近日，揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院銀杏團(tuán)隊(duì)王莉教授在Horticulture Research（一區(qū)，IF=6.793）和Industrial Crops & Products（一區(qū)，IF=5.645）連續(xù)發(fā)表了兩篇題為Rejuvenation increases leaf biomass and flavonoid accumulation in Ginkgo biloba和Integration of morphological, physiological and multi-omics analysis reveals the optimal planting density improving leaf yield and active compound accumulation in Ginkgo biloba的研究論文，并授權(quán)專利一項(xiàng)（一種提高銀杏葉片品質(zhì)和采收效率的方法[CN109496656B]）。上述研究探明了截干復(fù)幼及高密度栽培技術(shù)在提高葉用銀杏生物量和類黃酮等藥用成分積累中的重要作用，建立了專用銀杏采葉圃的高效栽培技術(shù)，并進(jìn)行了示范推廣。
銀杏葉含有類黃酮、萜內(nèi)酯等藥用有效成分，是治療心腦血管等疾病的重要原材料，隨著人口老齡化，以及對(duì)健康的關(guān)注，國(guó)際市場(chǎng)對(duì)銀杏葉的需求量越來(lái)越大。然而，銀杏葉片藥用成份含量具有顯著的年齡效應(yīng)，即1-5年生的幼樹(shù)葉片中類黃酮和萜內(nèi)酯的含量高，5年以上樹(shù)齡的葉片中有效成分顯著下降，達(dá)不到藥典標(biāo)準(zhǔn)。年齡效應(yīng)導(dǎo)致銀杏采葉期短、經(jīng)濟(jì)效益低。因此，如何建立長(zhǎng)期可持續(xù)利用的銀杏采葉圃，且有效提高采葉圃的產(chǎn)量和質(zhì)量，是銀杏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的亟需解決的瓶頸問(wèn)題。
為了解決這一問(wèn)題，銀杏研究團(tuán)隊(duì)于2015年開(kāi)始開(kāi)展截干復(fù)幼技術(shù)研究，對(duì)5年銀杏樹(shù)進(jìn)行不同高度的截干處理，留干高度分別為10 cm、35 cm、60 cm、85 cm、110 cm。研究發(fā)現(xiàn)截干可顯著促進(jìn)樹(shù)干上隱芽萌發(fā)和新枝形成，萌發(fā)枝條的葉片葉裂加深，葉裂數(shù)顯著增加，葉片厚度和葉面積約為對(duì)照的2-2.5倍，葉片鮮重與干重達(dá)對(duì)照組的4-5倍，表明截干處理后，植株呈現(xiàn)幼態(tài)特征。連續(xù)兩年田間測(cè)產(chǎn)結(jié)果顯示，截干次年葉片產(chǎn)量開(kāi)始大幅度增加。截干處理后的葉片總黃酮醇苷較未截干提高近20%，總萜內(nèi)酯含量增加30%左右。通過(guò)UPLC-MS檢測(cè)到66個(gè)差異代謝物中51個(gè)在截干組中顯著上調(diào)，包括黃酮10種、黃酮醇13種、黃烷酮和兒茶素及其衍生物各4種、花青素5種，表明截干復(fù)幼有效增加了銀杏葉片中類黃酮等藥用成分的積累。
轉(zhuǎn)錄組與代謝組關(guān)聯(lián)分析鑒定到GbCHS（Gb_19002）可能作為核心基因參與類黃酮合成，進(jìn)一步利用遺傳轉(zhuǎn)化等實(shí)驗(yàn)，確定了GbCHS是銀杏類黃酮合成通路中的關(guān)鍵基因。截干后葉片中赤霉素含量明顯增加，赤霉素合成和信號(hào)通路被激活，且外源噴施GA3可促進(jìn)GbCHS表達(dá)并提高類黃酮含量，表明截干處理內(nèi)源赤霉素可能參與了植株復(fù)幼以及類黃酮的合成。以上研究揭示了截干處理可顯著促進(jìn)銀杏植株復(fù)幼，改變內(nèi)源激素水平，從而有效增加葉片生物量和類黃酮等藥用物質(zhì)的積累。本研究的截干復(fù)幼技術(shù)不僅可用于銀杏專用采葉圃的建立，也為其它藥用植物的產(chǎn)量和藥用成份提高提供了生產(chǎn)技術(shù)上的創(chuàng)新方法。
該研究以題為Rejuvenation increases leaf biomass and flavonoid accumulation in Ginkgo biloba發(fā)表在Horticulture Research。我院青年教師路兆庚、碩士生朱李奎為論文共同第一作者，我院銀杏團(tuán)隊(duì)王莉教授、北京林業(yè)大學(xué)林金星教授為該論文通訊作者。銀杏團(tuán)隊(duì)博士生陸金凱、碩士生王璐等參與了本項(xiàng)研究。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、科技部林業(yè)重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金和中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目的資助。
此外，銀杏團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)適度密植可以提高銀杏葉產(chǎn)量和藥用有效成分含量。隨著種植密度的增大，株高增加，但植株側(cè)枝生長(zhǎng)減弱，莖干直徑和根系體積變小，過(guò)高種植密度（HD）抑制植株生長(zhǎng)，但中等密度（MD）對(duì)植株生長(zhǎng)影響不顯著。連續(xù)兩年測(cè)產(chǎn)結(jié)果顯示，雖然隨著栽植密度的增大，單株葉片干鮮重降低，但葉片總產(chǎn)量顯著增加，增幅可達(dá)60%以上。
尤其，中度密植下葉片中總黃酮、黃酮醇苷含量均顯著上升。靶向代謝組學(xué)結(jié)果同樣顯示黃酮類、萜類等物質(zhì)的含量在MD組大多呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，而在HD組大部分物質(zhì)含量顯著下降，表明適當(dāng)增大種植密度不僅提高了銀杏葉產(chǎn)量還促進(jìn)了葉片中藥用有效成分的積累。進(jìn)一步鑒定到類黃酮合成途徑中關(guān)鍵基因C4H、CHS、CHI在MD組顯著上調(diào)表達(dá)，而在HD組下調(diào)表達(dá)，相應(yīng)的該通路上的柚皮素查爾酮、山奈酚、根皮素、二氫槲皮素和表阿夫兒茶精等黃酮類物質(zhì)在MD中上升，而在HD中下降。上述研究結(jié)果表明銀杏種植中存在密度閾值，過(guò)高密度抑制了類黃酮等物質(zhì)的合成，而適當(dāng)提高種植密度可引起代謝通路中功能基因的上調(diào)表達(dá)促進(jìn)類黃酮的積累，但其調(diào)控的分子機(jī)理仍需進(jìn)一步深入研究。
該研究以題為Integration of morphological, physiological and multi-omics analysis reveals the optimal planting density improving leaf yield and active compound accumulation in Ginkgo biloba 發(fā)表在Industrial Crops & Products。博士生陸金凱為論文的第一作者，我院王莉教授為論文的通訊作者。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、科技部林業(yè)重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金和中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目的資助。
以上研究成果已在江蘇、湖北、遼寧、陜西等地推廣應(yīng)用，建立了國(guó)內(nèi)首個(gè)專用銀杏采葉圃，為葉用銀杏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展起到了推動(dòng)作用。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1093/hr/uhab018
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114055
地區(qū)：
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