三七生长发育和品质形成对干旱胁迫的响应机理及其调控机制

Panax notoginseng is a rare Chinese herb medicine with highly medicinal and economic value, which is sensitive to water deficit: mild drought could increase the saponin content; while severe drought could negatively affect its yield, producing great economic losses. Therefore, effect of drought stress on panax notoginseng growth and active compounds content, such as panax notoginseng saponins R1, ginseng saponin Rb1 and Rd, Rg1 should be comprehensive investigated to improve the panax notoginseng quality and built the panax notoginseng drought-resistant technology system. The arm of this project is to study the influences of drought stress intensity and period in (1): Growth of panax notoginseng and content variations of important single ginsenoside. (2): Gene expression profiles of key enzyme in panax notoginseng, such as squalene synthase (SS), squalene epoxidase enzyme (SE), dammarane diol synthase (DS), and ring Archie alcohol synthase (CAS). The drought stress condition is artificial simulated by means of (1): Regulation water content of potted plant, and (2): Adding polyethylene glycol to nutrient solution. The goals of this project are to (1): Explore the growth and physiological mechanisms of panax notoginseng to adapted drought stress. (2) Indentify the variation of content and metabolic regulation mechanism of main monomer ginsenoside in panax notoginseng under drought stress condition. (3) Clarify the water requirement mechanism on panax notoginseng planting to improve the quality of panax notoginseng by water regulation.

三七是我国名贵中药材，药用价值和经济价值极高，但其对水分亏缺反应敏感。轻度干旱能增加皂苷含量，重度干旱则影响产量，每年都产生重大经济损失。因此，研究干旱胁迫下三七的生长及三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、Rb1和Rd含量变化规律，对提高三七质量，构建三七抗旱技术体系具有重要意义。本项目拟以三七为研究对象，采用盆栽控水和营养液中加入聚乙二醇人工模拟干旱胁迫方式，研究不同胁迫强度及时间条件下三七生长发育、重要单体皂苷含量变化规律，以及三七总皂苷合成途径中重要关键酶鲨烯合成酶（SS）、鲨烯环氧酶（SE）、达玛烷二醇合成酶（DS）、环阿齐醇合成酶（CAS）基因在干旱胁迫下的表达情况，从而阐明三七适应干旱胁迫的生长规律及生理机制，明确干旱胁迫下三七主要单体皂苷含量变化规律及代谢调控机制，为探索三七种植的需水规律、利用水分调节提高三七质量奠定理论基础。

三七是我国名贵中药材，药用价值和经济价值极高，但干旱会给三七产业带来重大经济损失。因此，研究干旱下三七的生长及其皂苷类物质含量变化规律，对提高三七质量，构建三七抗旱技术体系具有重要意义。本项目以三七为研究对象，采用盆栽控水和PEG 6000模拟干旱胁迫方式，研究干旱条件下三七生长发育、重要单体皂苷含量变化规律和皂苷合成基因表达情况，从而阐明三七适应干旱胁迫的生长规律及生理机制，明确干旱胁迫下三七主要单体皂苷含量变化规律及代谢调控机制，为探索三七种植的需水规律、利用水分调节提高三七质量奠定理论基础。本项目主要研究成果如下：.（1）三七种子因具有脱水不耐受特性，种子成熟后能够通过提高抗氧化酶活力和积累渗透物质来适应一定程度的模拟干旱带来的渗透胁迫，忍耐的最大PEG 6000 浓度为15%（水势为—0.170 MPa）。.（2）三七幼苗通过调节抗氧化酶系统清除活性氧物质以减轻氧化胁迫损伤，提高渗透胁迫物质含量增强细胞渗透压以减轻细胞损伤，增强抗逆胁迫信号强度以提高抗旱胁迫能力；三七幼苗最大能够耐受5% PEG 6000（水势为—0.075 MPa）。.（3）干旱胁迫使三七生长减缓，光合作用减弱，但干旱胁迫下三七总皂苷和大部分单体皂苷含量均增加。且三七生长最佳土壤水分条件为70%田间持水量，干旱耐受极限为55%田间持水量。.（4）PEG 6000模拟的干旱胁迫下三七根中有12个萜类骨架合成通路基因与2个倍半萜类和三萜类合成通路的基因上调。说明干旱能通过刺激皂苷合成基因上调，使三七产生更多的皂苷类物质。.（5）干旱胁迫使三七内源激素脱落酸、茉莉酸和水杨酸以及信号物质H2O2和NO含量上升。外源脱落酸与茉莉酸以及外源信号物质H2O2酸能使皂苷合成基因表达量上升，说明这些物质促进三七产生和积累皂苷类物质。.综上，本研究认为虽然干旱会导致三七产量下降，但一定干旱程度能促使三七根中的皂苷合成基因表达量上升，皂苷含量增加。因此，本研究认为可以使用科学的灌溉方式做到既保证三七生长，又能提高皂苷类物质积累，以节约灌溉成本。