关于植物在逆境环境下的生理变化及抗逆反应的研究已较成熟,但尚未将所有生理生化变化的分子机制研究透彻。除草剂通过影响水生生物的生理生化过程,而对水生生物的形态特征,初生、次生代谢成分的积累和有害物质的富集产生影响,国内外研究大都注重有害、有效物质的含量测定,对水体环境中农药与药材品质的相互影响研究还很少。本课题通过研究三棱采收加工过程中使用的除草剂甲磺隆及种植过程中乙氧氟草醚对水生药材三棱品质的影响及分子机制,运用植物生理学、植物代谢组学、环境蛋白质组学等手段探讨除草剂对黑三棱生长过程中生理生化特性及代谢产物的影响以及三棱药材中相关指标的影响,为全面揭示三棱品质的形成奠定了基础。主要研究结果如下:1.为了探究除草剂乙氧氟草醚对黑三棱植株逆境胁迫生理指标的影响,以黑三棱幼苗为试验材料,通过液培试验研究了不同浓度的乙氧氟草醚胁迫后黑三棱植株生理生化的短期响应,加入乙氧氟草醚的黑三棱SOD活性呈先降低而升高的变化趋势,CAT和POD活性均表现为先升高后降低。丙二醛的含量先升高后降低至与对照无显著性差异,脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白作为主要渗透调节物质,三者变化趋势基本相同,表现为先升高后逐渐恢复至对照水平。叶绿素含量显著降低,乙氧氟草醚能刺激植株根系活力。表明除草剂乙氧氟草醚对水生植物黑三棱的生理指标影响不同,植株通过调节自身的保护酶系统活性和渗透调节物质来减轻乙氧氟草醚胁迫,维持植物体的正常生理代谢功能,从而表现出一定的抗胁迫能力。2.本课题通过模拟三棱在自然状态下生长撒施乙氧氟草醚,考察了黑三棱植株对乙氧氟草醚胁迫的响应,测定了多种与胁迫响应相关的三棱生理生化指标,分析了酚类及次生代谢相关的关键酶(苯丙氨酸解氨酶PAL、肉桂酸4-羟基化酶C4H、4-香豆酸-辅酶A连接酶4CL)活性的关系,结果表明在施药初期,SOD活性、CAT活性和POD活性首先升高后下降,膜脂过氧化程度高,抑制了叶绿素的合成,植株通过渗透调节物质(脯氨酸含量、可溶性蛋白、可溶性糖)的累积,以维持细胞的正常生理功能。植株在生长后期施药组MDA的含量均低于对照,叶绿素含量升高以维持植株的正常生长,阐明了三棱对乙氧氟草醚胁迫响应的生理生化特征。黑三棱植株PAL活性表现为先抑制后促进,C4H活性整体表现为逐渐升高的趋势,4CL活性先升高后降低。黑三棱植株中芦丁含量为最高,其次为香草酸和对香豆酸。C4H同PAL 一样与酚酸类化合物及总酚含量呈负相关,与三种黄酮类物呈正相关,4CL与芒柄花素、阿魏酸和总酚呈正相关,与其他酚类成分呈负相关。3.首次研究了乙氧氟草醚胁迫对三棱块茎的生理生化特性,包括抗氧化酶系统和渗透调节物质的影响,研究结果表明三棱在乙氧氟草醚胁迫下能正常生长,乙氧氟草醚会抑制三棱的SOD、CAT和POD活性,三者活性均低于对照。乙氧氟草醚会显著降低三棱脯氨酸的含量,可溶性糖和可溶性蛋白含量升高从而维持植物细胞的稳定性。乙氧氟草醚均使三种次生代谢酶(PAL、C4H和4CL)的活性高于对照,表现出不同的促进作用,但并未发现关键酶活性与七种酚类成分之间有显著的相关性。乙氧氟草醚胁迫后抑制了三棱体内β-谷甾醇、氨基酸总量、多糖及总皂苷的生成和积累,对核苷及碱基类成分含量的影响表现为促进作用,且随着浓度的升高,作用越弱。低高浓度促进了甘露醇的生成和积累,中浓度抑制了甘露醇的生成。4.通过LC-MS/MS技术,对不同浓度乙氧氟草醚胁迫下的三棱进行蛋白的测定,发现蛋白483种,肽段801个,差异蛋白41种,主要是与物质代谢、蛋白质合成、光合作用、蔗糖合成、转移和成熟相关关的蛋白。差异蛋白除RNA聚合酶β亚基表达上调外,其余蛋白表达量基本表现为下调,研究乙氧氟草醚胁迫下三棱块茎中蛋白表达的差异,可为揭示乙氧氟草醚对三棱品质影响的分子机制提供了重要依据。同时建立了乙氧氟草醚的测定方法,分析了其在三棱和土壤中的含量,结果表明乙氧氟草醚能被降解,为进一步研究探讨乙氧氟草醚对三棱品质的影响提供了基础。5.在三棱采收时为防止其来不及刮去外皮而发芽,喷洒甲磺隆,故本课题采用高效液相色谱法测定三棱外皮和块茎中甲磺隆的残留量,同时以三棱药材中酚类(对羟基苯甲醛、香草酸、香豆酸、阿魏酸、芦丁、山柰酚、芒柄花素)及总酚为指标分析其对三棱酚类成分的影响。结果表明甲磺隆对三棱不同的酚类成分含量的影响不尽相同,甲磺隆在三棱外皮及块茎中均有不同程度的降解,且降解速率与浓度呈负相关,在块茎中残留量较低,但仍超出了欧盟在其他植物及动物源性食品中甲磺隆的最大残留限量,建议取消其用于三棱的采收加工。6.基于已建立的三棱多指标质量评价技术体系,分别采用阴干、晒干、烘干、红外干燥、微波干燥的方法对三棱进行处理,以酚类(对羟基苯甲醛、香草酸、香豆酸、阿魏酸、芦丁、山柰酚、芒柄花素)、甘露醇、多糖、总皂苷、总酚为指标,通过高效液相色谱法及紫外分光光度法,分析三棱中各类功能成分的含量变化情况。结果表明不同干燥方法对三棱品质有明显影响,采用微波干燥,三棱中的酚类、多糖及总酚含量最高,采用阴干方法加工后,三棱中的甘露醇含量最高,采用烘干方法,三棱中的总皂苷含量最高,不同干燥方法对三棱品质有明显影响。