黄芩主要药效成分积累与生态因子和关键酶基因表达的关系研究

发布时间：2020-04-05 01:58

【摘要】：黄芩(Scutellaria baicalensis Georgi),唇形科黄芩属多年生草本植物,主要分布于黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、河南、甘肃、陕西、山西、山东、四川等地。中药黄芩为其干燥根,具有清热燥湿,泻火解毒,止血安胎等功效。黄芩的主要药效成分是次生代谢产物,其合成和积累的影响因素除了与外部环境条件有着密切关系之外,内部基因表达也是造成药材活性成分差异的重要因素。因此,阐明黄芩药效成分的积累规律对于中药黄芩的优质高产具有重要的意义。本研究以一、二年生黄芩为研究对象,以中药黄芩主要药效成分的合成与积累作为评价指标,在前期课题组研究工作的基础上,系统开展了不同生长阶段黄芩主要药效成分合成与积累的动态变化的研究,并结合外界生态因子和黄酮类化合物合成途径中关键酶基因的表达,探讨了生态因子和关键酶基因表达与黄芩药效成分积累的关系。主要研究结果如下:1、以一、二年生黄芩根组织为试验材料,对不同生长发育时期黄芩产量和主要药效成分含量进行分析。结果表明,一年生黄芩产量在9至10月增长最快,产量占全年增长量的89%;二年生黄芩则在10月上旬产量最高,干重平均值为6.30 g株~(-1)。一年生黄芩黄芩苷的含量在9月上旬最高(11.72%),之后逐渐下降;黄芩素含量先缓慢上升,9月中下旬达到最高。二年生黄芩黄芩苷含量呈“M”型变化,5月末含量最高,为13.22%,较之一年生黄芩,黄芩苷含量最高时上升了1.49%,8月末出现第二个峰值;而黄芩素含量呈“W”型变化,7月初含量最高(1.34%)。结合黄芩产量和药效成分含量,一年生黄芩主要药效成分总产量在9月份增长较快,10月中旬达到最高,黄芩苷含量达50.56gm~(-2);二年生黄芩主要药效成分总产量在7月中下旬至8月末增长较快,增长量占黄芩第二年增长总产量的46%,9月中下旬达到最高,为0.68 g株~(-1)。因此,长春地区二年生黄芩的最佳采收期是9月中下旬。2、以一、二年生黄芩根为试验材料,对黄芩关键酶基因(PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、FNS、F6H、UBGAT、GUS)的表达量与主要药效成分积累的关系研究表明,在黄芩的不同生长发育时期,关键酶基因表达对黄芩质量合成的影响程度不同。一年生秋季黄芩黄芩素与CHS、4CL和CHI基因表现出显著正相关,相关系数分别达到0.69、0.67和0.57,说明CHS、4CL和CHI基因对于黄芩素含量的积累具有重要的作用。黄芩苷、汉黄芩苷和总黄酮与PAL基因呈显著正相关,相关系数分别达到0.57、0.57和0.60;总黄酮与CHS、F6H和4CL基因呈显著正相关,相关系数分别达到0.61、0.59和0.57,因此,PAL、CHS、F6H和4CL基因对于一年生黄芩质量的合成与积累影响较大。二年生黄芩C4H基因与黄芩素呈显著正相关,相关系数达0.52,表明C4H基因能够有效促进二年生黄芩根部黄芩素的积累。综上,在黄芩的不同生长发育时期,关键酶基因表达对黄芩质量合成的影响程度不同,一年生秋季黄芩质量的形成受关键酶基因表达影响较大。3、不同生长阶段黄芩根组织中主要药效成分积累和关键酶基因表达与生态因子关系研究表明,在质量形成方面,一年生秋季黄芩样地中光合有效辐射与黄芩苷、黄芩素和总黄酮呈显著相关,相关系数分别为0.74、0.68和0.74;土壤含水量和土壤温度与黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素和总黄酮均表现出了显著的相关性,其中与黄芩苷的相关系数分别达到0.85和0.82,与总黄酮的相关系数分别达到0.87和0.90;空气温度与黄芩苷、黄芩素和总黄酮均呈显著相关,相关系数分别为0.77、0.78和0.82。综上,光合有效辐射、土壤含水量、土壤温度和空气温度是重要的生态因子,在一年生秋季黄芩质量合成与积累过程中影响较大。二年生黄芩不同生长时期土壤含水量与黄芩素、汉黄芩素呈显著负相关,相关系数分别为0.56和0.58。黄芩苷是黄芩素的储存形式,由此推测土壤中水分的适度增加有助于促进黄芩素转化为黄芩苷。基因表达方面,对于一年生秋季的黄芩,光合有效辐射与PAL、CHI、FNS和GUS基因呈显著正相关,与PAL基因的相关系数达0.69;土壤含水量与PAL、FNS和GUS基因呈极显著相关,相关系数分别达到0.76、0.71和0.71;土壤温度和空气温度与4CL、CHS、CHI和F6H基因均表现出了显著的相关关系,其中与4CL基因的相关系数分别达到0.76和0.78,与CHS基因的相关系数分别达到0.73和0.75。因此,光合有效辐射、土壤含水量、土壤温度和空气温度对于一年生黄芩关键酶基因的表达也具有重要的促进作用。二年生黄芩中只有4CL基因与空气温度表现出了显著的相关性,相关系数为0.55,说明空气温度的提高有利于二年生黄芩4CL基因的表达。综上,相比于二年生黄芩,一年生秋季黄芩的质量与生态因子和关键酶基因表达相关性较强,一年生秋季黄芩质量合成过程中较易受外界环境影响,二年生黄芩敏感性较弱,一年生黄芩在秋季栽培过程中应加强对土壤水分的管理。
【图文】：

黄芩,动态变化,汉黄芩苷,黄芩素

图 1.3 一年生秋季黄芩主要药效成分的动态变化Fig.1.3 Dynamic changes of main medicinal ingredients in annual S. baicalensis Georgi in autumn一年生秋季黄芩根中主要药效成分变化如图 1.3 所示，从图中可知，秋季黄芩苷含逐渐下降，9 月初黄芩苷含量最高，为 11.72%，果熟期下降较快，9.27～10.6 呈现显著降的趋势，之后到了枯萎期，虽然 10.11～10.16 有显著上升的趋势，但整体在缓慢下降黄芩根中汉黄芩苷含量在秋季变化不大，9.21～9.27 显著上升，9.27～10.6 呈极显著下降之后 10.11～10.16 呈极显著上升，但整体上汉黄芩苷在缓慢地下降。黄芩素的含量在 9.19.21 缓慢上升，9 月中下旬黄芩素含量最高（1.33%），9.21～9.27 呈现极显著下降的趋势

黄芩,动态变化,汉黄芩苷

图 1.4 二年生黄芩主要药效成分的动态变化Fig.1.4 Dynamic changes of main medicinal ingredients in biennial S. baicalensis Georgi二年生黄芩根中黄酮类化合物含量变化情况如图 1.4 所示，从图中可知，二年生黄芩中黄芩苷含量整体上呈先上升再缓慢下降的趋势，其含量在 4.23～5.17 呈现极显著上升的趋势，5 月中旬含量已远大于 2015 版《中国药典》规定含量（不少于 9%）以上（12.86%）5 月末含量达到最高值（13.21%），，大于一年生黄芩取样期间黄芩苷含量的最大值（11.72%），之后虽然在 8.8～8.19 显著上升，但整体含量逐渐下降。黄芩根中汉黄芩苷含量 4.23～5.17 呈极显著上升，5 月中旬含量最高，为 3.17%，之后缓慢下降，8.8～8.3
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S567.239

【相似文献】