鱼腥草次生代谢的化学生物地理学调查：挥发性代谢组分表型分异的环境驱动机制

Phenotypic or functional traits of plant have played an important role in adapting to living environment, however driving mechanism of phenotypic or functional traits among-population divergence has been less debated. Secondary metabolism, as an important function trait, secondary metabolites or components (hereinafter referred to as metabolic components) of which is direct characterization that secondary metabolisms adapt to living environment. Whether the phenotypic divergence of plant metabolic component (PMC) is biogeographic significance was still debated due to extremely complex PMCs. Chemical-biogeography concept proposed since 2014, geographical environment factors of PMCs phenotypic divergence are gained increasingly attention worldwide. In future it may be extremely significant reseach area of interdiscipline of chemistry and geobotany to explore driving mechanism of PMCs phenotypic divergence via biogeographical divergence pattern and environmental factors. This project will be that, volatile metabolic components (VMCs) in leavies of Houttuynia cordata Thunb. as guide, environmental heterogeneity and time and spatial distance as breakthrough point, phenotypic biogeographical discrimincation pattern of VMCs in H. cordata leavies will be esbalished using the tracking of geographical trapping-gas chromatography/mass spectrum (GT-GC/MS), and the biogeographical phenotypic divergence pattern of VMCs in H. cordata leavies will be clarified, and their influence factors will be cleared and formation mechanism will be revealed. This subject will be intended to explore environmental driving mechanism of PMCs phenotypic divergence and to supply theoretical supports for resource protection use of medicinal plants.

植物表型特征或功能性状在植物适应生存环境方面发挥重要作用，然而，种内表型特征或功能性状分异的环境驱动机制这一关键科学问题知之甚少。次生代谢作为植物重要的功能性状，其次生代谢产物或组分(以下通称“代谢组分”)是植物次生代谢适应生存环境的直接体现，但因代谢组分极其复杂，一直以来植物次生代谢组分表型分异是否具有生物地理学意义还存在争论。然而，2014年提出化学生物地理学的概念，人们开始关注植物代谢组分表型分异的地理环境因素。为此，通过植物代谢组分地理分异格局及环境因素，探索植物代谢组分表型分异的环境驱动机制可能是未来化学植物地理学重要的研究方向之一。因此，项目以鱼腥草叶片挥发性代谢组分为导向，环境异质性及时空距离为切入点，利用地理捕集-气相色谱/质谱示踪，建立组分地理识别，阐明地理分异格局，明确影响因素，揭示形成机制，探索植物代谢组分表型分异的环境驱动机制，为药用植物的资源保护利用提供理论依据。

次生代谢作为植物重要的功能性状，其代谢组分具有适应环境的生理和生态功能，然而，绝大多数植物次生代谢组分的功能尚未清楚，因此，开展植物次生代谢组分的环境驱动机制研究。项目以鱼腥草为对象，建立鱼腥草21种挥发性代谢组分 (α-蒎烯、樟烯、反-2-己烯-1-醇、ɑ-环氧蒎烷、β-蒎烯、β-月桂烯、柠檬烯、2-十四酮、桉油精、反-2-己烯醛、γ-松油烯、顺-3-己烯乙酯、正己醇、癸醛、顺-3-己烯-1-醇、芳樟醇、β-石竹烯，甲基正壬酮、龙脑、正癸醇、乙酰龙脑) 的GC-MS分析方法。分析同纬度、不同经度、不同海拔高度，相同海拔、不同生长环境，相同经度、不同纬度、不同海拔生长的鱼腥草叶，以及不同生长环境的鱼腥草根状茎移植到同一环境栽培后其生殖生长期叶、茎和根状茎中主要挥发性代谢组分组成。确定21种挥发性代谢组分累积含量在不同地理环境生长、不同地理环境的鱼腥草在同一地理环境栽培后的累积含量存在差异。通过土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、草酸含量、pH、酶活性及微生物群落结构，分析这些因素对鱼腥草挥发性代谢组分累积的影响。显示土壤氮、磷、钾、草酸含量、pH与鱼腥草代谢组分累积有不同程度的相关性。而土壤微生物群落与这些挥发性代谢组分累积含量存在显著或极显著相关性。暗示地理环境的土壤因素影响鱼腥草挥发性代谢组分累积，而土壤微生物在其发挥重要作用。通过鱼腥草无菌幼苗移植到自然土壤中培养，分析根围土壤与鱼腥草根状茎的微生物群落。确定土壤微生物选择性定殖鱼腥草根状茎，通过分离纯化、纯化、鉴定及筛选，发现3株潜在病原真菌I. liriodendri，Fungal sp.，P. citrinum及4株细菌P. fluorescens, B. thuringiensis, S. maltophilia, P. seudomonas sp对鱼腥草挥发性代谢组分累积含量有显著影响。暗示土壤微生物对鱼腥草挥发性代谢组分的影响并不仅活化土壤养分，而是部分微生物被鱼腥草选择性定殖，直接或间接参与鱼腥草挥发性代谢组分合成。这项工作对揭示植物次生代谢组分调控植物与微生物互作具有重要的意义。

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