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柴胡为常用大宗药材，栽培柴胡已经成为柴胡药材的重要来源。但柴胡栽培生产因亩产量低，生产发展严重受限。柴胡根部较小、其地上部生物量远大于根部，根冠比严重失调，导致生长第二年、第三年地上部郁蔽严重、植株大量死亡，同时单位面积种植密度难以提高，土地占用面积太大，因此种植效益偏低、制约了种植积极性。为提高栽培柴胡产量，生产上有在其进入抽茎、现蕾期时，割除植株部分茎叶的做法;研究人员也发现摘除花序可以提高柴胡根部生物量。但上述措施对柴胡地上部生长、特别是生殖生长的控制效果、以及提升产量和品质的分子机制等，目前尚缺乏深入系统研究。本研究以北柴胡(Bupleurum chinense DC.)优良主栽品种“中柴2号”为试材，结合生长发育动态分析、HPLC、GC-MS及转录组测序等手段，首次系统解析了以割茎和摘花为手段，研究控制抽茎和生殖生长对“中柴2号”根部生长及品质形成的作用机制，主要结果如下:
1、生长发育动态分析显示:“中柴2号”各时期地上部鲜重、干重均为根部的3倍以上;开花后，地上部干重最高达到根部干重的8.33倍;干重根冠比自抽茎后迅速下降，在花期达到最大降幅53.9％。柴胡根部横切面的盐酸-间苯三酚染色及HPLC、GC-MS结果显示:柴胡皂苷a、d含量自抽茎后显著增加;皮部是有效成分积累的主要部位，其皂苷a,d含量及挥发性物质种类在各时期均显著高于木质部;但木质部随着生长发育总面积占比不断增加，并伴有薄壁组织减少、次生代谢产物合成能力减弱、木质素积累增多等不利于品质形成的特征。上述结果表明，柴胡生长发育中后期是根部干物质积累和品质形成的关键时期，但抽茎、开花导致根冠比失调加重、根部木质化加剧，对柴胡产量和品质形成构成了较大竞争和干扰。
2、第一年割茎结果显示，处理后柴胡根鲜重由3.19±2.75g增加至5.28±2.58g，干重由1.55±1.26g增加至1.63±0.62g。第二年结果表明，处理后柴胡根鲜重由4.99±1.52g增加至8.94±2.77g，干重由1.63±0.62g增加至3.22±0.98g。皂苷a,d含量增加，但无显著性差异;挥发性物质种类增加26种。转录组分析显示:割茎处理后，ABA路径(PYL4)、乙烯路径(ERF1)、茉莉酸路径响应基因(TIFY10A)的表达显著变化，皂苷合成关键基因(β-AS、Galactinolsynthase1、Beta-fructofuranosidase、TPPJ、RHM1)及根生长相关基因(GAPDH、CYP735A)的表达显著上调。表明割茎处理有助于柴胡产量和品质形成，但可能导致ABA和乙烯水平的提高并诱发了伤害胁迫响应。
3、第一年摘花结果显示，处理后柴胡根鲜重由2.61±0.99g增加至7.08±2.53g，干重由1.01±0.31g增加至2.80±1.03g。第二年结果表明，处理后柴胡根鲜重由5.26±1.53g增加至12.62±3.93g，干重由1.92±0.53g增加至4.66±1.51g。皂苷a、d含量分别平均增加25.61％和34.10％;根部薄壁组织显著增加;挥发性物质种类增加5种。转录组分析显示:摘花处理后，生长素路径(TIR、ARF)、油菜素内酯路径(cyclin D3)、细胞分裂素路径(ARR)、ABA(PYR/PYL、AB15、AB17、PP2C、SnRK2)路径、乙烯路径(ERF1)响应基因的表达显著变化，皂苷合成基因(AACT、HMGS、HMGR、DXS)及根生长相关基因(Endoglucanase、PL、CRF2、SA UR 41、TIR1、MYB59、SCARECROW-like 28)的表达显著上调。表明摘花措施可能通过对激素路径和皂苷合成路径等多个关键酶的调控，显著促进了根部生长发育、生物量积累及有效成分合成。
4、割茎处理后鲜重与干重年平均增幅分别为67.62±3.31％、58.96±11.71％;摘花处理后鲜重与干重年平均增幅分别为155.57±22.20％、159.20±24.10％。摘花处理皂苷a、d含量增幅分别约为割茎处理的4倍和1.7倍。从割茎、摘花两个组中选择HRD3A、PTB3,26S,RAP2.2、UVR8,DSK2a、SERINC,GDI、SKP1,UBC9,ACT7等11个候选内参基因和一个常用内参基因β-tubulin进行稳定性评价，结果显示:26S、PTB3和PTB3、SERINC分别为割茎处理组和摘花处理组中的最佳内参基因。荧光定量PCR对13个与生长、胁迫、皂苷合成相关的差异表达基因的表达趋势与转录组测序结果一致，表明转录组测序结果的可靠。
本研究通过系统比较割茎和摘花措施对柴胡根部产量和品质形成的影响及作用机制，提出:割茎处理由于同时削弱了柴胡地上部营养生长和生殖生长，导致植株ABA和乙烯水平的上调及生长素水平的下调，并诱导植株产生了伤害胁迫响应，使根部产量、有效成分含量增幅受限。由于柴胡花序多且花期长，繁殖投入较大，因此针对柴胡生殖生长的摘花处理在产量和质量上的提升更为显著。摘花后植株ABA、乙烯水平下调，生长素、细胞分裂素水平及多个皂苷合成关键基因表达上调，根生物量积累和有效成分含量的增幅为割茎处理的2～4倍，推测摘花措施延缓了植株的衰老进程，为根部产量和品质形成争取了更多时间。后续将进一步探究不同地上生长控制措施对柴胡生长发育进程的调控机制，并细化柴胡割茎、摘花操作方案，为相关根类药材的高产优质栽培提供良好借鉴。
1、生长发育动态分析显示:“中柴2号”各时期地上部鲜重、干重均为根部的3倍以上;开花后，地上部干重最高达到根部干重的8.33倍;干重根冠比自抽茎后迅速下降，在花期达到最大降幅53.9％。柴胡根部横切面的盐酸-间苯三酚染色及HPLC、GC-MS结果显示:柴胡皂苷a、d含量自抽茎后显著增加;皮部是有效成分积累的主要部位，其皂苷a,d含量及挥发性物质种类在各时期均显著高于木质部;但木质部随着生长发育总面积占比不断增加，并伴有薄壁组织减少、次生代谢产物合成能力减弱、木质素积累增多等不利于品质形成的特征。上述结果表明，柴胡生长发育中后期是根部干物质积累和品质形成的关键时期，但抽茎、开花导致根冠比失调加重、根部木质化加剧，对柴胡产量和品质形成构成了较大竞争和干扰。
2、第一年割茎结果显示，处理后柴胡根鲜重由3.19±2.75g增加至5.28±2.58g，干重由1.55±1.26g增加至1.63±0.62g。第二年结果表明，处理后柴胡根鲜重由4.99±1.52g增加至8.94±2.77g，干重由1.63±0.62g增加至3.22±0.98g。皂苷a,d含量增加，但无显著性差异;挥发性物质种类增加26种。转录组分析显示:割茎处理后，ABA路径(PYL4)、乙烯路径(ERF1)、茉莉酸路径响应基因(TIFY10A)的表达显著变化，皂苷合成关键基因(β-AS、Galactinolsynthase1、Beta-fructofuranosidase、TPPJ、RHM1)及根生长相关基因(GAPDH、CYP735A)的表达显著上调。表明割茎处理有助于柴胡产量和品质形成，但可能导致ABA和乙烯水平的提高并诱发了伤害胁迫响应。
3、第一年摘花结果显示，处理后柴胡根鲜重由2.61±0.99g增加至7.08±2.53g，干重由1.01±0.31g增加至2.80±1.03g。第二年结果表明，处理后柴胡根鲜重由5.26±1.53g增加至12.62±3.93g，干重由1.92±0.53g增加至4.66±1.51g。皂苷a、d含量分别平均增加25.61％和34.10％;根部薄壁组织显著增加;挥发性物质种类增加5种。转录组分析显示:摘花处理后，生长素路径(TIR、ARF)、油菜素内酯路径(cyclin D3)、细胞分裂素路径(ARR)、ABA(PYR/PYL、AB15、AB17、PP2C、SnRK2)路径、乙烯路径(ERF1)响应基因的表达显著变化，皂苷合成基因(AACT、HMGS、HMGR、DXS)及根生长相关基因(Endoglucanase、PL、CRF2、SA UR 41、TIR1、MYB59、SCARECROW-like 28)的表达显著上调。表明摘花措施可能通过对激素路径和皂苷合成路径等多个关键酶的调控，显著促进了根部生长发育、生物量积累及有效成分合成。
4、割茎处理后鲜重与干重年平均增幅分别为67.62±3.31％、58.96±11.71％;摘花处理后鲜重与干重年平均增幅分别为155.57±22.20％、159.20±24.10％。摘花处理皂苷a、d含量增幅分别约为割茎处理的4倍和1.7倍。从割茎、摘花两个组中选择HRD3A、PTB3,26S,RAP2.2、UVR8,DSK2a、SERINC,GDI、SKP1,UBC9,ACT7等11个候选内参基因和一个常用内参基因β-tubulin进行稳定性评价，结果显示:26S、PTB3和PTB3、SERINC分别为割茎处理组和摘花处理组中的最佳内参基因。荧光定量PCR对13个与生长、胁迫、皂苷合成相关的差异表达基因的表达趋势与转录组测序结果一致，表明转录组测序结果的可靠。
本研究通过系统比较割茎和摘花措施对柴胡根部产量和品质形成的影响及作用机制，提出:割茎处理由于同时削弱了柴胡地上部营养生长和生殖生长，导致植株ABA和乙烯水平的上调及生长素水平的下调，并诱导植株产生了伤害胁迫响应，使根部产量、有效成分含量增幅受限。由于柴胡花序多且花期长，繁殖投入较大，因此针对柴胡生殖生长的摘花处理在产量和质量上的提升更为显著。摘花后植株ABA、乙烯水平下调，生长素、细胞分裂素水平及多个皂苷合成关键基因表达上调，根生物量积累和有效成分含量的增幅为割茎处理的2～4倍，推测摘花措施延缓了植株的衰老进程，为根部产量和品质形成争取了更多时间。后续将进一步探究不同地上生长控制措施对柴胡生长发育进程的调控机制，并细化柴胡割茎、摘花操作方案，为相关根类药材的高产优质栽培提供良好借鉴。