基于抗氧化胁迫响应的大黄传统烟熏干燥方法的科学内涵研究

The traditional smoked drying method of rhubarb has been used for thousands of years. In our previous research, it was showed that the contents of effective components of smoked drying rhubarb were significantly higher than that of others. Chinese medicinal materials still have physiological activity after harvested, and have an after-ripening period when it was dried. During this process, the transformation and synthesis of many effective components are happened. Smoking fumigation can lead to the accumulation of reactive oxygen species in rhubarb, and induce the anti - reverse reaction, which will lead to the accumulation and transformation of a series of secondary metabolites. In order to explore the response characteristics and mechanism of rhubarb in normal or smoked environment, this project will track the chemical changes by determining the chemical compositions of different interval samples during smoking drying process using LC-MS and other modern analysis methods. In addition, the antioxidant enzymes and signal molecular contents will be investigated, which can reveal the synthesis and transformation mechanisms of effective components. Moreover, the transcriptional and functional gene expression of rhubarb anthraquinone derivatives, two enthrones and phenolic acids in the biosynthetic pathway under smoked stress will be studied. At last，the purgation and antibacterial effects will be compared between the smoke drying and oven drying samples of rhubarb. The above system biology research will reveal the scientific connotation of rhubarb dried by traditional smoked method, and also provide theoretical basis for scientific drying of other root herbs.

中药大黄的传统烟熏干燥方法已延续了上千年，申请人前期研究表明，传统烟熏干燥大黄有效成分含量明显高于烘干等其他干燥大黄。采收后的中药材仍具有生理活性，干燥加工过程中存在后熟期，许多有效成分的转化与合成在这一阶段完成。烟熏会造成大黄根活性氧的积累，从而诱导大黄的抗逆反应，进而导致其一系列次生代谢产物的积累和转化。为深入研究大黄在正常状态和烟熏环境下的应答特征和机制，本项目采用LC-MS等现代分析手段对大黄烟熏干燥过程进行全成分变化的追踪，进而研究烟熏造成的大黄在催化酶和信号分子水平上的变化，揭示有效成分的合成与转化机制。在此基础上，研究烟熏胁迫下大黄蒽醌衍生物、二蒽酮类及酚酸等有效成分的生物合成途径中相关转录组和功能基因表达。同时，比较大黄烟熏干燥和烘干干燥样品的泻下、抗菌等药效活性。上述系统生物学的研究，将揭示大黄传统烟熏干燥方法的科学内涵，为大黄等根类药材的科学干燥加工提供理论依据。

大黄烟熏干燥是一种传统干燥方法，已延续使用了上千年。课题组研究发现传统烟熏干燥大黄有效成分含量明显高于烘干等其他干燥的大黄。中药材采收后仍具有生理活性，尤其根类药材后熟期相对较长。中药材在采收后的产地加工初期阶段，由于外界因素的刺激，其有效成分再次进行转化与合成。因此，本项目科学假设为大黄在收到气体胁迫、干旱胁迫等因素的影响，大黄根中抗氧化酶及生物合成相关酶的变化能导致其次生代谢产物的积累和转化。为深入研究大黄 在正常状态和烟熏环境下的应答特征和机制，本项目HPLC对大黄烟熏干 燥过程进行全成分变化的追踪，进而研究烟熏造成的大黄在催化酶和信号分子水平上的变化，最后通过转录组学和蛋白组学分析进一步揭示有效成分的合成与转化机制。主要研究结果如下：.（1）首先构建了一种可以同时测定大黄中16种核心化学成分的HPLC-PDA分析方法。（2）通过测定16种化学成分和相关药理活性差异，确定了大黄干燥适宜的烟熏浓度(20%-30%)；通过组织染色技术和多成分定量技术明确了大黄蒽醌类有效成分主要分布在根的皮层、次生木质部、次生韧皮部、髓中。（3）通过测定烟熏大黄和阴干大黄在0d-30d干燥过程中成分含量及超氧阴离子、抗氧化酶活性，结合HCA和PLS-DA数据分析，发现烟熏4d -6d时，大黄机体趋于死亡，成分积累到最高，揭示了大黄在干燥过程中有效成分积累的动态变化规律及生命体征变化规律，（4）选择新鲜大黄、烟熏干燥4d大黄和阴干大黄4d大黄，进行转录组学和蛋白组学研究。组间对比筛选差异基因，通过生物信息学分析手段，对差异基因和蛋白进行GO、KEGG等功能分析与注释，从基因和蛋白层面揭示了烟熏干燥促进大黄有效成分积累的分子机制和生物合成途径。（6）根据烟熏科学内涵机制研究的数据，选择烟熏干燥过程中的主要胁迫因素CO2气体浓度、大黄含水量等关键参数进行产地加工优化，开发出了一种适用于大黄的气调鲜切干燥工艺，通过此工艺制备的大黄片品质非常好，此工艺具有非常好的推广应用价值。