全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2012, 48 (2): 181~188 181
收稿 2011-10-13 修定 2011-12-29
资助 国家“十一五”支撑计划(2007BAD79B06)和国家科技基础
性工作专项重点项目(2007FY110800)。
* 通讯作者(E-mail: liangzs@ms.iswc.ac.cn; Tel: 029-87092373)。
生长调节物质和可溶性糖含量对丹参中丹酚酸类物质积累的影响
王春丽1,2, 梁宗锁1,*, 李殿荣2, 刘岩3, 刘峰华3
1西北农林科技大学生命科学学院, 陕西杨凌712100; 2陕西省杂交油菜研究中心, 陕西大荔715105; 3天津天士力现代中药资
源有限公司, 天津300402
摘要: 采用盆栽实验研究了生长调节物质水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、赤霉素(GA3)对不同生长时期丹参植株中非结
构糖含量、碳/氮比及根中丹酚酸类物质积累的影响; 并进一步测定培养基中不同浓度蔗糖、葡萄糖、果糖对丹参毛状根
中丹酚酸类物质积累的影响, 对盆栽实验的结论进行了验证。结果显示, SA处理的丹参幼苗及花后期植株中蔗糖含量有增
加趋势, 而MeJA处理的丹参幼苗及花后期植株及GA3处理的丹参花后期植株中蔗糖积累均有降低趋势; 且SA、MeJA和
GA3处理对花后期植株地上和地下部分碳/氮比的影响不同。然而, SA和MeJA处理的丹参幼苗及花后期植株地上部分和根
中还原糖含量、GA3处理的花后期植株根中还原糖含量均显著增加; 同时, SA和MeJA处理的丹参幼苗根中迷迭香酸含量,
以及SA、MeJA、GA3处理的花后期植株根中迷迭香酸含量和丹酚酸类总量显著增加。毛状根培养结果进一步证明, 葡萄
糖促进毛状根中迷迭香酸的产生, 增加丹酚酸类总量, 毛状根中迷迭香酸、丹酚酸B的积累及丹酚酸类总量与培养基中蔗
糖浓度不相关。可见, 丹参(植株)根中丹酚酸类物质的产生和积累受SA、MeJA和GA3的诱导, 其与碳/氮比及植株中蔗糖
含量没有相关性, 推测植株中葡萄糖含量的增加促进根中丹酚酸类物质的积累。
关键词: 丹参; 丹酚酸类物质; 生长调节物质; 蔗糖; 葡萄糖
Effects of Growth-Regulating Substances and Soluble Sugar Contents on Ac-
cumulation of Salvianolic Acids in Salvia miltiorrhiza Bunge
WANG Chun-Li1,2, LIANG Zong-Suo1,*, LI Dian-Rong2, LIU Yan3, LIU Feng-Hua3
1College of Life Sciences, Northwest A & F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2Hybrid Rapeseed Research Center of
Shaanxi Province, Dali, Shaanxi 715105, China; 3Tianjin Tasly Modern Traditional Chinese Medicine Resources Limited Com-
pany, Tianjin 300402, China
Abstract: The study aimed at investigating effects of growth-regulating substances salicylic acid (SA), methyl
jasmonate (MeJA) and gibberellic acid (GA3) on accumulation of salvianolic acids, contents of non-structural
carbohydrates and carbon/nitrogen ratios in seedlings and fruiting plants of Salvia miltiorrhiza by a pot experi-
ment, further conclusion of which was demonstrated by comparing effects of sucrose, glucose and fructose of
different medium concentrations on contents of salvianolic acids in cultures of S. miltiorrhiza hairy roots. The
results exhibited an increasing trend in sucrose contents in both the seedlings and fruiting plants of S. miltior-
rhiza for the SA treatment; but sucrose contents in both the MeJA-treated seedlings and fruiting plants and in
the GA3-treated fruiting plants, together exhibited decreasing trends. Meanwhile, SA, MeJA and GA3 induced
various changes in carbon/nitrogen ratios of the fruiting plants. However, contents of reducing sugar in both
shoots and roots of the SA- or MeJA-treated different-aged plants and in roots of the GA3-treated fruiting
plants, together with contents of rosmarinic acid in roots of the seedlings treated by the SA or MeJA, contents
of rosmarinic acid and total amounts of salvianolic acids in roots of the fruiting plants treated by the SA, MeJA
or GA3, were significantly increased. The culture experiment further demonstrated that glucose promoted pro-
duction of rosmarinic acid and enhanced total amount of salvianolic acids in the S. miltiorrhiza hairy roots,
whereas contents of salvianolic acids in the cultures did not exhibit positive correlation with medium concentra-
tions of sucrose. This indicates that production and accumulation of salvianolic acids in roots of S. miltiorrhiza
plants is induced by SA, MeJA and GA3, which does not correlate with carbon/nitrogen ratio and sucrose con-
tent in the plants. It is speculated that enhancement in glucose level of the plant accelerates production of salvi-
anolic acids in the root.
Key words: Salvia miltiorrhiza; salvianolic acids; growth-regulating substances; sucrose; glucose
丹参是唇形科(Labiatae)鼠尾草属(Salvia)多年
生草本植物, 其所含的药物活性成分主要存在于
根中, 故常以根入药。作为一种传统中药, 丹参药
材具有活血祛瘀、凉血消痈、消炎养血等作用,
植物生理学报182
被广泛用于治疗心脑血管疾病, 疗效显著。丹参
根中水溶性药物活性成分主要是丹酚酸类物质,
包括丹参素钠(3,4-二羟基苯基乳酸), 原儿茶酸, 肉
桂酸, 咖啡酸, 对香豆酸, 迷迭香酸, 丹酚酸A、B、
C、E等。药典中以丹酚酸B含量作为酚酸类物质
的指标, 用以判断丹参药材的品质(国家药典委员
会2010)。近年来, 人工培养的丹参毛状根被有效
用于提取和生产丹酚酸、丹参酮等药物活性成分
及学术研究(陈兆伟等2010; Yan等2006)。由于冠
心病等疾病严重威胁着人类的健康, 市场上对高
质量丹参药材原料的需求逐年增加, 而且丹参中
酚酸类及二萜类次生物质种类较多且含量相对较
高, 因此, 以丹参为材料, 研究次生物质积累的调
节机制对生产及学术研究都有重要意义。
酚酸类物质由蔗糖和葡萄糖等可溶性糖的降
解产物衍生而来, 其合成与这些糖的积累和代谢
密切相关。蔗糖降解生成葡萄糖和果糖, 葡萄糖
经过糖酵解和磷酸戊糖途径合成磷酸烯醇式丙酮
酸和赤藓糖-4-磷酸, 再经莽草酸途径转化为苯丙
氨酸、酪氨酸和色氨酸。苯丙氨酸和酪氨酸可经
苯丙烷支路(phenylpropanoid pathway)和酪氨酸-衍
生物支路(tyrosine-derived pathway)合成酚酸类次
生物质(Sanchez-Ballesta等2007; Yan等2006)。前
人概括有关碳水化合物含量与次生物质合成的关
系为碳/氮比理论, 认为增加植物碳/氮比, 则相应
增加苯丙素类、异戊烯类等碳基次生物质含量(Ia-
son等1996; Bryant等1983), 但该理论与后来的许
多研究结果并不一致(Wassner和Ravetta 2007; Mudau
等2006), 还有待深入地研究。
植物生长调节物质水杨酸(salicylic acid, SA)、
茉莉酸(jasmonic acid, JA)及其甲酯(methyl jas-
monate, MeJA)、赤霉素(gibberellin acid, GA3)等被
广泛用于次生物质合成的调节 , 有关施用SA、
MeJA及GA3促进植物体内酚酸类物质的产生和积
累的相关研究很多(Wolski等2010; Sharaf-Eldin等
2007; Teszlák等2005; Pastírová等2004)。同时,
SA、JA和GA3也影响植物的光合、生长及碳水化
合物积累等生理代谢过程。研究发现, SA抑制逆
境胁迫下叶片叶绿素含量的降低, 提高植物的净
光合速率和CO2固定速率, 增加1,5-二磷酸核酮糖
羧化酶/加氧酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxy-
lase/oxygenase RuBisCO)活性, 从而增加同化产物
的积累和转运(张扬欢等2011; 曾长立和陈禅友
2010; Popova等2009; Elwan和El-Hamahm 2009;
Chen等2007; 王利军等2003)。而MeJA促进植物衰
老, 降低叶片叶绿素含量, 降低光合速率, 减少蔗
糖等的积累(Ananieva等2007; Hung和Kao 2004)。
GA3则促进光合产物及可溶性糖的消耗, 促进植物
营养生长和产量的提高(Sharma和Singh 2009; Ilias
等2007)。所以SA、JA和GA3作为外源诱导子, 一
方面诱导植物产生酚酸类物质, 同时调节植物的
光合及可溶性糖积累等。
近年来, 相关研究大多集中在诱导子调节酚
酸类物质合成途径中关键酶表达的分子机制等方
面, 而初生代谢特别是糖代谢与酚酸类物质合成
关系的研究很少。本试验测定了生长调节物质
MeJA、SA及GA3对丹参植株中非结构糖含量、碳/
氮比及根中丹酚酸类物质积累的影响, 并通过丹
参毛状根培养试验进一步揭示不同种类糖对丹参
中丹酚酸类物质积累的影响, 为植物响应环境胁
迫的次生代谢机制及初生代谢和次生代谢的关系
等研究提供理论依据。
材料与方法
1 植物材料
盆栽试验及毛状根培养试验均于2010年4~7
月在陕西省中药指纹图谱与天然产物库研究中心
进行。实验所用紫花商洛丹参(Salvia miltiorrhiza
Bunge)种子和种苗由天士力陕西商洛丹参种植基
地提供。幼苗栽培时, 挑选大小一致的丹参种子
用0.5% KMnO4消毒15 min, 漂洗干净后, 于4月初
播种于直径17.0 cm、高12 cm的花盆中, 以砂和蛭
石(体积比为5:2)作为培养基质, 避光条件下培养,
发芽后每盆定苗27棵。花后期植株栽培时, 挑选
生长一致且经过春化阶段的丹参种苗移栽于土/砂
(3/1)的花盆(直径20 cm, 高15 cm)中, 每盆4株。盆
栽试验置于自然条件下, 正午遮荫, 隔天浇Hong-
land营养液和水。
根据预备试验结果, 选择合适的处理浓度, 即
以2 mmol·L-1 SA、0.2 mmol·L-1 MeJA和蒸馏水(对
照)叶面喷施丹参幼苗(10~11片叶, 2月苗龄); 或以
2 mmol·L-1 SA、0.2 mmol·L-1 MeJA、0.3 mmol·L-1
王春丽等: 生长调节物质和可溶性糖含量对丹参中丹酚酸类物质积累的影响 183
GA3、蒸馏水(对照)叶面喷施花晚期植株(栽植后
60 d, 初花后30 d)。每2 d喷施一次, 幼苗每盆每次
喷施50 mL, 花后期植株每盆每次喷施100 mL, 喷
施在上午9:00~10:30进行。连续处理2周, 共喷施7
次, 停止处理1周后, 分别采集地上部分(包括幼
叶、成熟叶及幼茎)和地下部分(包括幼根和成熟
根)测定。实验采用随机设计, 幼苗处理和对照分
别重复3次共9盆, 花后期植株处理和对照分别重
复5次共20盆。
试验所用毛状根母根培养体系由本研究室以
发根农杆菌ATCC 15834侵染紫花商洛丹参得到
(冯珂2010)。将在6,7-V培养基中培养30 d的丹参
毛状根母根0.3 g转接于25 mL的MS培养基(装于
100 mL规格的三角瓶中)中(张荫麟等1995), 于25 ℃
恒温摇床(110 r·min-1)暗培养16 d, 再转入MS处理
培养基中。MS处理培养基为25 mL·瓶-1 (100 mL规
格三角瓶), 分别以蔗糖、葡萄糖、果糖为糖源, 每
种糖设高(31.0 g·L-1)、中(19.0 g·L-1)、低(7.0 g·L-1)
3种浓度梯度。毛状根在处理培养基中于25 ℃恒
温摇床(110 r·min-1)暗培养2周后, 各瓶单独收获。
每个处理重复5次, 共处理45瓶。
2 方法
2.1 非结构糖含量及含氮量测定
还原糖测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法; 可
溶性糖总量测定采用硫酸-蒽酮比色法(高俊凤
2006); 含氮量测定采用自动定氮仪(KJEL-AUTO,
VS-KT-P型, 日本); 含碳量测定采用重铬酸钾容量
法(中国土壤学会农业化学专业委员会1983)。
2.2 丹参毛状根鲜重和干重的测定
取出毛状根, 冲洗净表面培养基, 用滤纸吸干
表面水分, 称量每瓶毛状根鲜重(g)。在60 ℃烘箱
中连续烘4~5 d, 称量每培养瓶毛状根干重(g)。
2.3 HPLC样品的制备及丹酚酸类物质含量的测定
在0.1 g过0.45 mm筛的根(幼苗根、花后期植
株根或毛状根)干样中加70%甲醇10 mL, 浸泡12 h
后, 20 ℃超声提取45 min, 10 000×g离心10 min, 上
清液用于丹酚酸类物质含量的测定, 上样前上清
液过0.45 µm有机滤膜。
丹酚酸类物质含量的测定采用Yang等(2009)
的高效液相色谱法(HPLC)。采用Waters 1525液相
色谱系统(Milford, MA, Waters, 美国), Waters 2996
光电二极管检测器, Waters SunFire C18柱(4.6
mm×250 mm, 颗粒直径5 µm)。数据处理采用Em-
power 2软件(Waters, 美国)。检测波长为288 nm。
梯度洗脱, 流速1.0 mL·min-1, 流动相A相为乙腈(色
谱纯, Fisher Scientific, 美国), B相为0.02%磷酸(色
谱纯, 西安化学试剂厂)溶液。色谱条件为: 0~10
min, 5%~20% A (V/V); 10~15 min, 20%~25% A (V/
V); 15~20 min, 25% A (V/V); 20~25 min, 25%~20%
A (V/V); 25~28 min, 20%~30% A (V/V); 28~40 min,
30% A (V/V); 40~45 min, 30%~100% A (V/V)。
采用外标法绘制丹酚酸类物质HPLC测定标
准曲线(标准品购于中国药品生物制品检定所), 含
量测定以峰面积计算, 丹酚酸类总量(总丹酚酸)以
所测丹酚酸类物质含量的总和表示。
2.4 数据分析
整个实验采用随机设计, 采用DPS数据分析
软件中的Duncan’s新复极差法对实验数据进行多
重比较, 结果以均值±标准差或均值表示, 以P<
0.05为差异显著。
实验结果
1 SA、MeJA和GA3处理对丹参植株根中丹酚酸
类物质含量的影响
如表1所示, 和对照比较, SA处理使幼苗根中
丹参素含量降低, 但咖啡酸、迷迭香酸含量分别
增加13.2%和23.0%, 丹酚酸B含量及丹酚酸总量
和对照相比没有显著变化。MeJA处理的幼苗根
中丹参素、咖啡酸以及迷迭香酸含量和对照相比
分别增加11.9%、15.1%和15.4%, 丹酚酸B含量增
加最多, 达93.2%, 丹酚酸总量也增加79.3%。总
之, SA处理的幼苗根中咖啡酸、迷迭香酸等成分
含量, 及MeJA处理的幼苗根中丹参素、咖啡酸、
迷迭香酸、丹酚酸B及总丹酚酸含量均显著增
加。
与对照比较(表1), 花后期植株叶面喷施SA、
MeJA和GA 3后 , 根中迷迭香酸含量分别增加
137.1%、59.5%和34.7%, 丹酚酸B含量分别增加
46.7%、36.9%和18.3%, 丹酚酸总量分别增加
50.3%、37.2%和19.6%, 且以上迷迭香酸、丹酚酸
B和丹酚酸总量增加幅度均显示SA处理>MeJA处
理>GA3处理。对于丹参素含量, MeJA处理的影响
植物生理学报184
不大, SA处理使其降低15.3%, 而GA3处理使其增
加13.5%。另外, 和对照相比, GA3处理增加对香豆
酸含量, 达522.1%, SA和GA3处理分别使根中咖啡
酸含量增加36.5%和57.7% (表1)。总之, MeJA、
SA和GA3处理均显著增加花后期植株根中迷迭香
酸、丹酚酸B及总丹酚酸含量。
2 SA、MeJA和GA3处理对丹参中可溶性糖及
碳、氮含量的影响
如表2和表3所示, 对照、SA、MeJA及GA3处
理的丹参幼苗及花后期植株地上部分还原糖含量
都远远高于蔗糖, 而根中则相反。可见, 在光合器
官中还原糖含量较高, 而蔗糖作为糖的储存形式
主要积累在根中; 这与Porchia等(1999)研究结果一
致。除GA3处理使花后期植株地上部分还原糖含
量降低外, SA、MeJA处理的幼苗和花后期植株地
上部分和根中以及GA3处理的花后期植株的根中,
还原糖含量都增加, 但还原糖含量的变化幅度远
小于蔗糖。
和对照相比, SA处理使幼苗地上部分蔗糖含
量和可溶性糖总量分别增加262.5%和36.4%, 而
其根中的变化不显著; 地上部分和根中碳/氮比变
化不显著(表2)。由表3可见, SA处理丹参花后期
植株后, 和对照相比, 地上部分蔗糖含量和可溶性
糖总量分别增加142.9%和49.5%; 根中两者分别
增加10.6%和9.8%。根中含碳量增加14.4%, 地上
部分含氮量降低10.4%, 地上部分和根中碳/氮比
分别增加11.1%和7.8%; 这可能是由于SA促进碳
水化合物在根中的积累和茎叶生长所致(Elwan和
表1 SA、MeJA及GA3对不同生长时期丹参根中丹酚酸类物质含量的影响
Table 1 Effects of SA, MeJA and GA3 on contents of salvianolic acids in roots of different-aged S. miltiorrhiza
处理
幼苗根中丹酚酸类含量/mg·g-1 (DW)
丹参素 咖啡酸 对香豆酸 迷迭香酸 丹酚酸B 总丹酚酸
对照 0.352±0.027b 0.074±0.003b 0.036±0.003ab 1.608±0.084b 9.668±0.253b 11.738±0.371b
SA 0.177±0.010c 0.084±0.004a 0.033±0.001b 1.977±0.131a 9.819±0.378b 12.090±0.524b
MeJA 0.394±0.009a 0.085±0.005a 0.038±0.001a 1.855±0.065a 18.677±0.704a 21.049±0.785a
处理
花后期植株根中丹酚酸类含量/mg·g-1 (DW)
丹参素 咖啡酸 对香豆酸 迷迭香酸 丹酚酸B 总丹酚酸
对照 0.446±0.047b 0.050±0.003c 0.025±0.004c 1.373±0.077d 25.222±1.334d 27.116±1.465d
SA 0.378±0.009c 0.068±0.007b 0.043±0.006b 3.255±0.164a 37.002±0.955a 40.745±1.141a
MeJA 0.436±0.029b 0.032±0.003d 0.025±0.004c 2.190±0.099b 34.520±0.762b 37.204±0.896b
GA3 0.506±0.017
a 0.078±0.008a 0.157±0.011a 1.849±0.075c 29.840±1.150c 32.431±1.260c
表中同列数值后不同小写字母表示处理间差异达P<0.05显著水平。表2~5同此。
表2 SA和MeJA处理对丹参幼苗地上部分和根中可溶性糖总量及蔗糖、碳和氮含量的影响
Table 2 Effects of SA and MeJA on total amount of soluble sugars, contents of sucrose, carbon and nitrogen
in roots and shoots of the S. miltiorrhiza seedlings
处理
地上部分含量/g·kg-1 (DW)
碳/氮比
可溶性糖总量 还原糖 蔗糖 碳 氮
对照 6.6±0.20b 5.9±0.05c 0.8±0.23b 162.5±7.34a 29.5±1.85a 5.5±0.58ab
SA 9.0±0.14a 6.1±0.09b 2.9±0.13a 141.0±6.01b 30.7±0.86a 4.6±0.31b
MeJA 8.8±0.43a 6.4±0.05a 2.4±0.41a 166.9±7.47a 29.7±1.40a 5.6±0.50a
处理
根中含量/g·kg-1 (DW)
碳/氮比
可溶性糖总量 还原糖 蔗糖 碳 氮
对照 43.5±0.72a 5.6±0.05c 37.9±0.76a 158.5±10.31b 20.1±0.23a 7.9±0.61a
SA 44.1±0.54a 5.8±0.09b 38.2±0.52a 173.1±5.51ab 21.6±0.27a 8.1±0.18a
MeJA 41.3±0.46b 6.1±0.05ba 35.1±0.41b 179.2±11.97a 25.5±6.72a 7.3±1.88a
王春丽等: 生长调节物质和可溶性糖含量对丹参中丹酚酸类物质积累的影响 185
El-Hamahm 2009)。总之, SA处理促进幼苗和花
晚期植株中蔗糖积累, 增加可溶性糖总量, 显著增
加花晚期植株的碳/氮比。
然而, 和对照相比, MeJA处理后幼苗根中蔗
糖含量及可溶性糖总量分别降低7.4%和5.1%, 地
上部分蔗糖含量以及可溶性糖总量增加(表2), 推
测是因为MeJA诱导了幼苗衰老, 抑制其生长(Gould
等2009; Hung和Kao 2004), 从而降低了蔗糖的消耗
及从叶片中的输出, 导致蔗糖在光合器官中积累,
可溶性糖总量也相应增加。MeJA处理后, 幼苗地
上部分和根中碳/氮比均无显著变化(表2)。MeJA
处理使花后期植株地上部分和根中蔗糖含量分别
降低82 .9%和43 .4%, 可溶性糖总量分别降低
17.1%和34.6%; 根中含碳量及碳/氮比增加, 但地
上部分含氮量增加而碳/氮比减小(表3)。这可能
是由于MeJA在促进衰老和降低光合的同时, 也改
变了碳水化合物在源-库间的分配(Ananieva等
2007; Hung和Kao 2004)。总之, MeJA处理使丹参
不同时期植株中蔗糖积累及可溶性糖总量呈降低
趋势, 但MeJA对地上部分和根中碳/氮比的影响不
一致。
GA3处理花后期植株后, 根中可溶性糖总量和
蔗糖含量分别降低64.4%和79.1%; 地上部分所含
可溶性糖总量和蔗糖含量与对照相比无显著变化;
地上和地下部分碳/氮比分别降低12.2%和17.6%
(表3)。显然, GA3处理降低花后期植株的碳/氮比
及蔗糖的积累。
3 培养基中不同浓度蔗糖、葡萄糖和果糖对丹参
毛状根生长的影响
如表4所示, 在MS培养基中生长了16 d的丹参
毛状根被转移到含不同浓度的蔗糖、葡萄糖、果
糖的MS处理培养基中培养2周后, 测定结果显示,
无论在含蔗糖、葡萄糖或者果糖的培养基中, 毛
状根的干重都随着糖浓度的增加而增加, 鲜重随
着糖浓度增加也有增加趋势。比较不同浓度的蔗
糖、葡萄糖、果糖中生长的毛状根的重量, 含高
浓度(31.0 g·L-1)果糖的培养基中生长的毛状根鲜
重和干重最大, 其次是中浓度(19.0 g·L-1)果糖处
理。可见, 3种糖中果糖对毛状根生长的促进作用
最大。
表4 培养基中不同浓度蔗糖、葡萄糖、果糖
对丹参毛状根生长的影响
Table 4 Effects of different medium concentrations
of sucrose, glucose and fructose on growth
of S. miltiorrhiza hairy roots
糖种类 糖浓度 鲜重/g 干重/g
蔗糖 低(7.0 g·L-1) 2.06±0.09e 0.16±0.01e
中(19.0 g·L-1) 2.87±0.13cd 0.24±0.02d
高(31.0 g·L-1) 3.27±0.29c 0.31±0.03c
葡萄糖 低(7.0 g·L-1) 2.06±0.10e 0.14±0.01e
中(19.0 g·L-1) 2.92±0.08cd 0.24±0.01d
高(31.0 g·L-1) 3.08±0.21c 0.28±0.05c
果糖 低(7.0 g·L-1) 2.54±0.09d 0.19±0.01e
中(19.0 g·L-1) 4.92±0.33b 0.37±0.00b
高(31.0 g·L-1) 5.41±0.49a 0.52±0.05a
表3 SA、MeJA和GA3对花后期丹参植株地上部分和根中可溶性糖总量及蔗糖、碳和氮含量的影响
Table 3 Effects of SA, MeJA and GA3 on total amount of soluble sugars, contents of sucrose, carbon and nitrogen
in shoots and roots of S. miltiorrhiza fruiting plants
处理
地上部分含量/g·kg-1 (DW)
碳/氮比
可溶性糖 还原糖 蔗糖 碳 氮
对照 10.5±0.33b 7.0±0.05c 3.5±0.34b 225.4±2.35a 25.1±0.19b 9.0±0.10b
SA 15.7±0.07a 7.1±0.02b 8.5±0.05a 224.3±13.91a 22.5±0.45c 10.0±0.52a
MeJA 8.7±0.60c 8.1±0.02a 0.6±0.59c 211.4±29.26a 28.0±2.33a 7.5±0.45c
GA3 10.5±0.53
b 6.8±0.02d 3.8±0.50b 205.7±14.75a 26.2±0.04b 7.9±0.52c
处理
根中含量/g·kg-1 (DW)
碳/氮比
可溶性糖 还原糖 蔗糖 碳 氮
对照 37.6±0.30b 6.5±0.04c 31.1±0.34b 166.1±7.58b 16.2±0.92b 10.2±0.18b
SA 41.3±1.21a 6.8±0.04b 34.4±1.21a 190.0±3.68a 17.2±0.48b 11.0±0.22a
MeJA 24.6±0.63c 7.0±0.01a 17.6±0.63c 197.5±4.75a 17.1±0.56b 11.6±0.51a
GA3 13.4±0.71
c 6.9±0.02a 6.5±0.73c 166.3±6.62b 19.8±0.36a 8.4±0.40c
植物生理学报186
4 培养基中不同浓度蔗糖、葡萄糖和果糖对丹参
毛状根中丹酚酸类物质含量的影响
如表5所示, 随处理培养基中蔗糖浓度的增加,
毛状根中丹参素、原儿茶醛、咖啡酸、迷迭香
酸、丹酚酸B含量以及丹酚酸总量没有表现出有
规律的递增或递减, 即丹酚酸类物质的产生和培
养基中蔗糖含量没有显著相关性。和相同浓度的
葡萄糖处理比较, 以高浓度果糖为碳源的毛状根
中迷迭香酸含量显著增加, 丹酚酸总量差异不显
著; 但低浓度和中浓度果糖处理的毛状根中迷迭
香酸含量, 以及中浓度果糖处理的毛状根中丹酚
酸总量均显著降低。所以, 果糖对迷迭香酸含量
的影响有待进一步研究。
以葡萄糖为碳源的毛状根中迷迭香酸、丹酚
酸B含量及丹酚酸总量随着培养基中糖浓度的增
加而显著增大。和蔗糖比较, 中浓度和高浓度葡
萄糖处理的毛状根中迷迭香酸含量分别增加
35.2%和67.2%, 高浓度葡萄糖处理的毛状根中丹
酚酸B及丹酚酸总量也分别增加46.5%和50.1% (表
5)。显然, 培养基中葡萄糖浓度的增加对毛状根中
迷迭香酸、丹酚酸B等的产生和积累产生有规律
的促进作用, 且葡萄糖对丹酚酸类物质合成的促
进作用大于蔗糖, 即葡萄糖促进毛状根中丹酚酸
类物质的合成。
表5 培养基中不同浓度的蔗糖、葡萄糖、果糖对丹参毛状根中丹酚酸类物质积累的影响
Table 5 Effects of different medium concentrations of sucrose, glucose and fructose on contents
of salvianolic acids in S. miltiorrhiza hairy roots
糖种类 糖浓度
丹酚酸类物质含量/mg·g-1 (DW)
丹参素 原儿茶醛 咖啡酸 迷迭香酸 丹酚酸B 总丹酚酸
蔗糖 低(7.0 g·L-1) 0.096b 0.012b 0.044cd 1.124cd 2.726b 4.002bcd
中(19.0 g·L-1) 0.097b 0.009f 0.040d 1.124cd 2.987b 4.256bc
高(31.0 g·L-1) 0.090c 0.011c 0.039d 0.938d 2.550b 3.627d
葡萄糖 低(7.0 g·L-1) 0.107a 0.011cd 0.048bc 1.299c 2.727b 4.191bcd
中(19.0 g·L-1) 0.096b 0.010e 0.042cd 1.520b 2.739b 4.406b
高(31.0 g·L-1) 0.089c 0.010cde 0.044cd 1.569b 3.735a 5.447a
果糖 低(7.0 g·L-1) 0.080d 0.010de 0.042d 1.003d 2.627b 3.761cd
中(19.0 g·L-1) 0.079d 0.011cde 0.051b 1.092d 1.729c 2.962e
高(31.0 g·L-1) 0.090c 0.014a 0.071a 2.558a 2.846b 5.579a
讨 论
作用于植物的环境胁迫, 如病菌侵染(Kubota
和Nishi 2006; Segarra等2006; Ueeda等2006)、重金
属铜和镉污染(Maksymiec等2005)、机械损伤
(Wasternack等2006)及光照(Kamiya和García-Mar-
tínez 1999)等, 可分别调节和诱导SA、JA及GA3等
在植物体内的产生。而酚酸类物质具有抗氧化和
抗病虫害等作用(Atmani等2009; Oliveira等2008),
以往的研究发现, 植物体内高水平SA、JA及GA3
又可作为胞内信号诱导酚酸类物质的合成(Here-
dia和Cisneros-Zevallos 2009; Sharaf-Eldin等2007;
Teszlák等2005; Pastírová等2004); 施用SA (Wen等
2005)和MeJA (Heredia和Cisneros-Zevallos 2009)可
显著增加苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-
lyase, PAL)的基因表达及活性, 促进苯丙素类物质
的产生。本研究结果显示, 施用SA、MeJA、GA3
均可显著增加丹参根中酚酸类物质含量, 与前人
的研究结果一致。
另一方面, SA、MeJA及GA3参与植物光合及
碳水化合物代谢的调节, 例如, MeJA和GA3均可诱
导转化酶(invertase)等活性, 促进蔗糖降解(González
和Cejudo 2007; Bogatek等2002), 而SA抑制转化酶
活性, 增加蔗糖积累(姜晶等2007; Srivastava和
Dwivedi 2000)。本研究结果显示, SA处理的丹参
幼苗及花后期植株中蔗糖的积累具有增加趋势,
而MeJA和GA3处理降低丹参幼苗或花后期植株中
蔗糖积累; 然而SA、MeJA、GA3均显著促进不同
生长时期丹参根中迷迭香酸、丹酚酸B等的积
累。可见, 丹参根中丹酚酸类物质的积累与丹参
植株中蔗糖含量的变化没有相关性。分别比较
王春丽等: 生长调节物质和可溶性糖含量对丹参中丹酚酸类物质积累的影响 187
SA、MeJA或GA3处理后丹参幼苗及花晚期植株中
碳/氮比和丹酚酸类物质含量的变化, 发现两者也
没有相关性, 这与前人有关实验结果一致(Wassner
和Ravetta 2007; Mudau等2006)。这是由于酚酸类
物质的产生受环境因子、激素及小分子等胞内信
号物质及可溶性糖等的共同调节, 而可溶性糖又
包括还原糖和非还原糖等多种, 这些因子与酚酸
类物质合成的关系复杂多样。
前人的研究表明, 培养基中蔗糖、葡萄糖和
果糖可以通过质外体运输和共质体运输及膜上的
转运载体蛋白等进入植物组织及细胞(Truernit
2001; Williams等2000)。推断本研究的丹参毛状根
培养过程中培养基中蔗糖、葡萄糖及果糖浓度影
响毛状根中糖的种类及含量, 结果表明丹参毛状
根中迷迭香酸、丹酚酸B含量及丹酚酸总量与培
养基中蔗糖浓度不相关, 这证明了本研究中丹参
盆栽实验的结论。在SA、MeJA及GA3处理的幼苗
和花后期植株中, 丹参根中还原糖含量和根中丹
酚酸类物质积累同时增加; 毛状根培养结果也显
示, 葡萄糖促进毛状根中迷迭香酸的合成, 增加丹
酚酸总量。由此推测, 丹参植株中葡萄糖含量的
增加促进根中迷迭香酸等酚酸类物质的合成。这
首先在于葡萄糖可直接代谢生成苯丙氨酸、酪氨
酸等酚酸类物质合成的前体物质(Sanchez-Ballesta
等2007; Yan等2006); 其次可能是由于葡萄糖含量
的增加作为糖信号, 诱导苯丙烷代谢途径中关键
酶的基因表达及活性。这些还有待进一步研究。
总之, 本研究发现, 生长调节物质SA、MeJA
和GA3及可溶性糖均可调节丹参植株中丹酚酸类
物质的产生和积累, 但植株中碳/氮比及蔗糖含量
与根中丹酚酸类物质的积累没有相关性, 而葡萄
糖促进丹参毛状根中迷迭香酸等的积累, 推测植
株中葡萄糖含量的增加对根中迷迭香酸等的积累
有类似效果。植物中蔗糖积累及葡萄糖含量与其
生长发育阶段和环境胁迫等密切相关, 故该结论
对生产及有关次生物质合成的理论研究等有参考
意义。本研究中, 果糖对毛状根生长有显著的促
进作用, 其机制有待进一步研究。
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