非生物脅迫調(diào)控甜菊糖苷合成的研究進(jìn)展

徐新娟，馮玉丹，吳靜，羅慶云

（1.河南科技學(xué)院/現(xiàn)代生物育種河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南新鄉(xiāng) 453003；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，南京 210095）

0 引言

復(fù)雜多變的自然環(huán)境中存在各種限制植物生長(zhǎng)發(fā)育的非生物脅迫因子，如干旱、鹽漬、高低溫、土壤重金屬污染等等，嚴(yán)重影響植物的地理分布、限制作物產(chǎn)量并威脅生產(chǎn)安全，越來(lái)越多極端天氣的出現(xiàn)更加劇非生物脅迫對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響[1-2]。植物響應(yīng)非生物脅迫產(chǎn)生的一系列反應(yīng)能夠及時(shí)、高效地應(yīng)對(duì)環(huán)境變化[3]，通過(guò)激活抗氧化系統(tǒng)以盡量避免嚴(yán)重的氧化傷害，具體表現(xiàn)為體內(nèi)抗氧化酶活性增強(qiáng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)數(shù)量增多以及抗逆基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控等[4]。如何感受和響應(yīng)非生物脅迫是一個(gè)根本性的生物學(xué)問(wèn)題，植物必須及時(shí)預(yù)測(cè)環(huán)境變化并做出積極有效的響應(yīng)[5]。提高植物抵抗非生物脅迫能力對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境可持續(xù)性具有極其重要的意義。

甜葉菊（Stevia rebaudianaBert.）又名甜菊、甜草、甜茶，是雙子葉植物綱、菊科、甜葉菊屬的多年生藥用草本植物，也是世界第三大天然糖源植物，其葉片富含的甜菊糖苷（Steviol glycosides,SGs）具有高甜度（蔗糖的250～450 倍）、低熱量（僅為蔗糖的1/300）、易溶解、性質(zhì)穩(wěn)定（耐酸堿及高溫）且不被人體吸收等特點(diǎn)，適應(yīng)于糖尿病、肥胖癥及小兒齲齒等患者，作為代糖品廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、飲料和保健品等行業(yè)，具有非常好的發(fā)展前景[6]。甜菊糖苷是一類由苷類組成的混合物，主要成分有甜菊苷（Stevioside,STV）、瑞鮑迪苷系列（Rebaudioside A、B、C、D、E 等）和杜爾可苷系列（Dulcoside），化學(xué)結(jié)構(gòu)均為四環(huán)二萜類化合物，屬于植物次生代謝產(chǎn)物的范疇[7]。研究表明，次生代謝與植物抗性及品質(zhì)密切相關(guān)[8]，植物通過(guò)提高次生代謝產(chǎn)物提高自身保護(hù)和生存競(jìng)爭(zhēng)能力，環(huán)境脅迫顯著刺激植物次生代謝產(chǎn)物的積累[9]。如非生物脅迫誘導(dǎo)劑—過(guò)氧化氫（H2O2）誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)能夠促進(jìn)甜葉菊SGs 的大量積累[10]，納米粒子作為植物非生物脅迫誘導(dǎo)因子也對(duì)甜菊糖苷的積累發(fā)揮著重要作用，當(dāng)培養(yǎng)基中氧化鋅納米粒子濃度為1 mg/L時(shí)，RA和STV含量達(dá)到最大值[11-12]，這表明甜菊糖苷參與植物抗逆的環(huán)境應(yīng)答過(guò)程。

我國(guó)擁有世界最大的甜葉菊種植面積，也是全球最大的甜菊糖苷生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，出口量占全球80%以上。隨著甜菊糖苷市場(chǎng)需求的不斷增加，甜葉菊種植面積也逐年擴(kuò)大，在江蘇、江西、甘肅、黑龍江、新疆、內(nèi)蒙等地均有大面積種植。筆者在國(guó)內(nèi)實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)區(qū)的環(huán)境差異使得甜葉菊承受各種各樣的非生物脅迫，長(zhǎng)期種植實(shí)踐中的弊端如栽培技術(shù)不規(guī)范、化肥農(nóng)藥過(guò)度投入、水肥管理不科學(xué)及長(zhǎng)期連作等進(jìn)一步加劇脅迫的傷害程度，這些都嚴(yán)重影響甜菊糖苷的合成與積累，制約該產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，本文參考國(guó)內(nèi)外近十年來(lái)相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)非生物脅迫如何影響甜菊糖苷的合成積累，并結(jié)合自身研究結(jié)果提出可行性建議，以期為生產(chǎn)上甜葉菊的良種選育及高效優(yōu)質(zhì)栽培提供理論參考。

1 水分脅迫

甜葉菊最早起源于南美洲的半濕潤(rùn)區(qū)域，根淺、喜濕怕旱，水分脅迫一直是世界范圍內(nèi)甜葉菊生產(chǎn)中的主要脅迫因子，尤其是在以我國(guó)西北為主的干旱及半干旱地區(qū)。

1.1 干旱脅迫

水分虧缺造成的干旱導(dǎo)致大量活性氧自由基產(chǎn)生，嚴(yán)重?fù)p傷蛋白質(zhì)、質(zhì)膜、葉綠素等細(xì)胞組分，對(duì)植物生長(zhǎng)、光合作用及產(chǎn)量品質(zhì)均產(chǎn)生不利影響[13]。已有研究中，輕度干旱脅迫（70%土壤相對(duì)含水量）可顯著增加決明子（Cassia obtusifoliaL.）指標(biāo)性成分蒽醌類化合物的含量和產(chǎn)量[14]。干旱顯著抑制甜葉菊生長(zhǎng)并降低干葉產(chǎn)量[15-16]，也顯著影響甜葉菊葉片糖苷含量[17]。以聚乙二醇（PEG）模擬干旱脅迫的試驗(yàn)結(jié)果表明，5%～15%PEG 處理后甜葉菊葉片中STV、RA、RB、RC 及總苷含量顯著下降；干旱處理抑制糖苷相關(guān)核心基因的轉(zhuǎn)錄，與糖苷合成有關(guān)的內(nèi)根-貝殼杉烯合酶、內(nèi)根-貝殼杉烯氧化酶、內(nèi)根-貝殼杉烯酸羥化酶以及3 個(gè)依賴UDP 的糖基轉(zhuǎn)移酶（UGT85C2、UGT74G1和UGT76G1）的轉(zhuǎn)錄水平均顯著下降[18]，這意味著有利于糖苷增加的干旱脅迫濃度可能低于5%PEG。溫室實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在土壤含水量接近60%田間持水量條件下甜葉菊生長(zhǎng)良好且SGs 含量較高，RA/STV 比值也達(dá)到最大值[19]。這表明甜葉菊對(duì)輕度水分脅迫具有一定的耐受性，在生產(chǎn)上可指導(dǎo)缺水地區(qū)的適度灌溉。但除了受干旱脅迫程度影響外，甜菊糖苷對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)還受不同環(huán)境和實(shí)驗(yàn)因素的影響，干旱調(diào)控糖苷合成的分子機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

植物在水分脅迫發(fā)生后迅速啟動(dòng)自身防御系統(tǒng)，干旱脅迫下甜葉菊葉片總氨基酸含量和總糖含量顯著增加[15]；葉片細(xì)胞保護(hù)酶如超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）等活性隨脅迫程度加劇表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)，重度干旱脅迫下（土壤含水量為田間最大持水量的20%）脯氨酸含量急劇升高[20]。組培實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在培養(yǎng)基中加入外源NO 供體硝普鈉（SNP）或者腐胺（Putrescine）均能顯著減輕干旱脅迫帶來(lái)的負(fù)面影響，二者聯(lián)合作用效果更加突出[21]。作為赤霉素生物合成抑制劑的三唑類化合物（Triazole）可以降低植株高度、葉面積及生物量[22]。2 mg/L 多效唑（Paclobutrazol）能夠部分恢復(fù)干旱脅迫下甜葉菊植株的重量，降低干旱脅迫對(duì)細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化的負(fù)作用，減輕細(xì)胞電解質(zhì)滲漏并降低丙二醛（MDA）含量，同時(shí)顯著增加甜菜堿、維生素E、脯氨酸和蛋白質(zhì)的含量[23]。此外，多效唑顯著緩解干旱脅迫下總甜菊糖苷含量的下降，這與多效唑增加甜菊葉中可溶糖產(chǎn)量和總抗氧化能力密切相關(guān)[24]。以上表明植物生長(zhǎng)延緩劑（PGRs）通過(guò)誘導(dǎo)不同的耐受機(jī)制在調(diào)節(jié)植物對(duì)非生物脅迫的反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。

1.2 澇害

水分過(guò)多造成地下組織氧氣供應(yīng)不足，抑制根系呼吸從而影響植株地上部生長(zhǎng)。澇害在甜葉菊生產(chǎn)中并不常見(jiàn)，但由于甜葉菊的生長(zhǎng)周期為4—10 月份，江蘇、安徽等一些種植地區(qū)的季節(jié)性澇害會(huì)對(duì)甜葉菊生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響。盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，短期澇害對(duì)甜葉菊影響不大，但隨著澇害時(shí)間持續(xù)，葉綠素含量、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）及單株干葉產(chǎn)量均顯著下降，胞間CO2濃度（Ci）呈上升趨勢(shì)[25]。這是由于根系受淹后，氣孔阻力加大或關(guān)閉進(jìn)而氣孔導(dǎo)度下降，隨后導(dǎo)致Pn和Tr下降而Ci升高。目前關(guān)于澇害對(duì)甜菊糖苷的影響及甜葉菊減輕澇害的生理機(jī)制還不清楚。

2 溫度脅迫

溫度脅迫包括高溫脅迫和低溫脅迫，由高溫造成的傷害稱為熱害，典型的熱害癥狀為水漬狀燙傷斑點(diǎn)，甜葉菊在44 ℃高溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的熱害癥狀[26]。冷害（零上低溫）直接抑制代謝酶或者基因表達(dá)重組而影響植物的新陳代謝和基因表達(dá)[27]。冷害較輕時(shí)菊花通過(guò)增加可溶性糖含量等滲調(diào)物質(zhì)及提高抗氧化酶活性來(lái)減輕脅迫傷害；當(dāng)冷害持續(xù)并轉(zhuǎn)變?yōu)閮龊Γ阆碌蜏兀r(shí)，植株體內(nèi)的抗氧化酶活性顯著下降，MDA 含量顯著升高，光合能力也顯著降低[28]。甜葉菊原產(chǎn)于亞熱帶地區(qū)，屬于喜溫作物，但亦能耐一定的低溫，氣溫在20～30 ℃時(shí)最適宜生長(zhǎng)。與25 ℃正常生長(zhǎng)溫度相比，4 ℃低溫和44 ℃高溫顯著增加甜葉菊葉片中STV 含量，且STV 含量隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而增加；高溫還顯著促進(jìn)RA與RC積累，低溫則起相反作用[26]。這表明輕微溫度逆境有利于甜菊糖苷的合成，但不同溫度脅迫對(duì)糖苷組分的影響存在差異。

3 鹽堿脅迫

近年來(lái)，我國(guó)甜葉菊種植面積逐漸向西北干旱及半干旱地區(qū)發(fā)展，該區(qū)域主要采用覆膜滴灌方式，基本滿足作物對(duì)水分的需求，但由于氣候干旱、蒸發(fā)強(qiáng)烈，容易產(chǎn)生土壤鹽漬化，導(dǎo)致土壤板結(jié)、肥力下降，土壤中高濃度鹽分（主要是Na+）導(dǎo)致離子毒性、高滲脅迫以及氧化損傷等次級(jí)脅迫，影響?zhàn)B分有效性、運(yùn)輸和分布從而使植物營(yíng)養(yǎng)失衡，如施肥不當(dāng)更易加重鹽堿脅迫的傷害。

3.1 鹽堿脅迫對(duì)甜葉菊生長(zhǎng)及甜菊糖苷生產(chǎn)的影響

甜葉菊對(duì)鹽分較為敏感[29-30]，在含鹽量0.6%的土壤中生長(zhǎng)45 d 后甜葉菊植株全部死亡[31]。不同品種甜葉菊抵御鹽脅迫的能力也不同[32-34]，并且堿性鹽的抑制作用要高于中性鹽，因?yàn)閴A脅迫在鹽脅迫的基礎(chǔ)上增加了高pH 脅迫[35]。基質(zhì)培養(yǎng)結(jié)果表明，堿脅迫（Na2CO3）下耐堿品種葉片SOD 和POD 活性顯著高于敏感品種[36]。因此，甜葉菊不同品種對(duì)鹽分濃度有一個(gè)特定的閾值，在此閾值范圍內(nèi)可通過(guò)調(diào)節(jié)自身保護(hù)酶系統(tǒng)維持正常代謝平衡，如增加大氣CO2濃度可顯著抑制NaCl 脅迫對(duì)光合速率的抑制[37]。研究還發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫（90～120 mmol/L NaCl）引起甜葉菊細(xì)胞鈣離子（Ca2+）水平的改變，進(jìn)而轉(zhuǎn)導(dǎo)鹽脅迫信號(hào)，啟動(dòng)基因表達(dá)和胞內(nèi)一系列生化過(guò)程來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化[38]。代謝物分析鑒定結(jié)果顯示，鹽脅迫下甜葉菊代謝產(chǎn)物表型發(fā)生了改變，氨基酸和胺類成為主要的滲調(diào)物質(zhì)[39]，這與丹參通過(guò)增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)緩解高鹽毒害相一致[40]。STV和RA 結(jié)構(gòu)中分別含有3 個(gè)和4 個(gè)葡萄糖分子，它們?cè)邴}脅迫時(shí)的積累可能與甜葉菊的滲透調(diào)節(jié)過(guò)程有關(guān)，這是因?yàn)辂}脅迫激活抗逆系統(tǒng)，使植物細(xì)胞由初生代謝轉(zhuǎn)向次生代謝。離體培養(yǎng)條件下，鹽脅迫和堿脅迫對(duì)甜葉菊幼苗糖苷含量的影響不同，0.1%NaCl 和0.025%Na2CO3處理下甜葉菊葉片SGs含量（STV+RA）分別是對(duì)照的1.6 倍和3.3 倍[41]；溫室試驗(yàn)中，30 mmol/L NaCl 的低鹽處理下RA 和STV 含量達(dá)到最高[42]；90、120 mmol/L NaCl 處理顯著降低RA 和STV 含量，但卻增加了RA/STV 的比值[43]。CANTABELLA 等[44]研究也表明，NaCl 處理25 d 后，甜葉菊幼苗SGs和RA 含量基本保持不變，STV 含量在2 g/L NaCl（約等于34 mmol/L）和5 g/L NaCl（約等于86 mmol/L）處理下分別增加了25%和降低了15%?；蛩綑z測(cè)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，NaCl 處理后，幾個(gè)編碼糖苷生物合成途徑的關(guān)鍵酶基因（CMS、CMK、HDR、UGT76G1）顯著上調(diào)[45]，鹽度還可通過(guò)提高UGT76G1基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)STV 向RA 的轉(zhuǎn)化[43]。綜上，甜葉菊對(duì)鹽脅迫有一定的耐受性，屬于中度耐鹽植物，低鹽環(huán)境可能更有利于甜菊糖苷組分的優(yōu)化，這對(duì)控制RA 和STV 的相對(duì)含量具有重要意義，也為甜菊糖苷的積累提供了新的理論途徑。

3.2 外源物質(zhì)在甜菊糖苷抗鹽脅迫中的應(yīng)用

3.2.1 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

植物抵抗脅迫的能力與其營(yíng)養(yǎng)水平有著密切關(guān)系[46]，外源施用礦質(zhì)元素對(duì)脅迫具有一定的緩解作用[47]。葉面噴施營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)改善鹽脅迫下植株的根系特征和水分狀況幫助植物耐受過(guò)量的Na水平，如葉面噴施微量元素硼（B）、鐵（Fe）以及有益元素硒（Se）能夠顯著促進(jìn)甜葉菊植株生長(zhǎng)、提高葉片糖苷含量，并減輕NaCl脅迫對(duì)研究性狀的不利影響[48-49]。因此，研究不同元素的耐鹽機(jī)制對(duì)指導(dǎo)鹽堿地區(qū)施肥具有積極的應(yīng)用價(jià)值。最新研究表明，被譽(yù)為天然植物促長(zhǎng)劑的殼聚糖能夠誘導(dǎo)植物的化學(xué)防御活性，增強(qiáng)防御酶活性及次生代謝產(chǎn)物形成；在甜葉菊上的應(yīng)用結(jié)果顯示，殼聚糖可以促進(jìn)鹽脅迫下STV 和RA 的積累，通過(guò)增加鹽適應(yīng)因子減少NaCl脅迫并提高甜菊糖苷的耐鹽能力[50]。

3.2.2 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)方面，同時(shí)增強(qiáng)作物抗逆性，如氯化氯代膽堿（矮壯素，一種季銨鹽類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑）能夠響應(yīng)甜葉菊病原菌脅迫[51]。水楊酸（SA）是一種酚類物質(zhì)，在植物免疫反應(yīng)中起至關(guān)重要的作用[52]，也參與植物對(duì)非生物脅迫的響應(yīng)，外源施用SA 顯著改善鹽脅迫下擬南芥種子的萌發(fā)[53]。VAZQUEZ-HERNANDEZ等[54]研究發(fā)現(xiàn)0.1 mmol/L SA 顯著促進(jìn)溫室條件下甜葉菊生長(zhǎng)、提高SGs含量并增加SrKA13H、SrUGT85C2、SrUGT74G1和SrUGT76G1等與甜菊糖苷生物合成相關(guān)基因的表達(dá)，這與EL-HOUSINI[55]之前的研究結(jié)果相一致。表明SA 可能通過(guò)誘導(dǎo)廣泛的與植物抗性相關(guān)過(guò)程緩解鹽脅迫傷害，其中促進(jìn)SGs積累或許是主要方式。

3.2.3 有益微生物

近年來(lái)，植物與微生物的關(guān)系備受關(guān)注，與根系相關(guān)的有益微生物可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)，并有可能提高作物對(duì)未來(lái)干旱的抵抗力[56]。已有研究報(bào)道，根際益生菌如解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）能夠產(chǎn)生揮發(fā)性化合物以拮抗植物土傳病原真菌尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporumf.sp.cubense）[57]，解淀粉芽孢桿菌還可以通過(guò)分泌亞精胺增強(qiáng)植物的抗鹽脅迫能力[58]。筆者在新疆庫(kù)爾勒地區(qū)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，土壤鹽堿化抑制甜葉菊生長(zhǎng)，施用含有芽孢和木霉的生物有機(jī)肥能夠顯著緩解這種抑制作用，尤其是在長(zhǎng)期連作甜葉菊的地塊，與對(duì)照相比，施用生物有機(jī)肥后發(fā)病率和病情指數(shù)顯著降低，相對(duì)防治效果則顯著升高[59]。因此，通過(guò)植物有益促生菌改善土壤微生物群落來(lái)調(diào)控甜葉菊的抗鹽堿脅迫能力以及甜菊糖苷的合成積累是切實(shí)可行的，但植物與微生物對(duì)脅迫反應(yīng)的復(fù)雜反饋機(jī)制仍需深入探討。

4 重金屬脅迫

重金屬是限制作物產(chǎn)量的一個(gè)重要因子，尤其是在干旱及半干旱地區(qū)。鎘（Cd）在土壤中具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，極易被植物吸收并存留在植物經(jīng)濟(jì)器官?gòu)亩：θ梭w健康[60]，是目前危害性最為嚴(yán)重的重金屬之一。研究發(fā)現(xiàn)，超過(guò)3 mg/L Cd 即顯著抑制波斯菊種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)，隨著Cd質(zhì)量濃度增加，幼苗的可溶性蛋白含量、MDA 含量、POD 活性和SOD 活性也發(fā)生顯著變化[61]。Cd 脅迫通過(guò)降低植物內(nèi)源激素水平抑制植物生長(zhǎng)，外加激素能夠緩解這種抑制作用[62]。組培試驗(yàn)結(jié)果表明，甜葉菊葉片的莖長(zhǎng)、葉數(shù)、葉長(zhǎng)等形態(tài)性狀隨培養(yǎng)基中Cd 濃度的增加而顯著下降，外源施用多胺（Polyamine,PA）則逆轉(zhuǎn)Cd的誘導(dǎo)效應(yīng)[63]，這表明多胺代謝途徑變化可以響應(yīng)重金屬脅迫過(guò)程。另外，礦質(zhì)元素在一定條件下也能夠緩解重金屬脅迫[52]，如外源鉬（Mo）降低Cd 脅迫對(duì)油菜的毒害[64]，Se、硫（S）和硅（Si）緩解Cd 對(duì)水稻的脅迫[65-68]，以上表明可以從營(yíng)養(yǎng)水平開(kāi)展礦質(zhì)元素及植物有益元素對(duì)重金屬脅迫下甜菊糖苷積累的研究。盡管重金屬脅迫影響植株生長(zhǎng)，但對(duì)甜菊糖苷的積累卻有積極的作用，MIRZAEI 等[69]研究發(fā)現(xiàn)三氧化鉻（CrO3）、氧化鉛（PbO）、二氧化鈦（TiO2）等金屬氧化物導(dǎo)致參與STV 和RA 生物合成調(diào)控基因表達(dá)的增加。因此，如何協(xié)調(diào)重金屬抑制生長(zhǎng)與促進(jìn)糖苷積累二者之間的關(guān)系尤為重要。

5 展望

逆境脅迫對(duì)植物次生代謝產(chǎn)物的影響是顯而易見(jiàn)的。就甜葉菊而言，非生物脅迫一方面通過(guò)抑制植物的初生代謝過(guò)程抑制植物自身生長(zhǎng)甚至引起不可逆的傷害；另一方面又可以激發(fā)植物體內(nèi)各種防御系統(tǒng)，產(chǎn)生大量次生代謝產(chǎn)物來(lái)抵御外界不良因子，這對(duì)于提高甜菊糖苷含量具有很好的指導(dǎo)意義。鑒于植物自身存在多種環(huán)境反應(yīng)或調(diào)控機(jī)制，利用非生物脅迫誘導(dǎo)甜菊糖苷積累仍需更加全面深入地研究。

5.1 加強(qiáng)甜菊糖苷耐非生物脅迫的分子機(jī)制研究

次生代謝產(chǎn)物在提高植物自身保護(hù)和生存競(jìng)爭(zhēng)能力、協(xié)調(diào)與環(huán)境關(guān)系上起著重要作用，長(zhǎng)期的惡劣氣候條件可能導(dǎo)致甜葉菊基因構(gòu)成產(chǎn)生不同程度的變異，如干旱處理抑制糖苷合成相關(guān)的大部分基因轉(zhuǎn)錄[70]，但適度脅迫能夠激發(fā)植物的次生代謝途徑，可在一定程度提高藥用植物活性成分含量[71]。目前大多研究主要集中在基礎(chǔ)生理生化機(jī)制上，較少涉及其耐脅迫的遺傳機(jī)理和分子調(diào)控機(jī)制。今后應(yīng)借助快速發(fā)展的分子生物學(xué)、生物信息學(xué)、代謝組學(xué)及轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多學(xué)科手段，加速明確甜菊糖苷耐各種脅迫的分子途徑，最大限度挖掘甜葉菊自身的生物學(xué)潛力，通過(guò)鑒定與關(guān)鍵性狀和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)的基因，探索一條抗逆性、產(chǎn)量及品質(zhì)安全調(diào)控的新途徑，為育種或工程改造來(lái)改善甜葉菊及抗逆高效栽培提供依據(jù)，這對(duì)甜葉菊的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的理論和實(shí)踐意義。

5.2 加強(qiáng)甜菊糖苷對(duì)共脅迫的響應(yīng)機(jī)制研究

不同脅迫引起植物在代謝和生理性狀、基因表達(dá)上產(chǎn)生特異反應(yīng)，當(dāng)兩種或幾種脅迫共存時(shí)，不同脅迫因子組合能夠產(chǎn)生加強(qiáng)、重疊或者拮抗效應(yīng)[72]，冷害、熱害、高鹽導(dǎo)致的滲透脅迫以及氧化脅迫、重金屬和激素處理都會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞質(zhì)自由鈣離子濃度增加，進(jìn)而引發(fā)一系列生理生化反應(yīng)。如低溫和高光強(qiáng)有利于銀杏葉中黃酮類化合物的積累，而高溫和高光強(qiáng)則有利于銀杏葉中萜內(nèi)酯含量的積累[73]。植物通過(guò)調(diào)節(jié)其次生代謝產(chǎn)物分配、權(quán)衡不同次生化學(xué)反應(yīng)來(lái)適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境變化，通過(guò)選擇性的調(diào)整、優(yōu)先對(duì)脅迫較大的因子做出響應(yīng)。目前我國(guó)甜葉菊種植區(qū)域分布較廣，各地環(huán)境存在較大差異，主要脅迫表現(xiàn)形式也不同，如江蘇地區(qū)甜葉菊生長(zhǎng)主要面臨夏季高溫及雨水導(dǎo)致的澇害，新疆地區(qū)主要面臨夏季的高溫脅迫和干旱脅迫以及長(zhǎng)期連作導(dǎo)致的土壤營(yíng)養(yǎng)脅迫等，未來(lái)研究應(yīng)關(guān)注甜菊糖苷如何同步響應(yīng)多個(gè)非生物脅迫，加強(qiáng)對(duì)脅迫信號(hào)的選擇性以及調(diào)整機(jī)制的研究。

5.3 加強(qiáng)非生物脅迫與甜菊糖苷積累的全生育期研究

已有非生物脅迫方面的研究大多集中于基質(zhì)培養(yǎng)、盆栽試驗(yàn)及苗期處理，很少涉及大田生產(chǎn)及生育后期，后期需開(kāi)展田間試驗(yàn)以量化具體的參數(shù)設(shè)置。甜葉菊在不同生育時(shí)期對(duì)脅迫的抵御能力和防御機(jī)制不同，不同生育期脅迫對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)的影響也不同，尤其是在抗性品種選育中，鑒定品種的抗性應(yīng)以關(guān)鍵時(shí)期的抗性表現(xiàn)為主[74]，不能只局限于苗期或個(gè)別生育時(shí)期的特征。對(duì)于藥用植物而言，形成其主要活性成分的次生代謝產(chǎn)物含量變化具有明顯的生育時(shí)期效應(yīng)，如甜菊糖苷在現(xiàn)蕾期含量達(dá)到最大（干重的10%以上），如何優(yōu)化調(diào)控各個(gè)生育時(shí)期的生長(zhǎng)以獲取最大產(chǎn)量的糖苷顯得尤為重要。因此，今后應(yīng)結(jié)合產(chǎn)量及品質(zhì)因素加強(qiáng)全生育期研究，系統(tǒng)探索甜菊糖苷對(duì)不同非生物脅迫的適應(yīng)機(jī)制。