遮陰對穿心蓮光合碳氮生理、植物激素及內酯合成與積累的影響

DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2025.01.019

摘要：【目的】研究遮陰對穿心蓮植株光合作用及生理特征的影響，明確光照強度影響穿心蓮內酯積累的機理，為優化穿心蓮種植模式及穿心蓮生長調控提供理論基礎。【方法】以藥用植物穿心蓮為試驗材料，采用遮陽網進行遮陰處理（輕度遮陰，1層網，透光率70%；重度遮陰，2層網，透光率30%），以自然條件下的光照強度作為對照，分析穿心蓮光合作用光響應特征、葉片蛋白氮分配、碳代謝、植物激素及穿心蓮內酯積累和相關基因的表達情況?！窘Y果】隨著遮陰程度增加，穿心蓮植株地上部生物量和比葉重逐漸下降，但葉綠素含量變化不顯著（Pgt;0.05，下同）。重度遮陰顯著降低了穿心蓮葉片過氧化氫（H2O2）和丙二醛（MDA）含量（Plt;0.05，下同），而對超氧化物歧化酶（SOD）活性無顯著影響。重度遮陰處理的最大凈光合速率（Pmax）和表觀量子產量顯著高于對照和輕度遮陰處理，光補償點隨遮陰程度增加呈下降趨勢。重度遮陰處理降低了葉片水溶性蛋白氮含量，輕度遮陰顯著降低了細胞壁蛋白氮含量，遮陰對膜結合蛋白氮含量無顯著影響，但重度遮陰處理下膜結合蛋白氮占總蛋白氮的比例顯著增加。葉片可溶性糖和淀粉含量隨遮陰程度增加而下降，遮陰條件下水楊酸含量上升，生長素含量下降。穿心蓮內酯含量在重度遮陰下略有下降，但變化不顯著，而穿心蓮內酯合成通路關鍵酶基因HMGR、DXS、GGPS、ApCPS的表達在重度遮陰下顯著上調?！窘Y論】藥用植物穿心蓮光合作用對弱光環境有較強的適應能力，穿心蓮通過改變葉片蛋白氮分配，增加膜結合蛋白氮的比例提高光合作用對弱光環境的適應，但弱光環境引起的碳水化合物積累下降和植物激素變化不利于穿心蓮內酯的合成和積累。

關鍵詞：穿心蓮；遮陰；光合作用；蛋白氮分配；穿心蓮內酯；植物激素

中圖分類號：S567.21；Q945.78文獻標志碼：A文章編號：2095-1191（2025）01-0214-12

Effects of shading on photosynthetic carbon and nitrogen physio- logy，plant hormones，and andrographolide biosynthesis and accumulation in Andrographis paniculata（Burm.f.）Nees

JIAN Shao-fen，HUANG Yan-fen，LIN Yang，GUO Xiao-yun，ZHONG Chu*

（Guangxi Botanical Garden of Medicinal Plants/National Center for TCM Inheritance and Innovation/Guangxi Key Laboratory of Medicinal Resource Conservation and Genetic Improvement/Guangxi Engineering Research Center of TCM Intelligent Creation，Nanning，Guangxi 530023，China）

Abstract：【Objective】The effects of shading on photosynthesis and physiological characteristics of Andrographis pa-niculata（Burm.f.）Nees were studied to clarify the mechanism by which light intensity affects the accumulation of an-drographolide，and to provide theoretical basis for optimizing the planting mode and growth regulation of A.paniculata.【Method】Using the medicinal plant A.paniculata as the experimental material，shading treatments were carried out by covering with 1-layer shading net（light shading，transmittance of 70%）and 2-layer shading net（severe shading，transmit-tance of 30%）respectively.The plants grown under natural light conditions was used as the control.Then，photosynthetic light response characteristics，leaf protein nitrogen allocation，carbon metabolism，plant hormones，as well as androgra-pholide accumulation and the expression of related genes in A.paniculata were studied.【Result】The aboveground bio-mass and specific leaf weight of A.paniculata decreased gradually with the increase of shading rate，but the chlorophyll content did not change significantly（Pgt;0.05，the same below）.Severe shading significantly reduced the content of hydro-gen peroxide（H2O2）and malondialdehyde（MDA）in the leaves ofA.paniculata（Plt;0.05，the same below），but had no significant effect on the activity of superoxide dismutase（SOD）.The maximum net photosynthetic rate（Pmax）and appa-rent quantum yield was significantly higher in the severe shading than that in control and light shading.Light compensation point was decreased with the increase of shading degree.Severe shading decreased the water soluble protein nitrogen con-tent of leaves.Light shading significantly reduced the nitrogen content of cell wall proteins，while shading had no signifi-cant effects on the nitrogen content of membrane-binding proteins.However，the proportion of membrane-binding protein nitrogen in total protein nitrogen was increased significantly under severe shading.The contents of soluble sugar and starch in leaves were decreased with the increase of shading degree.The content of salicylic acid was increased but auxin content was decreased under shading conditions.The content of andrographolide slightly decreased under severe shading，with no significant difference.The expression of key enzyme genes of andrographolide biosynthesis pathway，including HMGR，DXS，GGPS and ApCPS，was significantly up-regulated under severe shading.【Conclusion】The photosynthesis of medicinal plant A.paniculata has a strong adaptability to low light environment.It alters leaf protein nitrogen allocation to increase the proportion of membrane-binding protein nitrogen.However，the decrease in carbohydrate accumulation and changes in plant hormones caused by low light environments can be adverse to the biosynthesis and accumulation of an-drographolide.

Key words：Andrographis paniculata（Burm.f.）Nees；shading；photosynthesis；protein nitrogen allocation；an-drographolide；phytohormone

Foundation items：National Natural Science Foundation of China（82260744，82360752）；Guangxi Natural Science Foundation（2022GXNSFAA035542，2021GXNSFBA220011）

0引言

【研究意義】光是影響植物生長發育最重要的環境因子之一，不僅為植物提供能量來源，還作為一種環境信號調控植物的發育過程。穿心蓮［Androgra-phis paniculata（Burm.f.）Nees］為爵床科穿心蓮屬一年生藥用植物，起源于熱帶地區。其藥材為干燥的地上部莖葉，具有清熱解毒、涼血、消腫的功效，可用于治療感冒發熱、咽喉腫痛、口舌生瘡、蛇蟲咬傷等（國家藥典委員會，2020），是廣東、廣西地區的特色藥材。為提高單位土地面積的經濟效益，穿心蓮常采用與玉米等作物套種的種植方式（周靈芝等，2014）。套種產生的弱光是穿心蓮生長過程中面臨的主要環境脅迫之一。因此，研究穿心蓮對弱光環境的適應機理，對優化其種植模式及生長調控具有重要的理論指導意義?！厩叭搜芯窟M展】弱光環境影響植物形態建成，使植物的株高增加、比葉面積增大、地上莖葉生物量分配增大，以擴張冠幅最大程度地吸收光合有效輻射（羅曉峰等，2018；謝喬穎等，2020；趙明方等，2020）。同時，弱光環境下植物還通過抑制地下部生長、減少側枝數量和降低葉片密度等方式來減少碳的消耗，此過程中，植物激素如生長素、赤霉素、乙烯等對植物形態建成有重要的調控作用（陳杰等，2016；溫冰消等，2019）。光合作用為植物最基礎的新陳代謝過程，植物可通過葉綠體重排和增加葉綠素含量（李冬林等，2020）、改變光系統功能降低非輻射能量耗散（云菲等，2010）等機制減輕弱光環境對光合作用的不利影響。植物響應弱光環境的形態和光合生理變化對于植物在弱光環境下保持穩定的生長及碳氮平衡發揮重要作用。氮是植物需求量最大的礦質營養元素，是植物光合作用的關鍵決定因素。氮主要以蛋白質形式存在于植物體內，葉片是植物氮分布的主要器官，葉片蛋白質可分為水溶性蛋白質、膜結合蛋白質和細胞壁結合蛋白質（史作民等，2015）。植物吸收的75%以上的氮被分配到光合器官中參與植物光合作用（Makino et al.，2003），其中C3植物的Rubisco酶可占水溶性蛋白質的50%左右，類囊體膜上的蛋白則屬于膜結合蛋白質。植物通過改變葉片氮在不同蛋白質組分中的分配，以增強植物光合作用對環境變化的適應（Mu et al.，2016；Zhong et al.，2019）。遮陰條件下，植物將更多的氮分配到類囊體中，以增強光能吸收和電子傳遞活性（唐敬超等，2017）。次生代謝物是藥用植物的主要活性成分。光照強度也是影響藥用植物次生代謝物積累的關鍵生態因子（蔣妮等，2012）。遮陰對不同藥用植物生長和次生代謝物積累的影響因植物種類不同而存在明顯差異（張文錦等，2006；張躍進等，2009；晏小霞等，2014；鄧波等，2017）。前人研究普遍認為，光照強度主要通過影響植物的光合作用和關鍵代謝酶活性，進而影響次生代謝物的積累（王華田等，2002；吳能表等，2005；錢龍梁等，2019）。目前，已有研究對光照強度影響穿心蓮生長和內酯積累的報道結論不完全一致。Sara-vanan等（2008）研究表明，自然光照下穿心蓮產量和內酯含量最高；而褚晨亮和曾令杰（2013）認為適度遮陰有利于穿心蓮的生長發育而不利于活性成分含量的提高；李婷等（2016）則發現隨著光照強度下降，穿心蓮內酯含量大幅提高。【本研究切入點】目前，光照強度對穿心蓮影響的研究主要關注植株生長和穿心蓮內酯積累等，而對于穿心蓮適應光強變化的生理機制鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】通過設不同遮陰程度處理，采用植物生理學與分子生物學研究方法，探討穿心蓮光合作用光響應特征、葉片氮分配、碳代謝、植物激素及穿心蓮內酯積累和穿心蓮內酯合成通路相關基因的表達特征，旨在揭示穿心蓮對光照強度的生理適應機制，為優化穿心蓮種植模式及穿心蓮生長調控提供理論基礎。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料：穿心蓮種子，由廣西藥用植物園種子庫提供。

1.2試驗方法

試驗在廣西藥用植物園科研基地（22°51′3″N，108°22′44″E）進行。將穿心蓮種子撒播在濕潤的紙上，萌發后點播至穴盤中，以0～10 mm的丹麥品質泥炭土混合自然土壤作為育苗基質。待幼苗長至4對真葉時移栽至花盆中，每盆裝入混有等量丹麥品質泥炭土的紅壤土3.5 kg，每盆種植穿心蓮幼苗3株，統一澆灌營養液［1 mmol/L KNO3、1 mmol/L NaH2PO3、1 mmol/L KCl、1 mmol/LMgSO4、2 mmol/L CaCl2、36μmol/L FeCl3、1 mmol/L NHCl4、9.5μmol/L MnSO4、0.15μmol/L ZnSO4、0.15μmol/L CuSO4、0.52μmol/L（NH4）6Mo24、18μmol/L HBO3］。每周1次，每次500 mL，移栽后40 d進行遮陰處理。

搭建高度為1.8 m的架子，采用3針聚乙烯黑色遮陰網進行遮陰，設覆蓋1層網的輕度遮陰和覆蓋2層網的重度遮陰處理，遮陰面積以完全覆蓋植株為準，以自然條件下的光照強度作為對照，輕度遮陰和重度遮陰的透光率分別約為對照的70%和30%。每處理8盆，遮陰處理5周后測定植株光合作用并取樣用于生理生化指標測定和基因表達分析。

1.3測定項目及方法

1.3.1生物量和穿心蓮內酯含量測定每處理選取4株植株，收獲地上部分并測定生物量。將莖和葉片分開，105℃殺青30min，70℃烘至恒重，稱重，記錄莖、葉干重和地上部生物量，并計算葉干重與地上部生物量比值。將烘干的葉片樣品粉碎成粉末，取0.2 g樣品用超高效液相色譜測定穿心蓮內酯含量（程帆等，2014）。穿心蓮內酯的檢測波長為225 nm，通過峰面積與穿心蓮內酯標準品濃度的回歸方程計算樣品中穿心蓮內酯含量。

1.3.2光合作用指標測定選取主莖上部相同葉位已完全展開的新葉片，于晴天上午8：30—12：00使用LI-6400XT便攜式光合作用測量儀測定光響應曲線。葉片在1500μmol/（m2·s）光合有效輻射（PAR）下適應10 min，然后依次測定1500、1200、1000、800、400、200、150、100、50、20、10、0μmol/（m2·s）PAR下的凈光合速率（rn）。采用開放式氣路，外界CO2濃度為400±5μmol/mol，葉室溫度設定為25℃。每處理測定3株，根據非直角雙曲線模型（Zhao et al.，2004）擬合光響應曲線，計算表觀量子產量、光補償點和最大凈光合速率（rmax）。

1.3.3葉綠素含量和比葉重測定葉片測定完光合作用指標后，用打孔器在葉片兩側對稱位置取葉圓片，立即投入95%乙醇溶液中，在室溫暗處浸提48 h，直至葉片完全變白。測定浸提液在665、649和470 nm處的吸光度，根據Wu等（2020）的方法計算葉綠素含量。同時，在對生葉片兩側用打孔器取樣，置于烘箱中以75℃烘48h至恒重，稱重，計算比葉重，比葉重=葉片干重（g）/葉片面積（m2）。

1.3.4抗氧化指標測定取測定光合作用相同葉位的葉片，立即投入液氮中冷凍，帶回實驗室后在液氮中研磨成細粉末，-80℃冷凍保存備用。過氧化氫（H2O2）含量采用Yang等（2007）的方法進行檢測。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定（李合生，2000）。超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）光還原法測定，以抑制NBT光還原反應50%所需的酶量為1個酶活性單位（U）。

1.3.5葉片蛋白氮分配測定葉片蛋白氮分配的測定參考Mu等（2016）的方法并作適當修改。樣品同1.3.4。取冷凍的葉片樣品0.5 g，用3 mL 0.1 mol/L磷酸緩沖液（pH 6.8）研磨成勻漿，4℃下10000×g離心10 min。上清液收集至新離心管中，殘渣用緩沖液再提取2次，合并上清液，此部分為水溶性蛋白質提取液。殘渣再次用含3%（w/v）SDS的磷酸緩沖液（pH 6.8）懸浮，90℃水浴孵育5 min，10000×g離心5 min，收集上清液。此過程重復5次，合并上清液，此部分為膜結合蛋白質提取液。水溶性蛋白質和膜結合蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍法（Bradford，1976），以牛血清蛋白（含氮量16%）制作標準曲線，分別計算水溶性蛋白氮（Ns）、膜結合蛋白氮（Nm）含量。殘渣用0.2 mol/L KOH清洗4次，再分別用去離子水和無水乙醇清洗4次，然后75℃烘至恒重。殘渣用H2SO4-H2O2在250℃消煮后，用靛酚藍比色法測定總氮含量（Santoni etal.，2001），此部分為細胞壁蛋白氮（Nc）含量。水溶性蛋白氮、膜結合蛋白氮、細胞壁蛋白氮之和為總蛋白氮（Nt）含量，計算膜結合蛋白氮與總蛋白氮的比值。

1.3.6蔗糖、可溶性糖和淀粉含量測定樣品同1.3.1。稱取0.2 g葉片干樣，用3 mL去離子水在80°C水浴中提取30 min，冷卻后離心，收集上清液。此過程重復3次，合并上清液。上清液中的蔗糖和可溶性糖含量分別采用間苯二酚法（Li etal.，2012）和蒽酮—硫酸法（劉海英等，2013）測定。殘渣在70℃烘干，用去離子水和高氯酸提取淀粉，采用蒽酮—硫酸法測定淀粉含量（劉海英等，2013）。

1.3.7植物激素含量測定取冷凍保存的樣品，采用液相色譜—串聯質譜聯用法測定赤霉素、生長素、脫落酸和水楊酸含量（張丹等，2020）。

1.3.8穿心蓮內酯合成通路相關基因表達分析 取適量冷凍保存的樣品，用TransZol Up Plus RNA kit試劑盒（北京全式金生物技術股份有限公司）提取葉片中的總RNA，用TransScript One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix試劑盒（北京全式金生物技術股份有限公司）進行反轉錄，用Per-fectStart Green qPCR SuperMix試劑盒（北京全式金生物技術股份有限公司）檢測HMGR、DXS、GGPS和ApCPS基因的表達量。使用QuantStudio 3（美國賽默飛世爾科技公司）進行實時熒光定量PCR。所有操作參考試劑盒使用說明。以UBQ作為內參基因，采用2-ΔΔCt法對相對表達量進行標準化處理。所用的引物見表1，引物由北京擎科生物科技股份有限公司合成。

1.4統計分析

采用SPSS 19.0進行數據的統計分析，處理間差異顯著性分析采用單因素方差分析和Duncan’s多重比較法，采用Excel 2013作圖。

2結果與分析

2.1遮陰對穿心蓮生長和抗氧化系統的影響

2.1.1遮陰對穿心蓮生長的影響遮陰對穿心蓮植株發育進程有明顯影響，重度遮陰延遲了植株發育，植株二級分枝（即花序分枝）減少（圖1）。穿心蓮植株單株生物量隨遮陰程度增加而逐漸下降，處理間差異顯著（Plt;0.05，下同）（圖2-A）。葉干重與地上部生物量比值、比葉重也隨遮陰程度增加而呈下降趨勢，重度遮陰處理與對照差異顯著（圖2-B和圖2-C）。3個處理間單位葉面積的葉綠素含量無顯著差異（Pgt;0.05，下同）（圖2-D）。

2.1.2遮陰對穿心蓮抗氧化系統的影響遮陰有效緩解了穿心蓮的氧化脅迫損傷，2種遮陰處理的葉片H2O2含量較對照顯著下降（圖3-A），MDA含量隨著遮陰程度的增加呈下降趨勢，重度遮陰處理與對照差異顯著（圖3-B），但SOD活性在3個處理間均無顯著差異（圖3-C）。

2.2遮陰對穿心蓮葉片光合作用和蛋白氮分配的影響

2.2.1遮陰對穿心蓮光合作用的影響圖4顯示，遮陰影響穿心蓮葉片的光合特征。重度遮陰處理下穿心蓮有較高的Pn，而輕度遮陰處理的Pn與對照相近（圖4-A）。重度遮陰處理的Pmax顯著高于對照和輕度遮陰處理（圖4-B）。表觀量子產量在對照和輕度遮陰處理間差異不顯著，而在重度遮陰處理下顯著上升（圖4-C）。光補償點在遮陰后有所下降，但各處理間均無顯著差異（圖4-D）。

2.2.2遮陰對穿心蓮葉片蛋白氮分配的影響圖5-A顯示，輕度遮陰的水溶性蛋白氮含量與對照無顯著差異，而顯著高于重度遮陰處理；各處理間膜結合蛋白氮含量無顯著差異；輕度遮陰顯著降低了細胞壁蛋白氮含量，而重度遮陰處理的細胞壁蛋白氮含量與對照差異不顯著。圖5-B顯示，膜結合蛋白氮與總蛋白氮的比值在重度遮陰處理下顯著高于對照和輕度遮陰處理，表明重度遮陰條件下穿心蓮將更多的葉片蛋白氮分配到膜結合蛋白中。

2.3遮陰對穿心蓮葉片糖和淀粉積累的影響

如圖6-A所示，輕度遮陰處理顯著降低了穿心蓮葉片的蔗糖含量，而重度遮陰處理對蔗糖含量無顯著影響。穿心蓮葉片可溶性糖和淀粉含量隨遮陰程度的增加而逐漸下降，其中重度遮陰處理的可溶性糖含量與對照差異顯著，淀粉含量在各處理間的差異均達顯著水平（圖6-B和圖6-C）。

2.4遮陰對穿心蓮植物激素的影響

隨著遮陰程度增加，穿心蓮葉片的生長素含量逐漸下降，且各處理間差異顯著（圖7-A）。脫落酸含量在3個處理間差異不顯著（圖7-B）。水楊酸含量在遮陰條件下顯著上升，輕度遮陰和重度遮陰處理均與對照差異顯著，但2個遮陰處理間差異不顯著（圖7-C）。不同處理均未檢測出赤霉素。

2.5遮陰對穿心蓮內酯含量和相關基因表達的影響

圖8-A顯示，穿心蓮內酯含量隨遮陰程度的增加有逐漸下降趨勢，但各處理間差異未達顯著水平。穿心蓮內酯合成通路的關鍵酶基因HMGR、DXS、GGPS和ApCPS的相對表達量變化相似，即在重度遮陰下顯著上調，而輕度遮陰與對照差異不顯著（圖8-B）。

3討論

3.1遮陰對穿心蓮生長發育的影響

穿心蓮是喜光植物，對弱光環境反應敏感（Sara-vanan et al.，2008）。本研究發現，在輕度遮陰（70%光照）條件下，盡管穿心蓮生長表型與對照差異不大，但生物量顯著降低，而在重度遮陰（30%光照）條件下穿心蓮出現葉片厚度下降、花枝分化發育延緩等明顯的弱光適應反應（韓霜和陳發棣，2013），說明嚴重遮陰不利于穿心蓮生長，與前人報道的結論一致（褚晨亮和曾令杰，2013；李婷等，2016）；此外，H2O2和MDA含量隨著遮陰程度的增加逐漸下降，而SOD活性無顯著變化，說明在自然環境下，穿心蓮在新陳代謝過程中產生的活性氧與自由基始終保持著動態平衡。

植物激素在植物適應弱光環境中起重要作用，但弱光對不同植物激素的影響存在明顯差異。前人研究表明，遮陰提高了郁金香和半夏的生長促進類激素含量，降低了生長抑制類激素含量（王興等，2008；王曉冬等，2012）。本研究中，生長素含量隨著遮陰程度的增加而逐漸下降，脫落酸含量無顯著變化，但水楊酸含量顯著上升。該結果與前人研究存在差異，可能是因為同一激素對不同植物的效應不同，如生長素含量升高延遲郁金香開花，但可促進半夏生長（王興等，2008；王曉冬等，2012）。本研究中遮陰條件下生長素含量下降可能是造成穿心蓮花枝分化延緩及生物量下降的重要原因。

3.2遮陰對穿心蓮葉片蛋白氮分配和光合作用的影響

氮是葉綠素合成的重要來源，光合葉片中的氮可分為可溶性蛋白氮和非可溶性蛋白氮，其中可溶性蛋白氮還包括水溶性蛋白氮和膜結合蛋白氮，分別與CO2同化、光能吸收和電子傳遞有關（Mu et al.，2016）。葉片氮在不同組分中的分配與植物的抗逆能力密切相關（Niinemets et al.，1998）。葉片氮分配能在短期內對逆境做出反應，通過改變不同組分間氮分配系數，進而影響相應的生理過程，以增強植物對環境變化的適應（Zhong et al.，2019）。本研究發現，重度遮陰雖降低了葉片水溶性蛋白氮含量，但增加了總蛋白氮中膜結合蛋白氮的比例，這樣有利于增強穿心蓮在弱光環境下對光能的吸收和電子傳遞效率，與光補償點和葉綠素含量的結果一致，說明穿心蓮通過改變葉片氮分配模式增強光合作用對弱光環境的適應。

光照環境影響植物光合系統的發育，從而影響植物對光能的吸收和利用（王佳佳等，2019；張小紅等，2024；趙絲雨等，2024）。本研究中，穿心蓮葉片可溶性糖和淀粉積累及生物量在遮陰條件下均明顯下降，表明在弱光環境下穿心蓮的光合作用受到不利影響。然而，植物光合系統能對光環境變化做出快速適應。盡管遮陰使穿心蓮葉片厚度減少，但單位面積的葉綠素含量卻無顯著變化，同時穿心蓮的光補償點在遮陰條件下有所下降，重度遮陰也未影響穿心蓮的表觀量子產量，表明遮陰條件下穿心蓮可通過增加葉綠素的合成提高其在弱光環境下對光的吸收能力。

3.3遮陰對穿心蓮內酯合成的影響

前人研究表明，隨著遮陰程度的增加或光照強度的減弱，穿心蓮內酯含量逐漸減少（Zhao et al.，2004；李婷等，2016）。本研究中觀察到穿心蓮內酯含量在重度遮陰時才略有下降，但處理間差異不顯著。本研究結果與前人研究存在一定差異，可能與不同地區光照強度及氣候或土壤條件存在差異有關，溫度、營養等條件的變化也會影響植物對光強的響應（鐘楚等，2012；王佳佳等，2019）。

初生代謝物為次生代謝物的合成提供物質基礎。研究表明，糖代謝增強可為次生物質的合成提供更多碳源（于安民等，2014）。因此，提高植物體內碳水化合物水平能促進次生代謝（Morkunas et al.，2013）。光為植物初生代謝產物的合成提供能量，隨著光照強度的減弱，碳氮代謝也受到不利影響（吳能表等，2014）。本研究也發現，隨著光照強度減弱，可溶性糖和淀粉含量逐漸下降，與穿心蓮內酯含量的變化趨勢一致。表明遮陰導致的碳水化合物積累減少不利于穿心蓮內酯的積累，與本課題組前期研究結果一致（Zhong et al.，2021），也證實穿心蓮是喜光植物，保證充足的光照可增強穿心蓮的光合能力，增加碳水化合物積累是提高穿心蓮內酯含量的重要途徑。

穿心蓮內酯的合成受萜類代謝甲羥戊酸（MVA）途徑和甲基赤蘚糖醇磷酸（MEP）途徑中關鍵酶基因表達的影響，研究表明，HMGR、DXS、GGPS、ApCPS等基因上調可促進穿心蓮內酯的合成和積累（Jha et al.，2011；Sharam et al.，2015；諶琴琴等，2016）。然而，本研究發現，上述基因在重度遮陰處理下的相對表達量顯著高于對照和輕度遮陰處理，與穿心蓮內酯含量的變化趨勢相反。MVA和MEP途徑中的酶受轉錄、轉錄后、翻譯和（或）翻譯后水平的調控（Tholl，2015），這些基因的表達與穿心蓮內酯含量的不一致可能與轉錄后的調控有關；此外，基因的表達可能還受植物激素如赤霉素（Anu-radahaetal.，2010）、茉莉酸（Sharam etal.，2015）、水楊酸（王啟等，2020）等的誘導。本研究中，遮陰條件下水楊酸含量顯著增加，可能對以上基因的表達也起到一定的誘導作用，而輕度遮陰下盡管水楊酸含量與重度遮陰下水平相當，但各基因的相對表達量卻均較低。該結果表明穿心蓮萜類代謝的基因調控網絡復雜，光照強度可能通過影響糖類物質積累對穿心蓮內酯合成起到重要調控作用，但其背后復雜的分子調控機制仍有待深入探究。

4結論

穿心蓮光合作用對弱光環境有較強的適應能力，葉片氮分配在其中發揮重要作用，但弱光環境引起的碳水化合物積累下降及植物激素變化不利于穿心蓮內酯的合成和積累。

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（責任編輯：王暉）