氮素对菘蓝的生长及生物碱类成分积累的调控机制

菘蓝为常用中药板蓝根与大青叶的原植物，其体内的生物碱类成分是板蓝根与大青叶发挥抗病毒作用的物质基础。目前菘蓝栽培生产中药农多只重视药材的产量而忽略其有效成分含量。而氮素作为生物碱合成的主要氮源供给，不仅影响菘蓝的生长，必然也影响生物碱的合成。本项目拟以生物碱含量有差异的菘蓝为材料，采用凯氏定氮法、HPLC分析技术和酶学分析技术，研究不同氮素形态、氮素用量和施氮次数对菘蓝的生物量、光合特性及生物碱类成分的影响，结合酶学分析技术，研究与氮素代谢相关的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶的活性，研究氮素对生物碱靛蓝合成相关的关键酶色氨酸合成酶的影响，采用荧光-定量PCR技术研究氮素对色氨酸合成酶基因的表达调控，以探明氮素对菘蓝的生物量与C、N类初生代谢产物的调控效应，明确氮素对生物碱类次生代谢产物调控的生理生化机制，对于指导菘蓝调优栽培技术的建立、获得高产优质的板蓝根与大青叶药材有很强的实践意义。

菘蓝的根入药为板蓝根，叶入药为大青叶，二者不仅用于临床配方，也是多种中成药的重要原料，市场用量逐年增加，高产优质是高质量原药材获得的前提条件。而在栽培管理中，氮营养是其生长和代谢的重要影响因子之一，与其体内活性成分合成有着密切关系。基于此项目以菘蓝为研究对象，以不同形态氮素及其组合、氮素用量等作为试验因素，盆栽与大田试验相结合，系统地开展了氮营养对菘蓝生长及生物碱类成分积累影响的研究。（1）氮素对菘蓝的生长的影响：不同形态氮素及组合能促进菘蓝的生长，提高其叶与根的生物量，生长前期：酰胺态氮对菘蓝生物量影响最大。生长后期：硝态氮对菘蓝的叶与根干重影响最为显著，铵态氮对主根长度、侧根数及根内多糖含量影响最显著，酰胺态氮与硝态氮对主根直径的影响相近。综合考虑叶与根的产量，硝态氮是影响菘蓝生长最重要的氮素形态。而单独施用酰胺态氮（尿素）也能有效促进主根直径、单株叶与根的鲜重；大田追施尿素也能显著提高根与叶的干重，其中施肥量为675 kg/hm2时根干重最高。（2）氮素对光合色素与光合特性的影响：硝态氮对生长后期叶片的叶绿素含量、净光合速率（Pn）影响最显著，铵态氮影响最显著的是叶片的胞间CO2浓度（Ci），酰胺态氮影响最显著的是叶片气孔导度（Gs）与蒸腾速率（Tr），可见硝态氮通过提高其叶绿素含量和Pn值实现对其生长状况的影响。施用适宜浓度的尿素能有效地提高叶绿素含量、Pn、Tr与Ci。大田施用一定量的尿素也有利于提高叶片的Pn、Gs、Ci与Tr。（3）氮素对菘蓝体内生物碱类成分的调控：菘蓝生长前期铵态氮对靛玉红影响最显著，硝态氮对靛蓝影响最显著。生长后期：铵态氮对叶的靛蓝、靛玉红、总生物碱含量影响最显著，硝态氮对根内的(R,S)-告依春的影响最显著，说明叶内与根内的活性成分对不同形态氮素响应存在差异。大田追施尿素在一定用量范围内能够提高叶内靛蓝与根内(R,S)-告依春含量，靛玉红含量则低于对照。（4）菘蓝体内与氮代谢相关酶的研究：不同氮素形态对菘蓝叶片硝酸还原酶活性影响有差异，铵态氮影响最显著；菘蓝色氨酸合成酶基因（IiTSA）在不同氮素处理和菘蓝的不同部位的表达存在差异，IiTSA在缺氮处理下表达下调，相应的靛蓝与靛玉红含量也低于对照，说明由色氨酸合成酶基因调控靛蓝与靛玉红的前体化合物吲哚的合成受到一定的抑制，导致其含量降低。