喜阴药用植物三七（Panax notoginseng）对光的适应策略及皂苷积累特征研究

Panax notogiseng is the traditional and rare Chinese medicinal materials and the medicinal plant resource with the most distinctive Yunnan characteristics. Also, P. notogiseng is a typical shade-tolerant plant. In our previous study, we found that P. notogiseng may survive under growth irradiance of 2.8% full sunlight. In agricultural production, P. notogiseng need to be cultivated under shade growth house. Nowadays, little research has been made to examine photosynthetic traits, the strategy of photosynthetic acclimation, and the pattern in saponin accumulation of active components of P. notogiseng under a gradient light. In this project, we would investigate the effects of light irradiance on morphological characteristics, growth strategy, photosynthetic physiological and biochemical traits, and spaonin accumulation of P. notogiseng in the context of nitrogen supply. We would elucidate the following scientific issues: (1) how does P. notogiseng acclimate to light irradiance by a change in morphology, growth, and photosynthetic physiology and biochemistry, and how does nitrogen affect photosynthetic acclimation to light? (2) How does P. notogiseng accumulate saponin of active components under different levels of growth irradiance, and how does nitrogen affect the pattern in saponin accumulation? The project will possess the following scientific significance: (1) An understanding of a strategy of photosynthetic acclimation and a pattern in saponin accumulation for a shade-tolerant medicinal plant, (2) Providing a technological support and scientific base to high-quality and high-yield of P. notogiseng.

三七是我国传统名贵中药材,也是最具云南特色的药用植物资源。三七是一种典型的喜阴药用植物，我们前期研究发现，在透光率仅为2.8%的荫棚中三七也能生存。生产上，三七需要遮荫栽培。 到目前为止，关于三七的光合特征以及对光的适应策略和主要药效成分皂苷积累特征的研究较少。本项目主要研究生长环境的光照强度变化对不同氮素水下三七形态表征、生长特性、光合生理生化特征以及主要药效成分皂苷含量的影响。探讨的主要科学问题是：1）在不同光照强度下，三七形态表征、生长策略、光合生理生化特征会发生怎样的适应性变化？以及氮素水平对适应性变化的影响。2）三七主要药效成分皂苷积累对光照强度变化有怎样的响应特征？以及氮素水平对响应特征的影响。本项目的科学意义是：1）了解喜阴药用植物对光照强度的适应策略及主要药效成分皂苷积累对光环境的响应特征；2）为喜阴药用植物优质高产栽培提供技术支撑和科学依据。

三七是一种典型的喜阴药用植物；生产上，三七需要遮荫栽培。到目前为止，关于三七的光合特征以及对光的适应策略和主要药效成分皂苷积累特征的研究较少。本项目主要研究生长环境的光照强度变化对三七形态表征、生长特性、光合生理生化特征以及主要药效成分皂苷含量的影响。研究结果表明，透光率为8%条件下较适合三七种苗生长；当透光率降低时，二年生三七其生长策略是将生物量优先分配到茎部和叶部，增加光合色素含量，这有利于二年生三七在低光照环境捕获更多的光能进行光合作用从而增加碳收获和生物量的积累；生长在高光下的二年生三七，通过减少光捕获来加强光保护作用，通过非光化学淬灭途径和非净碳化过程消耗过剩的能量，并且通过提高抗氧化防御系统，从而使光合器官免受光损伤；生长在低光下的三七，优先通过加强光能的捕获，确保有足够的能量进行光合作用。三年生三七通过抑制地上部分的生长来适应长期的高光照环境，并将更多的资源用于地下部分的生长；遮荫过度则抑制地下部分的生长，并且更多的资源用于地上部分的生长。另一方面，高光环境下三年生三七通过增加光呼吸消耗大量电子、提高环式电子传递速率、热耗散能力和抗氧化酶活性来保护光合机构不被氧化伤害；弱光环境下，由于光能的缺乏，通过提高电子向羧化反应的分配和通过调整碳的收支平衡来适应弱光环境。氮是三七生长所需的重要营养元素，适宜的氮有利于三七的生长和皂苷含量的积累，同时能降低三七的发病率。过量的氮肥施用反而会抑制三七的生长，降低皂苷的含量，增加三七的死亡率。适度遮荫能够促进三七芦头中皂苷的积累，然而主根和须根皂苷的积累具有相对弱光依赖性特征。对于大田生产，8%~12%的全光照环境光强为三七最适宜的生长环境的光强。本项目研究结果对掌握喜阴药用植物对光照强度的适应策略及主要药效成分皂苷积累对光环境的响应特征有重要意义，将为喜阴药用植物优质高产栽培提供技术支撑和科学依据。