人参(Panax ginseng C.A.Mey)是吉林省重要的人工栽培药用植物之一,人参生长所在的环境和体内关键酶基因的共同调控了人参皂苷的合成。结合人参生长的环境分析关键酶基因表达量与人参皂苷含量的关系,明确人参皂苷生物合成的生理生态机制,可为指导人参药材质量的提高提供理论支持。本试验测定了人参在不同生长时期根、茎、叶中人参皂苷合成相关关键酶基因的表达量和8种单体皂苷含量,分析了生态因子与关键酶基因表达量和人参皂苷含量之间的关系。主要研究结果如下:1、以4年生人参组织为试验材料,建立了人参Cyclophilin基因实时荧光定量RT-PCR方法。该方法检测Cyclophilin基因在1.11×104~1.11×109copies·μL-1的范围内具有良好的线性关系(R2=0.9998);熔解曲线分析表明扩增产物为特异性单峰;6个不同浓度对照品组内试验变异系数为0.33%~2.65%,组间试验变异系数为2.81%~4.22%。该方法有定量准确迅速、重复性好、灵敏度高、操作简单、用时短等优点,为以人参Cyclophilin基因作为内参基因对人参皂苷合成途径中相关关键酶基的相对表达量的分析提供了理论依据。2、以4年生人参根、茎、叶组织为试验材料,用实时荧光定量PCR的方法测定了4年生人参在不同生长时期根、茎、叶中人参皂苷生物合成途径中的关键酶基因(HMGR、FPS、SS、SE、DS、β-AS、CYP82D47、CYP716A47)的表达量。展叶期(5月30日)和果期(绿果初期至红果期,7月3日至8月5日)是人参HMGR、FPS、SS、SE、DS、CYP716A47基因表达的活跃时期,此时关键酶基因表达量较高,是调控人参皂苷合成的重要时期。人参β-AS基因主要在根中表达,茎、叶中的表达量非常低。人参CYP82D47基因在茎、叶中的表达有逐渐升高的趋势,但在根中几乎不表达。人参皂苷合成关键酶基因的表达相互影响,协同增减,在根、茎、叶组织中均表现出了高度的相关性,人参根、茎组织中关键酶基因的表达对人参皂苷积累多表现出了正相关关系,而叶片中关键酶基因的表达大多对人参皂苷含量的积累表现出了负相关关系,人参关键酶基因的表达有明显的组织差异。3、以4年生人参根、茎、叶组织为试验材料,用高效液相色谱法测定人参不同组织部位中8种单体人参皂苷含量。人参中总皂苷含量为叶>根>茎,人参皂苷Rg1、Re在不同组织部位中含量都比较高,而人参皂苷Rd仅在叶片有较高含量。人参根中PPT型人参皂苷Rg1、Re、Rf的峰值分布在人参生长的前期,而PPD型人参皂苷Rb1、Rc、Rb2、Rb3、Rd的峰值分布在人参生长的中后期。人参茎中8种单体皂苷含量的峰值主要出现在人参生长前期(5月30日~6月22日),人参叶片中8种单体皂苷含量的峰值主要出现在果后参根生长期Ⅰ。8种人参皂苷在人参根、茎、叶中的分布规律并不一致。4、对不同生长时期人参根、茎、叶组织中人参皂苷合成关键酶基因(HMGR、FPS、SS、SE、DS、β-AS、CYP82D47、CYP716A47)表达量与生态因子(温度、光合有效辐射、水势、降雨量、相对湿度)和人参皂苷含量关系进行研究。生态因子和人参皂苷合成关键酶的表达对人参皂苷合成有重要影响。过高的温度对人参叶片中绝大多数单体皂苷和人参根中PPD型人参皂苷的合成有显著抑制作用,而温度对根、茎中关键酶基因的表达有促进作用,而对于叶片中关键酶基因的表达则表现出了微弱的抑制作用。光合有效辐射对叶片中人参皂苷的积累和关键酶基因表达均表现出了抑制作用,而对根、茎中人参皂苷的积累和关键酶基因表达有促进作用。土壤水势显著提高了根、茎、叶组织中关键酶基因的表达,但土壤水势过高却影响了根和叶组织中人参皂苷的积累。空气相对湿度可显著影响叶片中的人参皂苷显著积累。由于降雨并未直接作用于人参植株,因此降雨对人参皂苷的积累并未有显著影响。灰色关联度分析结果表明温度、光合有效辐射、相对湿度是影响人参根中人参皂苷含量的主导生态因子;光和有效辐射、相对湿度是影响人参茎中人参皂苷含量的主导生态因子,温度是影响人参茎中人参皂苷含量的次要生态因子;相对湿度、土壤水势是影响人参叶中人参皂苷含量的主导生态因子,温度、光合有效辐射是影响叶中人参皂苷含量的次要生态因子;人参皂苷合成关键酶基因的表达与人参皂苷含量关联值小于生态因子,在生态因子主导下,人参皂苷合成关键酶基因调控人参皂苷的合成与积累。