外源镁对艾纳香中l-龙脑积累及药材产量影响的协同调控机制研究

For a long time, the Blumea balsamifera cultivation with low content of l-borneol and low yield has become an important factor on limiting its industrial development. The results in our pre-research have confirmed that exogenous magnesium could significantly enhance the content of l-borneol and medicinal material yield, but its regulation mechanism is not yet clear. Therefore, B. balsamifera is cultivated by hydroponics foliage sprayed magnesium with dynamic monitor. One the one hand, base on plant secondary metabolic pathway, the effect of exogenous magnesium on the content of l-borneol, and the activity of key enzyme (bornyl diphosphate synthase) and content of precursor geranyl diphosphate (GPP) in biosynthesis of l-borneol are studied. It can define the regulation of exogenous magnesium on the accumulation of l-borneol. On the other hand, base on plant primary metabolic pathway, the effect of exogenous magnesium on the endogenous hormone is analyzed. The effect of magnesium on contents of primary metabolites (total sugar, crude protein, crude fat, crude fiber and ash) might also be verified and then explicit the influences on medicinal material yields of B. balsamifera. In addition, plant primary metabolites are the substantial bases for plant secondary metabolism. Through comprehensive analysis, the cooperative regulation mechanism of exogenous magnesium on the accumulation of l-borneol and medicinal material yield in B. balsamifera could be elucidated. In short, there is an important theoretical value to increase the quality and yield of B. balsamifera cultivation. At the same time, it will provide a favourable experimental basis to establish and improve the standardized production technology system of B. balsamifera cultivation.

长期以来，l-龙脑含量和药材产量低是限制艾纳香产业发展的主要原因。本课题组前期研究已证实，外源镁可以显著提高艾纳香中l-龙脑含量和药材产量，但是其调控机制尚未明确。因此，本项目拟以艾纳香为研究材料，采用水培方式，叶面喷施镁元素及动态监测等手段，一方面，从植物次生代谢途径，探讨外源镁对l-龙脑及其生物合成中的关键酶龙脑焦磷酸合酶活性和前体物质GPP积累的影响，从而调控l-龙脑积累；另一方面，从植物初生代谢途径，分析外源镁对艾纳香内源激素积累的作用，从而影响初生代谢产物总糖、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和灰分积累，进而影响艾纳香药材产量。基于植物的次生代谢是以初生代谢产物为物质基础，通过综合分析，阐释外源镁对艾纳香中l-龙脑积累及药材产量的影响及其协同调控机制。本项目的开展不仅对提高栽培艾纳香药材产量和质量具有重要的理论价值，也为建立和完善艾纳香规范化生产技术体系奠定了较好的实验基础。

长期以来，艾纳香药材l-龙脑含量低是限制艾纳香产业发展的主要原因。本项目以艾纳香为研究材料，采用水培方式，叶面喷施镁素，浓度分别为0、1.5、15和150 mg/mL，动态监测。一方面，从植物次生代谢途径，在10和11月，研究发现1.5和15 mg/mL镁处理浓度对l-龙脑百分含量的增加有显著的促进作用，并且在整个过程中，所有镁处理浓度显著增加了l-龙脑单株产量以及内根贝壳杉烯合酶和BbTPS表达。l-龙脑积累的增加可能是由于镁显著增加了内根贝壳杉烯合酶和BbTPS表达活性。另一方面，从植物初生代谢途径，研究发现镁可以显著提高艾纳香生长指标、叶片干重以及不同程度的增加5种初生代谢产物粗蛋白、总糖、粗脂肪、粗纤维、灰分含量以及5种内源激素赤霉素、IAA、ABA、CTK、ZR含量，尤其在处理的10和11月。这可能是由于镁对5种内源激素的显著促进作用，进而导致其初生代谢产物积累的增加，最终导致艾纳香叶片药材产量的显著提高。本项目进一步细化镁素浓度，设置镁素浓度为0、5、10、20、40和80 mg/mL，以二年生艾纳香为实验材料，于12月进行取样。研究发现，10 mg/mL镁处理浓度不仅显著促进l-龙脑积累及其生物合成关键酶BbTPS表达，而且还提高艾纳香叶片生物量以及5种内源激素含量和灰分、总糖、粗脂肪含量。完成计划目标的基础上，本项目确定了显著提高艾纳香产量和质量的氮磷钾配施比例。本项目共发表论文11篇，其中SCI 1篇，申请发明专利1项，培养硕士研究生1名。以上研究成果为生产优质高产艾纳香提供了科学依据，同时也为营养元素应用于其他药用植物的研究提供了技术基础。