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药材白芷是伞形科多年生植物白芷Angelica dahurica(Fisch.ex Hoffm)Benth.et Hook.f.或杭川白芷Angelica dahurica(Fisch.ex Hoffm)Benth.et Hook.f.var.formosana(Boiss)Shan et Yuan的干燥根,其为我国常用大宗药材,是重要的医药、食品和化工原料,产于四川省的白芷被称作川白芷,是著名川产道地药材,其原植物为后者。光合作用是植物重要生理过程,不同植物以及同一植物不同发育时期光合能力存在较大差异,弄清植物光合特性对人工调控植物生长发育有重要作用,而目前川白芷光合特性研究鲜有报道;生产中早抽薹会导致川白芷减产和品质降低,已有研究表明某些植物早抽薹期间光合特性发生显著变化,但机制尚不明确;COSNTANS-LIKE家族参与调控植物开花和叶绿素合成等代谢径,与光合作用密切相关。因此,本研究拟对川白芷光合生理特性进行研究,并分析早抽薹对其光合特性的影响,开展川白芷Ad CONSTANS-LIKE家族的生物信息学分析,以期为川白芷合理栽培提供指导,并为进一步揭示川白芷早抽薹调控机制积累更多资料。主要结果如下:1不同生长年限川白芷最适光响应曲线拟合模型均为直角双曲线修正模型,川白芷光饱和点较高,一年生川白芷约1 611.33μmol·m-2·s-,二年生川白芷约为1 797.81μmol·m-2·s-1,其光补偿点则分别为17.98μmol·m-2·s-1和52.23μmol·m-2·s-1,符合典型阳生植物特征。不同生长年限川白芷的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化曲线均为单峰型。二年生川白芷净光合速率和蒸腾速率日均值显著高于一年生白芷,而气孔导度日均值无显著差异。一年生和二年生川白芷的净光合速率都与气孔导度呈极显著正相关,与胞间CO2浓度分别呈极显著和显著负相关。一年生川白芷的蒸腾速率与有效光合辐射强度和空气温度呈显著正相关,与胞间CO2浓度呈极显著负相关,二年生川白芷的蒸腾速率与有效光合辐射强度呈极显著正相关,而与胞间CO2浓度呈显著负相关。总体上,二年生川白芷叶片光合效率高于一年生川白芷,但利用弱光能力不及一年生者,适合种植于阳光更充足环境。2对6个不同品种(系)川白芷一年生植株不同发育时期的光合特性进行分析,结果发现其净光合速率、叶绿素含量、叶绿素a/b值和胞间CO2浓度值均在4月显著下降,气孔导度和蒸腾速率则上升,其叶片在田间出现衰老迹象,但5月川白芷叶片光合能力又开始恢复,结合此期川白芷叶片氮含量急剧下降,建议4月初田间适量追施氮肥。本试验还发现,川白芷叶片具有较高的PEPC/Rubisco值,结合其叶片解剖结构表现出类似C4植物结构,认为川白芷光合碳同化途径应属C3-C4中间型。3川白芷早抽薹植株的生长发育速度在前期高于正常川白芷,其株高和茎基粗增长快,但5月时其生长变缓。3月,各品系早抽薹植株叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及叶绿素含量均显著低于正常植株,4月各品系早抽薹植株也表现出净光合速率以及叶绿素含量下降,但下降情况与正常植株不尽相同,而早抽薹植株叶片气孔导度和蒸腾速率有所回升,说明此时其蒸腾作用增强。5月各品系早抽薹植株叶绿素含量和净光合速率及其他光合参数均显著低于正常植株叶片,其编码叶绿素合成通路的关键调控酶脲卟啉原III合成酶基因(Ad UROS)及脲卟啉原III脱羧酶基因(Ad UROD)的表达量也显著低于正常植株,即早抽薹植株叶绿素合成通路可能受到抑制。本试验结果还表明,此时各供试品系的早抽薹植株叶片的光合碳同化酶活性均较正常植株叶片有所升高,其磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因Ad PEPC和1,5核酮糖-二磷酸羧化酶/加氧酶基因Ad RAF表达量也上调,说明早抽薹川白芷植株具有较高的碳同化效率以维持叶绿素合成受抑制情况下的生长。4取早抽薹刚发生时(3月一级花序分化时期)的“川芷2号”早抽薹植株及其正常植株叶片进行转录和代谢组分析,结果表明早抽薹植株叶片的原卟啉铁离子螯合酶基因Adhem H上调,3-磷酸甘油酸激酶和核糖-5-磷酸异构酶基因Ad PGK以及Ad RPI的转录水平均下调,其原叶绿素酸酯、脲卟啉原III、粪卟啉原和四氢叶酸蝶呤含量显著低于正常植株,进一步说明早抽薹川白芷叶绿素合成功能确实发生障碍。此外,早抽薹植株光合电子传递途径中编码铁氧还蛋白还原酶和光系统II W亚基的基因Ad Fdr A和Ad PSb W转录水平显著下调,与其光合能力下降的结果一致。本试验还发现,早抽薹发生后编码乙酰辅酶A羧化酶、3-酮酰基-Co A合酶和脂酰酰基载体蛋白硫解酶B的基因Ad ACACA、Ad KCS和Ad FATB显著上调,而乙酰辅酶A酰基转移酶和长链酰基辅酶基因Ad FAd A和Ad ACSL下调,早抽薹植株叶片饱和脂肪酸含量增加;此外早抽薹植株叶片中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶和α-淀粉酶基因Ad APS2和Ad AMYA转录水平上调,麦芽三糖含量显著增高,说明早抽薹还导致叶片淀粉降解。5 CONSTANS-Likes蛋白家族与抽薹开花和叶绿素积累等密切相关。在川白芷中发现12个具有完整保守结构的Ad CONSTANS-Like蛋白。分析其理化性质发现仅有Ad COL2为稳定性疏水性蛋白,其他均为不稳定性疏水蛋白,都定位在细胞核,均具有保守的CCT结构域,但是在N端B-BOX锌指结构的序列差异较大。12个Ad CONSTANS-Like蛋白被分为三类,与其他物种的亲缘关系较远。荧光定量结果表明,5个Ad CONSTANS-Like差异基因在川白芷早抽薹叶片中的相对表达量显著低于正常叶片。综上,不同生长年限川白芷最适光响应曲线拟合模型均为直角双曲线修正模型,川白芷为典型的阳生植物,属C3-C4中间型。早抽薹川白芷叶片从抽薹早期开始,即出现加速衰老迹象,其主要光合参数快速下降,叶绿素合成受阻,光合电子传递转录水平下调,但可通过提高碳同化效率促进生长和发育。本文从川白芷中共筛选到12个结构完整的Ad CONSTANS-Like蛋白,在早抽薹叶片中共发现5个Ad CONSTANS-Like基因显著下调表达,具体功能有待进一步研究。