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石斛是兰科中较大的属,全球有1500多种,我国石斛属植物有70多种,其中药用石斛占50余种。大别山拥有得天独厚的自然气候条件,分布着3种石斛,分别是霍山石斛（Dendrobium huoshanense C.Z.Tanget S.J.Cheng）、铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）和铜皮石斛（Dendrobium moniliforme（L.）Sw）。石斛含有多糖和生物碱等有效成分,具有抗衰老、抗氧化和免疫调节等作用。目前石斛的应用价值不断上升,需求量也不断增加。但是石斛在自然条件下的繁殖能力很低,并且对生长环境条件要求非常高,再加上人为过度采挖,石斛的野生资源已濒临灭绝。然而我国人工种植的石斛良莠不齐,质量无法统一,导致目前市售石斛类药材混乱,这对石斛的真伪鉴定和品质评价带来了极大的困难。因此,本研究筛选出大别山区的3种石斛（霍山石斛、铁皮石斛和铜皮石斛）,采用性状鉴别、显微结构比较等方法对这3种石斛进行比较鉴定研究。通过分析3种石斛的生物学特性、药用成分以及有效发掘和鉴定次生代谢产物生物合成酶的编码基因及其代谢调控相关的基因,综合评价3种石斛的品质特性及品质形成的分子机理。进而对大别山区3种石斛在不同生长模式的生长环境进行监测,探究生态因子与其药用成分的相关性。主要研究结论如下:（1）生物学特征:本研究发现这3种石斛的茎部形态除了茎节数和中部茎粗外其余均有显著性差异。通过将普通显微镜和荧光显微镜相结合,建立了一种快速、简便的方法用于3种石斛药材的鉴别。结果表明,在普通光学显微镜和荧光显微镜下,不同类型的石斛的不同组织分别表现出不同的形态。并同时采集不同生长年限的石斛茎作为材料,测定其主要药用成分和微量元素等。从结果可以看出,3种石斛在不同生长期的多糖含量在249.31 mg·g-1-547.66 mg·g-1之间,其中以三年生霍山石斛多糖含量最高。总生物碱含量在0.21 mg·g-1-0.54 mg·g-1之间,含量最高的也是三年生的霍山石斛。本研究测定了这3种石斛在不同生长期的氨基酸含量,可以看出这3种石斛均含有人体所需的七种氨基酸。再对石斛的基本微量元素进行了安全性评价,结果显示中国药典中规定的12 g·d-1石斛的用量符合美国食品药品监督管理局推荐的每日微量元素推荐摄入量,不会引起微量元素中毒。（2）转录组研究:在霍山石斛中,通过Illumina平台对测序,共获得716,634,006条clean reads,并获得了478,361个unigenes。通过与CAZy数据库比对,鉴定了1407个与多糖活性相关的unigenes。在糖基转移酶基因（GTs）家族中,发现了315个差异表达基因（DEGs）。在Dh＿L vs.Dh＿S、Dh＿R vs.Dh＿L分别有124和58个DEGs与霍山石斛生物碱的生物合成有关。Dh＿R vs.Dh＿S中共鉴定出62个与霍山石斛萜类通路相关的DEGs。利用荧光定量PCR技术,对萜类化合物途径中的5个关键酶基因进行了鉴定,并对其在不同组织中的表达模式进行了验证。通过对铁皮石斛的根、茎、叶进行转录组测序,共获24,927个基因。本研究将所有基因比对到KEGG数据库中的通路,以确定这些基因可能涉及的多糖和次级代谢途径。还鉴定了与黄酮类相关的关键酶基因,并利用实时荧光定量PCR进一步分析了它们在不同组织中的表达模式。通过对铁皮石斛CHS基因家族进行鉴定,得到了5个CHS基因,对这些基因的结构和进化关系进行了进一步分析。在铜皮石斛中,通过转录组测序产生了562,580个unigenes。基于转录组的基因注释,通过与CAZy数据库比对,鉴定了1204个与多糖活性相关的unigenes,包括417个糖基转移酶基因（GTs）、780个糖苷水解酶基因（GHs）、19个糖酯酶基因（CEs）、75个糖结合模块基因（CBMs）和44个多糖裂解酶基因（PLs）。在纤维素合成酶家族中,发现了21个与多糖相关的差异表达基因。随后,研究了涉及多糖途径的基因的组织特异性表达模式,为从分子水平上了解铜皮石斛多糖的生物合成和调控提供了依据。通过实时荧光定量PCR,鉴定两种参与多糖通路的关键酶基因家族（Susy和SPS）,并进一步分析其在不同组织中的表达模式。（3）比较转录组研究:本研究使用加权基因共表达网络分析（WGCNA）与活性成分的基因表达谱,以识别可能与特定物种和组织相关的模块和基因。从3种石斛属植物和3种组织中提取RNA,建立高质量的转录组数据库,并鉴定了8056个同源基因用于WGCNA分析。基于基因表达的显著变化构建共表达网络并揭示了19个基因模块。因为多糖和生物碱是石斛主要的药用成分,所以重点关注这些代谢物的合成基因和代谢通路,本研究筛选出4个与多糖、生物碱调控和生物合成相关的功能模块,并对其进行了功能研究。这些结果提高了我们对这一重要药用植物活性成分生物合成的认识,将有助于指导更深入的研究。（4）生态因子研究:本研究对铁皮石斛在温室、拟生、野生3种不同生长模式下的主要成分（多糖、总生物碱、总黄酮）进行了测定,并将它们与主要药用成分进行关联分析后发现:在3种生长模式中,野生生长模式的药用价值最高。经过一系列统计分析后,有八个生态因子被认为是影响铁皮石斛栽培过程中主要药用成分的关键因素,它们分别是:最大相对湿度、最小相对湿度、最高温度、日照时数、基质pH值、基质全氮、基质全磷和基质有效磷,这些研究结果为探讨生态因子与药用价值在人工栽培中的复杂关系提供了创新思路。