银杏叶黄酮类化合物的环境诱导机制

银杏（Ginkgo biloba L.）为我国传统的中药材，各器官中均含有黄酮类化合物，对人类的心脑血管和呼吸道疾病有显著疗效。目前有关银杏黄酮类化合物的品种变异、地理变异、季节变异和树龄变异等研究较多，但在银杏黄酮类化合物的环境诱导机制的研究极少。本项研究以银杏为研究对象，以国内外次生代谢研究基本理论为基础，通过温室土培试验，研究光、水和温度等因子与银杏黄酮类化合物的生物合成和积累机制之间的关系，对不同环境条件下，银杏叶黄酮类化合物的组成及含量、生物合成关键酶活性和关键酶编码基因的表达，以及初生代谢和黄酮类化合物生物合成中间产物等同步进行测定, 即从终产物、蛋白质、核酸3个水平同时入手并分析它们的对应关系，研究成果对于阐明银杏黄酮类化合物生物合成从接受环境信号到做出适应反应的过程和分子机制、丰富植物次生代谢理论等均具有重要的科学意义，对于药用银杏规范化栽培（GAP）也具有重要的应用价值。

银杏（Ginkgo biloba L.）为我国传统的中药材，各器官中均含有黄酮类化合物等次生代谢产物，对人类的心脑血管和呼吸道疾病有显著疗效。前人在环境因子与银杏次生代谢产物生物合成的关系少量报道，但有关银杏次生代谢产物生物合成的环境诱导机制的研究依然极少。本项研究以银杏为研究对象，以国内外次生代谢研究基本理论为基础，通过温室土培试验，研究光、水和温度等因子与银杏次生代谢产物（黄酮类化合物和内酯类化合物）的生物合成和积累机制之间的关系，对不同环境条件下，银杏的生长、次生代谢产物的组成及含量、生物合成关键酶活性和关键酶编码基因的表达，以及初生代谢等同步进行测定, 即从终产物、蛋白质、核酸3个水平同时入手并分析它们的对应关系，研究成果对于阐明银杏次生代谢产物生物合成从接受环境信号到做出适应反应的过程和分子机制、丰富植物次生代谢理论等均具有重要的科学意义，对于药用银杏规范化栽培（GAP）也具有重要的应用价值。研究结果表明，较低的温度、土壤水分含量和光照强度抑制了银杏的生长，促进了银杏叶片可溶性糖的积累。较低的土壤水分促进了黄酮代谢途径上游三个关键酶的活性，低温则提高了银杏叶片PAL和 C4H活性。中度干旱条件下叶中总黄酮醇苷含量最大，黄酮代谢途径7个关键酶的基因表达与黄酮含量变化同步。轻度干旱有利于萜内酯的积累，萜内酯代谢MVA途径中HMGR、MVD基因协同调控白果内酯BB代谢，MEP途径中DXS、DXR、MECT、MECPs基因调控总二萜内酯的合成，下游GGPPs基因表达与总萜内酯含量的变化趋势一致。轻度遮阴叶中总黄酮醇苷含量最大，其代谢途径下游基因表达与黄酮代谢关系紧密。重度遮阴有利于萜内酯积累，其MVA代谢途径中关键酶基因表达与白果内酯BB含量变化趋势完全相符，而MEP代谢途径中仅有MECT和MECPs基因表达与二萜类物质含量变化趋势基本一致，下游GGPPs基因表达与总萜内酯代谢同步变化。红光有利于黄酮类化合物的积累，黄酮代谢下游关键酶基因表达与含量变化趋势基本相同。蓝光有利于萜内酯积累，MEP代谢途径中关键酶基因和GGPPs基因表达与总萜内酯含量变化相一致。因此，温度、水分和光照等环境因子造成了银杏体内初生代谢、次生代谢关键酶活性和基因表达的差异，导致了次生代谢产物生物合成和积累的变化。