桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum Royle)为小檗科多年生草本植物,根茎中主要化学成分鬼臼毒素(podophyllotoxin,PPT)及其派生物具有显著的抗癌、抗病毒和抗氧化等多种生物学活性。独特的药理学作用使得需求量日益增加,导致野生资源面临濒危,因此,急需加快桃儿七种植栽培和细胞培养来提高PPT产量。本实验室和其他学者研究证实,高海拔可显著促进PPT生物合成,而低温和强紫外线是构成高海拔环境的主要生态因子。为了进一步揭示高海拔促进PPT生物合成的分子机制,本研究在前期转录组测序的基础上,以桃儿七组培植株为实验材料,采用扫描电镜、透射电镜、HPLC和qRT-PCR等技术,探明了低温和UV-B对细胞/亚细胞结构、生长特性、活性物质积累及关键基因表达等方面的影响,具体结果如下:1)通过研究温度对无菌苗诱导、植物生长特性及显微结构的影响,结果发现:15~oC下种胚成苗率(61.9%)分别为22和30~oC的1.2和1.5倍;15~oC相对22~oC而言,生物量、叶绿素含量、叶面积、株高、茎和根直径、鳞茎和根数、根长均显著增加。叶片显微和超微结构电镜观察结果发现,低温15°C显著促进气孔开放率、叶绿体、线粒体、淀粉粒、嗜锇颗粒和类囊体基粒数量等。2)通过研究温度对代谢产物积累及相关基因表达的影响,结果发现:以单株计算,15°C下PPT积累量相对22°C增加了2.3倍,总黄酮、总酚含量和抗氧化能力分别增加了1.8、1.4和1.3倍;与光合作用相关基因(ShMENG、ShmatK和ShndhF等)、PPT生物合成相关基因(ShPAL~Sh2-ODD)、总黄酮生物合成相关基因(ShCHS1和ShDTX41)以及逆境响应相关基因(ShAPX3、ShEX2和ShMYB等)表达水平均呈现增加。3)通过研究温光协同对植物生长、代谢产物积累及相关基因表达的影响,结果发现:UV-B+15°C处理与15°C相比,UV-B+15°C对生物量、根长和根数有促进作用,而其他生长指标(叶绿素含量、叶面积、株高和叶柄数等)则相反;尽管UV-B+15°C可促进可溶性糖、总黄酮和总酚的积累及其抗氧化能力,诱导相关基因的高表达,但不利于PPT的积累及其生物合成相关基因的表达,以单株计算,UV-B+15°C下PPT积累量相对15°C降低了0.9倍,PPT生物合成下游关键基因表达量下降了0.3(ShCCoAMT)~0.8倍(ShCYP71CU1)。以上研究结果表明,适宜低温15~oC更有利于植物的生长、代谢产物的积累以及相关基因的高表达;UV-B尽管在一定程度上有助于15°C促进植株生物量、总黄酮、总酚含量和抗氧化能力及相关基因的表达,但抑制了PPT的积累及生物合成相关基因的表达。该研究结果将为指导桃儿七种植栽培、调控细胞培养提高PPT产量提供直接的理论依据。