氮素与细胞分裂素协同调控百里香精油成分及基因表达的机制研究

本研究针对氮素(N)与细胞分裂素(BAP)如何协同调控百里香(Thymus vulgaris L.)精油产量及成分的关键问题，通过三年田间试验发现，50 kg N ha-1与400 μM BAP组合使精油含量提升25%，100 kg N ha-1×200 μM BAP使精油产量达77.6 kg ha-1。研究首次揭示N×BAP交互作用通过调控PHS1、TPS2等基因表达，显著影响α-蒎烯(α-phellandrene)、百里香酚(thymol)等28种成分，为芳香植物精准栽培提供理论依据。

　　

百里香作为唇形科芳香植物，其精油在医药和食品领域具有重要价值，其中百里香酚(thymol)和香芹酚(carvacrol)等单萜类化合物是核心活性成分。然而，传统栽培中氮肥施用与植物生长调节剂的协同效应不明确，导致精油产量和品质不稳定。伊朗拉齐大学农业与自然资源学院的研究团队通过三年田间试验，首次系统解析了氮素(N)与细胞分裂素(BAP)对百里香精油成分及合成通路的调控机制，相关成果发表于《South African Journal of Botany》。

研究采用随机区组设计，设置3个N水平(0/50/100 kg ha^-1)和4个BAP浓度(0/100/200/400 μM)，通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析精油成分，qRT-PCR检测PHS1、TPS2等基因表达。样本来自伊朗克尔曼沙赫地区海拔1319 m的试验田，土壤为pH 7.8的粉质粘土。

Essential oil content and yield
• 50 kg N ha^-1×400 μM BAP组合使精油含量达2.45%，较对照提升25%
• 100 kg N ha^-1×200 μM BAP实现最高产量77.6 kg ha^-1，增产39%

关键成分调控
• 鉴定出28种化合物，α-蒎烯(α-phellandrene)在200 μM BAP处理下含量最高(2.17%)
• 400 μM BAP使百里香酚(thymol)含量达65.96%，100 kg N ha^-1使香芹酚(carvacrol)提升至4.63%

基因表达分析
• 100 kg N ha^-1×400 μM BAP显著上调α-蒎烯合成基因PHS1、γ-松油烯合成基因TPS2和对伞花烃合成基因bphA1
• 相同处理下调百里香酚合成基因TPS和香芹酚合成基因aflD

结论表明，N与BAP通过调控单萜合成通路关键基因的差异表达，实现精油成分的定向富集。该研究为芳香植物栽培的精准施肥和激素调控提供了分子水平依据，尤其揭示了高N与高BAP组合可能通过竞争性抑制降低酚类单萜合成的机制。研究结果对优化药用植物次生代谢产物生产具有重要指导意义，未来可结合转录组学进一步解析N×BAP互作的信号转导网络。