UV-B辐射增强影响夏枯草生长发育及迷迭香酸积累的机理研究

The naturally high level of UV-B radiation is an important ecological factor improve the quality of medicinal materials in Prunella vulgaris L. at a high-altitude area. However, UV-B radiation effect on rosmarinic acid（RA）accumulation of different elevation of P. vulgaris and its detailed molecular mechanism remains unclear. In the present study, under different natural and artificial UV-B radiation enhancement environment, the theories and methods of Ecology of Traditional Chinese Medicine Resources, Plant Physiology, Chemistry of Traditional Chinese Medicine, Molecular Biology and Cultivation Science of Medicinal Plants have been widely applied by researchers. The accumulation of biomass, RA, adaptive responses for physiological and biochemical mechanisms and the gene expression of specific metabolic pathways at the different developmental stages of P. vulgaris that were exposed to UV-B radiation were investigated. We need to clarify that the physiological, biochemical and molecular mechanisms of the accumulation of RA in P. vulgaris are actually a response to enhanced UV-B radiation. The mechanisms of major bioactive compound metabolism in P. vulgaris needs further research to lay a foundation for its automation and production. Meanwhile, we provide a theoretical basis to investigate the wildlife tending and artificial cultivation of P. vulgaris in China's Chuanxi plateau.

高海拔地区高剂量的UV-B辐射是促进夏枯草药材品质提升的关键生态因子，然而，UV-B辐射对夏枯草中主要活性成分迷迭香酸积累影响的机理尚不清晰。因此，本项目拟在不同自然与人工UV-B辐射增强环境下，运用中药资源生态学、植物生理学、中药化学、分子生物学及药用植物栽培学等学科理论与方法，研究不同强度UV-B辐射对夏枯草生物量形成、迷迭香酸积累、生理生化响应及迷迭香酸代谢途径关键酶基因表达模式，以揭示UV-B辐射增强与夏枯草迷迭香酸积累的关系及其生理生化及分子机理，为建立夏枯草UV-B辐射调控技术体系提供理论指导，为深入研究夏枯草活性成分代谢调控及其产业化生产奠定基础，同时对推动川西高原地区夏枯草野生抚育、人工栽培具有重要理论价值与实践意义。

高海拔地区高剂量的UV-B辐射是促进夏枯草药材品质提升的关键生态因子，因此，本研究开展UV-B辐射增强影响夏枯草生长发育及迷迭香酸积累的机理研究，取得如下研究成果：（1）西昌产夏枯草果穗中迷迭香酸、熊果酸、齐墩果酸、总黄酮、总多糖、水溶性浸出物、醇溶性浸出物含量均显著高于成都产夏枯草。（2）UV-B辐射增强能改变夏枯草不同生育期（苗期、拔节期、盛花期、成熟期）植株形态及生物量，降低夏枯草叶片中叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量，增加叶绿素a/b比例、类胡萝卜素和花青素含量；增强超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性和谷胱甘肽（GSH）含量；增加可溶性糖（SS）、过氧化氢（H2O2）、可溶性蛋白（SP），脯氨酸（Pro）和丙二醛（MDA）含量；增加夏枯草果穗中总黄酮、总酚酸、迷迭香酸、咖啡酸和金丝桃苷含量，以及体外抗氧化活性（DPPH●、ABTS●＋）；降低熊果酸和齐墩果酸含量；总多糖含量无显著变化；夏枯草果穗醇提物体外抗氧化活性（DPPH●、ABTS●＋）与总酚酸和总黄酮呈正相关；迷迭香酸代谢途径关键酶基因（PAL、RAS、CHS、CHI、C4H、4CL）表达量上调。（3）UV-B/A去除能改变夏枯草苗期、成熟期植株形态及生物量，降低叶片中叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量，增加叶绿素a/b比例和类胡萝卜素含量，紫外吸收物并无显著变化；增加SOD、CAT、POD、APX活性和GSH含量；增加SS、SP和H2O2含量；增加总黄酮、总酚酸、迷迭香酸、咖啡酸和金丝桃苷含量，以及体外抗氧化活性（DPPH●、ABTS●＋）；降低熊果酸和齐墩果酸含量，总多糖含量无显著变化；迷迭香酸代谢途径关键酶基因（HPPD、HPPR）表达量上调。（4）UV-B辐射能诱导夏枯草不同花穗生育期（现蕾期、盛花期、成熟期）中总黄酮、迷迭香酸、咖啡酸、金丝桃苷的积累，且在成熟期能显著增强花穗醇提物体外抗氧化能力，此外，果穗醇提物体外抗氧化能力（DPPH●、ABTS●＋）与迷迭香酸和总黄酮呈正相关。综上所述，夏枯草具有较高的抗光氧化能力，有较好的药用价值；UV-B辐射增强能激活夏枯草多种抗氧化保护系统，抵御光氧化应激引起的氧化损伤，显著提高果穗中迷迭香酸的含量。因此，UV-B辐射调控技术为夏枯草优质药材生产提供一条有效途径。