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第一章 绪论1

第一节 药用植物品质生物学1

第二节 药用植物品质1

一、外部性状和显微特征2

二、内在质量3

第三节 药效物质形成机制5

一、内在质量影响药效物质形成的因素5

二、道地药材及其形成的生物学本质6

三、药效物质形成的分子机制6

第四节 提高药用植物品质的途径8

第五节 药用植物品质生物学研究展望9

参考文献9

第二章 遗传因素对药用植物品质形成的影响13

第一节 药用植物品质性状的遗传13

一、品质性状的可遗传性13

二、品质性状的主效基因遗传14

三、品质性状的数量遗传14

第二节 药用植物品种选育进展16

第三节 药用植物品质育种途径17

一、药用植物种质资源的收集、引种和评价18

二、药用植物品质性状的选育方法19

参考文献23

第三章 环境因子对药用植物品质形成的影响26

第一节 地理因子的作用26

一、纬度26

二、海拔与地势27

第二节 气候因子的作用27

一、光照28

二、温度29

三、降水30

第三节 土壤因子的作用30

一、土壤质地31

二、土壤营养元素31

三、土壤水分33

四、土壤微生物多样性33

第四节 生物因子的作用34

一、有益微生物34

二、有害微生物35

参考文献38

第四章 栽培技术对药用植物品质形成的影响42

第一节 土壤与施肥42

一、土壤42

二、施肥44

三、微肥对中药有效成分的作用47

四、稀土元素对中药材的作用47

第二节 繁殖方式48

第三节 种植与密度48

一、播种期48

二、种植密度49

第四节 光照与遮阴50

第五节 水分与灌溉51

第六节 植株调控53

参考文献53

第五章 农药对药用植物品质形成的影响57

第一节 农药基础知识及登记情况简介57

一、农药基础知识57

二、农药登记情况简介60

第二节 农药产品在药用植物上的使用现状61

一、违规使用禁限用农药时有报道61

二、农药乱用滥用现象严重62

三、植物生长调节剂、除草剂等易被忽视农药品种滥用误用现象严重62

第三节 农药对中药材品质的影响63

一、农药对中药材生长发育的影响63

二、农药对中药材有效成分的影响65

三、农药对中药材成分影响机制研究浅析67

四、农药残留对中药材安全性的影响68

参考文献70

第六章 重金属对药用植物品质形成的影响73

第一节 重金属的特性及植物对重金属的响应类别73

一、重金属的特性73

二、植物对重金属的响应类别74

第二节 重金属对植物的毒害机制75

一、离子毒害75

二、氧化胁迫76

三、遗传毒性77

第三节 植物对重金属胁迫的耐性机制78

一、抗氧化系统对重金属氧化胁迫的反馈调节79

二、配位体对重金属的络合作用83

第四节 植物吸收、转运、积累重金属的分子机制87

一、根系对重金属离子的吸收87

二、重金属离子在根系中的横向运输及向木质部导管的装载87

三、重金属向地上部的长距离运输88

四、地上部重金属离子的分配88

第五节 重金属对药用植物品质的影响与调控89

一、药用植物重金属污染的来源89

二、重金属对药用植物品质的影响91

三、重金属对药用植物次生代谢物合成的调控92

参考文献93

第七章 萜类活性成分及其生物合成97

第一节 萜类的分类及其生物活性97

一、单萜和倍半萜97

二、二萜99

三、三萜104

第二节 萜类的生物合成106

一、萜类生物合成的三个阶段106

二、萜类化合物生物合成中的关键酶及其编码基因109

第三节 萜类合成的调控112

一、基因型的决定作用112

二、内部因子对萜类合成的调控112

三、外部因子对萜类合成的影响114

第四节 药用植物萜类活性成分研究的前景115

参考文献116

第八章 苯丙烷类活性成分及其生物合成122

第一节 苯丙烷类化合物的结构及功能125

一、黄酮类125

二、木质素单体及其衍生物130

三、酚酸类131

四、香豆素类133

五、芪类135

第二节 苯丙烷类化合物的生物合成途径与关键酶136

一、苯丙烷代谢总途径137

二、黄酮生物合成途径138

三、木质素单体生物合成途径142

四、酚酸类化合物的生物合成途径143

五、香豆素类化合物的生物合成途径146

六、芪类生物合成途径146

第三节 苯丙烷类化合物研究展望147

参考文献147

第九章 醌类活性成分及其生物合成156

第一节 醌类化合物概述156

一、醌类化合物的结构与分类156

二、醌类化合物在植物中的分布159

三、常见的天然醌类化合物160

第二节 醌类化合物的生物合成162

一、质体醌和泛醌概述162

二、质体醌和泛醌的生物合成途径162

三、质体醌和泛醌生物合成途径中的关键酶基因165

第三节 醌类活性成分的代谢工程169

第四节 醌类化合物的生理功能171

一、参与电子传递171

二、参与其他化合物的合成与代谢172

三、调节 细胞信号转导与基因表达172

四、提高植物抗胁迫能力173

五、对人类健康的作用174

参考文献174

第十章 皂苷类活性成分及其生物合成184

第一节 皂苷类化合物的结构和活性184

一、人参属植物的三萜皂苷184

二、柴胡皂苷186

三、薯蓣皂苷187

四、其他形式的皂苷187

第二节 皂苷类化合物的生物合成途径188

一、人参属植物皂苷的生物合成途径190

二、柴胡皂苷的生物合成途径194

三、薯蓣皂苷的生物合成途径194

四、其他皂苷的生物合成途径195

第三节 皂苷类化合物的异源合成及调控196

一、基因工程合成皂苷类化合物196

二、细胞工程合成皂苷类化合物198

三、皂苷类化合物的生物转化与合成生物学198

参考文献200

第十一章 生物碱活性成分及其生物合成206

第一节 生物碱的分类及其生物活性206

一、来源于鸟氨酸206

二、来源于赖氨酸208

三、来源于苯丙氨酸-酪氨酸209

四、来源于色氨酸211

五、来源于烟酸213

六、来源于邻氨基苯甲酸213

七、来源于组氨酸214

八、来源于氨基化反应214

九、来源于萜类215

十、来源于甾体216

十一、嘌呤及黄嘌呤类生物碱217

第二节 生物碱的生物合成217

一、萜类吲哚生物碱的生物合成217

二、异喹啉类生物碱的生物合成222

第三节 生物碱合成的调控223

第四节 药用植物生物碱合成途径研究的前景224

参考文献225

第十二章 转录因子及其对药用植物品质形成的调控227

第一节 转录因子的结构227

一、DNA结合区227

二、转录调控区228

三、核定位信号区229

四、寡聚化位点229

第二节 转录因子的研究方法230

一、生物信息学分析230

二、瞬时转化分析232

三、突变体表型分析233

四、调控网络和组学分析234

第三节 转录因子的生物学功能235

一、参与植物生长发育与形态建成235

二、转录因子在植物对生物及非生物胁迫响应过程中的调控作用237

三、转录因子在植物次生代谢产物合成中的调控作用237

第四节 转录因子调控药用植物品质形成239

一、转录因子调控药用植物的生长发育239

二、转录因子参与药用植物的胁迫响应239

三、转录因子调控药用活性成分生物合成239

参考文献242

第十三章 非编码RNA及其对药用植物品质形成的调控248

第一节 非编码RNA的种类249

一、miRNA249

二、siRNA250

三、长非编码RNA251

第二节 miRNA的发现历史和产生途径251

一、miRNA的发现历史251

二、miRNA的产生途径252

第三节 siRNA的发现历史和产生途径253

一、siRNA的发现历史253

二、siRNA的产生途径254

第四节 非编码RNA的生物学功能256

一、植物小RNA的生物学功能256

二、植物长非编码RNA的生物学功能257

第五节 非编码RNA与药用植物品质形成258

一、药用植物非编码RNA的鉴定258

二、非编码RNA调控药用植物品质形成260

三、应用非编码RNA技术提高药用植物品质261

参考文献262

第十四章 DNA甲基化及其对药用植物品质形成的调控270

第一节 植物DNA甲基化特征270

第二节 DNA甲基化的调控271

一、DNA甲基化的建立271

二、DNA甲基化的维持272

三、DNA甲基化的去除273

第三节 DNA甲基化的分析技术275

一、特定位点的甲基化检测技术275

二、基因组范围的甲基化检测技术275

第四节 DNA甲基化的生物学功能277

第五节 DNA甲基化与药用植物品质形成278

一、药用植物DNA甲基化的研究278

二、应用DNA甲基化调控药用植物品质279

参考文献279

第十五章 药用活性成分分析技术及其在药用植物品质生物学研究中的应用284

第一节 色谱法的基本原理及其联用技术284

一、色谱法的基本原理和分类284

二、色谱联用技术285

第二节 气相色谱法、气相色谱-质谱联用技术及其在药用植物品质生物学研究中的应用286

一、气相色谱法286

二、气相色谱-质谱联用技术289

第三节 高效液相色谱法、液相色谱-质谱联用技术及其在药用植物品质生物学研究中的应用292

一、高效液相色谱法292

二、液相色谱-质谱联用技术296

第四节 毛细管电泳、毛细管电泳-质谱联用技术及其在药用植物品质生物学研究中的应用299

一、毛细管电泳299

二、毛细管电泳-质谱联用技术301

三、药用活性成分分析技术在药用植物品质生物学研究中的应用现状及发展趋势303

参考文献303

第十六章 基因组和转录组分析技术及其在药用植物品质生物学研究中的应用306

第一节 DNA测序技术的进展306

一、测序技术的发展历程306

二、第一代测序技术308

三、第二代测序技术308

四、第三代测序技术310

第二节 基因组de novo测序技术及其应用313

一、基因组de novo测序技术313

二、物种选择314

三、建库与测序316

四、组装与注释317

第三节 转录组测序技术及其应用321

一、转录组测序技术321

二、样本选取322

三、建库准备322

四、转录组重建和差异表达分析324

五、生物信息学分析及其在药用植物品质生物学研究中的应用325

六、差异表达基因验证326

七、基因功能验证327

第四节 药用植物DNA和RNA的提取纯化328

一、药用植物DNA提取纯化328

二、药用植物RNA提取纯化331

参考文献333

第十七章 植物miRNA分析技术及其在药用植物品质生物学研究中的应用前景337

第一节 小RNA分离和序列测定337

一、小RNA分离与纯化337

二、小RNA克隆与测序337

第二节 小RNA种类鉴定339

第三节 miRNA表达和定位分析339

一、miRNA Northern杂交技术340

二、miRNA实时定量PCR技术340

三、miRNA microarray和小RNA-seq技术342

四、miRNA组织定位技术343

第四节 miRNA靶基因预测与实验验证344

一、miRNA靶基因预测344

二、改进的5’RLM-RACE法验证靶基因344

三、降解组高通量测序法验证靶基因346

第五节 miRNA转基因研究技术346

一、miRNA功能获得346

二、miRNA功能丧失348

第六节 植物miRNA分析技术在药用植物品质生物学研究中的应用前景349

参考文献350

第十八章 代谢组分析技术及其在药用植物品质生物学研究中的应用355

第一节 代谢组学简介355

一、代谢组与代谢组学355

二、药用植物代谢组学355

第二节 代谢组学分析技术356

一、样品前处理技术356

二、色谱分离技术359

三、质谱及其联用技术361

四、核磁共振技术362

五、化学计量学363

六、代谢途径和代谢网络分析363

七、代谢流组学和质谱成像组学分析技术365

第三节 代谢组学分析策略365

一、多种不同功能特点仪器联用365

二、基于保留时间与结构关系建立的未知化合物定性策略367

三、基于多级特征质谱碎片建立的未知化合物发现与定性策略368

四、无对照品的多目标化合物定量策略369

五、轮廓表征策略370

六、代谢组学分析方法的验证和数据质量保证370

第四节 代谢组学在药用植物品质生物学研究中的应用371

一、应用代谢组学技术研究遗传因素对药用植物品质形成的影响371

二、应用代谢组学技术研究环境条件对药用植物品质形成的影响372

三、应用代谢组学技术研究栽培和采收加工对药用植物品质形成的影响373

四、应用代谢组学技术研究农药对药用植物品质的影响373

参考文献374

第十九章 DNA条形码技术及其在药用植物品质生物学研究中的应用378

第一节 DNA条形码技术379

第二节 DNA条形码在药用植物及中药材鉴定中的应用380

一、DNA条形码在种子/种苗鉴定中的应用380

二、DNA条形码在药用植物鉴定中的应用380

三、DNA条形码在中药材鉴定中的应用381

四、DNA条形码在粉末鉴定中的应用382

五、叶绿体超级条形码384

第三节 DNA条形码在中成药鉴定中的应用385

一、Meta-barcode在中药材和中成药鉴定中的应用385

二、分子身份证及其在中成药鉴定中的应用386

第四节 基于SNP的快速检测方法在中药材和中成药鉴定中的应用388

一、管盖芯片388

二、纳米金法389

三、试纸条法389

第五节 DNA条形码溯源技术及其在中药材流通中的应用390

一、溯源技术研究方法及进展390

二、中药材流通过程的关键信息394

三、溯源技术在中药材中的应用现状及发展趋势396

第六节 DNA条形码技术在药用植物品质生物学研究中的优缺点396

参考文献398

第二十章 药用植物转基因技术405

第一节 转基因载体的构建406

一、目的基因的分离406

二、目的基因与载体的连接407

第二节 以获得转基因植株为目标的遗传转化409

一、根癌农杆菌介导法410

二、基因枪转化法412

第三节 以获得转基因毛状根为目标的遗传转化416

第四节 定点修饰的基因编辑技术419

参考文献422

名词索引427