土壤水分胁迫对“川丹参1号”的生理及有效成分生物合成的影响研究.pdf

摘要

摘要

丹参（SalviamiltiorrhizaBge.）为我国传统大宗中药材，根富含丹酚酸类和丹

参酮类药理有效成分，具活血化瘀、通经止痛、清心除烦、凉血消痈等多重功效，

对治疗心血管疾病、糖尿病、癌症等具有显著作用。气候变化对药用植物生长和有

效成分生物合成影响显著，尤其是洪涝和干旱等非生物胁迫因素。丹参药材都是人

工种植，因此探究控制栽培条件提高丹参有效成分的含量具有重要应用价值。川丹

参主要产地每年春旱和伏旱严重，为探究“川丹参1号”（CDS-1）的抗旱性和土

壤水分胁迫对CDS-1有效成分生物合成的影响，本研究采用盆栽控水法，研究了

不同程度的土壤水分胁迫对CDS-1植株生长发育、生理生化指标、有效成分积累

的影响，并结合比较转录组分析、CDS-1有效成分与Unigenes相关性分析，旨在

评价土壤水分胁迫对CDS-1生长和品质的影响，确定其适宜的土壤水分条件，初

步明确土壤水分胁迫对CDS-1有效成分合成和积累的影响，筛选与丹酚酸B和丹

参酮生物合成有关的候选基因。主要研究结果如下：

（1）通过对土壤水分胁迫下，CDS-1植株生长发育情况、生理生化指标以及

有效成分含量积累进行统计分析，观察到CDS-1在土壤相对含水量从75%到35%

均能存活生长。CDS-1地上部分形态特征、叶绿素含量、酚酸类有效成分含量随土

壤相对含水量的降低呈逐渐下降的趋势。而CDS-1根部农艺性状和丹参酮类有效

成分含量随土壤相对含水量的降低呈现先升高后下降的趋势。此外，随土壤相对含

水量的降低，CDS-1渗透调节物质含量、抗氧化酶活性和MDA含量渐升高。这些

结果表明CDS-1具有一定的抗旱能力，尤其在土壤相对含水量维持在55%~65%

条件下，CDS-1的生长状态最为良好，并且有利于其有效成分的积累。

（2）应用RNA-seq技术对不同土壤水分胁迫处理的CDS-1进行了转录组测

序，并通过比较转录组分析和有效成分含量和Unigenes之间的相关性分析，成功

筛选出与CDS-1有效成分积累紧密相关基因37个。其中，8个基因直接参与丹酚

酸B合成，属于迷迭香酸合成途径中的关键限速酶；7个基因与丹参酮生物合成直

接相关，并对这15个基因进行了qRT-PCR验证。参与丹酚酸B生物合成的基因

为SmPAL2、SmPAL3、SMilsize45802-processed-gene-0.0、

SMilsize45802-processed-gene-0.1、SMilsize41058-processed-

gene-0.6）、SmC4H、Sm4CL1和SmPAL1。参与丹参酮类有效成分生物合成的基因

为SmACAT2、SmHMGR4、SmHMGR1、SmHMGR1-like、SmMK、SmPMK1和

SmGPPS.SSUII.2。这些发现为深入理解CDS-1在应对土壤水分胁迫时的生理机制

及有效成分合成途径提供了重要线索。

（3）分析丹酚酸B生物合成通路发现，随着土壤相对含水量的降低，转录组

分析结果和qRT-PCR验证结果均显示SmPAL3和SmC4H的表达趋势与土壤相对

V

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含水量的降低呈正相关，这与CDS-1中丹酚酸B含量的变化一致。然而，Sm4CL1

的表达量却随着土壤相对含水量降低而升高，这与丹酚酸B含量的变化相反，说

明由4-香豆酸合成4-香豆酰辅酶A，然后进一步在SmRSA和CYP98A14催化下

合成迷迭香酸，可能不是在土壤水分胁迫下丹酚酸B合成的主要途径。分析丹参

酮生物合成通路，发现SmHMGR4、SmMK和SmPMK1基因的表达量与丹参酮类

成分含量的变化趋势一致，是土壤水分胁迫下影响CDS-1丹参酮生物合成与积累

的关键基因。然而，值得注意的是，催化FPP合成GGPP的SmGPPS.SSUII.2基因

的表达量与丹参酮含量变化趋势相反，这一异常现象的具体原因尚不清楚，推测干

旱胁迫有可能改