天下足球网西南特色中药资源国家重点实验室裴瑾课题组和马云桐课题组合作在中科院TOP杂志Frontiers in Plant Science, Industrial Crops Products, Field Crop Research发表系列光调控中药品质和产量形成的生理生化机制研究论文。青年教师周涛为论文的第一作者或通讯作者，青年教师文飞燕为光调控重楼皂苷Ⅶ合成论文的第一作者，研究生柯汶佳参与大量研究工作。

光既是植物光合作用的能量来源，又在植物生长过程中扮演着重要的信号角色，调控植物形态建成、库-源物质流动，进而影响植物初生和次生代谢产物合成和积累。但是光在调控中药品质和产量形成过程中扮演的的角色并不清晰，系列研究分别选择了一年生植物番红花和多年生植物黄连、重楼作为研究对象，同时这些植物对光的喜好程度呈现极大差异。番红花为典型的阳生植物，重楼为半阴生植物，而黄连为典型的阴生植物。

对黄连的研究发现，与 50 μmol m^-2 s^-1 条件下生长的植株相比，在 200 μmol m^-2 s^-1 条件下，黄连根茎在新叶扩展期碳水化合物和磷的损失较少。叶片迅速膨大后，高光照强度可提高新叶的光合能力和库-源转换速率，从而减少根茎的储备消耗。在强光下，黄连老叶为新叶的生长提供碳水化合物，减少了根茎中储备物质的消耗。相反，在弱光条件下，新叶的光合作用效率较低，但新陈代谢强度相对较高，作为汇存活并得到其他器官的支持，这加剧了根茎中储备物质的损失。此外，在高光照强度下，新叶维持高光合速率所需的磷较少，导致从根茎到新叶的磷分布减少。相反，弱光条件下由于根茎中过多的储存物质消耗促使根茎中生物碱含量在早春出现一个高峰，但光照强度如何直接调控生物碱合成和积累仍有待进一步研究。本研究发现，光照能加速茎叶光合能力建成，从而减少根茎中储备物质的消耗，最终导致产量增加。在低光照和高温条件下，黄连老叶可能通过消耗其他器官提供的能量而存活，这可能是阴生植物适应环境胁迫的一种新机制，但还需要更多的证据证明。

Ke, W., Li, Y., Zhong, F., Pen, M., Dong, J., Xu, B*., Y., Ma*, Zhou, T*. (2023). Relatively high light inhibits reserves degradation in the Coptis chinensis rhizome during the leaf expansion by changing the source-sink relationship. Frontiers in Plant Science, 14.

       在重楼研究中，从表型分析、亚细胞化学定位和 ¹³C 追踪等生理层面证明，叶片而非根茎是滇重楼合成 PSⅦ 的主要器官。然而，PSⅦ并不储存在叶片中，而是通过维管组织运输到根茎中储存。叶片中 PSⅦ的合成速率不仅受遗传因素的调节，还受光照强度等环境因素的影响。高光照强度对PSⅦ合成产生积极影响的生理机制有以下三种： (1）高光照强度增加了皂苷合成底物的浓度；(2）通过促进皂苷合成保护叶片免受强光伤害；(3) 强光加速了皂苷在叶片细胞间的区隔，如转移到非合成上表皮细胞，进而反馈调节皂苷合成。这些工作部分揭示了滇重楼中 PS Ⅶ 合成的组织特异性和光调节特性，为发展双高（高产和优质）栽培实践奠定了理论基础。研究同时提出，不同重楼皂苷类型合成的组织特异性以及光调皂苷合成的遗传和生态机制应是今后工作的重点。

碳标记证明重楼皂苷Ⅶ在叶片的特异性合成

强光促进的重楼皂苷Ⅶ合成和叶片细胞间的区室化

Wen, F., Chen, S., Wang, Y., Wu, Q., Yan, J., Pei, J. *, & Zhou, T*. (2023). The synthesis of Paris saponin VII mainly occurs in leaves and is promoted by light intensity. Frontiers in Plant Science, 14.

对番红花的研究发现，生殖生长期在最佳光照 200μmol m^-2 s^-1红光蓝光比例为3:2条件下生长的番红花减少了母球茎营养储备的分解，提高了子茎总产量和较大尺寸子茎的比例。番红花整合了光照强度和光质比例，通过减少叶片伸长，提高叶片的光形态建成速率、叶绿素合成率、气孔开放率、光合作用强度和蔗糖浓度，最终决定了母株的养分和碳水化合物代谢。叶片中的高浓度蔗糖既是植物生长状态的信号，启动了对不协调生长的后备代谢反应，也是叶片生长的碳基质。最后，母球茎中营养物质和碳水化合物含量的增加提高了子球茎的产量和较大尺寸子球茎的比例。该研究加深了人们对光照如何调节母球茎营养储备代谢以及子球茎产量的理解。通过优化生育期的光照强度和光质比例，可以提高柱头的药用质量和产量以及子球茎的产量，这对于在番红花在二段式种植系统中制定有效的栽培管理策略具有重要意义。

Zhou T, Qiu X, Zhao L, Yang W, Wen F, Wu Q, Yan J, Xu B, Chen J, Ma Y*, J Pei. (2022). Optimal light intensity and quality increased the saffron daughter corm yield by inhibiting the degradation of reserves in mother corms during the reproductive stage. Industrial Crops Products, 176: 114396.

此外，课题组还系统揭示了光环境如何介导碳水化合物和磷在地上、地下间的转运进而调控根系的衰老和磷养分吸收。

Zhou T, Wang L, Sun X. (2021). Improved post-silking light interception increases yield and P-use efficiency of maize in maize/soybean relay strip intercropping. Field Crops Research, 262: 108054.

这一系列研究不仅对于构建中药优质高产栽培模式具有极强的理论指导意义，也对于理解植物生长与环境互作的生态过程提供了洞见，同时从提高植物光合效率、资源利用效率方面助力我国双碳目标的实现。

全文链接：

https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1225895, https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1199215, https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114396, https://doi.org/10.1016/j.fcr.2020.108054

供稿：西南特色中药资源国家重点实验室、药学院/现代中药产业学院裴瑾课题组和马云桐课题组。