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淫羊藿为补益类常用中药材，临床上广泛用于治疗骨质疏松、慢性肾炎和免疫调节等。柔毛淫羊藿(Epimedium pubescens Maxim.)和心叶淫羊藿(E.brevicornu Maxim.)均为《中国药典》规定的淫羊藿药材的基原植物，其主要活性成分为淫羊藿菅等黄酮醇苷类化合物。药用植物活性成分决定于物种遗传基因，同时与生长环境密切相关。淫羊藿为阴生植物，研究表明，心叶淫羊藿淫羊藿苷含量大大高于柔毛淫羊藿，因此，研究两种淫羊藿药材生长发育、品质积累规律以及UV-B胁迫下的生理、代谢物变化和基因表达调控机制，为淫羊藿药材质量控制、品质调控与新品种选育提供了理论依据，同时，了解柔毛淫羊藿的需肥规律及施肥效果可为淫羊藿高产栽培提供指导。主要研究结果如下:
1.综合考虑生物量和淫羊藿苷类成分含量，柔毛淫羊藿和心叶淫羊藿适宜采收期为6月中下旬。北京地区柔毛淫羊藿和心叶淫羊藿叶片干重分别于6月末和6月中旬达到最大值;柔毛和心叶淫羊藿叶片中淫羊藿苷含量均在展叶期(盛花期)最高，之后迅速下降，且心叶淫羊藿淫羊藿苷含量远远高于柔毛淫羊藿;柔毛淫羊藿和心叶淫羊藿净光合速率日变化均呈双峰曲线，存在明显的“午休”现象，不同的是柔毛淫羊藿光合能力弱于心叶淫羊藿，但水分利用率高于心叶。
2.整个生长期心叶淫羊藿有20个黄酮类化合物含量显著高于同期柔毛淫羊藿，而20个以酚酸类为主的代谢物含量均显著低于柔毛淫羊藿。利用LC-MS广靶代谢组技术，从柔毛和心叶淫羊藿叶片中分别鉴定到403个和396个代谢物，其中有389个代谢物是二者共同具有的，说明柔毛和心叶淫羊藿叶片次生代谢物组成基本相似;随着植株生长发育柔毛和心叶淫羊藿叶片中分别有302和268个代谢物含量发生了显著变化，其中大部分黄酮类、酚酸类差异代谢物含量增加，而脂质类、核苷酸类和氨基酸类物质含量降低;相同发育期的柔毛和心叶淫羊藿叶片相比共有295个差异代谢物，其中柔毛淫羊藿有20个黄酮类化合物的含量明显低于同期心叶淫羊藿，而20个以酚酸类为主的代谢物含量均显著高于同期的心叶淫羊藿。
3.整个生长期柔毛淫羊藿叶片中大多数差异表达基因表达水平显著升高，至叶片采收期达到最高水平，而心叶淫羊藿差异表达基因在盛果期或果实成熟期表达水平最高，叶片采收期降低。柔毛淫羊藿4个生长期叶片转录组测序获得196487个Unigene，其中19542个Unigene的表达水平发生显著变化;4个生长期心叶淫羊藿叶片转录组测序获得134747个Unigene，其中13639个Unigene的表达水平发生显著变化。盛花期两种淫羊藿的基因表达水平与随后三个时期明显不同，盛花期后柔毛和心叶淫羊藿分别有10658和6469个差异基因的表达水平发生显著上调。从柔毛和心叶淫羊藿叶片分别注释到537和449个与黄酮生物合成途径相关的Unigene，而各生育期间差异表达的基因分别为164和154个，其中，柔毛淫羊藿叶片中差异基因表达水平大多在盛花期后显著升高直至采收期，而心叶淫羊藿叶片中这些差异基因的表达水平在盛花期或盛果期达到最高，之后表达水平降低。
4.淫羊藿叶中儿茶素等黄酮类化合物含量与黄酮类生物合成途径差异基因表达密切相关。转录组与代谢组关联分析表明，柔毛和心叶淫羊藿叶片中几乎所有的差异代谢物与差异基因的表达相关，同一个差异代谢物是多个差异基因正负调控共同作用的结果。柔毛淫羊藿叶中儿茶素、绿原酸等25个黄酮类化合物的含量变化与黄酮类生物合成途径中F35H、CHS等11个基因家族共29个差异基因的表达相关;心叶淫羊藿叶中儿茶素、山奈酚等20个黄酮类化合物的含量变化与黄酮类生物合成途径中F35H、CHS等16个基因家族共26个差异基因的表达相关。将相同分组的差异基因及差异代谢物同时映射到KEGG通路上进行关联分析，柔毛和心叶淫羊藿各发育期间主要富集到的通路有代谢途径、次生代谢产物的生物合成、苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢、戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化、类黄酮生物合成、氨基酸生物合成、ABC转运蛋白、碳代谢、异黄酮生物合成、磷酸肌醇代谢、烟酸和烟酰胺代谢等。
5.随着增强UV-B辐照时间的延长，柔毛淫羊藿叶片中朝藿定C、箭藿苷A等绝大多数黄酮、酚酸类代谢物升高后下降，而在心叶淫羊藿叶片中均有所提高。UV-B辐照增强均能显著降低柔毛和心叶淫羊藿叶片中的光合色素含量，诱发植物体内以H2O2为中心的活性氧激增，造成膜脂过氧化产物MDA含量升高，诱导抗氧化酶活性升高等，但相同辐照剂量下，心叶淫羊藿抵抗和防御UV-B的能力优于柔毛淫羊藿。随着辐照时间的延长，柔毛淫羊藿叶片中朝藿定C、箭藿苷A等几个主要淫羊藿苷类活性成分的含量先升高后下降，而在心叶淫羊藿叶片中均有所提高。代谢组学研究结果表明，随着UV-B辐照时间延长，柔毛淫羊藿叶片中绝大多数黄酮、酚酸类代谢物含量下降，而在心叶淫羊藿叶片中持续增加，说明了柔毛淫羊藿响应UV-B胁迫比心叶淫羊藿更加敏感。
6.UV-B辐照增强下柔毛淫羊藿叶片中儿茶素、柚皮素等12个黄酮类差异代谢物与黄酮类生物合成途径中FG、CYP98A和DFR3个基因家族共4个差异基因的表达相关;心叶淫羊藿叶中牡荆素、山奈酚等5个黄酮类差异代谢物与CHS、Anthocyanin3-0-6"-O-coumaroylglucoside:glucosyltransferase、CYP98A和DFR4个基因家族共5个差异基因的表达相关。基于转录组数据的GO富集分析表明，UV-B胁迫下，柔毛淫羊藿主要富集在光系统、光系统Ⅱ、光系统Ⅰ、叶绿素结合等与光合系统相关的通路，而心叶淫羊藿主要富集在细胞呼吸、类黄酮生物合成、类黄酮代谢、呼吸链和蛋白质代谢等通路;KEGG富集分析发现，UV-B胁迫对柔毛淫羊藿叶片氨基酸代谢、脂肪酸代谢、黄酮和黄酮醇生物合成等途径具有显著影响，而心叶淫羊藿叶片主要富集在磷脂酰肌醇信号系统、花生四烯酸代谢、谷胱甘肽代谢、ABC转运蛋白、苯丙烷生物合成、植物MAPK信号通路、氧化磷酸化、碳代谢等途径。转录组与代谢组关联分析表明，UV-B辐照诱导的柔毛淫羊藿叶片中儿茶素、柚皮索等12个黄酮类差异代谢物与黄酮类生物合成途径中FG、CYP98A和DFR3个基因家族共4个差异基因的表达相关;心叶淫羊藿叶中牡荆素、山奈酚、芹菜素等5个黄酮类差异代谢物与黄酮类生物合成途径中CH、Anthocyanin3-O-6"-O-coumaroylglucoside:glucosyltransferase、CYP98A、DFR4个基因家族共5个差异基因的表达相关。
7.出苗至6月底是柔毛淫羊藿需肥量最多的时期，叶片中氮磷钾累积量为N＞K＞P。氮、磷、钾肥施用均能显著增加淫羊藿叶片叶绿素的含量，影响效果为N＞K＞P。淫羊藿叶产量随施用的P肥量而逐渐增加，随N肥和K肥量的增加而先增加后降低，施肥对淫羊藿叶产量影响的肥效顺序为N＞K＞P;氮肥和钾肥的推荐用量分别为185.3kg·hm-2和160.7kg·hm-2。K肥抑制淫羊藿叶中朝藿定A、B、C和淫羊藿苷的积累，而高P水平促进其积累;中等水平的N肥提高叶中朝藿定C和淫羊藿苷的含量;在3种施肥处理下叶中箭藿苷A和B的含量显著提高。
1.综合考虑生物量和淫羊藿苷类成分含量，柔毛淫羊藿和心叶淫羊藿适宜采收期为6月中下旬。北京地区柔毛淫羊藿和心叶淫羊藿叶片干重分别于6月末和6月中旬达到最大值;柔毛和心叶淫羊藿叶片中淫羊藿苷含量均在展叶期(盛花期)最高，之后迅速下降，且心叶淫羊藿淫羊藿苷含量远远高于柔毛淫羊藿;柔毛淫羊藿和心叶淫羊藿净光合速率日变化均呈双峰曲线，存在明显的“午休”现象，不同的是柔毛淫羊藿光合能力弱于心叶淫羊藿，但水分利用率高于心叶。
2.整个生长期心叶淫羊藿有20个黄酮类化合物含量显著高于同期柔毛淫羊藿，而20个以酚酸类为主的代谢物含量均显著低于柔毛淫羊藿。利用LC-MS广靶代谢组技术，从柔毛和心叶淫羊藿叶片中分别鉴定到403个和396个代谢物，其中有389个代谢物是二者共同具有的，说明柔毛和心叶淫羊藿叶片次生代谢物组成基本相似;随着植株生长发育柔毛和心叶淫羊藿叶片中分别有302和268个代谢物含量发生了显著变化，其中大部分黄酮类、酚酸类差异代谢物含量增加，而脂质类、核苷酸类和氨基酸类物质含量降低;相同发育期的柔毛和心叶淫羊藿叶片相比共有295个差异代谢物，其中柔毛淫羊藿有20个黄酮类化合物的含量明显低于同期心叶淫羊藿，而20个以酚酸类为主的代谢物含量均显著高于同期的心叶淫羊藿。
3.整个生长期柔毛淫羊藿叶片中大多数差异表达基因表达水平显著升高，至叶片采收期达到最高水平，而心叶淫羊藿差异表达基因在盛果期或果实成熟期表达水平最高，叶片采收期降低。柔毛淫羊藿4个生长期叶片转录组测序获得196487个Unigene，其中19542个Unigene的表达水平发生显著变化;4个生长期心叶淫羊藿叶片转录组测序获得134747个Unigene，其中13639个Unigene的表达水平发生显著变化。盛花期两种淫羊藿的基因表达水平与随后三个时期明显不同，盛花期后柔毛和心叶淫羊藿分别有10658和6469个差异基因的表达水平发生显著上调。从柔毛和心叶淫羊藿叶片分别注释到537和449个与黄酮生物合成途径相关的Unigene，而各生育期间差异表达的基因分别为164和154个，其中，柔毛淫羊藿叶片中差异基因表达水平大多在盛花期后显著升高直至采收期，而心叶淫羊藿叶片中这些差异基因的表达水平在盛花期或盛果期达到最高，之后表达水平降低。
4.淫羊藿叶中儿茶素等黄酮类化合物含量与黄酮类生物合成途径差异基因表达密切相关。转录组与代谢组关联分析表明，柔毛和心叶淫羊藿叶片中几乎所有的差异代谢物与差异基因的表达相关，同一个差异代谢物是多个差异基因正负调控共同作用的结果。柔毛淫羊藿叶中儿茶素、绿原酸等25个黄酮类化合物的含量变化与黄酮类生物合成途径中F35H、CHS等11个基因家族共29个差异基因的表达相关;心叶淫羊藿叶中儿茶素、山奈酚等20个黄酮类化合物的含量变化与黄酮类生物合成途径中F35H、CHS等16个基因家族共26个差异基因的表达相关。将相同分组的差异基因及差异代谢物同时映射到KEGG通路上进行关联分析，柔毛和心叶淫羊藿各发育期间主要富集到的通路有代谢途径、次生代谢产物的生物合成、苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢、戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化、类黄酮生物合成、氨基酸生物合成、ABC转运蛋白、碳代谢、异黄酮生物合成、磷酸肌醇代谢、烟酸和烟酰胺代谢等。
5.随着增强UV-B辐照时间的延长，柔毛淫羊藿叶片中朝藿定C、箭藿苷A等绝大多数黄酮、酚酸类代谢物升高后下降，而在心叶淫羊藿叶片中均有所提高。UV-B辐照增强均能显著降低柔毛和心叶淫羊藿叶片中的光合色素含量，诱发植物体内以H2O2为中心的活性氧激增，造成膜脂过氧化产物MDA含量升高，诱导抗氧化酶活性升高等，但相同辐照剂量下，心叶淫羊藿抵抗和防御UV-B的能力优于柔毛淫羊藿。随着辐照时间的延长，柔毛淫羊藿叶片中朝藿定C、箭藿苷A等几个主要淫羊藿苷类活性成分的含量先升高后下降，而在心叶淫羊藿叶片中均有所提高。代谢组学研究结果表明，随着UV-B辐照时间延长，柔毛淫羊藿叶片中绝大多数黄酮、酚酸类代谢物含量下降，而在心叶淫羊藿叶片中持续增加，说明了柔毛淫羊藿响应UV-B胁迫比心叶淫羊藿更加敏感。
6.UV-B辐照增强下柔毛淫羊藿叶片中儿茶素、柚皮素等12个黄酮类差异代谢物与黄酮类生物合成途径中FG、CYP98A和DFR3个基因家族共4个差异基因的表达相关;心叶淫羊藿叶中牡荆素、山奈酚等5个黄酮类差异代谢物与CHS、Anthocyanin3-0-6"-O-coumaroylglucoside:glucosyltransferase、CYP98A和DFR4个基因家族共5个差异基因的表达相关。基于转录组数据的GO富集分析表明，UV-B胁迫下，柔毛淫羊藿主要富集在光系统、光系统Ⅱ、光系统Ⅰ、叶绿素结合等与光合系统相关的通路，而心叶淫羊藿主要富集在细胞呼吸、类黄酮生物合成、类黄酮代谢、呼吸链和蛋白质代谢等通路;KEGG富集分析发现，UV-B胁迫对柔毛淫羊藿叶片氨基酸代谢、脂肪酸代谢、黄酮和黄酮醇生物合成等途径具有显著影响，而心叶淫羊藿叶片主要富集在磷脂酰肌醇信号系统、花生四烯酸代谢、谷胱甘肽代谢、ABC转运蛋白、苯丙烷生物合成、植物MAPK信号通路、氧化磷酸化、碳代谢等途径。转录组与代谢组关联分析表明，UV-B辐照诱导的柔毛淫羊藿叶片中儿茶素、柚皮索等12个黄酮类差异代谢物与黄酮类生物合成途径中FG、CYP98A和DFR3个基因家族共4个差异基因的表达相关;心叶淫羊藿叶中牡荆素、山奈酚、芹菜素等5个黄酮类差异代谢物与黄酮类生物合成途径中CH、Anthocyanin3-O-6"-O-coumaroylglucoside:glucosyltransferase、CYP98A、DFR4个基因家族共5个差异基因的表达相关。
7.出苗至6月底是柔毛淫羊藿需肥量最多的时期，叶片中氮磷钾累积量为N＞K＞P。氮、磷、钾肥施用均能显著增加淫羊藿叶片叶绿素的含量，影响效果为N＞K＞P。淫羊藿叶产量随施用的P肥量而逐渐增加，随N肥和K肥量的增加而先增加后降低，施肥对淫羊藿叶产量影响的肥效顺序为N＞K＞P;氮肥和钾肥的推荐用量分别为185.3kg·hm-2和160.7kg·hm-2。K肥抑制淫羊藿叶中朝藿定A、B、C和淫羊藿苷的积累，而高P水平促进其积累;中等水平的N肥提高叶中朝藿定C和淫羊藿苷的含量;在3种施肥处理下叶中箭藿苷A和B的含量显著提高。