滇龙胆对环境变化的异速生长响应机理研究

Allometry describes how a body part or characteristics of living creatures change with size, which is one of the research focuses in modern ecology. Plants have evolved allometic models to response the environmental change. However, research on the allometry of medicinal plants has not yet been carried out systematically. Therefore, it could be useful for discovering the relationship between the environment and the patterns of ontogeny as well as quality of medicinal plants by introducing the allometry into the filed of medicinal plant resources. This study, based on the collection of wild Gentiana rigescens and their environmental information from different areas of southwest China, intends to determine the biomass, main secondary metabolites, and nutrient elements of different parts of G. rigescens individuals, to use the standardized major axis regression analysis to discover the allometric strategies and responses of G. rigescens to the environmental change, and to provide new idea for the assessment of medicinal plant resources.

异速生长（allometry）是有机体某一部分或某一指标的不等速增长，是现代生态学研究热点之一。植物进化出异速生长模式对环境变化做出响应。有关药用植物异速生长的系统研究尚未见报道。将异速生长概念引入到药用植物资源领域，可用于揭示药用植物生长发育及品质的形成规律与环境之间的关系。本项目拟在收集西南不同地区野生滇龙胆资源的基础上，测定植株各部位生物量、主要次生代谢产物以及主要营养元素含量，并结合环境信息数据，采用标准化主轴回归分析等统计方法，分析滇龙胆的异速生长规律，阐明滇龙胆对环境变化的异速生长响应机理，为药用植物资源评价提供新的思路。

异速生长反映了有机体生长和分配之间的数量关系，是现代生态学的重要概念之一。在药用植物资源领域系统开展异速生长研究，可用于分析药用植物生长发育及品质的形成规律与环境之间的关系。本项目在收集西南不同地区野生滇龙胆资源及其环境因子数据的基础上，分析滇龙胆生长发育、主要次生代谢物和主要营养元素的变化规律，理解环境变化下滇龙胆异速生长的响应机制。研究发现，（1）滇龙胆地上与地下生物量呈近等速生长关系，植株药用部位生物量（地下生物量）受到密度、密度与生长年限交互作用的显著影响（p<0.05）；繁殖与营养生物量呈异速生长关系，且繁殖异速生长关系的斜率倾向于随着海拔的升高而增加；开花后植株减少了对根和茎生物量的投资，叶生物量分配比保持不变。（2）滇龙胆野生居群的4种环烯醚萜苷的积累和分布具有显著的变异性（p<0.05）；其中根中最主要的生物活性化合物是龙胆苦苷，其含量为28.8-49.5 mg/g，受到地理、气候、土壤等环境因素的综合影响。（3）滇龙胆各器官之间氮和磷异速关系的斜率在不同环境下无显著差异；锌与每个器官中的铁、硫或铜均呈显著正相关（p<0.05），提示这些元素可能存在相互作用；植株的铁元素显著低于土壤中的含量，说明滇龙胆对过量铁的抵御能力；与地理相关的降水和温度，其次是土壤磷含量，是滇龙胆多元素化学计量的主要驱动因素。研究成果为滇龙胆优良种源筛选与栽培技术优化提供数据支持，并为中药资源可持续发展及产地适应性研究提供新的研究思路。通过项目的实施，在国内外学术刊物发表论文10篇（其中SCI收录8篇），培养博士研究生1人（已获学位），晋升副研究员1人。