摘要
丹参（SalviamiltiorrhizaBunge）是唇形科鼠尾草属植物，其干燥根是我国传统常用中药材，具有祛瘀止痛，活血通经等功效，是目前国际化程度较高的传统中草药之一。环境中存在多种因素影响植物形态建成和次生代谢产物积累，其中磷作为植物生长的必需营养素，对植物根系形态有重要的调控作用。目前大部分研究报道是有关磷对作物根系的，而磷对药用植物根系形态及次生代谢影响的研究相对较少。本文主要研究了不同磷浓度对丹参根系形态、次生代谢物及其生源合成路径的关键酶基因表达的影响，初步揭示其调控机理，为丹参规范化生产提供磷肥施用参考。 具体研究结果如下： （1）分析比较了不同磷浓度处理丹参幼苗的生物量、活性成分含量及抗氧化酶活性。结果显示，适度低磷处理（0.313mmol·L-1、0.157mmol·L-1和0.016mmol·L-1）可增加丹参无菌苗根系的生物量，适度低磷处理（0.625mmol·L-1、0.313mmol·L-1L和0.031mmol·L-1）可增强丹参移栽苗根细胞的抗逆性，显著诱导丹参根系侧根的产生和生物量的增加（P＜0.05）。适度低磷处理还可以促进丹参素、丹酚酸A、丹酚酸B等酚酸类活性成分，丹参酮ⅡA、隐丹参酮、二氢丹参酮等丹参酮类活性成分的积累。 （2）进一步研究了不同磷浓度处理对8月龄丹参种苗的根系侧根数、生物量和活性成分含量的影响。结果显示，适度低磷处理（0.500mmol·L-1、0.250mmol·L-1和0.025mmol·L-1）可诱导丹参侧根数显著增加（P＜0.05），并促进根系生物量的增加。同时适度低磷处理也可显著促进8月龄丹参种苗根系的咖啡酸、丹参素以及丹酚酸B等酚酸类成分和丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA等酮类成分的积累（P＜0.05），尤其对丹参素、丹参酮ⅡA和隐丹参酮成分积累的促进作用更强。 （3）采用QT-PCR法测定了丹参根系次生代谢活性成分的生源合成和生长素的合成与转运途径关键酶基因的表达量变化。结果显示，在低磷胁迫120h内，完全缺磷处理显著降低了丹参根系次生代谢产物合成途径的关键酶基因以及SUR1和AUX1的表达（P＜0.05），严重抑制了丹参根系次生代谢和生长素合成与转运。适度低磷处理（0.625mmol·L-1、0.313mmol·L-1和0.031mmol·L-1）显著促进了PAL1、HMGR1、C4H1以及RAS1等酚酸类成分合成关键酶基因和CPS1、DXR以及DXS1等丹参酮类成分合成关键酶基因的表达（P＜0.05），其中HMGR1和DXR，PAL1和TAT1基因表达均被上调，表明甲羟戊酸（MVA）与丙酮酸（MEP）途径、酪氨酸（TYR）和苯丙氨酸（PAL）途径均能够被低磷所诱导，其中丹酚酸类成分更倾向于选择酪氨酸途径合成；此外适度低磷处理还诱导了丹参根细胞的生长素合成转SUR1和AUX1基因表达显著上调（P＜0.05），表明适度低磷胁迫可同时调控丹参根细胞內源生长素的合成与极性运输，以及次生代谢过程。 （4）研究了生长素（IAA）、萘基邻氨甲酰苯甲酸（NPA）和硝普钠（SNP）三种外源添加物对低磷处理的丹参根系次生代谢物合成及生长素合成转运关键酶基因表达的影响。结果显示，添加外源IAA在低磷胁迫48h~120h时可显著上调丹参根细胞的PAL1、C4H1、RAS1、CPS1、DXR和DXS1等基因的表达，在24h~48h时上调丹参根细胞的AUX1和SUR1基因表达（P＜0.05），且相对偏低的低磷处理对外源IAA的响应更为敏感；添加NPA（生长素极性运输抑制剂）降低了丹参根细胞的TAT1、HPPR1、CPS1、DXR和HMGR1基因的表达量，添加NPA后在低磷处理12h~24h时增加了生长素合成基因SUR1的表达量，添加NPA在48h~120h时对SUR1基因的表达表现出抑制作用。添加NPA降低了生长素转运基因AUX1基因的表达量，但轻度低磷处理能在12h~24h时减弱NPA对生长素转运的抑制作用。添加SNP（NO供体）可显著上调酚酸类成分合成关键酶基因以及AUX1和SUR1基因的表达（P＜0.05），在低磷胁迫12h~24h时增加酮类合成关键酶基因的表达，但在48h~120h时SNP对丹参酮类成分合成基因的影响减弱，且相对偏低的低磷处理对外源SNP响应更为敏感。以上结果表明生长素参与了低磷胁迫对丹参根系发育和次生代谢的调控，NO作为生理信号可能通过影响生长素的合成与转运间接参与低磷对根系发育和次生代谢的调控。 综上，在1/2MS培养基的丹参种子萌发至幼苗期，1.250mmol·L-1~0.016mmol·L-1磷浓度可以促进根生物量增加；在MS培养基的1月龄移栽苗中，2.500mmol·L-1~0.031mmol·L-1磷浓度能增加移栽幼苗的生物量、次生代谢活性成分含量和细胞抗氧化酶活性；在Hoagland营养液的8月龄盆栽丹参种苗中，2.000mmol·L-1~0.025mmol·L-1磷浓度可增加丹参根系侧根数、生物量以及次生代谢活性成分含量。故从丹参种子萌发至种苗期，生长环境的供磷水平能显著调控丹参根系形态建成和次生代谢活性成分含量。本研究可为丹参药材种植过程中磷肥的科学施用提供理论参考，对于其它根类药材开展类似的磷元素对“根形态-有效成分”调控研究也具有十分重要的借鉴价值。
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