丹参根际分泌物对药材品质形成的调控机制研究

药用植物营养代谢的遗传特性以及根际环境中物质迁移和调控是药材品质成因和调控研究的关键和重点。丹参根际分泌物是其遗传和环境胁迫耦合效应的产物，是阐释丹参药材品质形成与调控的关键点。本项目利用可控的盆栽系统、根际观察盒、LC-MS、GC-MS、ICP-AES和HPLC分析等技术手段比较四川、山东和河南3地种源丹参根际分泌组成和含量差异，及其对土壤元素有效态、植株元素含量和10种有效成分积累的影响；运用多元统计分析法揭示根际分泌物/根际元素/丹参品质的互作关系，构建相应数学模型，结合盆栽和田间补给试验验证。前期研究表明，土壤因子是影响丹参有效成分积累的重要因素。阐明丹参根际分泌物对其药材品质形成和调控机制，为今后建立丹参土根际调控技术、品种选育、连作障碍防治和稳定丹参品质工作奠定良好的基础。为提高土壤养分资源利用效率，协调药用植物高产、优质、资源高效和环境保护的矛盾等问题提供新的研究思路和方法。

丹参为唇形科植物丹参Salvia miltiorrhiza Bge.的干燥根茎，属多道地药材，是治疗心脑血管系统等疾病的常用药物。近年来，各地丹参质量参差不齐，出现道地产区生产“非道地药材”的现象。因此，阐明根际分泌物/根际元素/药材品质之间的相互作机理及机制，对提高药材生产与环境保护之间的矛盾有现实理论意义和实用价值。.本项目主要利用LC-MS、GC-MS、ICP-AES 和HPLC 分析等技术手段，平行分析了四川、山东和河南丹参在盆栽、大田栽培条件下，根际分泌物、土壤元素形态分布、植株元素分布以及形态、活性成分互作规律，并结合元素补给试验进行验证。已完成项目预定研究目标。主要研究结果显示：1）丹参根系分泌存在主动过程，与土壤环境相关；分泌物中的多糖、氨基酸、蛋白质、挥发性物质、有机酸等组成和含量与土壤营养条件和种质相关；2）根际土壤中As、B、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Pb、Zn、Ca、Fe、K、Mg、P的交换态和碳酸盐结合态含量增加，残留态呈减少趋势，改变了不同元素向水体迁移的迁移能力，提高了元素利用有效性，但S机结合态和残留态含量增加，生物有效性降低；3）植株中As、B、Cd、Cr、Mn、Pb、Zn、Ca、K主要分布地上部分，尤以As、Cd、Cr、Pb等比例较高，元素在根部富集能力大小是Mg>Fe>Mn≈Zn > Cu>Pb> Cd> As>Cr；Mg、Mn、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 等分布高低顺序是可溶性组分>细胞壁组分>细胞核>核糖体>质体>线粒体，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn等主要在可溶性组分，As主要在细胞壁和细胞核；细胞中Mg 30%~60%属不易移动状态，Mn、Fe、Zn 25%~55%属难移动状态，Cd 25%~40%属不易或难移动状态，Cr、Cu、Pb 70%~85%属不易或难移动状态，As 90%以上属不易移动状态；丹参积累和运输、贮藏元素存在基因型差异；4）同等条件下丹参活性成分存在差异，但均达到药典要求，元素影响丹参酮类含量，影响丹酚酸B小，Mg、Zn、B、Mo是限制因子。.本项目建立了丹参根际分泌物/元素/药材品质之间的关系模型，首次揭示了根际行为与品质形成的互作规律，对提高土壤养分利用、品种选育、连作障碍防治和稳定药材品质方面具有重要的指导意义。也为解决资源利用与环境保护的矛盾等问题提供新的研究思路和方法。