基于重构内生真菌群落结构调控丹参药材品质的生理生态机制研究

Pant secondary metabolites is material base of pharmacological characteristics. The structure of populations of endophytic fungi population structure associated with effective composition of herbes. Influence on the formation and accumulation of effective composition, such as single strains inoculated plants or on callus and hairy root, etc. Yet, because of fungal endophytes sheer number and diversity,modes of action still await rigorous demonstration for most host plant symbionts.Recently, we hypothesized that soil reconstructe the plant micro-ecology, change eco-physiological adaptability basing on TCM philosophy of "Good medicine from land".Our preliminary study indicated that contents of effective composition of Salvia miltiorrhiza by cutting root reproduction maintain differences of origin which come from sichuan, shandong, henan province. Morphological characteristics of seedling regeneration of Salvia miltiorrhiza is stability, but contents of effective composition is close to each other.So,we think the micro ecosystem of the regenerated seedlings restructuring in soil, the photosynthetic physiology and rhizosphere behavior to adapt to change, change the system of internal and external material flow, formed the approximate internal environment. This research can be used Salvia miltiorrhiza as model medicinal plant for studying endophyte -photosynthetic physiology –rhizosphere effects-effective composition four interact with each other,when regeneration seedling culture in sterile, greenhouse and field environment,with HPLC-MS, icp-ms, DGGE and the second generation sequencing technology. Thus, demonstrating that eco-physiological mechanisms of the change of the quality of Salvia miltiorrhiza by endophytic fungi infection, establishing a new methods and techniques of directional control quality of salvia miltiorrhiza. also provide new ideas and new methods of directional control quality of medicinal plants.

植物次生代谢产物是中药安全有效的物质基础。内生真菌种群分布与中药活性成分相关，单菌回接植物或刺激愈伤组织、毛状根等均影响活性成分形成和积累。然而植物与多种内生真菌共栖的秘密有待阐明。基于“地造灵药”是土壤重构植物微生态后产生的生理生态适应性变化的假说，初步发现不同种源丹参移栽后形态特征稳定，再生苗不同于原产地和根段栽培的是活性成分含量趋于接近。推测土壤重组了再生苗的微生态系统，引起光合生理和根际效应适应性变化，改变了植物微生态系统内部和内外物质流，形成的相似体内环境。本研究以丹参为载体，利用光合作用仪、HPLC-MS、ICP-MS、DGGE和第二代测序技术等，分析重构“植物+微生物”在无菌、温室和大田生境下，真菌组成—光合生理—根际效应—药材品质之间的互作关系。以期揭示内生真菌影响丹参质量和产量的生理生态机制，建立丹参品质定向调控的新方法和新技术，为药用植物品质定向调控提供新思路和新方法。

内生真菌与植物互作如何影响药材质量形成机制尚不明确。本项目以模式药用植物丹参Salvia miltiorrhiza Bge.为研究对象，以30株（20种）丹参内生真菌和7种丛枝真菌为研究材料，采用人工接种浸染的方法，在完全控制（培养瓶）、开放环境（盆栽）和大田栽培环境中开展单菌和复合菌的接种试验，从生物量、光合代谢、碳氮代谢、防御酶、次生代谢和根际互作等方面对它们的生理生态效应以及对药材产量和质量的影响进行评价。结果表明，丛枝真菌和内生真菌不都是有益共栖菌，部分丛枝真菌浸染植株抑制了植物的生长发育，甚至约一半左右内生真菌是丹参的潜在致病菌；内生真菌或丛枝真菌对植物的有益作用或不良效应，不是简单的加和作用，亲缘关系相近的物种存在拮抗现象，有益菌菌株组合应采用远缘组合的模式，才能发挥有益作用；单株（种）内生真菌或丛枝真菌只能促进丹参酮或酚酸中一类成分的合成，影响植物次生代谢产物的比例关系，从而调控药材的品质；真菌浸染植物后通过协调碳氮代谢平衡、防御和生长平衡、根际互作平衡、调节根冠比等而发挥益生作用，如单纯极度提高碳代谢活性的或防御能力的菌株都不会出现增产效应，极度提高丹参酮或酚酸类含量的菌株通常发生减产效应；真菌组合效应表明土壤本底微生物影响有益菌发挥益生作用，因此应根据不同栽培产地背景微生物选用适当的微生物才能发挥益生菌的最优效益。同时，获得了能提高丹参酮或酚酸含量和生物积累量的单菌株和有益组合菌，特别对丹参酮含量低或产量低的地区利用内生菌提高药材质量或产量具有重要的现实意义。因此，本研究不仅揭示了内生真菌与植物互作关系对药材生产的影响，同时表明内生菌资源在“三减一增”行动和有机中药材生产中具有重要的应用前景，也为药用植物品质定向调控和保障药材品质稳定性提供了实验依据。课题研究中已发表了7篇论文，获得1项专利，培养硕士研究生3名，完成了课题预定目标。