作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2022/1/25 22:10:32
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两招!让银杏“返老还童”药用成分增加

 

银杏叶含有类黄酮、萜内酯等药用有效成分,是治疗心脑血管等疾病的重要原材料。然而,只有幼年银杏树叶的药用成分含量较高,5年以上树龄的银杏叶片有效成分达不到药典标准。

近日,扬州大学银杏团队教授王莉在《园艺学研究》(Horticulture Research)和《工业作物和产品》(Industrial Crops & Products)连续发表了两篇研究论文,并获得一项专利授权,他们用两招使得银杏“返老还童”,药用成分含量增加。相关研究建立了专用银杏采叶圃的高效栽培技术,并进行了示范推广,解决了产业发展面临的瓶颈问题。

截干:让银杏“返老还童”

随着人口老龄化,人们对健康的关注度越来越高,国际市场对银杏叶的需求量越来越大。然而,银杏叶片药用成份含量具有显著的年龄效应。论文通讯作者王莉解释说,1-5年生的幼树叶片中类黄酮和萜内酯的含量高,5年以上树龄的叶片中有效成分显著下降,达不到药典标准。

“年龄效应导致银杏采叶期短、经济效益低。因此,如何建立长期可持续利用的银杏采叶圃,且有效提高采叶圃的产量和质量,是银杏产业发展的亟需解决的瓶颈问题。”王莉告诉《中国科学报》。

银杏不同截干高度处理后植株的生长情况      扬大供图

为了解决这一问题,该团队于2015年开始开展截干复幼技术研究。他们对5年银杏树进行不同高度的截干处理,留干高度分别为10厘米、35厘米、60厘米、85厘米、110厘米。

论文共同第一作者、扬州大学教师路兆庚介绍,他们发现,截干可显著促进树干上隐芽萌发和新枝形成,萌发枝条的叶片叶裂加深,叶裂数显著增加,叶片厚度和叶面积约为对照的2-2.5倍,叶片鲜重与干重达对照组的4-5倍。

“截干处理后,植株呈现幼态特征。”路兆庚说,连续两年田间测产结果显示,截干次年叶片产量开始大幅度增加。截干处理后的叶片总黄酮醇苷较未截干前提高近20%,总萜内酯含量增加30%左右。66个差异代谢物中有51个在截干组中显著上调,包括黄酮10种、黄酮醇13种、黄烷酮和儿茶素及其衍生物各4种、花青素5种。

“这表明截干复幼有效增加了银杏叶片中类黄酮等药用成分的积累。”论文通讯作者、北京林业大学教授林金星说。

随后,他们还对截干促进银杏“返老还童”的机理进行了研究。通过转录组与代谢组关联分析,他们发现,GbCHS可能作为核心基因参与类黄酮合成。进一步实验确定了GbCHS是银杏类黄酮合成通路中的关键基因。

路兆庚介绍,截干后叶片中赤霉素含量明显增加,赤霉素合成和信号通路被激活,且外源喷施赤霉素也可促进GbCHS表达并提高类黄酮含量,这表明截干处理内源赤霉素可能参与了植株复幼以及类黄酮的合成。

王莉认为,这项研究揭示了截干处理可显著促进银杏植株复幼,改变内源激素水平,从而有效增加叶片生物量和类黄酮等药用物质的积累。截干复幼技术不仅可用于银杏专用采叶圃的建立,也为其它药用植物的产量和药用成份提高提供了生产技术上的创新方法。

密植:让药用成分增加

该团队进一步研究发现,适度密植可以提高银杏叶产量和药用有效成分含量。

论文第一作者、扬州大学陆金凯介绍,随着种植密度的增大,株高增加,但植株侧枝生长减弱,茎干直径和根系体积变小。过高种植密度抑制植株生长,但中等密度对植株生长影响不显著。

连续两年测产结果显示,虽然随着栽植密度的增大,单株叶片干鲜重降低,但叶片总产量显著增加,增幅可达60%以上。尤其在中度密植下,叶片中总黄酮、黄酮醇苷含量均显著上升。

种植密度对银杏叶产量和药用有效成分积累影响的示意图      扬大供图

进一步研究发现,在中种植密度组,黄酮类、萜类等物质的含量大多呈现出上升趋势;而在高种植密度组,大部分物质含量显著下降。

王莉认为,这表明适当增大种植密度不仅提高了银杏叶产量,还促进了叶片中药用有效成分的积累。

为了解释其中的机理,他们进一步鉴定到类黄酮合成途径中关键基因C4H、CHS、CHI在中种植密度组显著上调表达,而在高种植密度组下调表达。相应的,该通路上的柚皮素查尔酮、山奈酚、根皮素、二氢槲皮素和表阿夫儿茶精等黄酮类物质在中种植密度组中上升,而在高种植密度组中下降。

王莉说,银杏种植中存在密度阈值,过高密度抑制了类黄酮等物质的合成,而适当提高种植密度可引起代谢通路中功能基因的上调表达促进类黄酮的积累,但其调控的分子机理仍需进一步深入研究。

银杏截干复幼和高密度栽培示范基地      扬大供图

据悉,相关研究成果已在江苏、湖北、辽宁、陕西等地推广应用,建立了国内首个专用银杏采叶圃,为叶用银杏产业创新发展起到了推动作用。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1093/hr/uhab018

https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114055

 
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