本書概述了藥用植物品質生物學與藥用植物品質的基本概念，以及遺傳因素、環境因子、栽培技術、農藥和重金屬對藥用植物品質形成的影響；闡述了萜類、苯丙烷類、醌類、皂苷類和生物堿活性成分及其生物合成途徑，轉錄因子、非編碼RNA和DNA甲基化及其對藥用植物品質形成的調控作用；介紹了藥用活性成分、基因組和轉錄組、植物miRNA、代謝組、DNA條形碼、藥用植物轉基因等方面的研究技術及其在藥用植物品質生物學研究中的應用。
目錄
第一章 緒論 1
第一節 藥用植物品質生物學 1
第二節 藥用植物品質 1
一、外部性狀和顯微特征 2
二、內在質量 3
第三節 藥效物質形成機制 5
一、內在質量影響藥效物質形成的因素 5
二、道地藥材及其形成的生物學本質 6
三、藥效物質形成的分子機制 6
第四節 提高藥用植物品質的途徑 8
第五節 藥用植物品質生物學研究展望 9
參考文獻 9
第二章 遺傳因素對藥用植物品質形成的影響 13
第一節 藥用植物品質性狀的遺傳 13
一、品質性狀的可遺傳性 13
二、品質性狀的主效基因遺傳 14
三、品質性狀的數量遺傳 14
第二節 藥用植物品種選育進展 16
第三節 藥用植物品質育種途徑 17
一、藥用植物種質資源的收集、引種和評價 18
二、藥用植物品質性狀的選育方法 19
參考文獻 23
第三章 環境因子對藥用植物品質形成的影響 26
第一節 地理因子的作用 26
一、緯度 26
二、海拔與地勢 27
第二節 氣候因子的作用 27
一、光照 28
二、溫度 29
三、降水 30
第三節 土壤因子的作用 30
一、土壤質地 31
二、土壤營養元素 31
三、土壤水分 33
四、土壤微生物多樣性 33
第四節 生物因子的作用 34
一、有益微生物 34
二、有害微生物 35
參考文獻 38
第四章 栽培技術對藥用植物品質形成的影響 42
第一節 土壤與施肥 42
一、土壤 42
二、施肥 44
三、微肥對中藥有效成分的作用 47
四、稀土元素對中藥材的作用 47
第二節 繁殖方式 48
第三節 種植與密度 48
一、播種期 48
二、種植密度 49
第四節 光照與遮陰 50
第五節 水分與灌溉 51
第六節 植株調控 53
參考文獻 53
第五章 農藥對藥用植物品質形成的影響 57
第一節 農藥基礎知識及登記情況簡介 57
一、農藥基礎知識 57
二、農藥登記情況簡介 60
第二節 農藥產品在藥用植物上的使用現狀 61
一、違規使用禁限用農藥時有報道 61
二、農藥亂用濫用現象嚴重 62
三、植物生長調節劑、除草劑等易被忽視農藥品種濫用誤用現象嚴重 62
第三節 農藥對中藥材品質的影響 63
一、農藥對中藥材生長發育的影響 63
二、農藥對中藥材有效成分的影響 65
三、農藥對中藥材成分影響機制研究淺析 67
四、農藥殘留對中藥材安全性的影響 68
參考文獻 70
第六章 重金屬對藥用植物品質形成的影響 73
第一節 重金屬的特性及植物對重金屬的響應類別 73
一、重金屬的特性 73
二、植物對重金屬的響應類別 74
第二節 重金屬對植物的毒害機制 75
一、離子毒害 75
二、氧化脅迫 76
三、遺傳毒性 77
第三節 植物對重金屬脅迫的耐性機制 78
一、抗氧化系統對重金屬氧化脅迫的反饋調節 79
二、配位體對重金屬的絡合作用 83
第四節 植物吸收、轉運、積累重金屬的分子機制 87
一、根系對重金屬離子的吸收 87
二、重金屬離子在根系中的橫向運輸及向木質部導管的裝載 87
三、重金屬向地上部的長距離運輸 88
四、地上部重金屬離子的分配 88
第五節 重金屬對藥用植物品質的影響與調控 89
一、藥用植物重金屬污染的來源 89
二、重金屬對藥用植物品質的影響 91
三、重金屬對藥用植物次生代謝物合成的調控 92
參考文獻 93
第七章 萜類活性成分及其生物合成 97
第一節 萜類的分類及其生物活性 97
一、單萜和倍半萜 97
二、二萜 99
三、三萜 104
第二節 萜類的生物合成 106
一、萜類生物合成的三個階段 106
二、萜類化合物生物合成中的關鍵酶及其編碼基因 109
第三節 萜類合成的調控 112
一、基因型的決定作用 112
二、內部因子對萜類合成的調控 112
三、外部因子對萜類合成的影響 114
第四節 藥用植物萜類活性成分研究的前景 115
參考文獻 116
第八章 苯丙烷類活性成分及其生物合成 122
第一節 苯丙烷類化合物的結構及功能 125
一、黃酮類 125
二、木質素單體及其衍生物 130
三、酚酸類 131
四、香豆素類 133
五、芪類 135
第二節 苯丙烷類化合物的生物合成途徑與關鍵酶 136
一、苯丙烷代謝總途徑 137
二、黃酮生物合成途徑 138
三、木質素單體生物合成途徑 142
四、酚酸類化合物的生物合成途徑 143
五、香豆素類化合物的生物合成途徑 146
六、芪類生物合成途徑 146
第三節 苯丙烷類化合物研究展望 147
參考文獻 147
第九章 醌類活性成分及其生物合成 156
第一節 醌類化合物概述 156
一、醌類化合物的結構與分類 156
二、醌類化合物在植物中的分布 159
三、常見的天然醌類化合物 160
第二節 醌類化合物的生物合成 162
一、質體醌和泛醌概述 162
二、質體醌和泛醌的生物合成途徑 162
三、質體醌和泛醌生物合成途徑中的關鍵酶基因 165
第三節 醌類活性成分的代謝工程 169
第四節 醌類化合物的生理功能 171
一、參與電子傳遞 171
二、參與其他化合物的合成與代謝 172
三、調節細胞信號轉導與基因表達 172
四、提高植物抗脅迫能力 173
五、對人類健康的作用 174
參考文獻 174
第十章 皂苷類活性成分及其生物合成 184
第一節 皂苷類化合物的結構和活性 184
一、人參屬植物的三萜皂苷 184
二、柴胡皂苷 186
三、薯蕷皂苷 187
四、其他形式的皂苷 187
第二節 皂苷類化合物的生物合成途徑 188
一、人參屬植物皂苷的生物合成途徑 190
二、柴胡皂苷的生物合成途徑 194
三、薯蕷皂苷的生物合成途徑 194
四、其他皂苷的生物合成途徑 195
第三節 皂苷類化合物的異源合成及調控 196
一、基因工程合成皂苷類化合物 196
二、細胞工程合成皂苷類化合物 198
三、皂苷類化合物的生物轉化與合成生物學 198
參考文獻 200
第十一章 生物堿活性成分及其生物合成 206
第一節 生物堿的分類及其生物活性 206
一、來源于鳥氨酸 206
二、來源于賴氨酸 208
三、來源于苯丙氨酸-酪氨酸 209
四、來源于色氨酸 211
五、來源于煙酸 213
六、來源于鄰氨基苯甲酸 213
七、來源于組氨酸 214
八、來源于氨基化反應 214
九、來源于萜類 215
十、來源于甾體 216
十一、嘌呤及黃嘌呤類生物堿 217
第二節 生物堿的生物合成 217
一、萜類吲哚生物堿的生物合成 217
二、異喹啉類生物堿的生物合成 222
第三節 生物堿合成的調控 223
第四節 藥用植物生物堿合成途徑研究的前景 224
參考文獻 225
第十二章 轉錄因子及其對藥用植物品質形成的調控 227
第一節 轉錄因子的結構 227
一、DNA結合區 227
二、轉錄調控區 228
三、核定位信號區 229
四、寡聚化位點 229
第二節 轉錄因子的研究方法 230
一、生物信息學分析 230
二、瞬時轉化分析 232
三、突變體表型分析 233
四、調控網絡和組學分析 234
第三節 轉錄因子的生物學功能 235
一、參與植物生長發育與形態建成 235
二、轉錄因子在植物對生物及非生物脅迫響應過程中的調控作用 237
三、轉錄因子在植物次生代謝產物合成中的調控作用 237
第四節 轉錄因子調控藥用植物品質形成 239
一、轉錄因子調控藥用植物的生長發育 239
二、轉錄因子參與藥用植物的脅迫響應 239
三、轉錄因子調控藥用活性成分生物合成 239
參考文獻 242
第十三章 非編碼RNA及其對藥用植物品質形成的調控 248
第一節 非編碼RNA的種類 249
一、miRNA 249
二、siRNA 250
三、長非編碼RNA 251
第二節 miRNA的發現歷史和產生途徑 251
一、miRNA的發現歷史 251
二、miRNA的產生途徑 252
第三節 siRNA的發現歷史和產生途徑 253
一、siRNA的發現歷史 253
二、siRNA的產生途徑 254
第四節 非編碼RNA的生物學功能 256
一、植物小RNA的生物學功能 256
二、植物長非編碼RNA的生物學功能 257
第五節 非編碼RNA與藥用植物品質形成 258
一、藥用植物非編碼RNA的鑒定 258
二、非編碼RNA調控藥用植物品質形成 260
三、應用非編碼RNA技術提高藥用植物品質 261
參考文獻 262
第十四章 DNA甲基化及其對藥用植物品質形成的調控 270
第一節 植物DNA甲基化特征 270
第二節 DNA甲基化的調控 271
一、DNA甲基化的建立 271
二、DNA甲基化的維持 272
三、DNA甲基化的去除 273
第三節 DNA甲基化的分析技術 275
一、特定位點的甲基化檢測技術 275
二、基因組范圍的甲基化檢測技術 275
第四節 DNA甲基化的生物學功能 277
第五節 DNA甲基化與藥用植物品質形成 278
一、藥用植物DNA甲基化的研究 278
二、應用DNA甲基化調控藥用植物品質 279
參考文獻 279
第十五章 藥用活性成分分析技術及其在藥用植物品質生物學研究中的應用 284
第一節 色譜法的基本原理及其聯用技術 284
一、色譜法的基本原理和分類 284
二、色譜聯用技術 285
第二節 氣相色譜法、氣相色譜-質譜聯用技術及其在藥用植物品質生物學研究中的應用 286
一、氣相色譜法 286
二、氣相色譜-質譜聯用技術 289
第三節 高效液相色譜法、液相色譜-質譜聯用技術及其在藥用植物品質生物學研究中的應用 292
一、高效液相色譜法 292
二、液相色譜-質譜聯用技術 296
第四節 毛細管電泳、毛細管電泳-質譜聯用技術及其在藥用植物品質生物學研究中的應用 299
一、毛細管電泳 299
二、毛細管電泳-質譜聯用技術 301
三、藥用活性成分分析技術在藥用植物品質生物學研究中的應用現狀及發展趨勢 303
參考文獻 303
第十六章 基因組和轉錄組分析技術及其在藥用植物品質生物學研究中的應用 306
第一節 DNA測序技術的進展 306
一、測序技術的發展歷程 306
二、第一代測序技術 308
三、第二代測序技術 308
四、第三代測序技術 310
第二節 基因組de novo測序技術及其應用 313
一、基因組de novo測序技術 313
二、物種選擇 314
三、建庫與測序 316
四、組裝與注釋 317
第三節 轉錄組測序技術及其應用 321
一、轉錄組測序技術 321
二、樣本選取 322
三、建庫準備 322
四、轉錄組重建和差異表達分析 324
五、生物信息學分析及其在藥用植物品質生物學研究中的應用 325
六、差異表達基因驗證 326
七、基因功能驗證 327
第四節 藥用植物DNA和RNA的提取純化 328
一、藥用植物DNA提取純化 328
二、藥用植物RNA提取純化 331
參考文獻 333
第十七章 植物miRNA分析技術及其在藥用植物品質生物學研究中的應用前景 337
第一節 小RNA分離和序列測定 337
一、小RNA分離與純化 337
二、小RNA克隆與測序 337
第二節 小RNA種類鑒定 339
第三節 miRNA表達和定位分析 339
一、miRNA Northern雜交技術 340
二、miRNA實時定量PCR技術 340
三、miRNA microarray和小RNA-seq技術 342
四、miRNA組織定位技術 343
第四節 miRNA靶基因預測與實驗驗證 344
一、miRNA靶基因預測 344
二、改進的5′RLM-RACE法驗證靶基因 344
三、降解組高通量測序法驗證靶基因 346
第五節 miRNA轉基因研究技術 346
一、miRNA功能獲得 346
二、miRNA功能喪失 348
第六節 植物miRNA分析技術在藥用植物品質生物學研究中的應用前景 349
參考文獻 350
第十八章 代謝組分析技術及其在藥用植物品質生物學研究中的應用 355
第一節 代謝組學簡介 355
一、代謝組與代謝組學 355
二、藥用植物代謝組學 355
第二節 代謝組學分析技術 356
一、樣品前處理技術 356
二、色譜分離技術 359
三、質譜及其聯用技術 361
四、核磁共振技術 362
五、化學計量學 363
六、代謝途徑和代謝網絡分析 363
七、代謝流組學和質譜成像組學分析技術 365
第三節 代謝組學分析策略 365
一、多種不同功能特點儀器聯用 365
二、基于保留時間與結構關系建立的未知化合物定性策略 367
三、基于多級特征質譜碎片建立的未知化合物發現與定性策略 368
四、無對照品的多目標化合物定量策略 369
五、輪廓表征策略 370
六、代謝組學分析方法的驗證和數據質量保證 370
第四節 代謝組學在藥用植物品質生物學研究中的應用 371
一、應用代謝組學技術研究遺傳因素對藥用植物品質形成的影響 371
二、應用代謝組學技術研究環境條件對藥用植物品質形成的影響 372
三、應用代謝組學技術研究栽培和采收加工對藥用植物品質形成的影響 373
四、應用代謝組學技術研究農藥對藥用植物品質的影響 373
參考文獻 374
第十九章 DNA條形碼技術及其在藥用植物品質生物學研究中的應用 378
第一節 DNA條形碼技術 379
第二節 DNA條形碼在藥用植物及中藥材鑒定中的應用 380
一、DNA條形碼在種子/種苗鑒定中的應用 380
二、DNA條形碼在藥用植物鑒定中的應用 380
三、DNA條形碼在中藥材鑒定中的應用 381
四、DNA條形碼在粉末鑒定中的應用 382
五、葉綠體超級條形碼 384
第三節 DNA條形碼在中成藥鑒定中的應用 385
一、Meta-barcode在中藥材和中成藥鑒定中的應用 385
二、分子身份證及其在中成藥鑒定中的應用 386
第四節 基于SNP的快速檢測方法在中藥材和中成藥鑒定中的應用 388
一、管蓋芯片 388
二、納米金法 389
三、試紙條法 389
第五節 DNA條形碼溯源技術及其在中藥材流通中的應用 390
一、溯源技術研究方法及進展 390
二、中藥材流通過程的關鍵信息 394
三、溯源技術在中藥材中的應用現狀及發展趨勢 396
第六節 DNA條形碼技術在藥用植物品質生物學研究中的優缺點 396
參考文獻 398
第二十章 藥用植物轉基因技術 405
第一節 轉基因載體的構建 406
一、目的基因的分離 406
二、目的基因與載體的連接 407
第二節 以獲得轉基因植株為目標的遺傳轉化 409
一、根癌農桿菌介導法 410
二、基因槍轉化法 412
第三節 以獲得轉基因毛狀根為目標的遺傳轉化 416
第四節 定點修飾的基因編輯技術 419
參考文獻 422
名詞索引 427
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