1、课题来源与背景；黑龙江省自然基金重点项目 白桦树叶和树皮中含有重要的次生代谢产物白桦酯酸和白桦酯醇是极具开发潜力的抗癌、抗艾滋病（HIV）类先锋药物。植物体内次生代谢物质的生物合成受到细胞内部和外界因素的严格调控，与初生代谢相比，植物次生代谢产物的合成具有更加复杂的调控机制，并且更易受外界因素的影响。某些药用植物须在特定的自然条件和地理环境下才会显示其特有的功效,即中药材的"道地性"。对药用植物次生代谢成分与生态环境因素的关系进行研究，有利于揭示药用植物药用有效成分地域性差异的原因，可为药用植物的育种、栽培提供理论依据。 2、研究目的与意义； 本研究拟通过调控各环境因子，研究光、水分、氮素营养对白桦幼树生长过程中白桦三萜合成调控及关键基因的表达进行研究；并通过研究白桦幼苗中白桦三萜的空间分布,以及与三萜生物合成相关的关键酶基因的表达特征,对白桦三萜在植株中的合成和积累规律进行探讨。同时通过对次生代谢产物有重要作用的信号分子，来自植物细胞的内源性诱导子茉莉酸研究信号分子在白桦植株中三萜合成过程中的作用及其对三萜代谢关键基因的表达影响，旨在为揭示白桦三萜高效合成机制和进一步认识植物次生代谢调控规律提供重要线索。该项研究在国内尚无研究报道，该研究的开展将为我国白桦药用资源的开发和生物工程利用奠定基础，进一步丰富白桦三萜代谢途径和调控机制，因此具有非常重要的理论意义和巨大的应用价值。 3、主要结论； 1）研究不同树龄白桦中三萜积累的组织特异性和时空变化规律，为白桦三萜物质合成调控奠定了基础。 试验明确齐墩果酸和白桦酯醇含量分别以四年生和八年生白桦茎外皮中最高，一年生树木三萜物质含量低。不同白桦树龄中三萜基因BPW和BPY基因的相对表达量与其所对应的三萜化合物白桦酯醇和齐墩果酸两种物质在白桦植株中含量积累相吻合的。在生长季节内，茎皮中BPY基因在7月末和9月末分别出现了两个高峰期，其他三种基因的表达量都低于BPY基因，但BPX2和BPW基因表达量在6月末~9月末期，表达量逐渐增强。表明三萜基因的表达同三萜的积累和分布类似，显著受到季节的调控。 2）通过调节环境因子包括光质、光强、氮肥、水分处理，明确适合生产白桦三萜的植株生长条件，揭示白桦三萜积累对环境因子的响应。 明确低氮处理纯氮可促进白桦根皮和叶片中齐墩果酸积累，而高氮(150.75kg /hm2) 对茎皮部齐墩果酸和白桦酯醇的积累更为有利。在高峰期（7月末），各处理白桦酯醇含量积累以N3，N2显著高于N1和Nck处理，其中N3，N2分别比对照提高 61.34%和50.25%；茎皮中齐墩果酸含量为N3、N2分别比对照提高85.65%和33.40%。 喷施MeJA可以有效促进齐墩果酸和白桦酯醇积累，以7月末最为显著，茎皮和根皮中三萜物质含量表现为MeJA 100uM/L>MeJA 50uM/L >MeJA ck。不同水分胁迫处理下，积累高峰时，中度干旱（水35%）和轻度干旱胁迫下（水50%）可分别促进茎皮中齐墩果酸和白桦酯醇的积累，严重的土壤水分缺失（水15%）抑制次生代谢产物的积累。与对照相比，红、黄、蓝、绿4种光质处理均降低白桦茎外皮中三萜积累；绿光和蓝光可分别显著提高叶片中齐墩果酸和白桦酯醇含量，两种物质分别为对照的13.28倍和1.959倍。 3）研究JA、SA作用下，白桦植株生长、光合特性、次生代谢相关酶活性及白桦三萜合成关键基因的表达变化，明确了JA、SA在白桦三萜合成中的作用及机制。 以白桦三年生幼树为试材，研究白桦幼树生长特性及生理生化特征对诱导子的早期响应。明确不同浓度MeJA和SA处理均促进了白桦幼树株高的增长，但对胸径和地径的增粗有不同程度抑制作用。MeJA和SA处理在诱导中期均提高了白桦幼树叶片的光合指标Pn、GS和Tr。与CK相比，白桦幼树在MeJA和SA处理下叶片中叶绿素a、b及总量也均表现不同程度升高。表明，MeJA和SA处理促进了白桦幼树光合性能的提高。SA和MeJA处理下可溶性蛋白含量和可溶性糖的增加，且SOD、POD和CAT相互补充协调发挥清除活性氧的作用是提高抗逆性和刺激次生产物积累的一个原因。SA和MeJA处理的白桦叶片和茎皮中FPS的上调表达是相应组织中总三萜含量增加的一个主要因素，而在SA和MeJA处理下1~14d，茎皮中BPX基因的显著下调与BPY和BPW的上调表达将有利于齐墩果酸与白桦脂醇的高效合成。 4）建立了环境调控下对白桦整株树木三萜含量的提升的技术。即在2-3年生白桦植株生长旺盛季节（7-8月），进行各环境措施（MeJA 100uM/L、35%~50%水分胁迫及中高水平氮素(105 kg /hm2~150.75kg /hm2)）处理，使得各处理三萜及其组分显著提高，可比对照提高50%~2倍以上，其中白桦茎皮中总三萜、白桦脂醇、齐墩果酸三种产物最高含量分别达到203mg/g，51 mg/g，40 mg/g。 4、创新点； 该研究项目建立了环境调控下对白桦整株树木三萜含量的提升的技术，使得各处理三萜及其组分显著提高，可比对照提高50%~2倍以上，并揭示其生理及分子机制，为白桦栽培条件下高效生产三萜提供技术支持。

东北林业大学

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