半夏（Pinellia ternata（Thunb.）Breit）是一种传统中药,被广泛用作各种草药配方的主要成分。半夏药用部位是根茎,具有多种药理活性,可用于治疗肿瘤、炎症、咽痛、咳嗽、恶心呕吐、痴呆、失眠、哮喘、子痫、肥胖、高血压、高血糖、高尿酸血症、过敏性鼻炎以及祛除痰、脾、腹中湿气。半夏次生代谢产物含量丰富,其中萜类化合物、生物碱和苯丙烷的比例较高。但这些化合物的数量和多样性受遗传变异和环境因素的影响。半夏主产地是中国、韩国和日本等东亚国家。它是多年生植物,最初生长在中等温度（15-27oC）,潮湿阴暗的环境中,例如林中、溪边和路旁。半夏耐受性不强,高温、干旱、盐碱化、疾病和涝灾都会对它的生长造成压力。在中国中部和南部,夏季温度超过35oC,半夏会进入休眠状态。每年在夏季炎热时段的前后,半夏都有两个典型的生长周期。然而北方地区的半夏种植者更喜欢华中地区的半夏种质资源,因为在凉爽地区收获的块茎种子生长周期更长。因此,本研究的目的是通过基因修饰来改善半夏的农业和商业特性。我们在半夏内过表达了三个基因,即热响应性受体样激酶ERECTA（ER）,甲羟戊酸还原酶（HMGR）和凋亡抑制因子（IAP）,以达到以下目的:1)探索植物生长周期的变化,（2）提高转基因品系中次生代谢产物的含量（3）分别提高转基因半夏植物对干旱和盐胁迫的耐受性。通过农杆菌介导的转化产生过表达ER,HMGR和IAP的转基因品系,并在Ca MV35S启动子的转录控制下组成性表达。来自所选转基因品系的RNA的RT-q PCR分析证实了转基因植物中相应转基因的表达水平显着提高。为了进行耐热性研究,将ER转基因品系（Ca MV35S::ER和Ca MV35S::HMGR+Ca MV35S::ER）在培养箱中以高温（35oC/40oC）处理或在室外小钵中生长,通过测量农艺性状分析植物生长性能。结果表明,转基因植物显示出比带有空载体的对照植物（EV）更强的耐热性（P<0.05）。与EV相比,转基因品系叶片保持绿色并且健康生长,而对照植物出现叶片坏死、萎黄,生长发育迟缓和叶脉加深。生理生化分析也证实了转基因植物具有显著的耐热性。在室外试验中,转基因基因型植株夏季高温休眠中断,存活率为84%-95%。除转基因系ER118外,转基因基因型植株的块茎重量均显著提高（P<0.05）。夏季休眠中断的ER分子机制仍需进一步研究。同样,IAP过表达的转基因半夏植物表现出更强的抗旱和抗盐胁迫能力。从转基因品系中诱导的悬浮培养物与从对照植物中诱导的相比,存活时间更长,即对0.2 g/L Na Cl胁迫处理的耐受力更强。约67.1%-77.4%的转基因品系细胞在胁迫下存活了48小时,在此期间,仅30.34%的EV对照品系细胞存活。相对于对照植物,经过0.2 g/L甘露醇处理的转基因幼苗还表现出更好的抗干旱能力,这可以通过明显的延迟枯萎,更高的枝条生物量,更少的氧化损伤和增强的活性氧清除酶活性来证实。在代谢物含量调查中,选择并分析了6条HMGR上调系（Ca MV35S::HMGR和Ca MV35S::HMGR+Ca MV35S::ER,各3条）。与对照植物相比,转基因植物中香树烯-4、10-二醇和4、8、13-环十四碳三烯-1、3-二醇,1、5、9-三甲基-12-（1-甲基乙基）-萜类生物活性化合物的含量显著提高。同样,在转基因基因型中,光合色素（叶绿素a,b和类胡萝卜素）,总蛋白含量和HMGR酶活性的水平也明显高于对照。总之,长期进化导致的半夏夏季休眠被单个热响应基因ER强力清除,HMGR改善了代谢物含量。IAP还增强了对盐和干旱胁迫的耐受性。因此,本研究最终有助于产生具有商业价值的化学型耐环境胁迫的新半夏。