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天麻是一种名贵中药材,属根叶退化,不能进行光合作用和从土壤中吸收养分的兰科植物。种子的萌发和营养生长阶段所需营养物质主要来自萌发菌和蜜环菌真菌。天麻通过消化吸收以菌索方式侵入天麻营养繁殖茎中蜜环菌作为直接营养来源外,还通过块茎表皮的渗透作用,从周围土壤溶液中获取营养物质。已有研究表明在无蜜环菌伴栽的情况下,天麻在营养生长和生殖生长期均能从环境中吸收无机和有机营养物质。天麻含矿质元素多达40多种,其各种矿质含量和相互间的比例对天麻药效和生理活性有影响。矿质元素中钾养分含量最高,说明天麻是喜钾作物,钾促进天麻生长和有利于天麻素、天麻多糖等有效成分的形成和积累。天麻对钾的吸收受生态环境的影响,具有一定地域特征。然而,天麻钾营养吸收机理研究报道比较少。本研究在天麻不同温度和不同发育时期条件下,分析天麻钾养分含量和质膜H~+-APase活性和H~+泵活性,探讨天麻钾吸收机理,同时基于天麻蜜环菌转录组分析,筛选钾通道蛋白基因和转运蛋白基因,克隆和分析这些基因序列,鉴定这些基因功能,为进一步研究天麻钾营养的吸收、转运和调控以及对天麻产量和质量的影响奠定基础。主要获得以下结果:1.分析了昭通室外栽培和不同温度下室内栽培母麻和商品麻钾含量,质膜H~+-ATPase活性和氢泵活性。结果表明室内和室外种植的天麻,母麻含钾量都高于商品麻,而室外种植的天麻各发育阶段的钾含量高于相应室内种植的钾含量。昭通自然环境栽培的天麻H~+-ATPase活性与H~+泵活性都高于室内23°C和13°C条件下栽培天麻,室内23°C栽培天麻的H~+-ATPase活性与H~+泵活性高于13℃天麻。室内室外栽培天麻母麻H~+-ATPase活性约是商品麻的1.3倍。H~+-ATPase活性与H~+泵活性促进天麻钾的吸收。2.基于天麻蜜环菌转录组分析数据,筛选出具有显著差异表达的钾转运蛋白基因POT-X1,找出其CDS序列,用RACE-PCR技术扩增出基因全长序列为2361bp,编码786个氨基酸,蛋白质分子量为88千道尔顿,理论PI值为9.22,蛋白质大部分为疏水性结构域,含有较多的α-螺旋和β-折叠,具有好的稳定性和对蛋白酶的抗性。该基因与兰科植物石斛基因具有高度同源性。该基因的克隆和序列分析为进一步研究该基因的功能和转录调控机制奠定了基础。3.基于天麻和蜜环菌转录组数据库,筛选出显著差异表达钾通道蛋白基因,找出其CDS序列,用RACE-PCR技术扩增出基因全长序列为987bp,编码蛋白含有328个氨基酸,分子量为36.4千道尔顿,理论PI值为5.73,该蛋白的N端和C端都有明显的亲水性结构域。构建了该基因的植物过表达载体pH2WG7-POT-β1,用三引物法从美国购买的钾通道蛋白T-插入拟南芥突变体中筛选出了纯合体,为下一步POT-β1基因功能鉴定和转运调控机理分析奠定了基础。