放的挥发性有机化合物主要包括萜类、苯/苯丙烷类和脂肪酸衍生物,这些低分子量的有机物在植物-植物、植物-昆虫乃至与周边环境的相互作用过程中起着及其重要的作用。其中,萜类挥发性物质包括单萜和倍半萜的代谢研究最为深入,已有超过40 种的萜类合成酶(TPS)基因被克隆和进行功能表征。因此,通过分子遗传方法对植物进行以相关代谢通路为基础的调控,从而改变植物释放的挥发性物质组成的气味生物工程研究就成为当前热点问题。本文首先开发了一种基于多次顶空固相微萃取(multiple headspace-solid phase microextraction,HS-SPME)的技术平台,来定性分析和定量检测天竺葵活体植株释放的挥发性萜类的变化。随后以拟南芥作为模本,通过转入与两种挥发性单萜:芳樟醇和β-蒎烯合成相关的TPS 基因(QH5 和QH6)以及单萜底物合成酶基因(GPPS)来研究对该植物相关代谢通路的影响。主要研究结果如下: 1. 利用自行设计的萃取装置,采用单次HS-SPME 定性分析天竺葵活体植株叶片释放的挥发性物质的组成,鉴定到17 种萜类化合物,其中以7种单萜(α-蒎烯、香叶烯、β-蒎烯、莰烯、芳樟醇、柠檬烯)和1 种倍半萜(石竹烯)为主要组分。2. 多次HS-SPME 的校正体系以正己烷作为溶剂效果最佳,在20min 时即可达到完全平衡,对标准化合物其线性相关系数2从0.989 到0.998,相对标准偏差从3 到6%,证明该方法具有较好的线性和重复性。3. 采用内标法多次HS-SPME 进行了定量检测,发现天竺葵活体叶片释放的挥发性物质的总量表现出一定的周期波动和昼夜节律特征,分别在14:00(第一天)和17:00(第二天)达到两个时间段释放量的最大值,分别为236ng 和277ng。4. QH5 和QH6 均含有N 末端的质体定位信号肽,定位于拟南芥叶绿体。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
第一章植物挥发性物质及其代谢工程研究进展  10-30
  1 植物挥发性物质的合成及其功能  11-13
    1.1 植物挥发性物质的种类和合成部位  11-13
    1.2 植物挥发性物质的合成途径及其调控  13
  2 影响植物挥发性物质释放的因素  13-15
  3 植物挥发性物质的生理功能  15-17
    3.1 生长发育相关  15
    3.2 抵御热胁迫  15
    3.3 植物-植物间的化学通讯  15-16
    3.4 植物-昆虫间的化学通讯  16-17
  4 植物挥发性物质的代谢工程  17-21
    4.1 引入外源基因  18
    4.2 调控内源基因的表达  18-20
    4.3 合成酶基因的分子克隆  20-21
  5 展望  21-23
  参考文献  23-30
第二章植物挥发性物质的样品制备及其分析方法研究进展  30-48
  1 蒸馏萃取方法  31-33
    1.1 普通水蒸汽蒸馏  31
    1.1 同时蒸馏萃取法  31-32
    1.3 减压水蒸汽蒸馏  32-33
  2 顶空分析方法  33-38
    2.1 静态顶空  34
    2.2 动态顶空  34-36
    2.3 顶空-固相微萃取  36-38
  3 直接萃取方法  38-41
    3.1 液-液萃取  38
    3.2 液-固萃取  38-39
    3.3 微波萃取  39
    3.4 超临界萃取  39-40
    3.5 蒸汽相萃取  40-41
  4 展望  41-43
  参考文献  43-48
第三章采用多次顶空固相微萃取分析植物萜类挥发性物质  48-64
  1 引言  48-50
  2 材料和方法  50-54
  3 结果和讨论  54-62
  4 结论  62-64
第四章过量表达QH5和QH6对拟南芥单萜代谢的影响  64-84
  1 引言  64-67
  2 材料和方法  67-72
  3 结果  72-81
  4 讨论  81-84
第五章共表达TPS和GPPS对挥发性单萜合成量的影响  84-95
  1 引言  84-86
  2 材料和方法  86-89
  3 结果  89-93
  4 讨论  93-95
附:第六章采用多次顶空固相微萃取分析拟南芥绿叶挥发性物质  95-105
  1 引言  95-96
  2 材料和方法  96-99
  3 结果与讨论  99-105
参考文献  105-115
附表1  115-117
附录1  117-118
致谢  118-119

植物气味生物工程研究（Ⅱ）：植物挥发性萜类代谢分析及其调控

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