大野芋(Colocasia gigantea)的植物学研究

摘要

在东南亚地区，尤其是中国南方少数民族和越南地区，天南星科(Araceae)中的大野芋(Colocasia gigantea(Blume) Hook.f.）是一种重要的蔬菜，人们喜食其叶柄，用于制作品种繁多的美味佳肴。有时，叶片可以做汤，而且，除了其食用价值以外，大野芋的叶和块茎有一定的药用价值。大野芋资源相对比较丰富，但是近年来已经表现出明显减少的趋势。时至今日，对大野芋的研究相对较少，未对其进行开发利用，也未引起人们的重视。我们希望通过植物学、民族植物学、分子生物学、食品化学等多学科的研究，对其传统知识和种质资源进行保护，为持续利用这一重要的民间资源植物提供科学数据和技术支撑。 分类学是各分支学科的基础。大野芋的形态学地位受到了质疑，我们共采集了大野芋以及与它近缘的13个种，共80个样品（岩芋属Remusatia，芋属Colocasia，海芋属Alocasia，泉七属Steudnera）。通过四个DNA条形码片段(ITS，matK，rbcL和trnH-psbA)构建了ITS同源树、ITS的NJ树和matK+ rbcL+ trnH-psbA的NJ树。从3个树均可以看出，Colocasia Schott是一个单系类群，Colocasia gigantea也是一个单系类群。我们通过野外调查、查阅标本和相关文献，共列出了14个大野芋、芋属和海芋属形态学特征差异。基于形态学分析结果和DNA条形码数据（ITS，matK，rbcL，trnH-psbA），强烈支持大野芋应该作为芋族中一个单独的属，而不应该置于芋属中，并建议恢复大野芋的早出属名Leucocasia。 目前大野芋的基因资源还是一片空白。对于一个没有基因组序列的植物来说，开发SSR引物是一个很有挑战的工作，我们选用第二代高通量测序(Roche454 GS FLX+)对大野芋进行大规模的DNA测序，开发SSR引物，寻找高多态性SSR引物，用于后期的遗传多样性分析。这是第一次开发大野芋SSR引物，将为保护大野芋种质资源提供强有力的支持，为大野芋及近缘种的遗传多样性分析、连锁图和分子辅助育种提供有力的工具。另外，我们共设计了200对引物，最终筛选出23对有多态性的引物，筛选率极低，以此推测大野芋的遗传多样性不高，更加说明大野芋的保护应该得到重视。 对于其化学成分尚未阐明的大野芋，指纹图谱可以全面反映复杂的化学成分及其相对比例。因此，我们共采集了15个居群的20个样品，采用LC-MS建立大野芋的化学指纹图谱，以海芋作为参照，对不同来源的野生型与栽培型大野芋进行比较，进行PCA分析，为今后大野芋的保护和利用提供重要的参考。从PCA得分矩阵结果来看，不论叶片还是叶柄，野生型与栽培型大野芋的化学成分存在明显差异;不同产地之间也有差异，但是差异不明显。大野芋叶片和叶柄的化学成分有明显区别，野生型与栽培型大野芋的叶片归为一组，野生型与栽培型大野芋的叶柄归为一组;将叶片和叶柄同时进行分析，发现栽培型和野生型大野芋的化学成分含量上也存在显著差异。另外，野生大野芋有毒，但是栽培型无毒，我们通过高分辨质谱的离子碎片，结合民族植物学调查结果和查阅文献，推测其有毒成分可能是草酸钙或黄酮的一种。 蔬菜营养分析是全面了解大野芋食用价值的有效手段。我们通过测定淀粉、总膳食纤维、蛋白质、18种水解氨基酸（含色氨酸）、脂肪、维生素(VB1，VB2，VB6，Vpp，VA，VC，VE)、矿物质（钙、镁、钾、磷、铁、锌、铜）等以评价大野芋的营养价值，并检测重金属（铅、镉、铬）污染物。分析结果表明，大野芋是一种对人体具有保健作用的优良蔬菜，经常食用对身体健康有很好的功效，日食量应控制在鲜重小于2kg，并辅以其它富含VC和VE的蔬菜及水果。大野芋也是一种糖尿病患者首选的富含膳食纤维的低糖蔬菜，而且富含铁、钾、钙、镁，并且富含烟酸，可以考虑开发利用。 综上所述，大野芋是我国南方少数民族地区一种很有价值的资源植物，有必要对其进行深度研究、保护和开发利用。

目录

声明

摘要

第一章 引言

一、民族植物学

1 中国民族植物学的发展

2 民族植物学的研究现状和进展

3 民族植物学的研究方法

4 民族植物学的研究内容

5 民族植物学研究的重要意义和发展前景

二、分子标记

1 分子标记的历程

2 SSR标记在食用植物遗传多样性研究上的应用

3 基于NGS平台开发SSR标记

三、代谢组学

1 化学指纹图谱区分野生与栽培种

2 野生与栽培型植物的化学成分分析比较的意义

四、DNA条形码技术在分类鉴定与系统进化方面的应用

五、营养价值评价

六、食用植物遗传资源的保存和保护进展

七、本研究的科学问题、研究意义和技术路线

1 本研究的科学问题和研究意义

2 技术路线

参考文献

第二章 民族植物学研究

一、研究方法

1 确定研究对象，收集相关背景资料

2 确定研究地点和选点要素

3 民族植物学资料的收集

4 民族植物学凭证标本的收集及鉴定

5 调查方法

二、调查结果

1 野外识别

2 名称

3 食用方法

4 讨论

参考文献

第三章 大野芋分类学地位的研究

一、实验材料

二、实验试剂及仪器

三、实验方法

1 DNA条形码技术

2 DNA提取

3 PCR扩增

4 测序

5 系统树的建立

6 形态学研究

四、实验结果

1 分子系统树

2 GC％含量分析

3 形态学分析

五、讨论

1 恢复大野芋属级地位

2 大野芋和海芋的关系

参考文献

第四章 开发大野芋SSR引物

一、实验材料

1 实验材料的采集

2 凭证标本的收集及鉴定

二、实验试剂及仪器

三、实验方法

1 DNA建库

2 DNA检测

3 Roche GS FLX+ 454测序

4 序列分析

5 检测SSR

6 多态性位点评价

四、实验结果

1 基因组DNA检测

2 Roche GS FLX+ 454测序和比对

3 Roche GS FLX+ 454平台开发SSR

4 引物验证及多态性评价

五、讨论

参考文献

第五章 野生与栽培大野芋化学指纹图谱分析

一、实验材料及样品处理

二、实验仪器和试剂

三、实验方法

1 样品前处理

2 LC-MS色谱分析条件的优化

3 LC-MS分析

4 数据处理

四、结果与讨论

1 LC-MS色谱分析条件

2 野生型与栽培型大野芋化学成分分析比较

3 化合物鉴定

五、结论

参考文献

第六章 营养成分分析

一、营养成分分析的研究方法

1 淀粉(旋光法)

2 总膳食纤维(重量测定法)

3 蛋白质(凯氏定氮法)

4 氨基酸(氨基酸自动分析仪)

5 碳水化合物

6 脂肪酸(索氏提取法)

7 维生素(2，6-二氛靛酚滴定法)

8 矿物质(钙、铁、锌、钠、钾、镁、铜)-火焰原子吸收分光光度法

9 矿物质(磷)--分光光度法

10 重金属(铅、镉、铬)--石墨炉原子吸收光谱法

11 水分

12 灰分

13 能量

二、实验样品

三、营养成分分析结果

四、结论

参考文献

第七章 大野芋遗传资源的保存保护

一、遗传资源的保存

二、待解决的科学问题

参考文献

附录

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文目录

参编书籍

参与的项目